DE10134231B4

DE10134231B4 - EUV-Reflektionsmaske

Info

Publication number: DE10134231B4
Application number: DE10134231A
Authority: DE
Inventors: Jenspeter Dr. Rau
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2021-07-14
Also published as: US20030013216A1; DE10134231A1; US6707123B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer EUV-Reflektionsmaske für die bereichsweise Belichtung einer auf einem Halbleiterwafer liegenden strahlungsempfindlichen Schicht (z.B. Resistschicht) durch an der Maske (1) reflektierte Strahlung im Spektralbereich der extremen Ultraviolettstrahlung (EUV), wobei auf der dem zu belichtenden Wafer zugewendeten Seite (V) der Maske (1) entsprechend den auf dem Halbleiterwafer zu belichtenden Mustern gut reflektierende Maskenbereiche (4) und strahlungsabsorbierende Bereiche (5) gebildet werden, und wobei das Reflexionsvermögen einer auf der Vorderseite eines Substrats (11) liegenden Multilayerschicht (10) unter Bildung der strahlungsabsorbierenden Maskenbereiche (5) reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsabsorbierenden Maskenbereiche (5) durch einen Schreibschritt direkt in die Multilayerschicht (10) so eingeschrieben werden, dass die strahlungsabsorbierenden Maskenbereiche (5) nicht aus der ebenen Fläche der Vorderseite (V) der EUV-Reflektionsmaske vorstehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine EUV-Reflektionsmaske und ein Herstellungsverfahren dafür, jeweils gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche 1 bis 7. Eine derartige EUV-Reflektionsmaske und ein Herstellungsverfahren dafür sind bekannt aus US-Z-Appl. Optics, December 1993, Vol. 32, No. 34, Seiten 7007 ff.
Bei der EUV-Technologie wird eine auf einem Halbleiterwafer liegende zu belichtende Schicht mit EUV-Strahlung, d.h. Strahlung im extremen Ultraviolettspektralbereich mittels einer EUV-Reflektionsmaske belichtet. Dabei trifft die Belichtungsstrahlung nicht senkrecht sondern unter einem kleinen Einfallswinkel relativ zum Lot auf die Maske, wird von reflektierenden Bereichen der Maske reflektiert und fällt dann auf die lichtempfindliche Schicht des Wafers. Dieser kleine Einfallswinkel ist dadurch bedingt, dass die heute üblichen Belichtungsgeräte keine zentralsymmetrische Strahlungsführung vorsehen.
Anhand der in Anlage beiliegenden 3 und 4 wird nachstehend ein bislang übliches Herstellungsverfahren für eine EUV-Reflektionsmaske sowie eine damit hergestellte Maske erläutert. 3 zeigt ein Maskenblank 100, das aus einem als Unterlage dienenden Substrat 101, einer darüberliegenden Multilayerschicht 102 aus Mo- und Si-Schichten, einer optionell vorgesehenen über der Multilayerschicht 102 liegenden Topschicht 103 die als Oxidationsschutz dient, einer ebenfalls optionellen Pufferlage 104, einer Absorberlage 105, die die Eigenschaft hat, die Belichtungsstrahlung zu absorbieren und zum Beispiel aus Chrom besteht und einer obersten Resistschicht 106 besteht. Zur Maskenherstellung wird nun ein gewünschtes Belichtungsmuster in die Resistschicht 106 eingeschrieben, die Resistschicht 106 wird entwickelt und die entwickelten Bereiche werden unter Bildung von Musterstrukturen geätzt.
Mit diesem Verfahren entsteht die in 4 gezeigte EUV-Reflektionsmaske 110. Es ist deutlich, dass die absorbierenden Bereiche A über der Multilayerschicht 102 bzw. der darüberliegenden Toplage 103 erhabene Strukturen bilden und dass die reflektierenden Bereiche R vertieft liegen. Die durch gestrichelte Pfeile S angedeutete Belichtungsstrahlung, d.h. das EUV-Licht muss, wie erwähnt, unter einem kleinen Winkel a auf die Maskenoberfläche gelenkt werden. (Der Winkel a ist hier übertrieben gezeichnet.) Dabei entsteht an den Kanten der vorstehenden absorbierenden Musterbereiche A ein Schattenwurf. Da dieser Schattenwurf zum Einhalten einer präzisen Belichtung insbesondere von sehr kleinen Strukturen problematisch ist, ist es erwünscht, diesen Schattenwurf zu vermeiden bzw. auf ein Minimum zu reduzieren. Zur Zeit versucht man durch Einstellen eines bestimmten Winkels der Wände der absorbierenden Strukturen A den Schattenwurf zu verringern oder zu beseitigen. Ein weiterer Versuch, die Zwischenräume zwischen den absorbierenden Bereichen A mit Material der Multilayerschicht 102 aufzufüllen, war bisher nicht erfolgreich.
Die oben zu den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 7 genannte Druckschrift US-Z-Appl. Optics, Dec. 93, Vol. 32, No. 34, Seiten 7007 ff. beschreibt im Kapitel "Introduction" zunächst drei unterschiedliche Musterbildungsverfahren für eine EUV-Reflektionsmaske. Diese verschiedenen Verfahren enthalten im einzelnen die Bildung absorbierender Lagen über einer reflektierenden Multilayerschicht, wobei die absorbierenden Lagen vorstehen, die Ablösung der reflektierenden Multilayerlagen durch RIE und eine durch Ionenimplantation bewirkte Zerstörung der reflektierenden Multilayerbereiche. Diese drei Verfahren werden dann im Kapitel "Reflective Masks" auf den Seiten 7008 und 7009 näher spezifiziert.
Im Rahmen dieser Erfindung interessiert lediglich das Verfahren der Zerstörung von reflektierenden Multilayerbereichen durch Ionenimplantation, wie es beginnend mit der Mitte der rechten Spalte auf der Seite 7008 dieser Druckschrift beschrieben ist. Dieser Beschreibungsabschnitt verweist auf
5 der Druckschrift und führt aus, dass zur Ionenimplanatation eine als MOP (Metal on Polymer) bezeichnete Maske verwendet wird. Eine Ionenimplantation durch eine derartige MOP-Maske hindurch kann aber kein direkter Schreibschritt im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung sein.
Ferner zeigen die 2, 4 und 5, die SEM-Querschnitte von entsprechend den drei in der Druckschrift beschriebenen Verfahren hergestellten EUV-Reflektionsmasken darstellen, dass bei diesen bekannten Reflektionsmasken nach wie vor die lichtabsorbierenden Bereiche aus der Oberfläche bzw. Vorderseite der Reflektionsmaske vorstehen. Diese Vorderseite ist demnach nicht, wie bei der Erfindung eben, sondern bringt die in den voranstehenden Abschnitten abgehandelten Nachteile mit sich.
US-Z-SPIE VOL.3676, March 1999, Seite 309-313 beschreibt auf Seite 311 und zeigt in 4 eine durch einen Damaszenerprozess hergestellte EUV-Reflektionsmaske, bei der zunächst eine dünne Siliziumschicht über der Multilayerschicht abgeschieden und entsprechend den zu bildenden Maskenstrukturen geätzt wird. In die so durch die Ätzung gebildeten Vertiefungen in der Siliziumschicht wird durch den Damaszenerprozess ein Metall abgeschieden. Dann wird durch CMP das abgeschiedene Metall bis zur Oberfläche der dünnen Siliziumschicht abgetragen, so dass das Metall nur in den vertieften Bereichen verbleibt und dort die ultraviolettabsorbierenden Maskenbereiche bildet. Demnach ist die Vorderseite dieser EUV-Reflektionsmaske ebenfalls eben. Nachteilig ist bei diesem Prozess aber der zusätzlich benötigte Lithographieschritt, der Metallabscheideprozess und der CMP-Schritt zur Einebnung der Maskenvorderseite.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren für eine EUV-Reflektionsmaske und eine derartige Reflektionsmaske anzugeben, die das Problem des Schattenwurfs vermeiden. Dabei wird vorteilhafterweise bei der Maskenherstellung keine Lithografie im herkömmlichen Sinne mehr eingesetzt, sondern die Maske in einem einzigen Schritt erzeugt.
Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
Demgemäß ist gemäß einem ersten wesentlichen Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer EUV-Reflektionsmaske für die bereichsweise Belichtung einer auf einem Halbleiterwafer liegenden strahlungsempfindlichen Schicht (z.B. Resistschicht) durch an der Maske reflektierte Strahlung im Spektralbereich der extremen Ultraviolettstrahlung (EUV), wobei auf der dem zu belichtenden Wafer zugewendeten Seite der Maske entsprechend den auf dem Halbleiterwafer zu belichtenden Mustern gut reflektierende Maskenbereiche und strahlungsabsorbierende Bereiche gebildet werden, und wobei das Reflexionsvermögen einer auf der Vorderseite eines Substrats liegenden Multilayerschicht unter Bildung der strahlungsabsorbierenden Maskenbereiche reduziert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsabsorbierenden Maskenbereiche durch einen Schreibschritt direkt in die Multilayerschicht so eingeschrieben werden, dass die strahlungsabsorbierenden Maskenbereiche nicht aus der ebenen Fläche der Vorderseite der EUV-Reflektionsmaske vorstehen.
Gemäß einem zweiten wesentlichen Aspekt der Erfindung ist eine EUV-Reflektionsmaske für die bereichsweise Belichtung einer auf einem Halbleiterwafer liegenden strahlungsempfindlichen Schicht (z.B. Resistschicht) durch an der Maske reflektierte Strahlung im Spektralbereich extremer Ultraviolettstrahlung (EUV), wobei die Maske an ihrer dem zu belichtenden Halbleiterwafer zugewendeten Vorderseite gut strahlungsreflektierende Musterbereiche und strahlungsabsorbierende Bereiche aufweist, die jeweils den auf dem Halbleiterwafer zu bildenden Mustern entsprechen, wobei die EUV-Reflektionsmaske eine auf der Vorderseite eines Substrats liegende Multilayerschicht aufweist, deren Materialbeschaffenheit oder -struktur abschnittsweise so verändert ist, dass die strahlungsabsorbierenden Musterbereiche eine gegenüber den strahlungsreflektierenden Bereichen stark verminderte Reflektivität haben, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite der EUV-Reflektionsmaske eine ebene Oberfläche hat und keine von der Multilayerschicht vorstehende Bereiche aufweist.
Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, die absorbierenden Musterstrukturen direkt in die Multilayerschicht 102 einzuschreiben. Durch eine geeignete Methode kann die Reflektivität an den Stellen, die die Belichtungsstrahlung absorbieren sollen, d.h. an den absorbierenden Maskenstrukturen entweder dadurch gesenkt werden, dass Lagen der Multilayerschicht 102 miteinander verschmolzen werden oder indem durch Ionenbeschuss Fremdatome in diese absorbierenden Bereichen implantiert werden.
Vorteilhafterweise erreicht das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren nicht nur eine Vereinfachung des Prozesses sondern vermeidet auch das Problem der Abschattung, da die Oberfläche eben ist und keine aus der Oberfläche der Maske vorstehenden absorbierenden Strukturen mehr existieren. Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren kann eine Differenz der Reflektivität zwischen den strahlungsreflektierenden Bereichen und den strahlungsabsorbierenden Bereichen in der Multilayerschicht von mindestens 90 % erreicht werden.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens und eine EUV-Reflektionsmaske anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Die Zeichnungsfiguren zeigen im einzelnen:
1 einen schematischen Querschnitt durch einen Maskenblank, der als Ausgangsstufe für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer EUV-Reflektionsmaske zur Verfügung gestellt wird,
2 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße EUV-Reflektionsmaske anhand der die erfindungsgemäßen Herstellungsschritte erläutert werden;
3 einen schematischen Querschnitt durch einen Maskenblank, der bereits beschrieben wurde und zur Herstellung einer bekannten EUV-Reflektionsmaske verwendet wird und
4 schematisch einen Querschnitt durch eine aus dem in 3 gezeigten Maskenblank hergestellte bekannte EUV-Reflektionsmaske.
Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer EUV-Reflektionsmaske, die für eine bereichsweise Belichtung einer auf einem Halbleiterwafer liegenden strahlungsempfindlichen Schicht (Resistschicht) durch an der Maske reflektierte Strahlung im Spektralbereich der Ultraviolettstrahlung (EUV) verwendet wird, ist der in 1 gezeigte Rohling oder Blank, der auf einem Substrat 11 zum Beispiel aus Quarz, Waferhalbleitermaterial oder Keramik eine Multilayerschicht 10 aus Si- und Mo-Schichten aufweist. In diese Multilayerschicht 10 werden die die strahlungsabsorbierenden Bereiche bildenden Strukturen durch einen Schreibschritt direkt eingeschrieben und zwar von der Vorderseite V her. Man hat erkannt, dass in der Multilayerschicht 10, das heißt in den Mo-Schichten und Si-Schichten bei einer Temperatur > 150°C ein Diffusionsvorgang beginnt, bei dem die einzelnen Mo- und Si-Schichten miteinander verschmelzen. Durch diese Verschmelzung verlieren diese Mo-Schichten und Si-Schichten der Multilayerschicht 10 durch die Schichtdicken ihre Fähigkeit zur Reflektion im zuvor gewählten Spektralbereich.
Zur Ausführung des Schreibschritts schlägt die Erfindung zwei Verfahren vor:

1. Laserinduzierte Reflektionsreduktion: durch Laserstrahlung kann Energie besonders in Form von Wärme in Materialien deponiert werden. Dies wird zum Beispiel beim Löten mit Laserstrahlen in der Materialbearbeitung bereits seit langem benutzt. Weiterhin ist bekannt, dass durch Aufheizen der Reflektionsschichten auf Temperaturen um 200°C die Reflektivität durch Diffusion der Atome dauerhaft reduziert wird. Dies geschieht durch Verschiebung der Wellenlänge des Reflekti onsmaximums und Reduktion der absoluten Reflektivität durch Veränderung des Brechungsindexunterschieds. Zur Ausführung des Schreibschritts wird die Struktur, d.h. das Muster der strahlungsabsorbierenden Bereiche 5 mittels eines hochfokussierten Laserstrahls (cw oder gepulst) in die Multilayerschicht 10 eingeschrieben. Dadurch lässt sich eine Reflektionsdifferenz zwischen den beschriebenen Bereichen 5 und den nicht beschriebenen Bereichen 4 von wenigstens 90 % erreichen. In 2 geben die mit M bezeichneten Pfeile die Bereiche 5 an, wo die Mo- und Si-Schichten miteinander verschmolzen sind. Die Veränderung des Materials muss nicht vollständig sein.
2. Ionenimplantation: Heute werden Focussed-Ion-Beam-Geräte eingesetzt, um Material aufzubringen oder abzutragen. Bei der EUV-Technologie wird dabei bislang als eines der größten Probleme gesehen, dass durch Ionenimplantation in die Multilayerschicht die Reflektivität reduziert wird. Gerade dieser Effekt wird nun bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ausgenutzt. Durch ein für die Implantationen und Geschwindigkeit optimiertes Ionenimplantationsgerät können zum Beispiel Galliumionen in die Bereiche 5, die Licht absorbieren sollen, implantiert werden.

Wenn bei der Anwendung der EUV-Reflektionsmaske gemäß 2 Belichtungsstrahlung S unter einem kleinen Winkel von zum Beispiel 5° zum Lot einfällt, kann an den lichtabsorbierenden Bereichen 5 keine Abschattung entstehen, da ihre Oberfläche nicht von der Oberfläche der Multilayerschicht 10 vorsteht. Die Belichtungsstrahlung S wird ohne Abschattung an den reflektierenden Bereichen 4 reflektiert und auf den nicht gezeigten zu belichtenden Wafer zurückgeworfen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer EUV-Reflektionsmaske für die bereichsweise Belichtung einer auf einem Halbleiterwafer liegenden strahlungsempfindlichen Schicht (z.B. Resistschicht) durch an der Maske (1) reflektierte Strahlung im Spektralbereich der extremen Ultraviolettstrahlung (EUV), wobei auf der dem zu belichtenden Wafer zugewendeten Seite (V) der Maske (1) entsprechend den auf dem Halbleiterwafer zu belichtenden Mustern gut reflektierende Maskenbereiche (4) und strahlungsabsorbierende Bereiche (5) gebildet werden, und wobei das Reflexionsvermögen einer auf der Vorderseite eines Substrats (11) liegenden Multilayerschicht (10) unter Bildung der strahlungsabsorbierenden Maskenbereiche (5) reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsabsorbierenden Maskenbereiche (5) durch einen Schreibschritt direkt in die Multilayerschicht (10) so eingeschrieben werden, dass die strahlungsabsorbierenden Maskenbereiche (5) nicht aus der ebenen Fläche der Vorderseite (V) der EUV-Reflektionsmaske vorstehen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Multilayerschicht (10) aus Molybdän- und Siliziumschichten besteht.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schreibschritt die Reflektivität der strahlungsabsorbierenden Maskenbereiche (5) durch Einstrahlung von Laserstrahlung reduziert.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schreibschritt die Reflektivität der strahlungsabsorbierenden Maskenbereiche (5) durch Ionenimplantation reduziert.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schreibschritt die Ionenimplantation in die strahlungsabsorbierenden Maskenbereiche (5) mittels fokussierter Ionenstrahlung ausführt.
Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schreibschritt eine Differenz der Reflektivität zwischen den strahlungsreflektierenden Bereichen (4) und den strahlungsabsorbierenden Bereichen (5) in der Multilayerschicht (10) von wenigstens 90 % erzeugt.
EUV-Reflektionsmaske für die bereichsweise Belichtung einer auf einem Halbleiterwafer liegenden strahlungsempfindlichen Schicht (z.B. Resistschicht) durch an der Maske (1) reflektierte Strahlung im Spektralbereich extremer Ultraviolettstrahlung (EUV), wobei die Maske (1) an ihrer dem zu belichtenden Halbleiterwafer zugewendeten Vorderseite (V) gut strahlungsreflektierende Musterbereiche (4) und strahlungsabsorbierende Bereiche (5) aufweist, die jeweils den auf dem Halbleiterwafer zu bildenden Mustern entsprechen, wobei die EUV-Reflektionsmaske (1) eine auf der Vorderseite eines Substrats (11) liegende Multilayerschicht (10) aufweist, deren Materialbeschaffenheit oder -struktur abschnittsweise so verändert ist, dass die strahlungsabsorbierenden Musterbereiche (5) eine gegenüber den strahlungsreflektierenden Bereichen (4) stark verminderte Reflektivität haben, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite (V) der EUV-Reflektionsmaske (1) eine ebene Oberfläche hat und keine von der Multilayerschicht (10) vorstehende Bereiche aufweist.
EUV-Reflektionsmaske nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Multilayerschicht (10) aus Molybdän- und Siliziumschichten besteht.
EUV-Reflektionsmaske nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige Lagen der Multilayerschicht (10) an den Bereichen (5) verminderter Reflektivität der Maske (1) miteinander verschmolzen sind.
EUV-Reflektionsmaske nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einigen Lagen der Multilayerschicht (10) an den Bereichen (5) verminderter Reflektivität Fremdionen implantiert sind.
EUV-Reflektionsmaske nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Reflektivität zwischen den strahlungsreflektierenden Musterbereichen (4) und den strahlungsabsorbierenden Musterbereichen (5) in der Multilayerschicht (10) wenigstens 90 % beträgt.