DE102004031079B4

DE102004031079B4 - Verfahren zur Herstellung einer Reflexionsmaske

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Publication number: DE102004031079B4
Application number: DE102004031079A
Authority: DE
Inventors: Frank-Michael Dr.rer.nat. Kamm; Rainer Dr.rer.nat. Pforr; Christian Dr.rer.nat. Crell
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2024-06-23
Also published as: KR20060048446A; JP2006013494A; US20050287447A1; KR100695583B1; DE102004031079A1; US7588867B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Reflexionsmaske, bei dem
a) auf einem Substrat (10) eine reflektierende Multilagenstruktur (11) angeordnet wird,
b) auf der Multilagenstruktur (11) eine Deckschicht (12) angeordnet wird,
c) auf der Deckschicht (12) eine Pufferschicht (13) angeordnet wird und
d) oberhalb der Pufferschicht (13) eine Absorberschicht (14) angeordnet wird,
e) wobei nach einer Strukturierung der Pufferschicht (13) in Hellfeldbereichen oberhalb der Multilagenstruktur (11) mindestens ein Teil der Pufferschicht (13') und/oder eine gesonderte Flarereduktionsschicht (17) zur Unterdrückung des Flares angeordnet wird, wobei der Teil der Pufferschicht (13') und/oder die gesonderte Flarereduktionsschicht (17) mit einem vorgegebenen Abstand um die Struktur (20) angeordnet ist und eine Schichtdicke zwischen 10 und 30 nm aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Reflexionsmaske.
Bei der lithographischen Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z. B. DRAM-Speicherchips, werden Masken eingesetzt, deren Struktur über einen lichtempfindlichen Lack (Resist) auf ein Zielsubstrat, z. B. einen Wafer übertragen wird.
Da die zu übertragenden Strukturen immer kleiner werden, ist es notwendig, mit immer kürzeren Belichtungswellenlängen zu arbeiten, wie z. B. 157 nm oder 13,5 nm extremes Ultraviolett, EUV). Damit ändern sich auch die Anforderungen an die entsprechenden Lithographiemasken. Bei Belichtungswellenlängen im EUV-Bereich werden Reflexionsmasken, statt Transmissionsmasken verwendet.
Bei den immer kürzer werdenden Belichtungswellenlängen führt diffuses Hintergrundstreulicht (Flare) zu einer unerwünschten Kontrastreduktion bei der Verwendung von Reflexionsmasken. Die Kontrastreduktion führt zu einer Verkleinerung des Prozessfensters.
Die Streulichtintensität ist dabei umgekehrt proportional zum Quadrat der Belichtungswellenlänge, d. h. mit kleiner werdenden Belichtungswellenlängen steigt das Streulicht sehr stark an.
So ist bei gleicher Oberflächenrauhheit der als optische Elemente verwendeten Linsen bzw. Spiegel der Effekt für die EUV-Technologie mit 13,5 nm mehr als hundertmal stärker als bei 157 nm.
Die atomare Rauheit der optischen Flächen stellt ein theoretisches Minimum dar, nachdem bei der EUV-Technologie ein minimales Flare-Niveau von 8% zu erwarten ist.
Da die EUV-Technologie Reflexionsmasken und keine Transmissionsmasken verwendet, ist eine Verwendung von Rückseiten-Antireflexschichten (ARC) zur Reduktion des Flare-Einflusses nicht möglich.
Der Einfluss auf das Prozessfenster kann u. U. durch eine lokale Anpassung der kritischen Strukturabmessungen (critical dimension, local biasing) reduziert werden, wodurch jedoch Variationen des Flare über das gesamte Bildfeld nicht korrigiert werden. Auch ist eine Korrektur der lokalen Flare-Variationen durch unterschiedliche Hellfeldanteile der Maske nur mit hohem datentechnischen Aufwand möglich. Ein Beispiel für die Kompensation der durch Flare erzeugten Änderungen der CD ist in der WO 02/27403 A1 beschrieben.
Ferner können zeitabhängige Einflüsse, wie z. B. eine Veränderung der Abbildungsoptiken während des Betriebs mit diesem Verfahren nicht berücksichtigt werden.
Es besteht generell die Schwierigkeit, dass Transmissionsmaskenkonzepte sich nicht ohne weiteres auf Reflexionsmasken übertragen lassen, da insbesondere der schräge Lichteinfall bei Reflexionsmasken zu Abschattungseffekten führt. Alle Strukturen auf einer Reflexionsmaske müssen daher möglichst flach ausgebildet sein.
Aus der DE 102 35 255 A1 ist ein optischer Spiegel bekannt, bei dem auf einem Substrat eine reflektierende Multischichtenfolge, eine Deckschicht, eine strukturierte Pufferschicht und auf die Pufferschicht eine absorbierende Maskenschicht aufgebracht ist. In den Zwischenräumen zwischen den aus der Pufferschicht und der Maskenschicht gebildeten Strukturen wird eine künstliche Oxidschicht aufgewachsen, die das Entstehen einer natürlichen, inhomogenen Oxidschicht verhindern soll. Die künstliche Oxidschicht weist eine Dicke zwischen 0,8 und 2 nm auf und schließt. direkt an die Strukturen der Maskenschicht an. Eine solche Oxidschicht ist zur Flarereduktion nicht geeignet.
Die US 6,352,803 B1 schafft eine Reflexionsmaske, bei der ein Substrat aus einem Material mit einem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten mit einer Abdeckschicht überdeckt ist, um Oberflächendefekte des Substrats zu reduzieren. Auf der Abdeckschicht ist eine Multilagen-Reflexionsschicht angeordnet, auf die eine Struktur aus Pufferschicht und Absorptionsschicht aufgebracht ist. Die Pufferschicht dient als Reparaturschicht und ist so ausgebildet, dass sie von außen direkt an die Struktur anschließt und zwischen den Strukturelementen entfernt ist. Auch eine solche Pufferschicht ist nicht geeignet zur Flarereduktion.
Die US 2003/0064296 A1 offenbart eine Reflexionsmaske, bei der eine die Phase des einfallenden Lichts verschiebende Schicht auf eine Reflexionsschicht aufgebracht ist. Diese phasenverschiebende Schicht ist dabei bevorzugt aus Ruthenium ausgebildet und weist eine Dicke von 3 nm auf.
Aus der US 6,596,465 B1 ist eine Reflexionsmaske für EUV-Anwendungen bekannt, deren Struktur eine Abdeckschicht aufweist, die als Schutzschicht einer Multilagen-Reflexionsschicht während des Ätzvorgangs zur Strukturierung der Maske dient. Für die Abdeckschicht gilt, dass sie zur Verringerung der Lichtverluste möglichst dünn ausgebildet sein muss, da ansonsten Lichtabsorption in der Abdeckschicht die Reflexionseigenschaften der Maske negativ beeinflussen würde.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Reflexionsmaske zu schaffen, mit der Flare-Effekte unterdrückt werden und gleichzeitig eine möglichst dünne Maske geschaffen wird.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Reflexionsmaske mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch mindestens eine Flarereduktionsschicht, die mindestens teilweise auf einem Hellfeld der Multilagenstruktur angeordnet ist, wobei die mindestens eine Flarereduktionsschicht mit einem vorgegebenen Abstand um die Struktur angeordnet ist und eine Schichtdicke zwischen 10 und 30 nm aufweist, wird die Wirkung des Streulichtes unterdrückt, ohne dass zusätzliche Schichten auf die Maske aufgebracht werden müssen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens eine Flarereduktionsschicht Teil einer Pufferschicht ist, die ohnehin für den Fall von Reparaturen der Absorberschicht aufgebracht werden muss.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Flarereduktionsschicht als Schicht auf oder unter einer Deckschicht oder einer Ätzstoppschicht angeordnet ist.
Mindestens eine Flarereduktionsschicht besteht vorteilhafterweise aus SiO₂.
Eine Absorberschicht besteht vorteilhafterwiese aus TaN oder Chrom, eine Pufferschicht aus SiO₂ oder Chrom.
Besonders vorteilhaft ist eine Kombination einer Pufferschicht aus SiO₂ und einer Absorberschicht aus Chrom.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht einer EUV-Reflexionsmaske nach dem Stand der Technik;
2 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Reflexionsmaske;
3A–D schematische Schnittansichten einzelner Herstellungsschritte zur Herstellung einer Reflexionsmaske gemäß der ersten Ausführungsform;
4 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Reflexionsmaske;
5 eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der Reflexionsmaske;
6 eine schematische Draufsicht auf ein strukturiertes Gebiet mit einer Flarereduktionsschicht;
7 Simulationsergebnisse zur Flarereduktion an einer Struktur mit drei dunklen Linien.
1 zeigt den typischen Aufbau einer an sich bekannten Reflexionsmaske in einer Schnittansicht. Diese Reflexionsmaske und alle weiteren hier beschriebenen Masken sollen in der EUV-Lithographie (13,5 nm) eingesetzt werden, wobei die Reflexionsmasken grundsätzlich auch bei anderen Wellenlängen eingesetzt werden können.
Auf einem Substrat 10 aus einem Low-Thermal-Expansion Material (z. B. hochdotiertes Quarzglas oder Glaskeramik) ist eine Multilagenstruktur 11 (Multilayerstruktur) angeordnet. Die Multilagenstruktur 11 weist eine Vielzahl (z. B. 40 Doppelschichten) von Einzelschichten auf. Die Multilagenstruktur 11 ist in bekannter Weise aus Molybdän und Silizium aufgebaut.
Über der reflektierenden Multilagenstruktur 11 ist eine Deckschicht 12 (Cappinglayer) aus Silizium als Schutzschicht angeordnet.
Auf der Deckschicht 12 sind Strukturen 20 angeordnet, die der Strukturerzeugung dienen, wenn die Reflexionsmaske unter schrägem Lichteinfall (z. B. 5 bis 6° gegenüber dem Lot auf die Oberfläche) bestrahlt wird.
Die Strukturen 20 weisen unten eine Pufferschicht 13 (Bufferlayer) und darüber eine Absorberschicht 14 zur Absorption der Belichtungsstrahlung auf. Die Absorberschicht 14 dient der Erzeugung einer Struktur auf einem hier nicht dargestellten Zielsubstrat. Das von der Reflexionsmaske reflektierte Licht weist ein Hell-Dunkelmuster auf, wobei Hellfelder durch die Multilagenstruktur 11, Dunkelfelder durch die Absorptionsschicht 14 erzeugt werden.
Als Material für die Absorberschicht 14 wird hier TaN verwendet. Als Pufferschicht 13 wird hier eine Chromschicht verwendet.
Alternativ wird eine SiO₂-Schicht als Pufferschicht 13 in Verbindung mit einer Absorberschicht 14 aus Chrom verwendet.
Eine Reflexionsmaske gemäß 1 wird in an sich bekannter Weise durch lithographische Verfahren hergestellt, indem Schichten auf das Substrat 10 aufgebracht werden und anschließend z. B. durch Ätzung strukturiert werden. So werden z. B. die Pufferschicht 13 und die Absorberschicht 14 so geätzt, dass die Strukturen 20 stehen bleiben. Somit entstehen relativ große Hellfelder auf der Multilagenschicht 11, die wegen des Flare-Effektes problematisch sind.
In 2 ist eine erste Ausführungsform einer Reflexionsmaske dargestellt. Der Schichtenaufbau und die Materialien entsprechen im Wesentlichen dem der 1, so dass auf die entsprechende Beschreibung Bezug genommen wird.
Zur Verhinderung von Flare-Effekten wird hier die ca. 20 nm dicke SiO₂-Pufferschicht 13 nur mit einem relativ engen Abstand um die Strukturen 20 geätzt. Die Pufferschicht 13 mit mittlerer bis geringer EUV-Absorption bleibt somit als funktionelle Schicht, nämlich als Flarereduktionsschicht 13' bestehen, indem sie Bereiche des Hellfeldes um die Strukturen 20 abdeckt und somit den Flare-Effekt reduziert. Eine quantitative Darstellung der Reduktion mit einer solchen Konfiguration wird im Zusammenhang mit 7 beschrieben.
Die Dicke der Pufferschicht 13, und damit der Flarereduktionsschicht 13', wird bezüglich der optischen Eigenschaften so optimiert, dass die Teiltransmission der Schicht (bezogen auf das von der Multilagenstruktur 11 reflektierte EUV-Licht) ausreichend ist, um einen Fotolack auf dem Zielsubstrat zu belichten; die Pufferschicht 13 und die Flarereduktionsschicht müssen somit teilweise transparent sein. Gleichzeitig muss die Schichtdicke der Pufferschicht 13 und der Flarereduktionsschicht so groß sein, dass unerwünschtes Streulicht unterdrückt wird. Die Schichtdicke ist dabei so zu wählen, dass das Prozessfenster durch die zusätzliche Absorption in der Pufferschicht 13 in den großen unstrukturierten Hellfeldbereichen nicht eingeschränkt wird.
In diesem Fall ist eine Kontrastverstärkung auf Grund der Reduktion des Streulichts zu erwarten. Außerdem wird die Gleichmäßigkeit der CD über das Bildfeld besser gewahrt, da Variationen des Flare über das Bildfeld einen geringeren Einfluss haben.
In 3A bis 3D wird dargestellt, welche Verfahrensschritte zur Herstellung einer Reflexionsmaske gemäß 2 ausgeführt werden.
Ausgangspunkt (3A) ist eine Reflexionsmaske, die einen unstrukturierten Schichtenstapel aus Substrat 10, Multilagenstruktur 11, Deckschicht 12 und Pufferschicht 13 aufweist. Über der Pufferschicht 13 ist eine Absorberschicht 14 angeordnet, die bereits strukturiert ist. Die Pufferschicht 13 dient dem Schutz der Multilagenstruktur 11 bei einer möglicherweise notwendigen Reparatur (z. B. mittels Innenstrahlen) der Absorberschicht 14.
In einem ersten Verfahrensschritt (3B) wird eine Resistschicht 15 aufgebracht, wobei die Resistschicht in einem relativ engen Bereich um die Strukturen 20 wieder lithographisch entfernt wird.
Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt (3C) die Pufferschicht 13 im Bereich um die Strukturen 20 geätzt. Die Hellfelder außerhalb des Ätzbereichs werden durch die Resistschicht 15 geschützt.
Schließlich wird in einem dritten Verfahrensschritt (3D) die Resistschicht 15 entfernt und die Struktur gemäß 2 erhalten.
In 4 ist eine zweite Ausführungsform der Reflexionsmaske dargestellt. Diese stellt eine Abwandlung der ersten Ausführungsform (2) dar, so dass auf die entsprechende Beschreibung der Reflexionsmaske und deren Herstellung (3) Bezug genommen werden kann.
Zusätzlich ist bei der zweiten Ausführungsform eine weitere Flarereduktionsschicht 17 unterhalb der Pufferschicht 13 und oberhalb der Deckschicht 12 aufgebracht. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann sinnvoll, wenn eine Reparatur (z. B. Innenstrahlung) der Absorberschicht eine Mindestdicke der Pufferschicht 13 erfordert, die eine zu große Absorption bedeuten würde.
In 5 wird eine dritte Ausführungsform der Reflexionsmaske dargestellt, die eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform ist (4). Über der Deckschicht 12 ist eine Ätzstoppschicht 16 angeordnet, auf der dann eine gesonderte Flarereduktionsschicht 17 angeordnet ist.
Grundsätzlich kann die Ätzstoppschicht 16 auch über der gesonderten Flarereduktionsschicht 17 liegen.
In 6 ist in schematischer Weise eine Draufsicht auf einen Teil einer Reflexionsmaske dargestellt. Dabei sind strukturierte Bereiche 21, 22, 23, 24 von einer Flarereduktionsschicht 13' umgeben. Die Flarereduktionsschicht 13' ist hier im Sinne der ersten Ausführungsform als Teil der Pufferschicht 13 ausgebildet.
In 7 ist in Form eines Simulationsbeispiels die Wirkung der Flarereduktion dargestellt. Simuliert wurden drei lineare Strukturen 20 (wie in 2 dargestellt). Die Mittellinien der Strukturen 20 liegen ca. 0,07 µm auseinander.
Die Strukturen 20 rufen drei Intensitätsminima hervor, da die Absorberstrukturen Dunkelfelder erzeugen.
Ohne besondere Maßnahmen zur Flarereduktion wird ein Intensitätsniveau von 0,7 (gemessen in einer beliebigen Einheit) erreicht.
Als Flarereduktionsschicht 13' wird hier eine 20 nm dicke Schicht aus SiO₂ verwendet, die die drei Strukturen 20 seitlich umgibt (siehe z. B. 2) Der unmittelbare Bereich um die Strukturen 20 ist gemäß 2 nicht von der Flarereduktionsschicht 13 bedeckt.
Der Effekt der Flarereduktionsschicht 13' zeigt sich daran, dass die Intensität der reflektierten Strahlung, einschließlich des Flares in den entsprechenden Bereichen um die Strukturen 20 herum (x zwischen –0,15 und –0,2 µm und 0,15 und 2 µm) von ca. 0,7 auf 0,52 gesenkt wird. Die geringere Intensität ist die, die auch im Bereich der Mitte der Strukturen 20 vorliegt. Dies bedeutet, dass die reflektierte Intensität im Bereich der Hellfelder (x zwischen –0,15 und –0,2, bzw. 0,15 und 0,2) noch größer oder gleich ist, als die maximale Intensität in den strukturierten Bereichen. Dies hat zur Folge, dass im Abbildungsprozess die volle Intensitätsamplitude der strukturierten Bereiche ausgenutzt werden kann.

10: Substrat
11: Multilagenstruktur
12: Deckschicht
13: Pufferschicht
13': Flarereduktionsschicht
14: Absorberschicht
15: Resistschicht
16: Ätzstoppschicht
17: zusätzliche Flarereduktionsschicht
20: Struktur
21, 22, 23, 24: strukturierte Bereiche

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Reflexionsmaske, bei dem a) auf einem Substrat (10) eine reflektierende Multilagenstruktur (11) angeordnet wird, b) auf der Multilagenstruktur (11) eine Deckschicht (12) angeordnet wird, c) auf der Deckschicht (12) eine Pufferschicht (13) angeordnet wird und d) oberhalb der Pufferschicht (13) eine Absorberschicht (14) angeordnet wird, e) wobei nach einer Strukturierung der Pufferschicht (13) in Hellfeldbereichen oberhalb der Multilagenstruktur (11) mindestens ein Teil der Pufferschicht (13') und/oder eine gesonderte Flarereduktionsschicht (17) zur Unterdrückung des Flares angeordnet wird, wobei der Teil der Pufferschicht (13') und/oder die gesonderte Flarereduktionsschicht (17) mit einem vorgegebenen Abstand um die Struktur (20) angeordnet ist und eine Schichtdicke zwischen 10 und 30 nm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Flarereduktionsschicht (13') Teil einer Pufferschicht (13) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Flarereduktionsschicht (13', 17) als Schicht auf oder unter einer Deckschicht (12) oder einer Ätzstoppschicht (16) angeordnet wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Flarereduktionsschicht (13', 17) aus SiO₂ besteht.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht (14) aus TaN oder Chrom ausgebildet ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (13) aus SiO₂ oder Chrom ausgebildet ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (13) aus SiO₂ und die Absorberschicht (14) aus Chrom ausgebildet ist.