DE10228546A1

DE10228546A1 - Verfahren zur Strukturierung einer Lithographiemaske

Info

Publication number: DE10228546A1
Application number: DE10228546A
Authority: DE
Inventors: Klaus Elian; Armelle Vix
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: NL1023656C2; US7005220B2; DE10228546B4; NL1023656A1; US20040013952A1

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Strukturierung einer Lithographiemaske bereitgestellt, das auf der Verwendung einer ausgehärteten, elektrisch leitfähigen Schicht unterhalb der Resistschicht beruht. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Reihe von wesentlichen Vorteilen. Die elektrisch leitfähige Schicht ist unterhalb der Resistschicht angeordnet und kann somit eine gute Ladungsableitung gewährleisten. Durch den Aushärtungsprozess der elektrisch leitfähigen Schicht kommt es zu keinen Intermixingeffekten zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und der Resistschicht. Weiterhin bleibt die elektrisch leitfähige Schicht während des Entwicklungsschritts stabil und wird nicht weggelöst. Nur die Resistschicht wird entwickelt und kann daher ohne Unterspülungsprobleme strukturiert werden. Dementsprechend kann ein hohes Auflösungsvermögen garantiert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung einer Lithographiemaske.
Im Zuge der immer kleiner werdenden Strukturabmessungen zur Erzeugung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen wird eine maßgetreue photolithographische Übertragung von Maskenstrukturen auf strahlungsempfindliche Resistschichten immer wichtiger. Inzwischen werden Halbleiterbauelemente mit Strukturlinienbreiten von 180 nm und weniger zur kommerziellen Verwendung in großem Volumen hergestellt, so daß die Anforderungen an die strukturierenden Prozeßschritte höchsten Standards genügen müssen. Dies setzt neben der Entwicklung verbesserter Lithographietechniken zur Übertragung der Maskenstrukturen in das zu strukturierende Substrat die Bereitstellung von immer feineren Masken voraus. Somit werden auch die Anforderungen, die an die Strukturierung der Lithographiemasken gestellt werden, immer höher.
Sowohl für die Proximity- als auch für die Kontaktbelichtung von Resistschichten werden überwiegend Chrommasken verwendet, die im Wesentlichen aus einem Quarzglassubstrat, das auch im UV-Bereich lichtdurchlässig ist und auf dem eine dünne lichtundurchlässige Schicht aus Schwarzchrom aufgebracht ist, besteht. Durch das Schwarzchrom, das einen niedrigen Reflexionskoeffizienten aufweist, wird eine Rückreflexion auftreffenden Lichtes in die Resistschicht minimiert.
Trotz der verbreiteten Verwendung von Wafersteppern mit einem Verkleinerungsfaktor von 4:1 in der kommerziellen Herstellung von Halbleiterbauelementen, sind die auf den Masken abzubildenden Strukturen inzwischen so klein, dass die heute noch weit verbreiteten Laserschreiber zunehmend durch Elektronenstrahlschreiber ersetzt werden müssen und die Maskenstrukturen demgemäß mittels der Elektronenstrahllithographie erzeugt werden müssen.
Dazu wird auf dem Maskenblank eine Resistschicht aufgebracht, die anschließend durch einen Elektronenstrahl gezielt belichtet wird. Durch die Belichtung wird der Resist chemisch so verändert, dass die belichteten Bereiche eine von den unbelichteten Bereichen unterschiedliche Löslichkeit in bestimmten Entwicklerlösungen aufweisen. Durch die Belichtung kann die Löslichkeit des Resists entweder erhöht oder erniedrigt werden. Wird die Löslichkeit erhöht, so spricht man von einem Positivresist, und bei der anschließenden Entwicklung des Resists werden die belichteten Bereiche entfernt. Dementsprechend bleiben bei einem Negativresist die belichteten Bereiche des Resists auf dem Maskenblank erhalten. In einer sich an die Entwicklung des Resists anschließenden Ätzung wird die Chromschicht in den nicht mehr durch den Resist geschützten Bereichen entfernt und somit die strahlungsdurchlässigen Bereiche der Maske erzeugt.
Die Verwendung der Elektronenstrahllithographie wird auch im Wesentlichen durch neue Methoden zur Korrektur so genannter „Proximity-Effekte" bedingt. Unter „Proximity-Effekten" werden Beugungs- und Interferenzeffekte von nahe beieinander liegenden Maskenstrukturen verstanden. Diese können zu einer deutlichen Beeinträchtigung der erzielbaren Maßtreue führen. Dabei sind die Proximity Effekte um so ausgeprägter, je näher die Strukturen beieinander liegen. Dies hat beispielsweise zur Folge, dass Strukturen, die eigentlich die gleiche Größe aufweisen sollen, in Abhängigkeit ihrer jeweiligen Umgebung in unterschiedlicher Weise in die Resistschicht abgebildet werden. Dieser Unterschied zeigt sich besonders deutlich zwischen Strukturen, die sehr dicht angeordnet sind, und Strukturen, die ohne benachbarte Strukturen weitgehend isoliert sind.
Um diesen Unterschied weitgehend auszugleichen, werden üblicherweise Hilfsstrukturen, so genannte „Scattering Bars" oder „SRAF = sub resolution assist features", verwendet, die in der Nähe von isolierten Strukturen angeordnet werden. Dementsprechend besitzt eine eigentlich isolierte Struktur nun eine Umgebung, die weitgehend der Umgebung von dicht angeordneten Strukturen entspricht, so dass sich im wesentlichen die gleichen Abbildungseigenschaften ergeben.

Dabei sind diese Hilfsstrukturen auf der Maske so ausgebildet, daß sie selbst nicht in die Resistschicht abgebildet werden, und sie werden jeweils parallel zu den Kanten der eigentlichen Strukturen auf der Maske angeordnet. Hilfsstrukturen dieser Art sind beispielsweise in den US Patenten 5,242,770 und 5,821,014 beschrieben. Diese Hilfsstrukturen sind wesentlich kleiner als die abzubildenden Strukturelemente, wodurch erhöhte Anforderungen an die lithographische Genauigkeit bei dem Maskenschreiben gestellt werden.

Eine weiter Methode zur Verbesserung der photolithographischen Übertragung von Maskenstrukturen auf ein Substrat ist die Verwendung so genannter Phasenmasken, insbesondere „alternierender Phasenmasken" (ALT PSM, Alternating Phaseshift Mask). In diesen Masken werden im Gegensatz zu Standard-Chrommasken (COG, Chrome On Glass) zwei unterschiedliche transparente Bereiche erzeugt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass nach der Ätzung der Chromschicht auf dem Maskenblank durch ein zweites sich anschließendes lithographisches Verfahren ein Teil der strahlungsdurchlässigen Bereiche durch eine gezielte Ätzung gegenüber den jeweils benachbarten strahlungsdurchlässigen Bereichen mit einem Phasenhub so beaufschlagt werden, dass eine vorgegebene Phasendifferenz zwischen zwei jeweils benachbarten strahlungsdurchlässigen Bereichen erzielt wird. Diese Phasendifferenz wird in der Regel 180° betragen. Durch die Anwendung dieser Technik kann bei hochperiodischen, gitterartigen Strukturen eine Vergrößerung der Strukturauflösung gegenüber der herkömmlichen Technik bis zu einem Faktor 2 erzielt werden.

Die Phasenmasken-Technik stellt an die Maskenfertigung besondere Ansprüche, da hierbei zusätzliche Schichten aufgebracht bzw. das Substrat definiert abgetragen werden muss, um den gewünschten Interferenzeffekt zu erzielen. Die Herstellung einer „Alternating"-Phasenmaske erfordert in der Regel zwei separate Lithographieschritte: In dem ersten Lithographieschritt wird die Chromschicht der Maske strukturiert. Die bei der Verwendung eines Elektronenstrahlschreibers beobachte Aufladung der Maske stellt in diesem Schritt noch kein Problem dar, da hier durch geeignete Erdung des Maskenblanks die Ladung problemlos abgeleitet werden kann.

Im zweiten Lithographieschritt wird die vorstrukturierte Chromschicht erneut mit einem Resist beschichtet, der dann ebenfalls beschrieben, d.h. belichtet, werden muss. In diesem zweiten Schritt stellt die Verwendung eines Elektronenstrahlschreibers ein Problem dar, da die Chromschicht durch die Strukturierung unterbrochen ist und somit eine ganzflächige Ableitung der Ladung durch Erdung nicht mehr möglich ist. Infolge dessen lädt sieh der vorstrukturierte Maskenblank während des Elektronenschreibens negativ auf.

Diese negative Aufladung beeinflusst den beim Elektronenschreiben auf den Maskenblank auftreffenden Elektronenstrahl, der sowohl zum Schreiben, d.h. Belichten, als auch zur Justierkontrolle verwendet wird. Die Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit der negativen Aufladung des Maskenblanks führt zu einer unerwünschten Ablenkung und Aufweitung des Elektronenstrahls, wodurch es zu einer Störung der Justierkontrolle sowie zu Verzerrungen und Schreibfehlern beim Schreiben der zweiten Lithographieebene der Phasenmaske kommt. Dieses auch „Charging" genannte Problem erschwert bzw. verhindert derzeit den Einsatz von Elektronenschreibern für die zweite Lithographieeebene bei Phasenmasken, so dass für diesen zweiten Schritt derzeit noch optische Maskenschreiber eingesetzt werden.

Um die Phasenmasken-Technik optimal einsetzen zu können, ist es aber erforderlich, dass die phasenverschobenen, strahlungsdurchlässigen Bereiche der Maske mit zumindest gleicher Genauigkeit erzeugt werden, wie die durch die erste Chromätzung erzeugten Strukturen. Neue Verfahren, mittels derer dies erreicht werden könnte, sollten die Schreibzeit der Maske aber nicht weiter erhöhen, da dadurch die Gesamtwirtschaftlichkeit des Herstellungsprozesses der integrierten Schaltung herabgesetzt werden würde. Dies ist bei der Entwicklung neuer lithographischer Verfahren immer mit zu berücksichtigen, wobei es besonders wünschenswert ist, wenn durch die verbesserten lithographischen Verfahren die Schreibzeit weiter verringert kann.

Bisherige Ansätze zur Lösung des „Charging"-Problems sehen das Aufbringen zusätzlicher elektrisch leitender Lackschichten auf dem vorstrukturierten Maskenblank vor und sind in den 1 sowie 2a und b schematisch dargestellt. Die zusätzlichen Lackschichten bestehen meist aus organischen, elektrisch leitfähigen Komponenten, die zusätzlich so gewählt sind, dass sie wasserlöslich sind. Die Wasserlöslichkeit der elektrisch leitfähigen Schicht ist wesentlich, um so genannte „Intermixing"-Effekte zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und der verwendeten Resistschicht zu vermeiden. Sowohl die Resistschicht als auch die elektrisch leitfähige Schicht werden durch Aufschleudern auf das Substrat aufgebracht. Dazu wird eine Lösung der jeweiligen Lackkomponenten unter schneller Rotation des Substrats auf dieses aufgebracht, so dass sich ein dünner Oberflächenfilm der Lösung auf dem Substrat bildet. Anschließend wird das restliche Lösemittel aus der aufgeschleuderten Schicht entfernt. Verwendet man eine wasserunlösliche, elektrisch leitfähige Schicht, die in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem wasserlöslichen Resist aufgebracht wird, so löst das Lösemittel der zuoberst aufgebrachten Schicht die darunter gelegene, bereits feste Schicht wieder an, so dass keine scharfe Grenzflächen zwischen der Resistschicht und 'der elektrisch leitfähigen Schicht entstehen. Dies führt zu einer Unschärfe bei der späteren Entwicklung des Resists.

In dem in 1 dargestellten Lösungsansatz wird zur Ladungsableitung eine elektrisch leitfähige Schicht 16 als oberste Schicht über der Resistschicht 14 aufgebracht. 1 zeigt ein Substrat 10 aus Quarzglas, auf dem eine bereits vorstrukturierte Schwarzchromschicht 12 aufgebracht ist. Über der Schwarzchromschicht 12 wurde eine Resistschicht 14 abgeschieden und anschließend auf der Resistschicht 14 eine wasserlösliche, elektrisch leitfähige Schicht 16, die zusätzlich eine ausreichende Transparenz aufweist, um ein anschließendes Elektronenstrahlschreiben der Resistschicht 14 zu erlauben, aufgebracht. Diese Lösung bietet den Vorteil, dass die wasserlösliche, elektrisch leitende Schicht 16 nach dem Elektronenschreiben in einem naßchemischen Schritt problemlos beseitigt werden kann. Allerdings ist die Ladungsableitung bei dieser Schichtabfolge mangelhaft, da der Kontakt zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht 16 und dem Substrat 10 bzw. der Schwarzchromschicht 12 nur schlecht ist und durch die Resistschicht ein Kondensatoreffekt erzeugt wird.

Ein alternativer Lösungsansatz ist in den 2a und 2b dargestellt. Bei diesem Ansatz wird die elektrisch leitfähige Schicht 16 direkt auf das Substrat 10 und die vorstrukturierte Schwarzchromschicht 12 aufgebracht und anschließend die Resistschicht 14 auf der elektrisch leitfähigen Schicht 16 aufgebracht. Nach dem Elektronenschreiben der Resistschicht wird diese naßchemisch entwickelt.

Zwar ist bei dieser Schichtanordnung die Ladungsableitung gegenüber der in 1 dargestellten Variante wesentlich verbessert, allerdings besteht hier das Problem, dass es bei der Entwicklung der Resistschicht 14 durch einen isotropen Abtrag der wasserlöslichen, elektrisch leitfähigen Schicht 16 zu einer starken Unterhöhlung der Resistschicht kommt. Dadurch wird die Maßgenauigkeit, mit der die durch das Elektronenschreiben vorgegebene Struktur in dem anschließenden Ätzschritt in das Substrat 10 bzw. die Schwarzchromschicht 12 übertragen wird, verschlechtert. Dies ist in 2b dargestellt. Bei sehr kleinen Strukturen innerhalb der Maske kann die Unterhöhlung des Resists zu einem kompletten Wegspülen dieser Strukturen bei der Entwicklung führen. Dies ist insbesondere bei der Strukturierung von Masken mit einer Vielzahl von Hilfsstrukturen problematisch.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Lithographiemaske bereitzustellen, welches die beschriebenen Probleme vermindert bzw. ganz vermeidet.

Diese Aufgabe wird von dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Strukturierung einer Lithographiemaske bereitgestellt, umfassend die Schritte:

a) ein Maskensubstrat umfassend ein strahlungsdurchlässiges Substrat sowie zumindest eine zumindest in Teilbereichen auf dem strahlungsdurchlässigen Substrat aufgebrachte strahlungsundurchlässige Schicht und/oder Halbtonschicht wird bereitgestellt,
b) zumindest eine aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht wird über der strahlungsundurchlässigen Schicht und/oder der Halbtonschicht und gegebenenfalls dem strahlungsdurchlässigen Substrat aufgebracht,
c) die aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht wird ausgehärtet, wodurch diese im Wesentlichen unlöslich wird,
d) eine Resistschicht wird auf der ausgehärteten, elektrisch leitfähigen Schicht aufgebracht,
e) die Resistschicht wird durch Elektronenschreiben bestrahlt,
f) die Resistschicht wird entwickelt, wodurch Teilbereiche der Resistschicht entfernt werden,
g) die ausgehärtete, elektrisch leitfähige Schicht wird in den nicht mehr durch die Resistschicht abgedeckten Bereichen entfernt, und
h) das strahlungsundurchlässige Substrat und/oder die strahlungsundurchlässige Schicht und/oder die Halbtonschicht werden in den nicht mehr durch die Resistschicht und die ausgehärtete, elektrisch leitfähige Schicht abgedeckten Bereichen strukturiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Reihe von wesentlichen Vorteilen. Die elektrisch leitfähige Schicht ist unterhalb der Resistschicht angeordnet und kann somit eine gute Ladungsableitung gewährleisten. Durch den Aushärteprozess der elektrisch leitfähigen Schicht kommt es zu keinen Intermixingeffekten zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und der Resistschicht. Weiterhin bleibt die elektrisch leitfähige Schicht während des Entwicklungsschritts stabil und wird nicht weggelöst. Nur die Resistschicht wird entwickelt und somit ohne die im Stand der Technik auftretenden Unterspülungsprobleme strukturiert. Dementsprechend kann ein hohes Auflösungsvermögen garantiert werden.

Alle Vorteile bereits kommerzieller und auch neu zu entwickelnden chemisch verstärkter Fotolacke (CAR) können genutzt werden, ohne Rücksicht auf besondere Eigenarten der elektrisch leitfähigen Schicht nehmen zu müssen. Durch die Aushärtung verhält sich die elektrisch leitfähige Schicht im Wesentlichen neutral. Der zur Strukturierung der elektrisch leitfähigen Schicht notwendige Strukturierungsprozeß ist in der Maskenherstellung in der Regel sowieso für die anschließende Maskenstrukturierung notwendig. Im Rahmen dieses Prozesses kann durch einfach Modifizierung beispielsweise eines Ätzprozesses unter Vorschaltung eines zusätzlichen Schrittes bevorzugt in ein und demselben Arbeitsgang zunächst die elektrisch leitfähige Schicht und anschließend die Maske geätzt werden.

Unter einer Halbtonschicht wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine zu einem gewissen Prozentsatz strahlungsdurchlässige Schicht verstanden, welche die Phase der durch sie hindurchtretenden Strahlung um einen vorgegebenen Betrag verschiebt. Bevorzugt wird dazu zumindest eine MoSi_zO_xNy-Schicht verwendet .

In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das strahlungsdurchlässige Substrat ein Substrat aus Quarzglas. Dieses Substrat, das eine Oberseite und eine Unterseite aufweist, ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorzugsweise auf einer der beiden Seiten vollständig oder teilweise mit zumindest einer strahlungsundurchlässigen Schicht und/oder Halbtonschicht beschichtet.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die strahlungsundurchlässige Schicht eine Chromschicht, vorzugsweise eine Schwarzchromschicht. Als Maskensubstrate können in dem vorliegenden Verfahren beispielsweise handelsübliche „Chrome on Glass"-Maskenblanks verwendet werden, also Quarzglasplatten mit aufgesputterter oder aufgedampfter Chromschicht. Als strahlungsundurchlässige Schicht kann auch eine Kombination mehrere unterschiedlicher Schichten verwendet werden.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die strahlungsundurchlässige Schicht bzw. Halbtonschicht vorstrukturiert. Dies wird üblicherweise der Fall sein, wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Strukturierung einer „Alternating"-Phasenmaske verwendet wird.

In einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante wird die aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht und/oder die Resistschicht durch Aufschleudern aufgebracht. Diese Technik ist dem Fachmann ausreichend geläufig, so dass hier von einer Diskussion dieses Verfahrens abgesehen werden kann. Vorzugsweise wird die aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht vor der Aushärtung in einem ersten Trocknungsschritt getrocknet, d.h. das nach der Aufbringung noch in der Schicht vorhandene Lösemittel wird im Wesentlichen vollständig aus der Schicht entfernt. Dies kann beispielsweise durch Erhitzen der elektrisch leitfähigen Schicht auf eine erste Temperatur T₁ erfolgen. Beispielsweise kann die aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht für 120 Sekunden auf 100 °C erhitzt werden. Die Höhe der Temperatur T₁, die vorzugsweise zwischen 70°C und 170°C beträgt, die Dauer des ersten Trocknungsschritts sowie ein eventuell einzuhaltender Temperaturgradient sind an die eingesetzten Lösemittel und Schichtmaterialien anzupassen.

Als aushärtbare, elektrisch leitfähige Schichten können beispielsweise Materialien verwendet werden, die neben einem aushärtbaren Trägerpolymer und Hilfskomponenten eine oder mehrere Komponenten enthalten, die in der ausgehärteten Schicht die elektrische Leitfähigkeit bewirken. Beispielsweise kann ein Novolak-Trägerpolymer zusammen mit einer quervernetzenden Hilfskomponente, wie beispielsweise Melamin, und optional mit einem Foto- oder Thermosäurebildner als Katalysator eingesetzt werden. Als Komponenten, welche die elektrische Leitfähigkeit bewirken, können beispielsweise kurzkettige teiloxidierte Polythiopheneinheiten, beispielsweise als Polymerseitenketten, eingesetzt werden. Weiterhin können Polypyrrole, Polyaniline und/oder Naphthaline eingesetzt werden. Allgemein können Systeme mit ausgeprägten ?-Elektronensystemen eingesetzt werden. Zur Aushärtung der elektrisch leitfähigen Schicht sind verschiedene Methoden anwendbar.

In einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die elektrisch leitfähige Schicht thermisch ausgehärtet. Andere Methoden sind aber ebenfalls denkbar, so beispielsweise das Aushärten durch Bestrahlung mit Licht einer geeigneten Wellenlänge. Das thermische Aushärten ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung aber besonders bevorzugt, da es apparativ besonders einfach zu bewerkstelligen ist. Je nach Aushärtungsmechanismus enthält die aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht reaktive Gruppen, die bei den Aushärtungsbedingungen eine chemische Veränderung in der Schicht erzeugen, durch welche die Schicht nach dem Aushärten im Wesentlichen unlöslich ist. Beispielsweise kann die aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht ein Trägerpolymer mit thermisch quervernetzbaren funktionellen Gruppen umfassen, die eine Quervernetzung des Trägerpolymers und somit die gewünschte Löslichkeitserniedrigung bewirken.

Die bei der thermischen Aushärtung einzuhaltende Temperatur, Aushärtungsdauer sowie ein eventuell einzuhaltender Temperaturgradient sind an die jeweils verwendeten chemischen Komponenten der elektrisch leitfähigen Schicht anzupassen. Dabei beträgt die Temperatur vorzugsweise zwischen 180°C und 300°C, bei einer bevorzugten Aushärtungsdauer von zwischen 60 Sekunden und 720 Sekunden. Beispielsweise kann die Aushärtung bei 235°C über 120 Sekunden erfolgen. Durch die Aushärtung kann zusätzlich die chemische Stabilität der elektrisch leitfähigen Schicht erhöht werden, so dass sie sich gegenüber den Materialien der Resistschicht im Wesentlichen chemisch inert verhält, also mit diesen Materialien nicht chemisch reagiert.

Nach der Aushärtung der elektrisch leitfähigen Schicht wird die Resistschicht aufgebracht. Als Resistschichten können alle denkbaren, für die Belichtung per Elektronenschreiber geeigneten Resistmaterialien verwendet werden. Geeignete Resistmaterialien sind dem Fachmann geläufig und kommerziell erhältlich. Dabei können sowohl Positiv- als auch Negativresists eingesetzt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Resistschicht vor dem Elektronenschreiben in einem zweiten Trocknungsschritt getrocknet. Dieser zweite Trocknungschritt dient ebenfalls der Entfernung eventuell noch in der Resistsschicht vorhandenen Lösemittels. Dauer und Temperatur T₂ sowie ein eventuell einzuhaltender Temperaturgradient des zweiten Trocknungsschritts sind ebenfalls an das eingesetzte Lösemittel und das Resistmaterial anzupassen. Dabei beträgt die Temperatur T₂ vorzugsweise zwischen 60°C und 160°C bei einer Dauer von vorzugsweise zwischen 60 Sekunden und 720 Sekunden. Beispielsweise kann der Resist für 120 Sekunden bei 120 °C getrocknet werden.

Die Belichtung der Resistschicht erfolgt in dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Elektronenschreiben. Dazu können herkömmliche Verfahren und Vorrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise ein herkömmlicher Elektronen-Maskenschreiber vom MEBES-Typ (Mask Electron Beam Exposure System), beispielsweise aus der ETEC-MEBES-Serie. Diese Verfahren und Geräte sind dem Fachmann bekannt und bedürfen hier keiner weiteren Erläuterung.

Nach dem Elektronenschreiben wird in einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Resistschicht zur Fixierung des latent geschriebenen Bildes thermisch behandelt. Dazu wird die Resistschicht in einem so genannten „Post-Exposure-Bake" über einen geeigneten Zeitraum auf eine bestimmte Temperatur erhitzt bzw. einer bestimmten Temperatur oder einem Temperaturgradienten ausgesetzt.

Zur Entwicklung des Resists werden ebenfalls herkömmliche Verfahren und Materialien eingesetzt. Beispielsweise kann die Entwicklung mittels einer basischen alkalischen Lösung erfolgen, in der entweder die belichteten oder unbelichteten Bereiche des Resist löslich sind. Besonders bevorzugt ist die Verwendung einer Lösung von 2,38 Gew-% Tetramethylammoniumhydroxid in Wasser als Entwicklerlösung.

Durch die Verwendung der aushärtbaren, elektrisch leitenden Schicht, die nach dem Aushärten im Wesentlichen unlöslich ist, werden „Intermixing"-Effekte vermieden, da die ausgehärtete elektrisch leitfähige Schicht durch das eventuell bei der Aufbringung der Resistschicht verwendete Lösemittel nicht mehr angelöst werden kann. Weiterhin bleibt die ausgehärtete, elektrisch leitfähige Schicht aufgrund ihrer Unlöslichkeit auch bei der Entwicklung der Resistschicht unbeeinflußt, wodurch die bei der Verwendung wasserlöslicher, elektrisch leitfähiger Schichten auftretenden Unterhöhlungsprobleme vermieden werden und somit die Übertragungsgenauigkeit der gewünschten Struktur in die Maske verbessert wird.

Unter „im Wesentlichen unlöslich" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass die ausgehärtete, elektrisch leitfähige Schicht in allen üblicherweise in Maskenstrukturierungsverfahren verwendeten Lösemitteln eine so geringe Löslichkeit aufweist, dass sie bei Kontakt mit diesen Lösemitteln völlig oder zumindest im Wesentlichen unverändert bleibt. Üblicherweise eingesetzte Lösemittel sind beispielsweise Ethylacetat, Cyclohexanon, Cyclopentanon, γ-Butyrolacton, Methylethylketon oder Methoxypropylacetat, sowie alkalische oder saure Entwicklerlösungen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass durch den direkten Kontakt der elektrisch leitfähigen Schicht mit der strahlungsundurchlässigen Schicht und/oder dem strahlungsdurchlässigen Substrat eine gute Ableitung der beim Elektronenschreiben erzeugten Aufladung des Maskensubstrats erreicht wird. Dadurch, dass die elektrisch leitfähige Schicht nach dem Aushärten im Wesentlichen unlöslich und chemisch stabil gegenüber dem Resist ist, werden Kompatibilitätsprobleme zwischen Resist und elektrisch leitfähiger Schicht vermieden. So können alle Vorteile bereits zur Verfügung stehender Resists, wie beispielsweise chemisch verstärkter Resists, oder auch erst noch zu entwickelnder Resists in dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgenutzt werden.

Die Unlöslichkeit der ausgehärteten elektrisch leitfähigen Schicht bewirkt, dass diese im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nach dem Entwickeln unverändert vorliegt und somit in einem zusätzlichen Schritt vor der Strukturierung der strahlungsundurchlässigen Schicht und/oder des strahlungsdurchlässigen Substrats entfernt werden muss. Dies kann aber in besonders einfacher Weise und ohne zusätzlichen apparativen Aufwand bewerkstelligt werden. Dies geschieht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch, dass die ausgehärtete, elektrisch leitfähige Schicht in Verfahrensschritt g) mittels einer Plasmaätzung, vorzugsweise einer Sauerstoffionen-Plasmaätzung, entfernt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt anschließend an die Entfernung der ausgehärteten, elektrisch leitfähigen Schicht in Verfahrensschritt h) die Strukturierung der strahlungsundurchlässigen Schicht und/oder des strahlungsdurchlässigen Substrats mittels einer Plasmaätzung, vorzugsweise einer Ionenplasmaätzung. Dies zeigt, dass die Verwendung der ausgehärteten elektrisch leitfähigen Schicht anstelle einer wie sonst üblichen wasserlöslichen elektrisch leitfähigen Schicht zu keiner zeitaufwendigen Verkomplizierung des Verfahrens führt, da die beiden Ätzungen problemlos direkt nacheinander im selben Plasmareaktor durchgeführt werden können. Trotz des zusätzlichen Ätzschritts wird somit die Maskenschreibzeit gering gehalten.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach der Strukturierung der strahlungsundurchlässigen Schicht und/oder des strahlungsdurchlässigen Substrats in Verfahrensschritt h) in zumindest einem weiteren Verfahrensschritt i) die Resistschicht und die ausgehärtete, elektrisch leitfähige Schicht von dem Maskensubstrat entfernt. Wenn beide Schichten im Wesentlichen aus organischen Verbindungen bestehen, kann dies vorzugsweise durch Veraschen beider Schichten erfolgen, was wiederum nur einen minimalen apparativen Aufwand bedeutet und sich somit ebenfalls positiv auf die Schreibzeit der Maske auswirkt. Alternativ können diese Schichten auch nasschemisch mit stark alkalischen organischen Reaktionsmischungen, wie beispielsweise konzentrieren Aminmischungen, entfernt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren sowie des Beispiels näher dargestellt. Es zeigen:
1 Ein Verfahrensschritt eines Verfahrens zur Strukturierung einer Schwarzchrommaske,
2a-b Verfahrensschritte eines weiteren Verfahrens zur Strukturierung einer Schwarzchrommaske,
3a bis h Verfahrensschritte einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens .
Die in den 3a bis 3h dargestellte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt schematisch die Strukturierung eines vorstrukturierten Maskenblanks, beispielsweise ein kommerziell erhältlichen 6 Zoll COG-Maskenblanks, zur Herstellung einer „Alternating"-Phasenmaske. 3a zeigt ein Maskensubstrat 20 aus einem Quarzsubstrat 10, auf dessen oberer Fläche eine vorstrukturierte Schwarzchromschicht 12 aufgebracht ist. Über der Schwarzchromschicht 12 und den freiliegenden Bereichen des Substrats 10 wird eine aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht 18 durch Aufschleudern aufgebracht.
Die aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht 18 umfaßt dabei ein thermisch aushärtbares Trägerpolymer, Hilfskomponenten zur Schichtbildung, beispielsweise Lösemittel, sowie zumindest eine Komponente, die in der ausgehärteten Schicht 18 die elektrische Leitfähigkeit bewirkt.
Die aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht 18 wird in einem ersten Trocknungsschritt bei 100°C für 120 Sekunden getrocknet, wobei ein Großteil des zum Aufschleudern verwendeten Lösemittels verdampft und somit die feste, trockene Schicht 18 gebildet wird, die eine Schichtdicke von etwa 0,3 μm aufweist (3b). Anschließend wird die getrocknete Schicht 18 ausgehärtet. Dazu wird die Schicht für 120 Sekunden auf 235°C erhitzt. Bei dieser Temperatur tritt die chemische Modifizierung der elektrisch leitfähigen Schicht 18 ein, die dadurch im Wesentlichen unlöslich wird.
Nach dem Aushärten wird auf die ausgehärtete, elektrisch leitfähige Schicht die Resistschicht 14 aufgeschleudert und in einem anschließenden zweiten Trocknungsschritt bei 120°C für 120 Sekunden getrocknet. Die resultierende getrocknete Resistschicht 14 weist eine Schichtdicke von ca. 0,2 μm (3c) auf. Anschließend wird die Resistschicht 14 in ausgewählten Bereichen mit einem Elektronenschreiber belichtet. Dies ist in 3d schematisch durch die einfallenden Pfeile dargestellt. Da die elektrisch leitfähige Schicht 18 in direktem Kontakt mit dem Maskensubstrat 20 ist, kann die bei dem Elektronenschreiben auf dem Substrat erzeugte Ladung abgeleitet werden, so dass es zu keinen Schreibfehlern -oder ungenauigkeiten bzw. Justierfehlern durch Wechselwirkungen zwischen dem aufgeladenen Substrat und dem Elektronenstrahl kommt. Nach der Belichtung wird das latent in der Resistschicht 14 erzeugte Bild in dem „Post-Exposure-Bake" thermisch fixiert.
Nach der Fixierung wird die Resistschicht 14 mittels einer 2,38 Gew-% Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid in Wasser entwickelt, wodurch die vormals belichteten Bereiche der Resistschicht 14 entfernt werden (3e). Da die unterhalb der Resistschicht 14 gelegene ausgehärtete, elektrisch leitfähige Schicht 18 in der Entwicklerlösung unlöslich ist, kommt es zu keiner Unterhöhlung der Resistschicht 14 bei der Entwicklung.
Nach der Entwicklung wird die ausgehärtete, elektrisch leitfähige Schicht 18 in den nun offenliegenden Bereichen durch ein Sauerstoffionenplasma geätzt, so dass in diesen Bereichen das Substrat 10 freigelegt wird (3f). Die Plasmaätzung kann in einem herkömmlichen Plasmareaktor durchgeführt werden. Nach der Ätzung der elektrisch leitfähigen Schicht 18 wird das Plasmagas gewechselt und in dem gleichen Plasmaraektor anschließend eine Ionenätzung des Quarzsubstrats 10 in den nun freiliegenden Bereichen durchgeführt. Diese Ätzung kann beispielsweise mit fluorhaltigen Ätzgasen, wie beispielsweise C₂F₆ bei 4 mTorr, einem Gemisch aus 53% Ar und 47% CF₄ bei 2,5 Torr, einem Gemisch aus 6% CF₄, 80% Ar, und 14% C₃F₈, oder mit C₄F₈ bei 0,2 mTorr, durchgeführt werden. Durch diese Ätzung wird die Schichtdicke des Quarzsubstrats in dem geätzten Bereich verringert, wodurch ein Phasenhub gegenüber den benachbarten ungeätzten Bereichen des Quarzsubstrats erzeugt wird ( 3g) abschließend werden die ausgehärtete, elektrisch leitfähige Schicht 18 und die Resistschicht 14 durch Veraschung von dem strukturierten Maskensubstrat 20 wieder entfernt.
Im Folgenden wird eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Die aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht kann durch Aufschleudern einer Lösung auf das Substrat, beispielsweise einem kommerziell erhältlichen 6 Zoll COG-Maskenblank erhalten werden. Diese Lösung wird wie folgt hergestellt: 49,5g Novolacklösung SPN400 der Firma Clariant werden mit 1g Terthiophen der Firma Aldrich versetzt. Zu diesem Gemisch werden 49,5 g einer 4 Gew.-%igen Lösung aus wasserfreiem FeCl₃ in Tetrahydrofuran gegeben und die so erhaltene Lösung für 30 Minuten auf einem Schüttelgerät innig vermischt. Um die aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht auf dem Substrat aufzubringen, kann die Lösung beispielsweise bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 4000rpm und einer Rotationsdauer von 20s auf das Substrat aufgeschleudert werden.
Um die so erhaltene Schicht auszuhärten, kann die Schicht bei 160°C für 300 Sekunden einem Aushärtungsschritt unterzogen werden. Während diesem Aushärtungsschritt verdampft ein Großteil des Lösemittels und die Schicht härtet aus. Es resultiert ein trockener fester Lackfilm mit einer Schichtdicke von 0,5 μm.
Die so erhaltene Schicht kann anschließend mit einer geeigneten Resistschicht belackt werden. Dazu wird auf die ausgehärtete, elektrisch leitfähige Schicht ein chemisch verstärkter Ebeamresist, beispielsweise der Ebeamresist FEP171 der Firma Fuji, aufgebracht.
Der so erhaltene Maskenblank kann mit einem Elektronenstrahl beschrieben werden. Dazu wird die Resistschicht mit einem Elektronenstrahl-Maskenschreiber, beispielsweise aus der ETEC-MEBES Serie, oder mit einem Jeol/Nanobeam-System bei 40keV beschrieben.
Nach dem Beschreiben kann das latent geschriebene Bild in der Resistschicht fixiert werden. Dazu wird der Maskenblank und somit die beschriebene Resistschicht in einem weiteren Heizschritt, dem sogenannten Post-Exposure-Bake, bei beispielsweise bei 130°C für 200°C erhitzt.
Anschließend kann die beschriebene Resistschicht entwickelt werden. Dazu wird der Maskenblank mit einer wäßrigen alkalischen Entwicklerlösung, beispielsweise einer 2,38% Tetramethylammoniumhydroxidlösung in Wasser, für beispielsweise 60 Sekunden behandelt werden. Während des Entwicklungsschrittes wird der beschriebene Bereich des Fotoresists gelöst und entfernt.
Anschließend kann die ausgehärtete, elektrische Schicht strukturiert werden. Dazu wird der Maskenblank in einer Ätzvorrichtung, beispielsweise in einer MIE 720 der Firma MRC, im reinen Sauerstoffplasma bei einer Sauerstoffflußrate von 30 sccm für 30 Sekunden gehalten, wodurch die ausgehärtete, elektrisch leitfähige Schicht in den freiliegenden Bereichen geätzt wird.
Zur anschließenden Strukturierung der Chrom- bzw. Quarzglasschicht oder Halbtonschichten können herkömmliche, üblicherweise zur Strukturierung von Schwarzchrommasken und Halbtonschichten eingesetzte Ätzmethoden verwendet werden.

Claims

Verfahren zur Strukturierung einer Lithographiemaske umfassend die Schritte: a) ein Maskensubstrat (20) umfassend ein strahlungsdurchlässiges Substrat (10) sowie zumindest eine zumindest in Teilbereichen auf dem strahlungsdurchlässigen Substrat (10) aufgebrachte strahlungsundurchlässige Schicht (12) und/oder Halbtonschicht wird bereitgestellt, b) zumindest eine aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht (18) wird über der strahlungsundurchlässigen Schicht (12) und/oder der Halbtonschicht und gegebenenfalls dem strahlungsdurchlässigen Substrat (10) aufgebracht, c) die aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht (18) wird ausgehärtet, wodurch diese im Wesentlichen unlöslich wird, d) eine Resistschicht (14) wird auf der ausgehärteten, elektrisch leitfähigen Schicht (18) aufgebracht, e) die Resistschicht (14) wird durch Elektronenschreiben bestrahlt, f) die Resistschicht (14) wird entwickelt, wodurch Teilbereiche der Resistschicht entfernt werden, g) die ausgehärtete, elektrisch leitfähige Schicht (18) wird in den nicht mehr durch die Resistschicht (14) abgedeckten Bereichen entfernt, und h) das strahlungsundurchlässige Substrat (10) und/oder die strahlungsundurchlässige Schicht (12) und/oder die Halbtonschicht werden in den nicht mehr durch die Resistschicht (14) und die ausgehärtete, elektrisch leitfähigen Schicht (18) abgedeckten Bereichen strukturiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das strahlungsdurchlässige Substrat 10 aus Quarzglas besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsundurchlässige Schicht (12) eine Chromschicht, vorzugsweise eine Schwarzchromschicht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsundurchlässige Schicht (12) vorstrukturiert ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht (18) und/oder die Resistschicht (14) durch Aufschleudern aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht (18) thermisch ausgehärtet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aushärtbare, elektrisch leitfähige Schicht vor dem Aushärten in einem ersten Trocknungschritt getrocknet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Resistschicht (14) vor dem Elektronenschreiben in einem zweiten Trocknungsschritt getrocknet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Resistschicht (14) vor der Entwicklung in einem Fixierschritt thermisch fixiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entwickeln der Resistschicht (14) eine wäßrige, alkalische Entwicklerlösung eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entwickeln der Resistschicht (14) eine Lösung von 2,38 Gew-% Tetramethylammoniumhydroxid in Wasser verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (18) in Verfahrensschritt g) mittels einer Plasmaätzung, vorzugsweise einer Sauerstoffionen-Plasmaätzung, entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung der strahlungsundurchlässigen Schicht (12) und/oder des strahlungsdurchlässigen Substrats (10) in Verfahrensschritt h) mittels einer Plasmaätzung, vorzugsweise einer Ionenplasmaätzung, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (18) in Verfahrensschritt g) mittels einer Plasmaätzung, vorzugsweise einer Sauerstoffionen-Plasmaätzung, entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Strukturierung der strahlungsundurchlässigen Schicht (12) und/oder des strahlungsdurchlässigen Substrats (10) in Verfahrensschritt h) in zumindest einem weiteren Verfahrensschritt i) die Resistschicht (16) und die ausgehärtete, elektrisch leitfähige Schicht (18) entfernt werden.