DE102009046878A1

DE102009046878A1 - Verringerung der lonenwanderung von Absorbermaterialien von Lithographiemasken durch Chrompassivierung

Info

Publication number: DE102009046878A1
Application number: DE102009046878A
Authority: DE
Inventors: Anna Tchikoulaeva; Eugen Foca; Pavel Nesladek
Original assignee: Advanced Mask Technology Center GmbH and Co KG; GlobalFoundries Inc
Current assignee: Advanced Mask Technology Center GmbH and Co KG; GlobalFoundries Inc
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-02-03
Also published as: US20110027699A1

Abstract

Die Verschlechterung von Eigenschaften von Photomasken, die durch die Chromwanderung in COG-Masken hervorgerufen wird, kann verringert oder unterdrückt werden, indem im Wesentlichen reine Chrommaterialien vermieden werden oder indem diese Materialien eingeschlossen werden, da die Chromschicht als wesentliche Quelle für die Chromdiffusion erkannt wurde.

Description

Gebiet der vorliegenden Erfindung
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Mikroelektronik und betrifft insbesondere die Herstellung von komplexen Lithographiemasken auf der Grundlage von Chrom und seiner Verbindungen.
Beschreibung des Stands der Technik
Die Herstellung von Mikrostrukturen, etwa von integrierten Schaltungen, macht es erforderlich, dass kleinste Gebiete mit genauer gesteuerter Größe in einer oder mehreren Materialschichten eines geeigneten Substrats hergestellt werden, etwa auf einem Siliziumsubstrat, einem SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Substrat, oder auf anderen geeigneten Trägermaterialien. Diese kleinsten Gebiete mit genauer gesteuerter Größe werden typischerweise erzeugt, indem die Materialschicht bzw. Schichten durch Anwenden von Lithographie-, Ätz-, Implantations-, Abscheideprozesse und dergleichen strukturiert werden, wobei typischerweise zumindest in einer gewissen Phase des Strukturierungsprozesses eine Maskenschicht über den Materialschichten bzw. der Schicht zu bilden sind, die zum Definieren dieser kleinsten Gebiete behandelt werden müssen. Im Allgemeinen besteht eine Maskenschicht aus oder wird hergestellt mittels einer Schicht aus Photolack, die durch einen lithographischen Prozess, typischerweise ein Lithographieprozess, strukturiert wird. Während des photolithographischen Prozesses wird der Lack auf die Substratoberfläche aufgeschleudert und wird anschließend bestrahlt, typischerweise mit Ultraviolettstrahlung, durch eine entsprechende Lithographiemaske hindurch, etwa ein Retikel, wodurch das Retikelmuster in die Lackschicht abgebildet wird, um darin ein latentes Bild zu erzeugen. Nach dem Entwickeln des Photolacks werden, abhängig von der Art des Lackes, d. h. Positivlack oder Negativlack, die belichteten Bereiche oder die nicht belichteten Bereiche entfernt, um das erforderliche Muster in der Schicht aus Photolack zu erzeugen. Auf der Grundlage dieses Lackmusters werden dann die eigentlichen Bauteilmuster durch weitere Fertigungsprozesse, etwa durch Ätzen, Implantation, Ausheizprozesse und dergleichen hergestellt. Da die Abmessungen der Strukturmuster in komplexen integrierten Strukturbauelementen stetig verringert werden, müssen die zur Strukturierung der Bauteilstrukturelemente verwendeten Anlagen sehr strenge Erfordernisse im Hinblick auf die Auflösung und die Überlagerungsgenauigkeit der beteiligten Fertigungsprozesse erfüllen. In dieser Hinsicht ist die Auflösung als ein Maß zu verstehen, um die konsistente Fähigkeit anzugeben, Abbildungen mit minimaler Größe unter Bedingungen mit vordefinierten Fertigungsschwankungen zu erzeugen. Ein wichtiger Faktor bei der Verbesserung der Auflösung ist der Lithographieprozess, in welchem Strukturmuster, die in der Photomaske oder dem Retikel enthalten sind, optisch auf das Substrat mittels eines optischen Abbildungssystems übertragen werden. Daher werden große Anstrengungen unternommen, um die optischen Eigenschaften des Lithographiesystems stetig zu verbessern, etwa die numerische Apertur, die Fokustiefe, die Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle.
Das Auflösungsvermögen des optischen Strukturierungsprozesses hängt daher stark von der Abbildungseigenschaft der verwendeten Anlage, den Photolackmaterialien für die spezifizierte Belichtungswellenlänge und den kritischen Sollabmessungen der Bauteilstrukturelemente, die in der betrachteten Bauteilebene herzustellen sind, ab. Beispielsweise besitzen Gateelektroden von Feldeffekttransistoren, die eine wichtige Komponente moderner Logikschaltungen repräsentieren, eine Länge von 40 nm und weniger für aktuell hergestellte Bauelemente, wobei deutlich geringere Abmessungen für Bauteilgenerationen vorgesehen sind, die aktuell in der Entwicklung sind. In ähnlicher Weise ist die Linienbreite von Metallleitungen, die in der Vielzahl von Verdrahtungsebenen oder Metallisierungsschichten vorgesehen sind, ebenfalls an die kleinere Strukturgröße in der Bauteilschicht anzupassen, um damit der erhöhten Packungsdichte Rechnung zu tragen. Folglich liegen die eigentlichen Bauteilstrukturabmessungen deutlich unter der Wellenlänge von aktuell verwendeten Lichtquellen, die in aktuellen Lithographiesystemen vorgesehen sind. Beispielsweise wird aktuell in kritischen Lithographieschritten eine Belichtungswellenlänge von 193 nm verwendet, die daher komplexe Techniken erfordert, um schließlich Lackstrukturelemente mit Abmessungen deutlich unter der Belichtungswellenlänge zu erreichen. Daher werden äußerst nicht-lineare Prozesse typischerweise angewendet, um Abmessungen unterhalb des optischen Auflösungsvermögens zu erreichen. Beispielsweise werden extrem nicht-linerare Photolackmaterialien angewendet, in denen eine gewünschte photochemische Reaktion auf der Grundlage eines gut definierten Schwellwertes in Gang gesetzt wird, so dass schwach belichtete Bereiche im Wesentlichen keine Änderung zeigen, wohingegen Bereiche, in denen der Schwellwert überschritten ist, eine ausgeprägte Änderung ihrer chemischen Stabilität im Hinblick auf den nachfolgenden Entwicklungsprozess besitzen. Die Anwendung eines sehr nicht-linearen Abbildungsprozesses kann die Fähigkeiten zur Verbesserung des Auflösungsvermögens verfügbarer Lithographieanlagen und Lackmaterialien deutlich verbessern.
Auf Grund der komplexen Wechselwirkung zwischen dem Abbildungssystem, dem Lackmaterial und dem entsprechenden Muster, das in dem Retikel vorgesehen ist, hängt selbst in der fortschrittlichen Abbildungstechniken, die möglicherweise optische Nahkorrekturen (OPC), Phaseschiebemasken und dergleichen enthalten, das konsistente Erzeugen von latenten Bildern, d. h. von belichteten Lackbereichen, die zuverlässig entfernt oder beibehalten werden können, abhängig von der Art des verwendeten Lackes, ebenfalls signifikant von den speziellen Eigenschaften der jeweiligen abzubildenden Strukturelemente ab. Ferner müssen die jeweiligen Prozessparameter in einem derartigen sehr kritischen Belichtungsprozess so gesteuert werden, dass sie innerhalb extrem enger Prozesstoleranzen bleiben, was zu einer erhöhten Anzahl an nicht akzeptablen Substraten beiträgt, insbesondere wenn sehr kleine Halbleiterbauelemente betrachtet werden. Auf Grund der Natur des Lithographieprozesses kann das jeweilige Prozessergebnis durch entsprechende Inspektionstechniken überwacht werden, um damit akzeptable Substrate zu erkennen, die dann für eine erneute Bearbeitung markiert werden, d. h. für das Entfernen der belichteten Lackschicht und das Vorbereiten der jeweiligen Substrat für einen weiteren Lithographiedurchlauf. Jedoch repräsentieren Lithographieprozesse für komplexe integrierte Schaltungen einen der wichtigsten Kostenfaktoren der gesamten Prozesssequenz, wodurch einer sehr effiziente Lithographiestrategie erforderlich ist, um die Anzahl der nochmals zu bearbeiteten Substrate möglichst gering gehalten. Daher kann die Lage bei der Herstellung komplexer integrierter Schaltungen zunehmend kritisch werden im Hinblick auf den Prozessdurchsatz.
Ein wichtiger Aspekt bei der Verringerung von Fehlern, die mit fortschrittlichen Lithographieprozessen verknüpft sind, sind die Photomasken oder Retikel, die zur Erzeugung der latenten Bilder in der Lackschicht der Substrate verwendet werden. In modernen Lithographietechniken wird typischerweise ein Belichtungsfeld wiederholt in die Lackschicht abgebildet, wobei das Belichtungsfeld ein oder mehrere Chipbereiche enthält, deren Abbild durch die spezielle Photomaske oder das Retikel repräsentiert ist. In diesem Zusammenhang wird ein Retikel als eine Photomaske verstanden, in welchem das Bildmuster in vergrößerter Form bereitgestellt wird und welches dann auf das Substrat mittels eines geeigneten optischen Projektionssystems projiziert wird. Somit wird das gleiche Bildmuster des Retikels mehrere Male auf das gleiche Substrat gemäß einem spezifizierten Belichtungsrezept projiziert, wobei für jeden Belichtungsprozess die jeweiligen Belichtungsparameter, etwa Belichtungsdosis, Fokustiefe und dergleichen, innerhalb eines vordefinierten Prozessfensters eingestellt werden, um eine erforderliche Qualität des Abbildungsprozesses für jedes der einzelnen Belichtungsfelder zu erreichen. Somit wird ein Belichtungsrezept definiert, indem ein zulässiger Bereich an Parameterwerten für jeden der jeweiligen Parameter festgelegt wird, wobei die Werte dann vor dem eigentlichen Belichtungsprozess auf der Grundlage geeigneter Daten, etwa einer Belichtungskarte, und dergleichen, eingestellt werden. Vor jedem Belichtungsschritt wird eine geeignete Justierprozedur ausgeführt, um in präziser Weise eine Bauteilschicht über der anderen auf der Grundlage spezieller Prozesstoleranzen zu justieren. Während des gesamten Belichtungsprozesses wird eine Vielzahl an Defekten erzeugt, die mit kleinen Fehlern oder Unregelmäßigkeiten der Belichtungsanlage, des Substrats und dergleichen verknüpft sind. In diesem Falle wird eine Vielzahl an Defekten erzeugt, deren Auftreten systematisch oder zufällig sein kann und die entsprechende Prüfungen und Überwachungsstrategien erfordern. Beispielsweise kann eine systematische Abweichung von Prozessparametern der Belichtungsanlagen auf Grundlage regelmäßiger Prüfprozeduren bestimmt werden, während substratspezifische Defekte auf der Grundlage gut etablierter Scheibeninspektionsverfahren ermittelt werden können, um damit entsprechende Defekte, etwa Teilchen, und dergleichen zu erkennen.
Eine weitere wichtige Quelle für die Defekte ist die Photomaske oder das Retikel selbst auf Grund von Partikeln auf dem Retikel, auf Grund von geschädigten Bereichen und dergleichen. Wie zuvor erläutert ist, müssen in komplexen Lithographietechniken mehrere Maßnahmen eingerichtet werden, um die Gesamtauflösung zu erhöhen, wobei beispielsweise in vielen Fällen Phasenschiebemasken verwendet werden, die Bereiche mit einer geeignet definierten optischen Länge besitzen, um damit einen gewünschten Grad an Interferenz mit Strahlung zu erreichen, die von anderen Bereichen des Retikels herstammt. Beispielsweise kann eine Grenzfläche zwischen einem lichtblockierenden Gebiet und einem im Wesentlichen durchlässigen Gebiet der Maske entsprechende Benennungseffekte hervorrufen und damit verschmierte Grenzen erzeugen, selbst wenn äußerst nicht lineare Materialien verwendet werden. In diesem Falle wird ein gewisser Grad an destruktiver Interferenz eingeführt, beispielsweise durch Erzeugen eines gewissen Grades an Phasenverschiebung von beispielsweise 180 Grad, wobei eine geringere Intensität des phasenverschobenen Anteils der Strahlung bereitgestellt wird, so dass bessere Grenzbereiche in dem latenten Bild des Lackes zwischen Lackbereichen, die den eigentlichen nicht durchlässigen Bereichen und Lackbereichen, die den durchlässigen Bereichen in der Photomaske entsprechen, erreicht werden. Folglich führt für gewisse Arten von Retikeln eine Änderung der Absorption zu einem Defekt im latenten Bild in der Lackschicht, wobei dieser Defekt dann in jedem Belichtungsfeld wiederholt wird. In ähnlicher Weise können andere Defekte im Retikel zu wiederholt auftretenden Defekten führen, die einen deutlichen Ausbeuteverlust hervorrufen können, wenn die jeweiligen Defekte über eine gewisse Zeitdauer hinweg unentdeckt bleiben. Es gibt viele Gründe für Fehler, die durch Retikeldefekte hervorgerufen werden, etwa Unzulänglichkeiten der Fertigungssequenz zur Herstellung von Retikeln, Defekte, die während des Transports des Retikels und während der Handhabung des Retikels auftreten und dergleichen.
Beispielsweise sind zwei wesentliche Quellen für Fehler das Erzeugen von Einfügungen und elektrostatische Ladungen (ESD). Beide Arten von Fehlern führen letztlich zu einer vollständigen Maskenbeeinträchtigung und führen typischerweise zur Konsequenz, dass die Maske aus dem Produktionsprozess herausgenommen werden muss. Während Masken, die Trübe werden, teilweise wieder hergestellt werden können, nachdem geeignete Reinigungsprozesse in einem Maskenhaus ausgeführt wurden, sind ESD-Fehler typischerweise Schäden, die nicht mehr wieder hergestellt werden können und die die Photomaske unbrauchbar machen.
In der jüngeren Vergangenheit wurde eine neue Form der Maskenbeeinträchtigung von Ryder et al angegeben in G. Ryder, Messinspektion und Prozesssteuerung für Mikrolithographie XXII, editiert von Allgai, Sean A; Raymond, Christopher J; Proceedings SPEI; Vol. 6922, Seite 69221Y–69221Y-11 (2008), und diese Fehlermechanismen wurden von Tchikoulaeva et al bestätigt in ACLV-Degradation: Analyse der Hauptursachen und effektive Überwachungsstrategie, Photomasken und nächste Generation der Lithographiemaskentechnologie XV, editiert von Horiochi, Toshiyuki, Proceedings SPI, Vol. 7028, Seiten 72816–72816-10 (2008). Ein spezieller Aspekt dieses Degradationsmechanismus ist die sogenannte Chromwanderung auf der Quarzoberfläche der Photomaske. Der Grund, warum Chromionen tendenziell das Volumenmaterial verlassen, ist noch nicht völlig verstanden. Eine mögliche Ursache ist die Ostwald-Reifung, die ein üblicher Effekt in Festkörpern mit einer granularen Struktur ist. Im Allgemeinen findet eine Wanderung von Chromionen stets beim Minimieren der freien Energie des Chromiums innerhalb des Materials statt. Unter der Annahme, dass ein Chromium stets „bereit” ist, um das Volumenmaterial zu verlassen, ist eine externe Aktivierungskraft erforderlich, um die Ionenwanderung zu beginnen. Obwohl ein exakter Mechanismus noch nicht verstanden ist, so wird dennoch angenommen, dass ein externes elektrisches Feld als Aktivierungsenergie dienen kann, die zu einer messbaren Chromwanderung führen kann, wie dis mit Bezug zu 1 erläutert ist.
1 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Teils einer Photomaske mit einem transparenten Substratmaterial 101, etwa einem Quarzglas, und dergleichen, über welchem Maskenstrukturelemente 102 gebildet sind, die im Wesentlichen undurchlässige Komponenten in Bezug auf die Belichtungswellenlänge repräsentieren, die in einem entsprechenden Lithogrophieprozess anzuwenden ist, wie dies zuvor erläutert ist. Der Einfachheit halber ist ein einzelnes Strukturelement in 1 gezeigt, das aus einem strukturierten Schichtstapel 110 aufgebaut ist, in welchem Materialschichten mit Chrom vorgesehen sind. Zu beachten ist, dass Chrom ein gut etabliertes Material repräsentiert, um undurchsichtige Bereiche auf Photomasken auf Grund seiner absorbierenden Eigenschaften, den gut etablierten Materialressourcen und Prozessanlagen und dergleichen repräsentiert. In diesem Falle wird die Photomaske 100 auch als eine Chrom-auf-Glas-(COG)Maske bezeichnet. Wie zuvor erläutert ist, ist der Schichtstapel 110 auf der Grundlage der jeweiligen kritischen Abmessungen einer speziellen Bauteilschicht eines Halbleiterbauelements strukturiert, wenn das Strukturelement 102 auf ein photoempfindliches Material projiziert wird. In dem gezeigten Beispiel enthält der Schichtstapel 110 drei Materialschichten 111, 112 und 113, wovon jede eine Chromsorte enthält. Die erste Schicht 111, die direkt auf dem Substratmaterial 101 gebildet ist, ist ein Chromnitrid (CrN) mit einer Dicke von ungefähr 10 nm, woran sich die Schicht 112 in Form einer Chromschicht anschließt, die eine Dicke von mehreren 10 nm besitzt. Schließlich ist ein Chromoxidmaterial als die Schicht 113 vorgesehen und die typischerweise als ein ARC-(antireflektierendes Beschichtungs-)Material für spezifizierte Belichtungswellenlänge. Beispielsweise ist die Gesamthöhe des Schichtstapels 110 ungefähr 105 nm und weniger, wobei das Absorptionsvermögen des Schichtstapels 110 auf der Grundlage der Schichten 111, 112 und 113 eingestellt wird. Das Belichten der Photomaske 100 mit einer Belichtungsstrahlung 103, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 193 nm in aktuell verwendeten Belichtungsanlagen, tritt Photoemission in dem Strukturelement 110 auf, wie dies durch 104 angegeben ist, woraus sich eine Elektronenverarmung in dem Strukturelement 110 während der Belichtung in der Belichtungsanlage ergibt. Folglich kann sich eine Potentialdifferenz in Bezug auf einen beliebigen Punkt der Oberfläche des Substrats 101 aufbauen, sofern die Quanteneffizienz sich zu einem Punkt auf dem Substrat 110 unterscheidet . Daher wird ein elektrisches Feld 105 erzeugt, das wiederum auf die Chromionen einwirkt, wie dies zuvor erläutert ist, wodurch ein Strom 106, d. h. eine gerichtete Diffusion von Chrom, hervorgerufen wird, was schließlich zu einer ausgeprägten Materialverschiebung führt. Im Allgemeinen ist das Erzeugen des elektrischen Feldes 105 auf Grund des Photonenbeschusses 103 während eines Belichtungsprozesses eine Quelle für Energie, die zu einer erhöhten Chromwanderung führt, wobei jedoch auch andere Mechanismen, die zu einer Aufladung der Photomaske 100 führen, ebenfalls ein moderat hohes elektrisches Feld hervorrufen können, das dann ebenfalls zur Chromwanderung beiträgt. Aus diesem Grunde wird dieses Phänomen auch als durch elektrisches Feld hervorgerufene Migration (EFM) bezeichnet. Da die ausgeprägte Chromwanderung zu einer deutlichen Modifizierung des Strukturelements 110 führen kann, beispielsweise durch Beeinflussen der optischen Dichte und dergleichen, wird auch das Ergebnis des Abbildungsprozesses durch die Chromwanderung stark beeinflusst. Eine Folge davon ist, dass sich Kontaktlöcher schließen und Leitungen größer werden, woraus sich größere kritische Abmessungen, und Zwischenräume sich schließen, woraus kleiner kritische Abmessungen resultieren.
Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Erfindung Bauelemente und Techniken zum Bereitstellen von Photomasken auf Chrombasis, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest in der Auswirkung reduziert wird.
Überblick über die Erfindung
Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung Photomaskenprodukte, Photomasken und Fertigungsmasken bereit, in denen die Wirkung der Chromwanderung reduziert wird, wodurch eine bessere Lebensdauer von Photomasken erreicht wird, was sich wiederum direkt in geringeren Gesamtproduktionskosten ausdrückt. Ohne die vorliegende Anmeldung auf die folgende Erläuterung einschränken zu wollen, so wird dennoch angenommen, dass die Chromwanderung im Wesentlichen durch das Vorhandensein einer Chromschicht als eine Quelle für Chromionen hervorgerufen wird, die für die Wanderung und der Wirkung einer externen aktivierenden Kraft verfügbar sind, etwa in Anwesenheit eines elektrischen Feldes. Untersuchungen der Erfinder scheinen anzudeuten, dass die Chromionen, die die Chromschicht in konventionellen Photomasken verlassen, schließlich in Chromoxid umgewandelt werden, woraus sich eine nicht-akzeptable Modifizierung der optischen Eigenschaften ergib, was dann zu einem vorzeitigen Ausfall der Photomaske führen kann. Gemäß den hierin offenbarten Prinzipien wird eine Verringerung in der Chromwanderung erreicht, indem die Quelle für das Bereitstellen von wandernden Chromionen im Wesentlichen eliminiert oder zumindest deutlich reduziert wird und/oder indem eine unerwünschte Chromdiffusion vermieden wird und/oder die Wirkung elektrischer Felder reduziert wird, die während des Betriebs und der Handhabung der Photomaske erzeugt werden können. In einigen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten wird ein verbesserter chrombasierter Materialschichtstapel als ein Basismaterial für die Herstellung von Maskenstrukturelementen einer Photomaske bereitgestellt, wobei eine im Wesentlichen reine Chromschicht vermieden wird, wodurch der Grad an Chromdiffusion reduziert wird. In anderen anschaulichen Aspekten wird eine effiziente Diffusionsbarriere bereitgestellt, beispielsweise in Form eines dielektrischen Materials, das das eingebaute Potenzial aufnimmt und somit die Aktivierungsenergie für das Auslösen der Cr-Wanderung auf dem Quarzsubstrat verringert. Zusätzlich kann ein geeignetes Material verwendet werden, um das Herausdiffundieren einer Chromsorte von Oberflächenbereichen, etwa Seitenwänden von Maskenstrukturelementen, zu unterdrücken oder zumindest deutlich zu verringern. Ein geeignetes Diffusionsbarrierenmaterial kann effizient während des Strukturierens eines Photomaskenprodukts bereitgestellt werden, das einen geeigneten Materialschichtstapel auf Chrombasis enthält, etwa einen konventioneller Weise verwendeten Chromnitrid/Chrom/Chromoxidschichtstapel.
Ein anschauliches Photolithographiemaskenprodukt, wie es hierin offenbart ist, umfasst ein transparentes Substrat und einen Materialschichtstapel, der auf dem transparenten Substrat ausgebildet ist. Der Materialschichtstapel enthält eine erste Materialschicht, die auf dem Substrat gebildet ist, und eine zweite Materialschicht, die auf der ersten Materialschicht hergestellt ist. Ferner enthält die erste Materialschicht eine chromenthaltende Verbindung und die zweite Materialschicht enthält mindestens eine nicht-Chromsorte mit einem Anteil von ungefähr 20 Atomprozent oder mehr.
Zu beachten ist, dass der Anteil der nicht-Chromsorte im Verhältnis auf die Gesamtmenge an Materialsorten in der zweiten Materialschicht zu verstehen ist.
Eine anschauliche hierin offenbarte Photolithographiemaske umfasst ein transparentes Substrat und ein undurchlässiges Maskenstrukturelement, das auf dem transparenten Substrat ausgebildet ist. Das undurchlässige Maskenstrukturelement umfasst eine Chromschicht, die über dem transparenten Substrat gebildet ist, wobei die Chromschicht eine untere Fläche und eine obere Fläche und Seitenwandflächen aufweist. Des weiteren umfasst das undurchlässige Maskenstrukturelement ein Seitenwandschutzelement, das an jeder der Seitenwände gebildet ist, wobei eine Zusammensetzung des Seitenwandschutzmaterials sich von einer Zusammensetzung der Chromschicht unterscheidet.
Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft die Herstellung einer Photolithographiemaske. Das Verfahren umfasst das Strukturieren eines Materialschichtstapels, der auf einem transparenten Substrat gebildet ist, um ein Maskenstrukturelement zu bilden, wobei der Materialstapel mindestens eine chromenthaltende Materialschicht enthält. Des weiteren umfasst das Verfahren das Passivieren des Maskenstrukturelements, um eine Chromdiffusion zu verringern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
1a schematisch ein Querschnittsansicht einer konventionellen Photomaske auf Chrombasis zeigt, wenn eine Diffusion stattfindet, die eine ausgeprägte Elektronenverarmung hervorrufen kann, die zu einem eingebautren Potenzial führt und von der angenommen wird, dass sie wesentlich zur Chromdiffusion und damit zur Änderung der optischen Eigenschaften beiträgt;
1b und 1c schematisch Querschnittsansichten einer konventionellen Photomaske während diverser Phasen einer ausgeprägten Chromdiffusion zeigen, wobei angenommen wird, dass gemäß den hierin offenbarten Prinzipien, ohne allerdings darauf einschränken zu wollen, die Hauptquelle zur Speisung der Chromwanderung durch die Chromschicht der konventionellen Photomaske repräsentiert ist;
2a schematisch eine Querschnittsansicht eines Photomaskenprodukts zeigt, das einen verbesserten Materialschichtstapel auf Chrombasis enthält, um die Strukturierung von Maskenstrukturelementen mit einer geringeren Neigung zur Chromdiffusion gemäß anschaulicher Ausführungsformen zu ermöglichen;
2b schematisch einen Graphen zeigt, der die Abhängigkeit der optischen Dicke von einer Dicke der Materialschichten des Schichtstapels aus 2a gemäß anschaulicher Ausführungsformen darstellt; und
2c bis 2e schematisch Querschnittsansichten einer Photomaske während diverser Fertigungsphasen zeigen, um eine geringere Wahrscheinlichkeit für eine Chromdiffusion für die jeweiligen Maskenstrukturelemente gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen zu erreichen.
Detaillierte Beschreibung
Obwohl die vorliegende Offenbarung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, soll die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen die vorliegende Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen einschränken, sondern die beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung Bauelemente und Techniken, in denen die Chromdiffusion in Photomasken auf Chrombasis unterdrückt wird, wodurch eine bessere Haltbarkeit und somit deutlich geringere Herstellungskosten für komplexe Mikrostrukturbauelemente, etwa integrierte Schaltungen, und dergleichen erreicht werden. Wie zuvor erläutert ist, wird angenommen, dass die ausgeprägte Chromdiffusion aus mehreren Gründen hervorgerufen wird, wie dies beispielsweise zuvor mit Bezug zu 1a erläutert ist. Es ist ferner weithin akzeptiert, dass eine raue Substratoberfläche die Oberflächenmigration verstärken kann. Da die Substrate zur Herstellung von Photomaterialien typischerweise vor dem Aufbringen von Materialschichten auf Chrombasis mechanisch poliert werden, ist ein gewisser Grad an Rauhigkeit vorhanden und dies kann zur Chromdiffusion beitragen. Ferner können einige der Fertigungsprozesse zum Strukturieren der Photomaske eine Auswirkung auf das Erzeugen einer Substratrauhigkeit haben. Es sei angenommen, dass die Rauhigkeit an den Seitenwänden der Maskenstrukturelemente, die durch eine körnige Struktur des Basismaterials hervorgerufen werden kann, einen Einfluss auf die schließlich beobachtete Chromwanderung ausüben kann. Beispielsweise kann eine heterogene Seitenwandoberfläche zu äußerst hohen lokalen elektrischen Feldstärken führen an Oberflächenstrukturelementen mit kleinem Krümmungsradius, die wiederum das Herauslösen von Chromionen fördern. Folglich wurde im Rahmen dieser Anmeldung Untersuchungen ausgeführt, um weitere Gründe für eine ausgeprägte Chrommigration zu erkennen. Ohne die vorliegende Anmeldung auf die folgende Erläuterung einschränken zu wollen, so wird angenommen, dass auf der Grundlage dieser Untersuchungen die konventionelle Chromschicht den Hauptbeitrag zur Chromdiffusion liefert, wie dies mit Bezug zu den 1b und 1c erläutert ist.
1b zeigt schematisch die Photomaske 100 in einer anfänglichen Phase der Nutzung, wobei das Strukturelement 110 noch seine gewünschte Konfiguration besitzt, d. h. die Schichten 111, 112 und 113 besitzen eine gewünschte Materialzusammensetzung, eine Höhe und eine Form, um eine Maske für entsprechende Strukturelemente auf einem Trägermaterial eines Mikrostrukturbauelements zu dienen.
Während der Anwendung der Photomaske 100 wird ein relativ hoher Grad an „Verarmung” der Chromschicht 112 beobachtet, der durch Chromfreisetzung aus dem Materialvolumen mit nachfolgender Umwandlung in Chromoxid verursacht wird. Dadurch können die optischen Eigenschaften des Maskenstrukturelements 110 wesentlich geändert werden.
1c zeigt schematisch die Maske 100 in einer weiter fortgeschrittenen Phase des Mechanismus für die Beeinträchtigung, der durch die Chromwanderung hervorgerufen wird, wobei die Schicht 112 aus 1b wesentlich (oder auch vollständig) „verbraucht” wurde und sich mit der Schicht 113 aus 1b verbindet, woraus sich eine modifizierte Chromoxidschicht 113 ergibt. In diesem speziellen Falle bedeutet, ohne einschränkend zu sein, die Schicht 113a eine Mischung aus nicht-beeinträchtigtem Material 113 und beeinträchtigtem Material 112. Ferner kann die Materialverteilung 113a ungleichmäßig die laterale Erstreckung des Strukturelements 110 sein, was durch Defekte hervorgerufen werden kann, die noch nicht verstanden sind. Ferner bleibt die Dicke der Chromnitridschicht 111 im Wesentlichen während der gesamten Phase der Maskenbeeinträchtigung die gleiche, wodurch angezeigt wird, das Chromnitrid stabil ist und im Wesentlichen nicht zur Chromwanderung beiträgt.
Folglich werden gemäß einigen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen ein Photomaskenprodukt und Photomasken bereitgestellt mit einem geeignet gestalteten Schichtstapel auf Chrombasis, in welchem ein gewünschter Grad an Passivierung im Hinblick auf die Chromdiffusion erreicht wird, indem eine im Wesentlichen reine Chromschicht ausgeschlossen wird, während die gewünschten optischen Eigenschaften des Schichtstapels auf der Grundlage einer oder mehrerer chromenthaltender Materialschichten eingestellt sind, die eine höhere Stabilität im Hinblick auf die Chromwanderung besitzen.
In anderen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen wird die Chromdiffusion effizient unterdrückt, indem ein Schichtstapel eines Maskenstrukturelements passiviert wird, der eine Chromschicht enthält, indem eine geeignete Diffusionsbarriere erzeugt wird, um damit das Chrommaterial in den Maskenstrukturelementen „einzuschließen”. Durch Verwenden eines dielektrischen Materials als eine Diffusionsbarriere können auch nicht gewünschte elektrische Feldstärken verringert werden. Folglich können gut etablierte Materialien, etwa Chrom, Chromnitrid, Chromoxid effizient auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken und Prozessanlagen verwendet werden, wobei gleichzeitig der Grad an Maskenbeeinträchtigung, der durch die Chromwanderung hervorgerufen wird, deutlich verringert wird.
Mit Bezug zu den 2a bis 2e werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben, wobei auch bei Bedarf auf die 1a bis 1c verwiesen wird.
2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Photomaskenprodukts 250, das als eine „blanke” Photomaske verstanden werden kann, das ein transparentes Substrat 201, etwa ein Quarzglassubstrat und dergleichen, aufweist, in Verbindung mit einem Materialschichtstapel 215, der bei der weiteren Bearbeitung so strukturiert wird, dass Maskenstrukturelemente 210 erhalten werden, wie sie für spezielle Bauteilebenen von Mikrostrukturbauelementen erforderlich sind, wie dies auch zuvor erläutert ist. Der Schichtstapel 215 umfasst eine erste Materialschicht 211, die auf dem Substrat 201 gebildet ist, woran sich eine zweite Materialschicht 213 anschließt, die auf der ersten Schicht 211 gebildet ist, wobei eine oder beide Schichten 211, 213 eine Chromsorte enthalten. Zu beachten ist, dass „mit einer Chromsorte” als eine Materialverbindung zw. Zusammensetzung zu verstehen ist, die auf der Grundlage von Chrom mit einem Anteil von mindestens 10 Atomprozent und mit einer weiteren nicht-Chromsorte gebildet ist, wobei der Anteil der mindestens einen weiteren nicht-Chromsorte im Verhältnis zur gesamten Menge der Verbindung ungefähr 10 Atomprozent oder mehr beträgt. Beispielsweise werden Materialschichten, etwa Chromnitrid (CrN), Chromkarbid (Cr₃C₂), Chromoxid (CrO) und dergleichen als Verbindungen auf Chrombasis verstanden, da der Anteil sowohl der Chromsorte als auch der nicht-Chromsorte größer als ungefähr 10 Atomprozent ist. Andererseits wird eine chrombasierte Materialschicht mit einem Anteil einer nicht-Chromsorte von weniger als 10 Atomprozent als eine „Chromschicht” bezeichnet. Gemäß den vorhergehenden Erläuterungen in Bezug auf die 1b und 1c wird eine Chromschicht in dem Schichtstapel 215 vermieden, wobei dennoch zumindest eine chrombasierte Materialzusammensetzung bereitgestellt wird, um damit gut etablierte Materialhandhabungsrezepte, Prozessanlagen vorteilhaft ausnutzen zu können, wenn der Schichtstapel 215 in die Maskenstrukturelemente 210 strukturiert wird, um eine Photomaske bereitzustellen. In einer anschaulichen Form wird die erste Materialschicht 211 in Form einer Chromnitridschicht bereitgestellt, die für eine hohe Stabilität in Bezug auf die Chromwanderung und dergleichen sorgt. In anderen Fällen wird die Materialschicht 211 in Form einer Chromkarbidmaterialschicht bereitgestellt, das ebenfalls ein sehr stabiles Material repräsentiert. In weiteren Fällen kann eine Kombination von Materialien verwendet werden, beispielsweise eine stickstoff- und kohlenstoffenthaltende chrombasierte Schicht, wobei jedoch, wie zuvor erläutert ist, die Gesamtmenge an Stickstoff und Kohlenstoff höher als ungefähr 10 Atomprozent ist. In einigen anschaulichen Auführungsformen ist die zweite Materialschicht 213 aus Chromoxid aufgebaut, wodurch gut bekannte optische Eigenschaften des Materials bereitgestellt werden, wobei die gesamten optischen Eigenschaften des Schichtstapels 215, d. h. die optische Dichte, eingestellt werden können, indem die Dicke der Schichten 211 und 213 bei einer vorgegebenen Materialzusammensetzung geeignet ausgewählt werden. Beispielsweise können durch das Vorsehen des Schichtstapels 215 auf der Grundlage von Chromnitrid, Chromkarbid und Chromoxid gut etablierte Materialressourcen, Fertigungstechniken und Prozessanlagen eingesetzt werden, wodurch für einen hohen Grad an Kompatibilität zur Bearbeitung konventioneller Photomaskenprodukte auf der Grundlage des Schichtstapels 111, 112 und 113, wie er zuvor mit Bezug zu den 1a bis 1c beschrieben ist, besorgt wird.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird eine der Schichten des Stapels 215 in Form eines im Wesentlichen chromfreien Materials bereitgestellt, solange die gewünschten optischen Eigenschaften und die Kompatibilität zu verfügbaren Verarbeitungsressourcen erfüllt sind. Z. B. wird die Schicht 212 in Form einer tantalbasierten Materialschicht, etwa als Tantalnitrid, vorgesehen, dass ein häufig verwendetes Material bei der Photomaskenverarbeitung und Halbleiterfertigung repräsentiert. Folglich sind geeignete Prozessrezepte zum Abscheiden und Strukturieren einer tantalbasierten Materialschicht verfügbar und können zur Herstellung des Schichtstapels 215 eingesetzt werden.
Das Produkt 250 kann auf der Grundlage geeigneter Prozesstechniken hergestellt werden, d. h. zum Abscheiden der einzelnen Schichten 211, 213 des Schichtstapels 215. Z. B. werden gut etablierte chrombasierte Materialien, wie dies zuvor erläutert ist, auf der Grundlage etablierter Prozesstechniken aufgebracht, wobei auch die gewünschte Schichtdicke eingestellt wird, wie dies auch nachfolgend mit Bezug zu 2b erläutert ist. Zur Anwendung von Nitriden und Karbiden als Hauptanteil für den Stapel 215 kann beispielsweise die Chromwanderung vorteilhaft unterdrückt werden und kann weitere Vorteile bringen, da diese Materialien äußerst stabil sind. Während der Nitridabscheidung wird beispielsweise eine sehr gute Haftung an das Substrat 101 erreicht, wobei in einigen Fällen sogar ein geringfügiges Eindringen in das Substrat 201 auftreten kann. Des weiteren findet eine Oxidation des Nitrids oder der Karbidmaterialien erst bei sehr hohen Temperaturen statt, d. h. oberhalb von 700 Grad C (wobei dies auch ungewöhnliche Werte für die Photomaskenherstellung und die technischen Anwendungen sein können), wodurch den Schichtstapel 215 eine höhere Widerstandsfähigkeit für Beeinträchtigungen, die durch hohe Temperaturen hervorgerufen wird, verliehen wird. Chromnitrid und Karbide können äußerst reaktionsträge im Hinblick auf Säuren, Basen, Lösungsmittel, Ätzmittel und dergleichen sein. Des weiteren ergeben diese Schichten ein sehr geringes Elastizitätsmodul, von beispielsweise 200 GPa Chromnitrid. Im Hinblick auf die Rockwell-C-Skala ist Chromnitrid härter als Metallkomponenten, etwa als reines Chrommaterial. Daraufhin wird die Materialschicht 213 auf der Grundlage einer geeigneten Abscheidetechnik aufgebracht, wobei dies von der Art der Materialzusammensetzung abhängt. Es sollte beachtet werden, dass weitere Materialschichten in dem Stapel 215 vorgesehen werden können, wenn dies im Hinblick auf die optischen Eigenschaften, die Strukturierungseigenschaften, die Stabilität und dergleichen als vorteilhaft erachtet wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird ein Chromoxid mit einer geeigneten Dicke vorgesehen, um damit das gewünschte ARC-Verhalten und die optische Dichte in Verbindung mit der Schicht 211 zu erreichen, wie dies nachfolgend detaillierter erläutert ist. In anderen Fällen werden andere Materialien, etwa Titannitrid, beispielsweise durch Sputter-Abscheidung und dergleichen aufgebracht, wobei ein innerer Verspannungspegel des gesamten Schichtstapels 215 im Vergleich zu konventionellen Schichtstapeln, wie sie zuvor beschrieben sind, kleiner ist, wodurch ein geringerer Grad an Musteranordnungsfehlern erreicht wird. Diese Art des Abbildungsfehler beschreibt eine Abweichung einer tatsächlichen Position eines Abbildungsstrukturelements in Bezug auf seine Sollposition, wobei dies durch eine musterinterne Deformation hervorgerufen wird. Durch Verringern des anfänglichen inneren Verspannungspegels des Schichtstapels 215 können folglich die Maskenstrukturelemente 210 mit höherer Positionsgenauigkeit strukturiert werden, wobei auch der Einfluss externer Beiträge, etwa einer thermischen Verspannung und dergleichen, auf die schließlich erreichte Positioniergenauigkeit reduziert wird. Des weiteren können aggressivere Ätzchemien verwendet werden auf Grund der besseren chemischen Stabilität, wodurch potentiell eine höhere Ausbeute sichergestellt wird, wobei die Wahrscheinlichkeit negativer Begleiteffekte, etwa einer Eintrübung und dergleichen, verringert wird. Bei der Verarbeitung des Produkts 250 in eine Photomaske, die das Maskenstrukturelement 210 enthält, können daher effizientere Prozesse angewendet werden. Auf Grund des Vermeidens einer „reinen” Chromschicht kann die Wirkung der Chromwanderung unterdrückt oder zumindest deutlich verringert werden. Auf der Grundlage des Produkts 250 können somit Photomasken des Typs „Chrom auf Glas” oder binäre Photomasken erzeugt werden.
2b zeigt schematisch einen Graphen, in welchem eine Abhängigkeit der optischen Dichte des Schichtstapels 215 von der Dicke der Schicht 211, während 213 in Dicke, Stoffzusammensetzung und optischen Eigenschaften äquivalent ist zu 113 aus 1b. Der Einfachheit halber bezieht sich der in 2b gezeigte Mechanismus auf einen Schichtstapel mit einem Chromnitridmaterial für die Schicht 211 und ein Chromoxidmaterial für die Schicht 213. Um deutlicher das Prinzip des Anpassens der optischen Eigenschaften darzulegen, wird ferner die Dicke der Chromoxidschicht 213 im Voraus festgelegt, beispielsweise auf ungefähr 18 nm, und es wird lediglich die Dicke der Chromnitridschicht 211 variiert. In dem vorliegenden Falle ist eine Belichtungswellenlänge von 193 nm ausgewählt. Wie aus 2 ersichtlicht ist, kann eine optische Dichte von –3 bei einer Dicke von ungefähr 49,5 nm der Schicht 211 erreicht werden. Folglich wird für eine Gesamthöhe des Schichtstapels 215 von ungefähr 70 nm eine minimale optische Dichte von –3 erreicht. Zu beachten ist, dass für andere Materialzusammensetzungen der Schichten 211 und 213 entsprechende Dickenverhältnisse ausgewählt werden können, wobei eine Dicke dieser Schichten variiert werden kann, um die gewünschten optischen Eigenschaften zu erreichen. Wie zuvor erläutert ist, ist es im Hinblick auf die Gesamteigenschaften des Stapels 215 vorteilhaft, ein sehr stabiles Nitrid mit einer größeren Dicke im Vergleich zu der Chromoxidschicht vorzusehen.
Mit Bezug zu den 2c bis 2e werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben, in denen ein besseres Verhalten im Hinblick auf die Chromwanderung auf der Grundlage von Maskenstrukturelementen erreicht wird, die im Wesentlichen ein „reines” Chrommaterial enthalten.
2c zeigt schematisch eine Photomaske 200 in einer fortgeschrittenen Phase eines Prozessors zur Herstellung des Maskenstrukturelements 210 auf dem Substrat 201. Wie gezeigt, enthält das Maskenstrukturelement 210 die Chromnitridschicht 211, die auf dem Substrat 201 gebildet ist, woran sich eine Chromschicht 212 anschließt, während die Chromoxidschicht 213 als oberste Schicht des Strukturelements 210 vorgesehen ist. Auf Grund dieser Konfiguration des Maskenstrukturelements 210 wird somit ein hoher Grad an Kompatibilität zu konventionellen Photomasken erreicht und es können somit gut etablierte Materialien und Prozesstechniken angewendet werden, um die Photomaske 200 auf der Grundlage entsprechender konventioneller blanker Photomaskenprodukte zu strukturieren. Des weiteren wird in dieser Fertigungsphase die Photomaske 200 einem reaktiven Prozess 230 unterzogen, der so gestaltet ist, dass ein schützendes Material an Seitenwänden 212 der Schicht 212 gebildet wird. In einer anschaulichen Ausführungsform repräsentiert die reaktive Prozessumgebung 230 einen Oxidationsprozess, in welchem eine Sauerstoffsorte mit den freiliegenden Seitenwandoberflächenbereichen 212s in Kontakt gebracht wird, um eine lokale Oxidation in Gang zu setzen, wodurch das Schutzmaterial 212p in Form eines Chromoxidmaterials erzeugt wird. Andererseits sind eine obere Fläche 212t und eine untere Fläche 212b des Materials 212 durch die Schichten 213 bzw. 211 geschützt.
In einer anschaulichen Ausführungsform wird die reaktive Prozessumgebung 230 auf der Grundlage eines Plasmas eingerichtet, das in einer Plasmaätzanlage oder einer Plasmaabscheideanlage erzeugt werden kann, wobei Sauerstoff in Verbindung mit einer inerten Gassorte, etwa Argon, Helium und dergleichen eingeführt wird. Geeignete Druckbedingungen und eine gewünschte Vorspannungsleistung können eingerichtet werden, um damit einen geringen Grad an Ionenbeschuss selbst an den im Wesentlichen vertikalen Seitenwänden 211s zu erreichen. Während des plasmaunterstützten Prozesses wird somit eine Chromoxidschicht, d. h. eine Cr_xO_1-x-Schicht an den Seitenwänden 212s gebildet, wodurch das Schutzmaterial 212p entsteht. Auf diese Weise wird das Chrommaterial 212 eingeschlossen, während gleichzeitig ein dielektrischer Einschluss des Materials 212 erreicht wird, wodurch ebenfalls die Wirkung von einem elektrischen Feld verringert wird, das sich während der Bearbeitung und der Maske 200 aufbauen kann, wie dies zuvor erläutert ist. Es sollte beachtet werden, dass geeignete Prozessparameter für eine Plasmabehandlung effizient auf der Grundlage von Experimenten ermittelt werden können, indem beispielsweise eine geeignete Hochfrequenzleistung zum Einrichten der Plasmaumgebung ausgewählt wird und indem ebenfalls eine gewünschte Vorspannungsleistung in Verbindung mit geeigneten Gasdurchflussraten für Sauerstoff und die inerte Gaskomponente eingestellt wird.
In einer anderen anschaulichen Ausführungsformen wird die reaktive Prozessumgebung 230 als ein Oxidationsprozess unter Anwendung einer nasschemischen Ätzchemie eingerichtet wie sie häufig angewendet wird, wenn ein Reinigungsprozess ausgeführt wird. Beispielsweise können Lösungen mit Wasserstoffperoxid effizient eingesetzt werden, etwa in Verbindung mit schwefliger Säure und dergleichen. Auch in diesem Falle kann somit eine dünne Schicht des schützenden Materials 212 effizient auf dem freiliegenden Seitenwandflächen 212s gebildet werden. Andererseits verhindert die hohe Stabilität des Materials 211 im Wesentlichen eine signifikante Modifizierung freiliegender Bereiche der Schicht 211, während auch das Material 213 nicht wesentlich von dem Prozess 230 beeinflusst wird.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen repräsentiert der Prozess 230 einen plasmaunterstützten Prozess zum Einbau weiterer Sorten, etwa von Stickstoff, Kohlenstoff und dergleichen freiliegende Oberflächenbereiche des Strukturelements 210. Auch in diesem Falle können geeignete Plasmabedingungen eingerichtet werden, um ein insgesamt isotropes „Plasma” mit einem leichten Ionenbeschuss zu erzeugen, wodurch ebenfalls in effizienter Weise in die gewünschte Sorte in die Oberflächenbereiche 212s eingebaut wird. In diesem Falle repräsentiert das Schutzmaterial 212p eine Mischung aus Chrom und einer weiteren Sorte, wobei zumindest an einem Oberflächenbereich eine deutliche Anreicherung erreicht wird, so dass ein Anteil von ungefähr mehr als 10 Atomprozent der nicht-Chromsorte erreicht wird, wodurch dem Material 212p die gewünschten Diffusionsblockiereigenschaften verliehen werden.
2d zeigt schematisch die Photomaske 200 nach dem Prozess 230. Wie gezeigt ist das Chrommaterial 212 durch die Schichten 211 und 213 und durch das Schutzmaterial 212peingeschlossen, das eine Dicke von einem bis mehrere Nanometer aufweisen kann, wobei dies von den Prozessbedingungen während der vorhergehenden Behandlung 230 aus 2c abhängt. Z. B. wird durch das Bereitstellen des Materials 212p in Form von Chromoxid, wobei die genaue stoichiometrische Formel von den Prozessbedingungen abhängt, eine große Diffusionsbarrierenwirkung erreicht und es wird auch ein dielektrisches Material bereitgestellt. In anderen Fällen enthält das Schutzmaterial zusätzlich oder alternativ zu Sauerstoff auch andere Sorten, etwa Stickstoff, Kohlenstoff und dergleichen, wodurch die gesamte Stabilität des Schutzmaterials 212p weiter verbessert werden kann. Es sollte beachtet werden, dass die Herstellung des Schutzmaterials 212p auf der Grundlage der Behandlung 230 aus 2c nicht zu einer signifikanten Modifizierung der Geometrie des Maskenstrukturelements 210 führt, da lediglich die Oberfläche des Strukturelements 210 an dem entsprechenden Prozess teilnimmt. Folglich werden die kritische Abmessung und somit auch OPC-Eigenschaften im Wesentlichen durch das Bereitstellen des Schutzmaterials 212p nicht beeinflusst. Daher kann das Material 212p mittels eines zusätzlichen Herstellungsschrittes im Hinblick auf konventionelle Prozessstrategien vorgesehen werden, ohne dass ein wesentlicher Aufwand bei der Produktneuqualifizierung bei der Verwendung der Photomaske 200 erforderlich ist. Folglich wird ein hohes Maß an Kompatibilität zu konventionellen Prozessstrategien und Prozessressourcen erreicht, wobei dennoch für eine verbesserte Haltbarkeit der Photomaske 200 auf Grund der deutlich geringeren Chromwanderung gesorgt wird.
2e zeigt schematisch die Photomaske 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen das Maskenstrukturelement 210 auf der Grundlage eines Schichtstapels strukturiert wird, der die Schicht 211 und die Chromschicht 212 enthält. Zu diesem Zweck werden gut etablierte Strukturierungsstrategien eingesetzt. Daraufhin wird die Photomaske 200 der Einwirkung einer reaktiven Umgebung 230a unterworfen, etwa einer oxidierenden Umgebung, in welcher ein Teil des Materials 212 in das Schutzmaterial 213p umgewandelt wird, wodurch der verbleibende Bereich des Materials 212 eingeschlossen wird. In diesem Falle wird der Prozess 230a so gesteuert, dass eine gewünschte Dicke des Schutzmaterials 212p über dem Material 212 erhalten wird, so dass eine effiziente ARC-Schicht bereitgestellt wird, während gleichzeitig die Seitenwände des Materials 212 geschützt sind. Folglich kann ein vereinfachter Materialstapel zur Strukturierung des Maskenstrukturelements 210 verwendet werden, wodurch zu einem besseren Prozessablauf beigetragen wird.
Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt Lithographiemaskenprodukte, Photomasken und Fertigungstechniken bereit, in denen die Chromwanderung unterdrückt wird oder zumindest deutlich verringert wird, indem im Wesentlichen reine Chrommaterialien vermieden werden und/oder indem das Chrommaterial in geeigneter Weise eingeschlossen wird. Folglich können Photomasken mit geringerer Schwankung und höherer Stabilität auf der Grundlage gut etablierter Materialien auf Chrombasis bereitgestellt werden, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen ein hohes Maß an Kompatibilität zu konventionellen Materialien und Prozesstechniken beibehalten wird.
Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- G. Ryder, Messinspektion und Prozesssteuerung für Mikrolithographie XXII, editiert von Allgai, Sean A; Raymond, Christopher J; Proceedings SPEI; Vol. 6922, Seite 69221Y–69221Y-11 (2008) [0008]
- Analyse der Hauptursachen und effektive Überwachungsstrategie, Photomasken und nächste Generation der Lithographiemaskentechnologie XV, editiert von Horiochi, Toshiyuki, Proceedings SPI, Vol. 7028, Seiten 72816–72816-10 (2008) [0008]

Claims

Photolithographiemaskenprodukt mit: einem transparenten Substrat; und einem Materialschichtstapel, der auf dem transparenten Substrat ausgebildet ist, wobei der Materialschichtstapel eine erste Materialschicht, die auf dem Substrat gebildet ist, und eine zweite Materialschicht, die auf der ersten Materialschicht gebildet ist, aufweist, wobei die erste Materialschicht eine chromenthaltende Verbindung enthält, und wobei die zweite Materialschicht mindestens eine nicht-Chromsorte mit einem Anteil von ungefähr 10 Atomprozent oder mehr enthält.
Photolithographiemaskenprodukt nach Anspruch 1, wobei die chromenthaltende Verbindung der ersten Materialschicht Stickstoff aufweist.
Lithographiemaskenprodukt nach Anspruch 1, wobei die chromenthaltende Verbindung der ersten Materialschicht Kohlenstoff aufweist.
Photolithographiemaskenprodukt nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine nicht-Chromsorte der zweiten Materialschicht Sauerstoff aufweist.
Photolithographiemaskenprodukt nach Anspruch 4, wobei die zweite Materialschicht Chromoxid aufweist.
Photolithographiemaskenprodukt nach Anspruch 5, wobei die erste Materialschicht Chromnitrid und/oder Chromkarbid aufweist und wobei die zweite Materialschicht eine Chromoxidschicht ist.
Photolithographiemaskenprodukt nach Anspruch 6, wobei eine Höhe des Materialschichtstapels ungefähr 100 Nanometer (nm) oder weniger beträgt.
Photolithographiemaskenprodukt nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine nicht-Chromsorte der zweiten Materialschicht Tantal und/oder Stickstoff aufweist.
Photolithographiemaskenprodukt nach Anspruch 8, wobei die zweite Materialschicht Tantalnitrid aufweist.
Photolithographiemaskenprodukt nach Anspruch 1, das ferner ein Maskenstrukturelement aufweist, das die erste und die zweite Materialschicht enthält.
Photolithographiemaske mit: einem transparenten Substrat; und einem undurchlässigen Maskenstrukturelement, das auf dem transparenten Substrat ausgebildet ist, wobei das undurchlässige Maskenstrukturelement eine Chromschicht aufweist, die über dem transparenten Substrat gebildet ist, wobei die Chromschicht eine untere Fläche und eine obere Fläche und Seitenwandflächen aufweist, und wobei das undurchlässige Maskenstrukturelement ein Seitenwandschutzmaterial aufweist, das an jeder der Seitenwandflächen ausgebildet ist, und eine Zusammensetzung des Seitenwandmaterials sich von einer Zusammensetzung der Chromschicht unterscheidet.
Photolithographiemaske nach Anspruch 11, wobei das Maskenstrukturelement ferner eine untere Materialschicht aufweist, die auf dem transparenten Substrat so gebildet ist, dass sie mit der Chromschicht in Verbindung steht.
Photolithographiemaske nach Anspruch 12, wobei das Maskenstrukturelement ferner eine obere Materialschicht aufweist, die auf der Chromschicht gebildet ist.
Photolithographiemaske nach Anspruch 11, wobei das Seitenwandschutzmaterial Chromoxid aufweist.
Photolithographiemaske nach Anspruch 11, wobei das Seitenwandschutzmaterial Chromnitrid aufweist.
Photolithographiemaske nach Anspruch 13, wobei die untere Materialschicht und die obere Materialschicht Chrom enthalten.
Verfahren zur Herstellung einer Photolithographiemaske, wobei das Verfahren umfasst: Strukturieren eines Materialschichtstapels, der auf einem transparenten Substrat gebildet ist, um ein Maskenstrukturelement zu bilden, wobei der Materialschichtstapel mindestens eine chromenthaltende Materialschicht aufweist; und Passivieren des Maskenstrukturelements, um eine Chromdiffusion zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei Passivieren des Maskenstrukturelements umfasst: Bilden einer Diffusionsbarrierenschicht und/oder einer dielektrischen Schicht an Seitenwänden des Maskenstrukturelements.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei Bilden der Diffusionsbarrierenschicht und/oder der dielektrischen Schicht umfasst: Ausführen eines Oxidationsprozesses, um einen oxidierbaren Bereich der Seitenwände zu oxidieren.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei Ausführen des Oxidationsprozesses umfasst: Ausführen eines plasmaunterstützten Oxidationsprozesses.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei Ausführen des Oxidationsprozesses umfasst: Ausführen eines nasschemischen Oxidationsprozesses.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei Ausführen des Oxidationsprozesses umfasst: Oxidieren einer oberen Fläche des Materialstapels.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei Bilden der Diffusionsbarrierenschicht umfasst: Ausführen einer Plasmabehandlung, um Stickstoff und/oder Kohlenstoff in zumindest einen Teil der Seitenwände einzubauen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei Passivieren des Maskenstrukturelements umfasst: Bereitstellen der mindestens einen chromenthaltenden Schicht in Form einer Schicht mit einer Chromverbindung.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Schicht einer Chromverbindung als Chromnitridschicht und/oder Chromkarbidschicht und/oder Chromoxidschicht bereitgestellt wird.