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Ausführungsformen
der Erfindung beziehen sich auf ein Maskensubstrat (mask blank),
auf Photomasken, wie sie zum Beispiel bei der Herstellung integrierter
Halbleiterschaltkreise Verwendung finden, sowie auf Verfahren zur
Herstellung solcher Photomasken. Sowohl für Maskentechnologien
für extreme Ultraviolett-Lithographie (EUVL) als auch für
verbesserte optische Lithographie-Plattformen, zum Beispiel Doppelstrukturierung
oder Hyper-NA-Inversions-Lithographie, wird eine Absorberschicht
auf der Photomaske mittels einer Photolackmaske strukturiert. Die
Auflösung, die dabei erreicht werden kann, hängt
von der für die Strukturierung der Absorberschicht erforderlichen
Photolackschichtdicke sowie vom Photolacktyp ab. Für eine
hohe Auflösung wäre eine dünnere Photolackschicht
erforderlich. Andererseits wird die Photolackmaske während
der Übertragung des Musters aus der Photolackschicht in
die Absorberschicht verbraucht, so dass der Photolack eine ausreichende
Mindestschichtdicke aufweisen muss.
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Das
Absorbermuster für die EUV-Lithographie reflektiert üblicherweise
Licht, wie es zur optischen Inspektion des Absorbermusters benutzt
wird. Daher wird die Absorberschicht üblicherweise mit
einer Antireflexionsschicht abgedeckt, dessen Reflexionsgrad bei
der Inspektionswellenlänge geringer ist als der der Absorberschicht.
Die Antireflexionsschicht verbessert während einer folgenden
optischen Maskeninspektion den Kontrast. Im Allgemeinen sind die
Antireflexionsschichten gegenüber Ätzprozessen,
wie sie zur Übertragung des Photolackmusters in die Absorberschicht
typischerweise Verwendung finden, äußerst widerstandsfähig.
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Für
transparente Photomasken, wie sie üblicherweise für
DUV- und UV-Lithographie Verwendung finden, werden chromhaltige
Schichten zur Ausbildung opaker Muster auf der Maske vorgesehen.
Das Strukturieren von chromhaltigen Schichten erfordert typischerweise
einen auf Sauerstoff basierenden Ätzprozess um eine flüchtige
Chromverbindung, z. B. CrO2Cl2 ausbilden
zu können. Sauerstoff basierte Ätzprozesse weisen
jedoch üblicherweise eine isotrope Komponente auf, die
die Strukturgröße (Linienweite) im Maskenmuster
beeinflussen.
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Die
US 6,720,118 B2 offenbart
einen EUV-Maskenabsorberstapel, der eine auf einem Metallnitrid,
zum Beispiel Titan- oder Tantalnitrid, basierende Absorberschicht
und eine die Absorberschicht bedeckende Antireflexionsschicht aufweist,
die z. B. auf Tantal- oder Titannitrid basiert, das zusätzlich
ein oder mehrere Nichtmetalle wie zum Beispiel Fluor (F), Sauerstoff
(O), Argon (Ar), Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Germanium (Ge)
oder Bor (B) enthält.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Maskensubstrat und eine
Photomaske, die hocheffiziente Absorberschichten mit einer kurzen
Absorptionslänge bei der Belichtungswellenlänge
aufweisen und die mit hoher Auflösung strukturierbar sind,
sowie ein Verfahren zur Herstellung von Photomasken, die solche
hocheffizienten Absorberschichten sowie eine Antireflexionsschicht
aufweisen, zur Verfügung zu stellen.
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Ausführungsformen
der Erfindung beziehen sich demnach auf ein Maskensubstrat (mask
blank) entsprechend Anspruch 1, auf eine Photomaske gemäß Anspruch
14 sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer Photomaske gemäß Anspruch
19. Die Unteransprüche beziehen sich jeweils auf Verbesserungen
dieser Ausführungsformen.
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Ein
Maskensubstrat (mask blank) gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst eine Absorberschicht, die bei einer Belichtungswellenlänge absorbierend
und bei einer Inspektionswellenlänge reflektierend ist,
wobei die Belichtungswellenlänge die ist, die in einem
Lithographieprozess zur Übertragung von Mustern von einer
Photomaske auf zum Beispiel einen Halbleiterwafer zur Belichtung
verwendet wird. Die Belichtungswellenlänge kann zum Beispiel
13,5 nm betragen. Die Inspektionswellenlänge ist die eines
typischen optischen Fehlererkennungswerkzeuges und ist größer
als die Belichtungswellenlänge, zum Beispiel 193 nm, 196
nm oder 248 nm.
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Über
der Absorberschicht ist eine Antireflexionsschicht angeordnet, wobei
die Antireflexionsschicht bei der Inspektionswellenlänge
nur schwach reflektiv ist. Die Antireflexionsschicht kann direkt
auf der Absorberschicht vorgesehen sein. Über der Antireflexionsschicht
ist eine Hartmaskenschicht angeordnet. Die Hartmaskenschicht kann
direkt auf der Antireflexionsschicht vorgesehen sein, so dass die Hartmaskenschicht
die Antireflexionsschicht kontaktiert. Keiner der Hauptbestandteile
der Hartmaskenschicht weist eine Kernladungszahl größer
41 auf. Eine erste Ätzselektivität S1 mit S1 =
R(HM)/R(Res) ist zwischen dem Material der Hartmaskenschicht mit einer Ätzrate
R(HM) und einem über der Hartmaskenschicht angeordneten
Photolack zur Strukturierung der Hartmaske mit einer Ätzrate
R(Res) definiert. Zwischen dem Material der Antireflexionsschicht,
das eine Ätzrate R(AR) aufweist und dem Photolack ist eine
zweite Ätzselektivität S2 mit S2 = R(AR)/R(Res)
definiert. Durch Auswahl eines geeigneten Materials für
die Hartmaskenschicht und einen geeigneten Ätzprozess kann
die erste Ätzselektivität in bevorzugter Weise
größer als die zweite Ätzselektivität
gewählt werden.
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Dadurch
kann die für eine Strukturierung des Maskensubstrates vorgesehene
Photolackschicht dünner als ohne Hartmaske vorgesehen werden. Durch
die niedrige Kernladungszahl der Hauptbestandteile der Hartmaskenschicht
wird während des Elektronenstrahlschreibens der über
der Hartmaskenschicht vorgesehenen Photolackschicht die Rückstreuung
von Elektronen in den Photolack und damit Schleier-Effekte (fogging
effects) vermieden.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform des Maskensubstrates kann eine
Photolackschicht die Hartmaskenschicht bedecken. Die Hartmaskenschicht
kann in einem fluor- oder chlorbasierten Ätzprozess eine Ätzrate
aufweisen, die nicht kleiner ist als die der Antireflexionsschicht,
so dass der Einsatz dünner Photolackschichten von weniger
als 160 nm Schichtdicke ermöglicht wird.
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Die
Hartmaskenschicht ist bevorzugt in einer HF-Lösung löslich,
so dass während des Entfernens von Hartmaskenresiduen eine
Schädigung der Absorberschicht, der Antireflexionsschicht
oder der Unterlage vermieden werden kann.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform weisen die Hauptbestandteile
der Hartmaskenschicht Kernladungszahlen von 24, 14 oder weniger auf,
um das Zurückstreuen von Elektronen während des
Elektronenstrahlschreibens oder der Belichtung mit anderen geladenen
Partikeln zu vermeiden.
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Gemäß einer
Ausführungsform kann die Hartmaskenschicht Silizium und
Sauerstoff als Hauptbestandteile aufweisen. Zum Beispiel ist die Hartmaskenschicht
eine Siliziumdioxidschicht oder eine Silziumoxynitridschicht, die
in fluorbasierten Ätzprozessen einen hohen Ätzwiderstand
aufweisen. Gemäß anderer Ausführungsformen
kann die Hartmaskenschicht Chrom oder Kohlenstoff enthalten oder
jeweils aus diesen bestehen. Das Mas kensubstrat kann das einer EUVL-Maske
mit einem Mehrlagenspiegel mit oder ohne Kappenschicht sein, der unterhalb
der Absorberschicht angeordnet ist, oder eine transparente Maske
mit einem Trägersubstrat, das die Absorberschicht trägt,
wobei das Trägersubstrat bei einer Wellenlänge
von mindestens 193 nm transparent ist.
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Eine
Photomaske gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst ein Trägersubstrat, das bei einer
Belichtungswellenlänge transparent ist sowie eine Absorberschicht,
die bei der Belichtungswellenlänge opak und bei einer Inspektionswellenlänge
reflektiv ist, wobei die Inspektionswellenlänge größer
als die Belichtungswellenlänge ist. Eine über
der Absorberschicht angeordnete Antireflexionsschicht ist bei der
Inspektionswellenlänge nicht oder schwach reflektiv, und
weist bei der Reflexionswellenlänge einen niedrigeren Reflexionsgrad
auf als zum Beispiel eine auf Chrom basierende Schicht. Eine Photomaske
gemäß einer solchen Ausführungsform liefert
während der Fehlerinspektion einen erhöhten Kontrast.
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Gemäß einer
Ausführungsform kann die Hartmaskenschicht über
der Antireflexionsschicht angeordnet sein, wobei keine der Hauptbestandteile der
Hartmaskenschicht eine Kernladungszahl größer als
41 aufweist. Dieselbe Hartmaskenschicht/Absorber-Konfiguration kann
auch für EUVL-Masken benutzt werden. Als unmittelbare Folge
können sowohl transparente Masken als auch reflektive Masken
unter Verwendung der gleichen oder im wesentlichen der gleichen Ätzchemie
strukturiert werden.
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Gemäß anderen
Ausführungsformen kann eine Photolackschicht die Hartmaskenschicht
bedecken bzw. kann eine Phasenschieberschicht zwischen dem Trägersubstrat
und der Absorberschicht vorgesehen werden.
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Gemäß weiteren
Ausführungsformen sind die Antireflexionsschicht und die
Absorberschicht strukturiert und bilden ein Absorbermuster aus,
das Absorberstrukturen umfasst, wobei zwischen den Absorberstrukturen
Abschnitte einer Unterlage, zum Beispiel des Trägersubstrates,
freigelegt sind.
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Eine
weitere Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren zur Herstellung einer Photomaske, wobei zunächst
ein Maskensubstrat (mask blank) bereitgestellt wird, das eine Absorberschicht,
eine über der Absorberschicht angeordnete Antireflexionsschicht
sowie eine über der Antireflexionsschicht angeordnete Hartmaskenschicht
umfasst. Die Hartmaskenschicht wird strukturiert, wobei eine Hartmaske
ausgebildet wird. Das Muster bzw. die Struktur der Hartmaske wird
in die Antireflexionsschicht übertragen. Darauf wird das
Muster der Antireflexionsschicht in die Absorberschicht übertragen, so
dass Abschnitte einer Unterlage, zum Beispiel eines Trägersubstrates
freigelegt werden. Die Hartmaskenschicht kann dadurch strukturiert
werden, dass ein Photolackmuster in die Hartmaskenschicht übertragen
wird. Die Photolackmaske kann sehr dünn, zum Beispiel in
einer Schichtdicke von etwa 100 nm oder weniger vorgesehen werden,
so dass der Photolack mit hoher Auflösung strukturiert
werden kann. Residuen der Photolackmaske können entfernt
(gestrippt) werden, bevor das Muster der Antireflexionsschicht in
die Absorberschicht übertragen wird, so dass beim Entfernen
der Photolackresiduen eine Unterlage unterhalb der Absorberschicht
nicht geschädigt werden kann.
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Die
Hartmaskenresiduen können mittels eines Nassätzprozesses
entfernt werden, nachdem die Antireflexionsschicht strukturiert
ist.
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen der Erfindung sowie ihre Vorteile
anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren
sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und dienen hauptsächlich
zur Darstellung der den Ausführungsformen zugrunde liegenden
Prinzipien.
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Die 1A ist
eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts eines EUV-Maskensubstrates
mit einer Hartmaskenschicht gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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Die 1B ist
eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts eines
EUV-Maskensubstrates mit einer Hartmaskenschicht und einer Photolackschicht
gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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Die 1C ist
eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer EUV-Photomaske
mit einem Absorbermuster, das aus einem Verfahren zur Herstellung
einer Photomaske gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung hervorgeht.
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Die 2A ist
eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts eines
transparenten Photomaskensubstrates mit einem Absorberstapel und
einer Hartmaskenschicht gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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Die 2B ist
eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts eines
transparenten Photomaskensubstrates mit einer Hartmaskenschicht
und einer Photolackschicht gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung.
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Die 2C ist
eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts einer
transparenten Photomaske mit einem Absorbermuster, das aus einem
Verfahren zur Herstellung einer Photomaske gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung hervorgeht.
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Die 3A ist
eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts eines
transparenten, phasenschiebenden Maskensubstrates mit einem Absorberstapel
und einer Hartmaskenschicht gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung.
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Die 3B ist
eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts eines
transparenten phasenschiebenden Maskensubstrates mit einer Hartmaskenschicht
und einer Photolackschicht gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung.
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Die 3C ist
eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts einer
transparenten phasenschiebenden Maske mit einem Absorbermuster,
das aus einem Verfahren zur Herstellung einer Photomaske gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung hervorgeht.
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Die 4A ist
eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts einer
EUV-Maske mit einem Absorberstapel, einer Hartmaskenschicht und
einer Photolackschicht zur Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung
einer lithographischen Maske gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, nach dem Strukturieren der
Photolackschicht.
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Die 4B ist
eine schematische Querschnittsdarstellung des EUV-Maskenabschnitts
der 4A nach dem Strukturieren der Hartmaskenschicht.
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Die 4C ist
eine schematische Querschnittsdarstellung des EUV-Maskenabschnitts
der 4A nach Strukturieren einer Antireflexionsschicht
des Absorberstapels.
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Die 4D ist
eine schematische Querschnittsdarstellung des EUV-Maskenabschnitts
der 4A nach dem Strippen von Photolackresiduen.
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Die 4E ist
eine schematische Querschnittsdarstellung des EUV-Maskenabschnitts
der 4A nach Strukturieren einer Absorberschicht des
Absorberstapels.
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Die 4F ist
eine schematische Querschnittsdarstellung des EUV-Maskenabschnitts
der 4A nach Entfernen von Hartmaskenresiduen.
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Die 5 ist
ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung
einer Photomaske gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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Die 1A bis 1C beziehen
sich auf reflektive Photomasken, zum Beispiel auf EUV-Lithographie
Masken.
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Die 1A ist
eine Querschnittsdarstellung eines EUV-Maskensubstrates (mask blank) 100,
das einen Basisabschnitt 110, einen Absorberstapel 120 und
eine Hartmaskenschicht 130 umfasst. Der Basisabschnitt 110 kann
ein Trägersubstrat 114 umfassen. Das Trägersubstrat 114 kann
Glas, eine Keramik oder ein anderes Siliziumoxidmaterial mit einem niedrigen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten sein, zum Beispiel ein mit
Titandioxid dotiertes Siliziumdioxid. Der Basisabschnitt 110 kann
ferner einen Mehrlagenspiegel 116 aufweisen. Der Mehrlagenspiegel 116 kann
20 bis 100 Doppellagen umfassen, wobei jede Doppellage eine erste
Schicht 116a eines ersten Materials mit einer hohen Kernladungszahl und
eine zweite Schicht 116b eines anderen Materials mit einer
niedrigen Kernladungszahl umfasst. Die Doppelschichten sind derart
angeordnet, dass die ersten und zweiten Schichten 116a, 116b einander abwechseln.
Die ersten Schichten 116a wirken als Streuschichten. Die
zweiten Schichten 116b wirken als Abstandsschichten mit
minimaler Absorption bei der Belichtungswellenlänge. Beispielsweise
sind die ersten Schichten 116a Molybdänschichten
mit einer effektiven Kernladungszahl von etwa 42 und sind die zweiten
Schichten 116b Siliziumschichten mit einer effektiven Kernladungszahl
von etwa 14. Bei einer Belichtungswellenlänge von zum Beispiel
13,5 nm kann jede Doppelschicht beispielsweise eine 1,5 bis 3,5
nm dicken Molybdänschicht und eine 3,0 bis 5,0 dicke Siliziumschicht
umfassen. Dem Mehrlagenspiegel 116 kann am Trägersubstrat 114 eine
Rückseitenschicht 112 gegenüber liegen.
Die Rückseitenschicht 112 kann leitfähig
sein, um ein temporäres elektrostatisches Arretieren des
Wafers (chucking) zu ermöglichen. Die Rückseitenschicht 112 kann zum
Beispiel eine Chromschicht mit einer Schichtdicke von etwa 70 nm
sein. Der Basisabschnitt 110 kann ferner eine Kappenschicht 118 umfassen,
zum Beispiel eine Schicht, die aus Ruthenium besteht oder dieses
enthält und etwa 2,0 bis etwa 4,0 nm dick ist.
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Der
Basisabschnitt 110 trägt den Absorberstapel 120.
Der Absorberstapel 120 kann in Kontakt mit der Kappenschicht 118 angeordnet
sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform
kann zwischen dem Absorberstapel 120 und dem Basisabschnitt 110 eine Bufferschicht
vorgesehen sein. Der Absorberstapel 120 umfasst eine Absorberschicht 122 und
eine Antireflexionsschicht 124. Die Absorberschicht 122 kann auf
einem Metallnitrid basieren, zum Beispiel einem Übergangsmetallnitrid
wie Tantal- oder Titannitrid. Die Absorberschicht 120 kann
eine Schichtdicke von etwa 10 nm bis etwa 90 nm aufweisen. Die Absorberschicht 122 ist
bei einer ersten Wellenlänge absorbierend, die zur Belichtungswellenlänge
korrespondiert, wobei der Absorptionsgrad bei der Belichtungswellenlänge
größer 0,5 sein kann. Die Absorptionsschicht 122 ist
typischerweise bei einer zweiten Wellenlänge, bei der die
Photomaske nach der Strukturierung inspiziert wird, reflektiv. Typischerweise
ist der Reflexionsgrad bei einer typischen Wellenlänge von,
zum Beispiel 193 nm, 198 nm, 248 nm, 257 nm, 266 nm, 365 nm oder
488 nm größer 0,4. Dabei sind auch größere
Inspektionswellenlängen möglich, wobei kürzere
Wellenlängen eine bessere Auflösung ermöglichen.
Daneben basieren auch Maskenjustierwerkzeuge auf optischer Mustererkennung
im Bereich des sichtbaren Lichts.
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Der
Absorberstapel 120 umfasst weiterhin eine Antireflexionsschicht 124.
Die Antireflexionsschicht 124 ist über der Absorberschicht 122 angeordnet
und bei der Inspektionswellenlänge weniger reflektiv als
die Absorptionsschicht 122. Der Reflexionsgrad ist bei
der jeweiligen Inspektionswellenlänge typischerweise kleiner
0,12. Die Antireflexionsschicht 124 kann auf einem Metallnitrid
basieren, zum Beispiel einem Übergangsmetallnitrid wie
Titan- oder Tantalnitrid. Die Antireflexionsschicht 24 kann
ferner ein oder mehrere weitere Bestandteile aufweisen, die aus
einer Gruppe gewählt sind, die Chlor, Fluor, Argon, Wasserstoff
und Sauerstoff enthält. Die Antireflexionsschicht 124 kann
etwa dadurch erzeugt werden, dass die Absorptionsschicht 122 einer
Umgebung, die den weiteren Bestandteil oder eine Vorläuferverbindung
davon enthält, ausgesetzt wird. Gemäß einer
anderen Ausführungsform kann die Antireflexionsschicht 124 eine
Siliziumnitridschicht Si3N4 sein.
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Das
EUV-Maskensubstrat 100 umfasst ferner eine Hartmaskenschicht 130,
wobei der schwerste Hauptbestandteil eine Kernladungszahl von weniger
als 42 aufweist. Die Hartmaskenschicht 130 ist über
der Antireflexionsschicht 124 angeordnet und kann mit dieser
direkt in Kontakt stehen. Die Hartmaskenschicht 130 kann
eine Ätzrate von weniger als 1 nm pro Sekunde in einem
fluorbasierten Trockenätzprozess aufweisen. Die Kernladungszahl
des schwersten Hauptbestandteils kann zum Beispiel kleiner als 25,
zum Beispiel 24 oder 14 sein. Gemäß einer anderen
Ausführungsform ist die Kernladungszahl des schwersten
Hauptbestandteils kleiner als 14. Die Dicke der Hartmaskenschicht 130 kann
zum Beispiel etwa 10 bis etwa 30 nm betragen. Die Hartmaskenschicht 130 kann
eine Siliziumoxidschicht, zum Beispiel eine Siliziumdioxidschicht,
eine Siliziumoxynitridschicht, eine Kohlenstoffschicht, eine Germaniumschicht,
eine Aluminiumschicht oder eine Schicht mit Germanium und Aluminium
oder eine auf Chrom basierende Schicht sein.
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Die
Hartmaskenschicht 130 kann unter Verwendung einer dünnen
Photolackschicht 130 strukturiert werden. Die Dicke der
Photolackschicht 130 kann dabei weniger als 200 nm betragen,
zum Beispiel etwa 100 nm, und dabei kleiner sein als die typische
Photolackschichtdicke, die zur Strukturierung typischer Absorberstapel
ohne Hartmaske erforderlich wäre. Die dünne Photolackschicht
ermöglicht einen hochauflösenden Strukturierungsprozess
für die Photolackschicht. Unter Verwendung eines fluorbasierten
Trockenätzprozesses kann eine Hartmaskenschicht 130 mit
einer Schichtdicke von weniger als 30 nm sich als ausreichend erweisen,
um selbst hochätzresistive Antireflexionsschichten 124 zu
durchbrechen. Die niedrigen Kernladungszahlen der Hauptbestandteile
der Hartmaskenschicht 130 reduzieren die Elektronenrückstreuung
während der Strukturierung der Photolackschicht mittels
Elektronenstrahlschreibens. Die Hartmaskenschicht 130 vermag
ferner die Antireflexionsschicht 124 während der
folgenden Ätzung der Absorberschicht 122 zu schützen.
Eine Verminderung des Reflexionsgrades der Antireflexionsschicht 124,
die die reflektiven Eigenschaften während einer Inspektion
oder einer optischen Mustererkennung verschlechtert, kann vermieden
werden. Es können steile Seitenwandwinkel der Absorberstrukturen
sowie ein nur minimales Abrunden der Ecken erzielt werden. Unterschiedliche
Antireflexionsschichten von unterschiedlichen Photomaskentypen können
mit der gleichen Hartmaske und dem gleichen Hartmaskenstrukturierungsprozess
geätzt werden.
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Die 1B zeigt
ein weiteres Maskensubstrat 101 mit einem Basisabschnitt 110,
einem Absorberstapel 120 und einer Hartmaskenschicht 130.
Das Maskensubstrat 101 umfasst ferner eine Photolackschicht 140.
Die Photolackschicht 140 kann zum Beispiel eine Elektronenstrahl-Photolackschicht
mit einer Schichtdicke von etwa 60 bis etwa 200 nm sein. Der Photolack
kann ein chemisch verstärkter Photolack, ein selbststrukturierender
Photolack, ein nicht chemisch verstärkter Photolack oder
ein mehrlagiges Schichtsystem sein.
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Die 1C zeigt
eine strukturierte EUV-Maske 102, die etwa aus einem Maskensubstrat,
wie es anhand der 1A bis 1B dargestellt ist,
hervorgehen kann. Die EUV-Maske 102 umfasst einen nichtstrukturierten
Basisabschnitt 110 und einen strukturierten Absorberstapel
mit Absorberstrukturen 120a, die durch Gräben 120b separiert
sind, welche wiederum zwischen den Absorberstrukturen 120a den
Basisabschnitt 110, zum Beispiel eine Kappenschicht 118,
freilegen. Da die Absorberstrukturen 120a während
der gesamten Ätzung der Gräben 120b durch
remanente Abschnitte der Hartmaskenschicht 130 abgedeckt
bleiben können, kommt es kaum zu einem Abrunden der Ecken.
Die Stufen bzw. Seitenwände der Absorberstrukturen 120a sind
steil. Die Strukturgröße kann kleiner als 30 nm
sein.
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Die 2A bis 2C beziehen
sich auf eine transparente Photomaske zum Gebrauch, zum Beispiel,
in der DUV- oder UV-Lithographie.
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Das
Maskensubstrat 200, das in der 2A dargestellt
ist, umfasst ein transparentes Trägersubstrat 214,
das zum Beispiel ein Glas oder eine Keramik, zum Beispiel ein dotiertes
Siliziumdioxid sein kann. Das Maskensubstrat 200 umfasst
ferner einen Absorberstapel 220, der eine Absorberschicht 222 umfasst,
die über dem Trägersubstrat 214 angeordnet
ist. Die Absorber schicht 222 kann direkt in Kontakt mit
dem Trägersubstrat 214 und beispielsweise eine
Tantalnitridschicht mit einer Schichtdicke von etwa 10 bis etwa
100 nm sein. Eine Antireflexionsschicht 224 bedeckt die
Absorberschicht 222. Die Antireflexionsschicht 224 kann
eine weitere Tantalnitridschicht sein, die mit weiteren Bestandteilen,
zum Beispiel Sauerstoff, Fluor, Wasserstoff oder Argon dotiert ist
und eine Schichtdicke von 10 bis 14 nm aufweisen kann. Über
dem Absorberstapel 220 ist eine Hartmaskenschicht 230 mit
einer Schichtdicke von zwischen 10 und 30 nm angeordnet. Die Absorber/Hartmaskenschicht-Konfiguration 220 kann
der der EUVL-Masken der 1A bis 1C entsprechen.
Ein einziges Abscheidungs- und Strukturierungsregime kann implementiert
werden, welches unabhängig vom Maskentyp (reflektiv oder
transparent) ist. Da das Ätzregime keine sauerstoffbasierte Ätzchemie
erfordert, ist der Ätzschritt zur Ausbildung des Absorbermusters
in hohem Grade anisotrop, wobei eine verkleinerte Abbildung der
Linien vermieden wird.
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Die 2B zeigt
ein weiteres transparentes Maskensubstrat 201, welches
ein Trägersubstrat 214, einen Absorberstapel 220 und
eine Hartmaskenschicht 230, wie bereits mit Bezug auf 2A beschrieben,
aufweist. Darüber hinaus umfasst das Maskensubstrat 201 eine
Photolackschicht 240 mit einer Schichtdicke im Bereich
zwischen 50 bis 160 nm, zum Beispiel 130 nm.
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Die 2C bezieht
sich auf eine strukturierte transparente Photomaske 202,
die aus einem der in den 2A bis 2B gezeigten
Maskensubstrate 200, 201 hervorgehen kann. Die
strukturierte und transparente Photomaske 202 umfasst ein
Trägersubstrat 214, das opake Strukturen 220a trägt,
die durch Gräben 220b separiert werden, die zwischen den
opaken Strukturen 220a das Trägersubstrat 214 freilegen.
Bei typischen Inspektionswellenlängen kann der Reflexionsgrad
einer Antireflexionsschicht, die zum Beispiel Tantalnitrid oder
Siliziumnitrid aufweist, kleiner als 0,1 sein, wohingegen der Reflexionsgrad
von Chrom, wie es für opake Abschnitte in gewöhnlichen
transparenten Masken benutzt wird, etwa 0,2 beträgt. Daraus
ergibt sich, dass während der optischen Inspektion oder
einer optischen Mustererkennung der Kontrast deutlich verbessert
werden kann.
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Die 3A bis 3C beziehen
sich auf transparente Halbton-Phasenschiebermasken 300 bis 320.
Das Maskensubstrat 300, wie es in der 3A dargestellt
ist, umfasst einen Basisabschnitt 310, der neben dem Trägersubstrat 314 eine
Phasenschieberschicht 316 umfasst. Das Trägersubstrat 314 kann
Glas, zum Beispiel ein dotiertes Siliziumdioxid sein. Die Phasenschieberschicht 316 kann
eine Molybdänsilizidschicht mit einer Dicke von etwa 10 bis
etwa 50 nm sein. Die Absorber/Hartmaskenschicht-Konfiguration 320, 330 kann
der der Maskensubstrate 100, 200 gemäß den 1A und 2A entsprechen.
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Die 3B bezieht
sich auf ein weiteres Maskensubstrat 301, das zusätzlich
eine Photolackschicht 340 umfasst, die eine Schichtdicke
von etwa 50 bis 160 nm, zum Beispiel 130 nm aufweist.
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Die 3C zeigt
eine strukturierte phasenschiebende Maske 302 mit Absorberstrukturen 320a, die
durch Gräben 320b getrennt sind, die das Trägersubstrat 314 freilegen.
Gemäß anderen Ausführungsformen ist die
Phasenschieberschicht 316 nicht komplett durchgeätzt,
so dass gedünnte Abschnitte der Phasenschieberschicht 316 das
Trägersubstrat 314 am Boden der Gräben 320b bedecken
können.
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Die 4A bis 4F beziehen
sich auf ein Verfahren zur Strukturierung eines Maskensubstrates,
wie es in den 1A, 1B, 2A, 2B, 3A oder 3B beschrieben
ist. Zwar beziehen sich die folgenden Querschnittsdarstellungen
auf eine reflektive EUVL-Maske, jedoch kann das gleiche Verfahren
auf transparente binäre und phasenschiebende Masken in
entsprechender Weise angewendet werden.
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Entsprechend
der 4A wird ein Maskensubstrat bereitgestellt, das
einen Absorberstapel 420 umfasst, der auf einem Basisabschnitt 410 ruht.
Daneben umfasst das Maskensubstrat eine Hartmaskenschicht 430,
die den Absorberstapel 420 bedeckt, wobei die Hartmaskenschicht 430 dem
Basisabschnitt 410 am Absorberstapel 420 gegenüberliegt. Der
Absorberstapel 420 umfasst eine Absorberschicht 422.
Die Absorberschicht 422 ist bei einer ersten Wellenlänge
in hohem Grade absorbierend, wobei die erste Wellenlänge
einer Belichtungswellenlänge einer Belichtungsbestrahlung
entspricht, der die Photomaske in einem photolithographischen Prozess
ausgesetzt wird, in dem die Photomaske in einem Prozess zur Strukturierung
eines Halbleiterwafers Verwendung findet. Die Belichtungswellenlänge kann
zum Beispiel 13,5 nm betragen. Der Absorptionsgrad der Absorptionsschicht
bei der Belichtungswellenlänge kann größer
als 0,5 sein. Die Absorberschicht 422 kann aus einem Übergangsmetallnitrid gebildet
sein, wobei das Übergangsmetall derart ausgewählt
wird, dass es eine flüchtige Fluor- oder Chlorverbindung
zu bilden vermag, zum Beispiel Tantalnitrid. Die Absorberschicht 422 kann
bei einer zweiten Wellenlänge reflektiv sein, wobei die
zweite Wellenlänge einer Inspektionswellenlänge
entspricht, wie sie gemäß einem optischen Inspektionsverfahren
benutzt wird, mit dem die Maskenstrukturen nach Fehlern gescannt
werden. Die Inspektionswellenlänge kann zum Beispiel 193
nm, 198 nm, 248 nm, 257 nm, 266 nm, 365 nm, 488 nm oder mehr betragen.
Der Reflexionsgrad der Absorptionsschicht bei der Inspektionswellenlänge
kann größer 0,4 sein. Die Absorptionsschicht 422 kann
unmittelbar auf dem Basisabschnitt 410 aufliegen. Der Absorberstapel 420 kann
weiterhin eine Antireflexionsschicht 424 aufweisen, die
die Absorberschicht 422 bedeckt. Die Antireflexionsschicht 422 ist
bei der Inspektionswellenlänge schwach reflektiv und kann
einen hohen Ätzwiderstand gegenüber typischen Ätzchemien
aufweisen, wie sie zur Strukturierung mittels Photolackschichten
Verwendung finden. Der Reflexionsgrad der Antireflexionsschicht 424 kann
zum Beispiel kleiner sein als 0,12.
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Die
Hartmaskenschicht 430 wird über der Antireflexionsschicht 424 angeordnet
und kann eine Ätzrate aufweisen, die in einem fluorbasierten Ätzprozess
kleiner ist als 1 nm pro Sekunde. Die Kernladungszahl des schwersten
Hauptbestandteils der Hartmaskenschicht 430 ist kleiner
als die von Molybdän, zum Beispiel 24, 14 oder kleiner
14. Die Hartmaskenschicht 430 kann enthalten oder bestehen aus,
zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, einer Germaniumverbindung,
Kohlenstoff oder Chrom. Beispielsweise erweist sich eine 10 nm dicke Chrom-Hartmaske
als ausreichend ätzresistent, um einen tantalnitridbasierten
Absorberstapel 420 zu strukturieren, dessen Schichtdicke
zwischen 40 und etwa 90 nm beträgt.
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Das
Maskensubstrat 400 umfasst ferner eine Photolackschicht,
die zum Beispiel einen chemisch verstärkten Elektronenstrahlphotolack
enthält, der etwa 60 bis etwa 200 nm dick ist, zum Beispiel
130 nm. Wird das Maskensubstrat 400 ohne Photolackschicht
geliefert, so wird zunächst eine Photolackschicht auf der
Hartmaskenschicht 430 abgeschieden. Die Photolackschicht
kann mittels eines Elektronenstrahlschreibers oder eines anderen
Werkzeugs, das eine andere Art geladener Partikel nutzt, strukturiert
werden. Infolge der niedrigen Kernladungszahl der Hauptbestandteile
der Hartmaskenschicht 430 wird gegenüber molybdän-
oder tantalhaltigen Unterlagen das Rückstreuen von Elektronen
reduziert. Da zurückgestreute Elektronen Abschnitte des
Elektronenstrahlphotolacks außerhalb des Schreibstrahls belichten
können, wird ein auf zurückgestreute Elektronen
basierender Schleier-Effekt reduziert.
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Die 4A zeigt
ein Maskensubstrat 400 nach der Strukturierung der Elektronenstrahlphotolackschicht.
Photolackstrukturen 440a, zum Beispiel Linien oder Flecken,
werden durch Gräben 440b voneinander separiert,
welche Abschnitte der Hartmaskenschicht 430 freilegen.
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Entsprechend
der 4B wird das Photolackmuster in die Hartmaskenschicht übertragen,
wobei eine Hartmaske mit linien- oder fleckenförmigen Strukturen 430a,
die durch Gräben 430b separiert werden, welche
Abschnitte des Absorberstapel 420 freilegen, ausgebildet
wird. Ein Nassätzprozess, der beispielsweise HF verwendet,
kann benutzt werden, um das Photolackmuster in die Hartmaskenschicht 430 zu übertragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform
kann anstelle des oder in Kombination mit dem Nassätzprozess
ein auf Fluor basierender Trockenätzprozess ausgeführt
werden. Wird eine flourbasierte Ätzchemie verwendet, so
wird typischerweise ein 130 nm dicker Elektronenstrahlphotolack
im Zuge der Ätzung einer 10 bis 30 nm dicken siliziumdioxidhaltigen
Hartmaskenschicht 430 nicht vollständig aufgebraucht.
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Wie
in der 4B gezeigt, können
nach der Formierung der Hartmaske noch Photolackresiduen 440c die
Hartmaskenstrukturen 430a bedecken. Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
können die Photolackresiduen 440c im Folgenden
mit einem auf Ozon basierenden Reinigungs- oder Ätzprozess
entfernt (gestrippt) werden. Der Absorberstapel 420 schützt
dabei die obere Lage des unterliegenden Basisabschnitts 410 während des
Ozonreinigungsprozesses, so dass eine Schädigung der oberen
Schicht des Basisabschnitts 410 vermieden werden kann.
Alternativ dazu kann ein Nassstrippprozess, der auf H2SO4 und H2O2 basiert, Verwendung finden.
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Entsprechend
der 4C kann das Muster der Hartmaske in die Antireflexionsschicht 424 übertragen
werden, wobei beispielsweise ein fluor- oder chlorbasierter Trockenätzprozess
genutzt wird. Eine Hartmaske, die beispielsweise 30 nm dick ist,
bietet dabei ausreichenden Schutz für eine tantalbasierte Antireflexionsschicht 424 mit
einer typischen Schichtdicke im Bereich zwischen 12 und 18 nm.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform, auf die sich die 4D bezieht,
können verbleibende Photolackresiduen 440d nach
der Strukturierung der Antireflexionsschicht 424 entfernt
werden. Die 4D zeigt die Maske 400 mit
strukturierter Antireflexionsschicht, die zum Beispiel linien- und/oder
fleckenförmige Strukturen 424a aufweist, die durch
die Hartmaskenstrukturen 430a geschützt und durch Gräben 424b separiert
werden, wobei die Gräben 424b Abschnitte der Absorberschicht 422 freilegen.
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Gemäß 4E wird
das Muster dann unter der Verwendung zum Beispiel eines auf Fluor
und Chlor basierenden Ätzprozesses in die Absorberschicht 422a übertragen.
Im Falle von beispielsweise tantalhaltigen Absorberschichten 422 kann
eine hohe Ätzrate der Absorberschicht 422 mit
einer hohen Ätzselektivität gegenüber
den Abschnitten der Antireflexionsschicht 424 und den Hartmaskenstrukturen 430a erreicht
werden. Weiterhin kann eine fluor/chlorbasierte Ätzchemie
einen Ätzstopp auf Materialien ermöglichen, die
typischerweise die oberen Schichten von sowohl reflektiven als auch
transmissiven Masken, zum Beispiel Ruthenium, Glas und Molybdänsilizidschichten,
ausbilden.
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Damit
können der Strukturierungsprozess und die Absorberstapel/Hartmaskenkonfiguration
sowohl für reflektive EUV-Masken als auch für
transparente binäre und Phasenschiebermasken in gleicher Weise
Verwendung finden. Die Hartmaske wird während des Ätzens
des Absorberstapels 420 mindestens teilweise aufgebraucht.
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Die 4E zeigt
nur zum Teil verbrauchte Hartmaskenstrukturen 430c, die
strukturierte Antireflexionsschicht 424a und die strukturierte
Absorberschicht 422a, die Abschnitte des Basisabschnitts 410 bedeckt.
Gräben 422b trennen die Absorberstrukturen und
legen Abschnitte einer oberen Schicht 418 des unterliegenden
Basisabschnitts 410 frei. Zwar ist in der 4E ein
typischer Basisabschnitt einer reflektiven EUVL-Maske dargestellt,
jedoch kann der Basisabschnitt 410 durch typische Basisabschnitte transparenter
Photomasken ersetzt werden.
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Entsprechend
der 4F werden die Hartmaskenresiduen 430c unter
Verwendung eines weiteren HF-basierten Nassätzprozesses
entfernt. Ein solcher, auf HF basierender Nassätzprozess
verschlechtert weder die Eigenschaften typischer Absorberstapel,
die auf Tantalnitrid basieren, noch die typischer Glassubstrate,
wie sie für binäre Masken Verwendung finden, noch
die von Molybdänsilizidschichten, wie sie bei phasenschiebenden
Masken Verwendung finden. Darüber hinaus können
die optischen Eigenschaften der Antireflexionsschicht 424a bei
einer typischen Inspektionswellenlänge von zum Beispiel
257 nm konserviert werden.
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Die 4F zeigt
die strukturierte Photomaske 400, die ein Absorbermuster
mit Absorberstrukturen 420a aufweist, welche durch Gräben 420b separiert
werden, die Abschnitte eines unterliegenden Basisabschnitts 410 freilegen.
Da die Oberkanten der Absorberstrukturen 420a bis zum Ende
des Absorberstrukturierungsprozesses mit Hartmaskenstrukturen 430c bedeckt
bleiben können, tritt kein Abrunden der oberen Kanten auf.
Der hoch-anisotrope Ätzprozess, der zur Strukturierung
des Absorberstapels 420 Verwendung finden kann, gewährleistet
steile Seitenwandwinkel und eine überragende Profilkontrolle.
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Die 5 ist
ein vereinfachtes Ablaufdiagram eines Verfahrens zur Herstellung
einer Photomaske. Ein Maskensubstrat wird bereitgestellt, das eine
Absorberschicht, eine auf der Absorberschicht angeordnete Antireflexionsschicht
und eine über der Antireflexionsschicht angeordnete Hartmaskenschicht
umfasst (502). Die Hartmaskenschicht wird strukturiert,
wobei aus der Hartmaskenschicht eine Hartmaske hervorgeht (504),
wozu, zum Beispiel, zunächst eine Photolackschicht vorgesehen
und durch Elektronenstrahlschreiben strukturiert werden kann. Das
Muster der Hartmaskenschicht wird in die Antireflexionsschicht über
tragen (506). Darauf wird das Muster der Hartmaskenschicht
bzw. Antireflexionsschicht in die Absorberschicht übertragen
(508). Im Folgenden wird die Hartmaske entfernt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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