DE10355599A1

DE10355599A1 - Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsgitters zur Polarisation elektromagnetischer Strahlung in einer lithographischen Belichtungseinrichtung

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Publication number: DE10355599A1
Application number: DE10355599A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Henke; Gerhard Dr. Kunkel; Andreas Jahnke
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2023-11-29
Also published as: DE10355599B4

Abstract

Die Erfindung betrifft mehrere Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsgitters (5) zur Polarisation elektromagnetischer Strahlung (2) in einer lithographischen Belichtungseinrichtung (1), bei denen jeweils ein Polarisationsgitter (5) in den optischen Strahlengang der lithographischen Belichtungseinrichtung (1) eingebracht wird, um die transversal-magnetische Komponente der elektromagnetischen Strahlung (2) auszuschalten und eine lithographische Abbildung mit erhöhtem Kontrastumfang auf einer zu belichtenden Schicht (4a) des Halbleiterprodukts (4) zu erreichen. Es werden mehrere Verfahren zur fertigungstechnischen Herstellung eines Polarisationsgitters (5) mit der hierzu erforderlichen, im Nanometerbereich liegenden Gitterkonstante vorgeschlagen. Das Polarisationsgitter (5) kann durch mechanisches Strukturieren ebenso wie durch Ausrichten elektrisch leitfähiger, ferromagnetischer Partikel sowie durch mit Hilfe eines optisch erzeugten Interferenzmusters unterstützten Strukturierungsprozesses hergestellt werden. Die vorgeschlagenen Herstellungsverfahren ermöglichen die Fertigung von Polarisationsgittern (5), die zur lithographischen Strukturierung von Halbleiterprodukten geeignet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsgitters zur Polarisation elektromagnetischer Strahlung in einer lithographischen Belichtungseinrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

– Herstellen eines Polarisationsgitters,
– Bereitstellen einer lithographischen Belichtungseinrichtung mit einer strukturierten Maske und
– lithographisches Belichten eines Halbleiterprodukts in der lithographischen Belichtungseinrichtung derart, daß elektromagnetische Strahlung die Maske und das Polarisationsgitter passiert und auf das Halbleiterprodukt auftrifft und dieses strukturiert.

Ein derartiges Verfahren wird in der Halbleiterfertigung eingesetzt, um auf lithographischem Wege Schichten integrierter Halbleiterschaltungen oder Maskenschichten zu strukturieren. Dabei wird ein herzustellendes zweidimensionales Muster in vergrößerter Form zunächst auf einer Maske (Reticle) gefertigt. Bei der Strukturierung des Halbleiterprodukts wird die strukturierte Maske in den Strahlengang eines optischen Systems eingebracht, so daß bei der Belichtung des Halbleiterprodukts die auf der Maske hergestellte Struktur in verkleinertem Maßstab auf das Halbleiterprodukt übertragen wird. Durch wiederholtes Belichten mit jeweils unterschiedlichen Halbleiterprodukten oder Oberflächenbereichen von Halbleiterprodukten wird die gewünschte Halbleiterschaltung in hoher Stückzahl gefertigt.
Zur lithographischen Belichtung werden heutzutage Belichtungsquellen im UV-Bereich eingesetzt. Mit Hilfe eines optischen Systems der lithographischen Belichtungseinrichtung werden die Maske und das Halbleiterprodukt unter schrägem Lichteinfall belichtet, wobei die Winkelverteilung des einfallenden Lichts häufig radialsymmetrisch ist wie etwa im Falle eines kegelmantelförmigen Lichtbündels mit einem bestimmten Öffnungswinkel relativ zur optischen Achse. Durch das optische System wird das von der Maske weitergeleitete Licht auf die oberste Schicht des Halbleiterprodukts gelenkt.
Zur Erzeugung möglichst kleiner Strukturen muß entweder die Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Strahlung verringert oder die numerische Apertur der Belichtung vergrößert werden. Die numerische Apertur ist proportional zum Sinus des Öffnungswinkels des kegelmantelförmigen Lichtbündels, das auf die Maske auftrifft. Je größer der Öffnungswinkel und damit der Einfallswinkel der elektromagnetischen Strahlung, umso größer ist das Auflösungsvermögen der lithographischen Belichtung.
Für eine hochwertige optische Abbildung ist ein ausreichend hoher Kontrast zwischen belichteten und unbelichteten Stellen erforderlich. Dieser wird beeinflußt durch Reflexions- und Transmissionsvorgänge (je nach Maskentyp) und durch die chemischen Folgereaktionen beim Eintreffen der elektromagnetischen Strahlung in das Material der belichteten obersten Schicht des Halbleiterprodukts. Beide Effekte sind abhängig von dem Einfallswinkel sowie von der Polarisationsrichtung der einfallenden Strahlung. Gedanklich kann man unpolarisiertes oder zirkular polarisiertes einfallendes Licht der verwendeten elektromagnetischen Strahlung in eine transversalmagnetische und eine transversal-elektrische Komponente aufteilen, wobei die transversale Richtung senkrecht zur lokalen Einfallsebene des schräg auftreffenden jeweiligen Lichtstrahls gerichtet ist. Die jeweilige Einfallsebene wird durch den jeweiligen Lichtstrahl selbst und das Lot, d.h. die Flächennormale der Maske oder des Halbleiterprodukts aufgespannt.
An der Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlich dichten optischen Medien sind Reflexion und Transmission außer vom Einfallswinkel auch von der Polarisationsrichtung der jeweiligen Komponente abhängig; beispielsweise tritt bei der transversal-elektrischen Komponente stets eine stärkere Transmission auf als bei der transversal-magnetischen Komponente. Dadurch werden bei der lithographischen Abbildung zwei unterschiedlich polarisierte Komponenten der elektromagnetischen Strahlung mit unterschiedlicher Intensität auf das Halbleiterprodukt übertragen und führen daher zu Kontrastschwankungen; je nach Anteil des transversal-elektrischen oder transversalmagnetischen Anteils des zum Halbleiterprodukt und in dessen oberste Schicht hineingelangenden Lichts wird ein höherer Kontrast (hervorgerufen durch die transversal-elektrische Komponente) oder ein schlechterer, geringerer Kontrast (hervorgerufen durch die transversal-magnetische Komponente) erreicht.
Um den Kontrast der lithographischen Abbildung zu erhöhen, ließe sich mit Hilfe eines Polarisationsgitters die transversal-magnetische Komponente, die den Kontrast verringert, zurückhalten, so daß mit Hilfe ausschließlich oder überwiegend der transversal-elektrischen Komponente eine Abbildung hohen Kontrasts erreicht wird.
Es sind jedoch keine praktikablen Verfahren bekannt, um für die Zwecke einer lithographischen Belichtung von Halbleiterprodukten geeignete Polarisationsgitter herzustellen. Schwierigkeiten bereitet vor allem die kurze Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Strahlung, die im UV-Bereich liegt und somit von gängigen Polarisationsfiltern nicht mehr zurückgehalten wird. Zumindest für die Zwecke der lithographischen Belichtung von Halbleiterprodukten, die integrierte Halbleiterschaltungen mit Strukturabmessungen im Nanometerbereich benötigen, ist der Anteil der transversalmagnetischen Strahlung und somit der Anteil der unpolarisierten Strahlung, der bei Verwendung eines herkömmlichen Polarisationsfilters bis zum Halbleiterprodukt durchgelassen wird, zu hoch.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsgitters bereitzustellen, mit dem bei der lithographischen Belichtung von Halbleiterprodukten eine höhere optische Qualität, insbesondere ein höherer Kontrast erreicht wird. Dazu soll ein Polarisationsgitter bereitgestellt werden, das kontrastmindernde Komponenten der elektromagnetischen Strahlung, welche eine ungünstige Polarisationsrichtung besitzen, möglichst vollständig zurückhält.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei dem eingangs genannten Verfahren das Polarisationsgitter hergestellt wird, indem

– ein Matrixmaterial, das eine Vielzahl nadelförmiger Partikel aus einem elektrisch leitfähigen Material enthält, auf einen Träger aufgebracht wird und
– indem die nadelförmigen Partikel mit Hilfe eines äußeren Feldes in eine Vorzugsrichtung ausgerichtet werden und in ausgerichteter Orientierung innerhalb des Matrixmaterials fixiert werden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß in einem flüssigen, zähflüssigen oder kolloiden Matrixmaterial eingebettete längliche Partikel verteilt werden, die nach Auftragen des Matrixmaterials auf den Träger durch Anlegen eines äußeren Feldes ausgerichtet werden, so daß ihre Haupterstreckungsrichtung in eine Vorzugsrichtung weist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, daß die nadelförmigen Partikel aus einem elektrisch leitfähigen, beispielsweise metallischen Material bestehen. In in Vorzugsrichtung ausgerichteter Orientierung bewirken sie eine Dämpfung elektromagnetischer Strahlung in Richtung der Vorzugsrichtung, da auftreffende elektromagnetische Strahlung, deren elektrisches Feld in Richtung der Vorzugsrichtung schwingt, in den länglichen, nadelförmigen Partikeln oder Kristallen elektrische Felder umgekehrter Richtung induziert. Beide elektrische Felder kompensieren sich gegenseitig, so daß nur die transversal-elektrische Komponente, deren elektrisches Feld senkrecht zur Vorzugsrichtung der nadelförmigen Partikel schwingt, durchgelassen wird. Das auf einen Träger aufgebrachte Matrixmaterial mit den nadelförmigen Partikeln eignet sich somit als Polarisationsfilter im UV-Bereich besser als herkömmliche Filter aus organischen Materialien, bei denen die elektrische Leitfähigkeit entlang gestreckter organischer Moleküle nicht ausreicht, um hochfrequente ultraviolette Strahlung auszuschalten.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die nadelförmigen Partikel aus einem ferromagnetischen Material bestehen und durch ein Magnetfeld ausgerichtet werden. Beispielsweise können Materialien, die Eisen, Nickel oder Kobalt enthalten sein, die mit Hilfe des Magnetfeldes in dessen Richtung als Vorzugsrichtung orientiert werden. Das Matrixmaterial wird zunächst in relativ dünnflüssiger Form auf den Träger aufgebracht und wird, beispielsweise durch Trocknen, Erhitzen oder durch chemische Vorgänge zu einer zähflüssigen oder harten Schicht umgewandelt, in der die Orientierung der einmal ausgerichteten nadelförmigen Partikel unveränderbar ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die nadelförmigen Partikel aus einem metallischen Material bestehen. Das diese Partikel umgebende Matrixmaterial ist für die verwendete elektromagnetische Strahlung transparent.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird alternativ dadurch gelöst, daß bei dem eingangs genannten Verfahren das Polarisationsgitter hergestellt wird, indem

– die Oberfläche eines Trägers mit kohärenter Strahlung belichtet wird, wobei zwei zueinander kohärente Strahlenbündel so miteinander interferieren, daß auf der Oberfläche des Trägers entlang einer Vorzugsrichtung ausgerichtete Interferenzlinien entstehen, und
– indem die Oberfläche des Trägers unter Einwirkung der interferierenden kohärenten Strahlung bearbeitet wird.

Bei diesem alternativen erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Interferenzmuster ausgenutzt, um die zweidimensionale Struktur einer durch Bearbeitung des Trägers gefertigten Ebene auszubilden. Ein Interferenzmuster zweier interferierender, Strahlenbündel beispielsweise ist geeignet, um eine Anordnung zueinander paralleler, länglicher Interferenzstreifen zu erzeugen. Die Richtung dieser Interferenzstreifen kann als Vorzugsrichtung für auszubildende Leiterbahnen genutzt werden. Beispielsweise kann durch einen Wachstums- oder einen Ätzprozeß, der selektiv nur an belichteten Stellen des Trägers beschleunigt wird, ein Streifenmuster aus Leiterbahnen erzeugt werden, die wesentlich geringere Abmessungen besitzen als üblicherweise lithographisch erzeugte und jeweils einzeln durch Maskenschichtöffnungen vorpräparierte Stege oder Gräben. Die auf die erfindungsgemäße Weise lithographisch erzeugten Leiterbahnen erzeugen, aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt, ein Gitter so geringer Gitterkonstante, daß auch Strahlung im UV-Bereich oder noch kürzerer Wellenlänge nahezu vollständig polarisiert werden kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß auf der Oberfläche des Trägers unter Einwirkung der interferierenden kohärenten Strahlung ein elektrisch leitfähiges Material aufgewachsen wird, das sich bevorzugt an Stellen der Oberfläche des Trägers abscheidet, die konstruktiv interferierend belichtet werden. Hierbei wird ein Aufwachsmechanismus verwendet, bei dem die Wachstumsrate von der lokalen Intensität der zum Aufwachsen des Materials verwendeten kohärenten Strahlung abhängt. Je höher die lokale Intensität dieser Strahlung, desto größer die lokale Wachstumsrate. In Bereichen, in denen die beiden Strahlenbündel destruktiv interferieren, findet somit kein oder nur ein sehr geringes Wachstum statt. Dadurch werden in den Bereichen konstruktiver Interferenz, d.h. in streifenförmigen Bereichen, linienförmige Strukturen abgeschiedenen Ma terials erzeugt. Die so erzeugten Strukturen bilden ein Muster parallel zueinander orientierter Leiterbahnen, d.h. ein zur Polarisation geeignetes Gitter.
Alternativ kann vorgesehen sein, daß zunächst eine homogene Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material aufgewachsen wird und daß unter Einwirkung der interferierenden elektromagnetischen Strahlung ein Ätzprozeß durchgeführt wird, bei dem das elektrisch leitfähige Material bevorzugt an Stellen der Oberfläche des Trägers geätzt wird, die konstruktiv interferierend belichtet werden. Hierbei wird eine optisch unterstützte Ätzung an einer zunächst homogenen Schicht auf dem Träger durchgeführt, bei der die Ätzrate mit der Intensität, die lokal die Schicht aus dem elektrisch leitfähigen Material erreicht, zunimmt. Dadurch kann diese Schicht bis zur Oberfläche des Trägers durchgeätzt werden, wodurch ebenfalls ein Gitter aus zu einander parallelen Leiterbahnen entsteht. Bei dieser Ausführungsform entsprechen die Positionen der Leiterbahnen den unbelichteten Bereichen des Interferenzmusters.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird alternativ dadurch gelöst, daß bei dem eingangs genannten Verfahren das Polarisationsgitter hergestellt wird, indem

– auf der Oberfläche eines Trägers eine Wachstumskeimschicht ausgebildet wird,
– die Wachstumskeimschicht zu entlang einer Vorzugsrichtung ausgerichteten Leiterbahnen strukturiert wird und
– ein elektrisch leitfähiges Material elektrolytisch auf verbleibende Bereiche der Wachstumskeimschicht selektiv zu übrigen Bereichen der Oberfläche des Trägers aufgewachsen wird.

Bei diesem alternativen erfindungsgemäßen Verfahren wird ähnlich wie bei der lithographischen Strukturierung einer Maske ein Muster für ein Polarisationsgitter einzeln strukturiert. Jedoch werden im Gegensatz zu Verfahren, die zur Ausbildung von Strukturen auf einer Maske üblicherweise eingesetzt werden, wesentlich feinere Linien strukturiert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, daß nur eine dünne Wachstumskeimschicht, die eine Dicke von unterhalb 25 nm besitzt, zu einem Muster zueinander paralleler Linien oder Leiterbahnen strukturiert wird. Zur Strukturierung kann beispielsweise ein Elektronenstrahl oder ein Laser oder ein Ionenstrahl eingesetzt werden. Die Strukturierung einer so dünnen Schicht ermöglicht viel feinere Linienmuster, die sich zur Absorption der üblicherweise verwendeten UV-Strahlung mit Wellenlänge von beispielsweise 193 oder 248 nm eignen. Erfindungsgemäß wird die strukturierte Keimschicht anschließend durch einen elektrolytischen Vorgang bearbeitet, bei dem elektrisch leitfähiges Material selektiv auf die linienförmigen Leiterbahnen aus dem Material der Wachstumskeimschicht aufgewachsen wird. Insbesondere wird dieses Material elektrolytisch aufgewachsen, wozu der Träger als Elektrode in einer elektrolytischen Lösung verwendet, d.h. elektrisch vorgespannt wird. Die linienförmigen Leiterbahnen aus dem Material der Wachstumskeimschicht dienen als leitfähige, insbesondere metallische Elektroden, an denen sich weiteres leitfähiges Material abscheidet.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst, daß bei dem eingangs genannten Verfahren das Polarisationsgitter hergestellt wird, indem

– metallische Drähte, die mit einem für die elektromagnetische Strahlung durchsichtigen Material ummantelt sind, extrudiert werden, bis die Drähte einen Durchmesser unterhalb der Hälfte der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung besitzen, und
– indem eine Vielzahl der extrudierten Drähte nebeneinander aufgereiht auf einem Träger angeordnet und fixiert wird.

Dieses Verfahren dient in gleicher Weise wie die oben genannten erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung eines Polarisationsgitters aus vielen parallel zueinander angeordneten linienförmigen Leiterbahnen, jedoch werden herkömmliche mechanische Verfahren eingesetzt, um die Leiterbahnen zu erzeugen. Durch Extrudieren, d.h. Dehnen metallischer Drähte runden Querschnitts kann das Material der Drähte gestreckt werden, wodurch sich der Durchmesser der Drähte um ein Vielfaches verkleinert und die Länge des Drahtes vervielfacht. Metallische Drähte beispielsweise aus Gold sind mit einer durchsichtigen isolierenden Ummantelung käuflich erhältlich, allerdings in Durchmessern, die sich nicht ohne weiteres für einen Einsatz als Polarisationsfilter eignen. Durch wiederholtes Extrudieren kann jedoch der Querschnitt eines Drahtes um einen Faktor von bis zu 100 oder 1000 verringert werden; in diesen Größenordnungen läßt sich mit Hilfe einer Vielzahl solcher Drähte ein Gitter ausreichend geringer Gitterkonstante fertigen. Fertigungstechnisch ist dabei Voraussetzung, daß der Vorgang des Extrodierens häufig genug wiederholt wird, da bei jedem Extrudiervorgang aus mechanischen Gründen der Draht nur um einen begrenzten Faktor dehnbar ist, ohne abzureißen. Erfindungsgemäß wird der extrudierte, isolierend ummantelte Draht in Form vieler paralleler Drahtstücke auf einen Träger aufgebracht und in dieser Weise fixiert. Idealerweise sind 50 der Grundfläche des Trägers mit der Grundfläche der Drähte bedeckt; in den übrigen Bereichen der Grundfläche kann elektromagnetische Strahlung mit senkrecht zur Vorzugsrichtung der Drähte polarisiertem elektrischen Feld passieren und für die lithographische Belichtung genutzt werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Drähte mit einem elektrisch isolierenden Material ummantelte Golddrähte sind. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Drähte parallel zu einer Vorzugsrichtung auf einem Träger angeordnet und fixiert werden. Alternativ können jedoch auch spiralförmige oder zylindrische Wicklungen auf einem Träger gebildet werden, die sich bei kegelmantelförmiger Belichtungsgeometrie eignen, um die jeweils transversal-magnetische Komponente der lokalen Einfallsebene zu eliminieren.
Die der Erfindung liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem eingangs genannten Verfahren das Polarisationsgitter hergestellt wird, indem

– eine Vielzahl mit einer elektrisch leitfähigen Schicht bedeckter Substrate zu einem Schichtenstapel zusammengefügt werden,
– der Schichtenstapel senkrecht zur Ebene der Substrate in Scheiben geschnitten wird und
– indem eine Scheibe des Schichtenstapels an einem Träger befestigt wird.

Der aus den Substraten bzw. Schichten gebildete Schichtenstapel besteht aus einer in der Regel abwechselnden Folge aus elektrisch leitfähigen und transparenten, isolierenden Schichten, die senkrecht zur Ebene der einzelnen Schichten in Scheiben geschnitten werden können, deren Seitenflächen die Schichtenfolge jeweils im Querschnitt zeigen. Wird eine solche Scheibe mit einer ihrer Seitenflächen auf einen Träger aufgebracht und fixiert, eignet sie sich als Polarisationsgitter, da die leitfähigen Schichten wie bei einem Polarisationsgitter parallel zueinander orientiert sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform sämtlicher oben genannter erfindungsgemäßer Verfahren sieht vor, daß als Träger die unstrukturierte Seite einer Maske verwendet wird. Herkömmlich wird eine Maske (Reticle) nur von einer Seite strukturiert; die andere Seite üblicherweise eben. Insbesondere bei Transmissionsmasken würde eine strukturierte Rückseite die zum Belichten verwendeten Strahlenbündel zusätzlich beeinflussen.
Bei dieser Ausführungsform jedoch wird die Rückseite als Träger für ein Polarisationsgitter verwendet, so daß zwei weitere Oberflächen entfallen, die bei Einbringung eines zusätzlichen, von der Maske räumlich getrennten Polarisationsgitters oder Polarisationsfilters erforderlich wären. Somit entfallen auch zwei Oberflächen, an denen sich Gelegenheit zur Ablagerung von Verunreinigungen bietet.
Vorzugsweise wird jeweils ein Polarisationsgitter mit einer Gitterkonstante hergestellt, die kleiner ist als die Hälfte der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, die zur lithographischen Belichtung verwendet wird. Beispielsweise beträgt die Gitterkonstante weniger als 25 nm.
Schließlich ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Maske eine Transmissionsmaske ist und daß das Halbleiterprodukt mit elektromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge unterhalb 250 nm belichtet wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der 1 bis 15 beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer lithographischen Belichtungseinrichtung,
2 eine schematische Draufsicht auf ein Polarisationsgitter,
3 ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren,
4 ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren,
die 5 und 6 eine alternative Ausführungsform des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens,
die 7 bis 9 ein drittes erfindungsgemäßes Verfahren,
die 10 und 11 ein viertes erfindungsgemäßes Verfahren,
die 12 und 13 ein fünftes erfindungsgemäßes Verfahren,
14 eine Maske mit einem auf ihrer Rückseite ausgebildeten Polarisationsgitter und
15 eine schematische Darstellung der Filterung elektromagnetischer Strahlung durch ein Polarisationsgitter.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer lithographischen Belichtungseinrichtung zur Belichtung eines Halbleiterprodukts 4, insbesondere eines Wafers. Von einer Lichtquelle ausgesandte elektromagnetische Strahlung 2 der Wellenlänge λ wird mit Hilfe eines optischen Systems 13 zunächst auf eine Maske 3 fokussiert, die eine bereits vorstrukturierte Maskenschicht mit einem Maskenmuster aufweist. Auf der Rückseite der Maske 3 ist ein erfindungsgemäß ausgebildetes Polarisationsgitter 5 dargestellt, das aus vielen zueinander parallelen, linienförmigen Leiterbahnen aus elektrisch leitfähigem, beispielsweise metallischem Material bestehen und die senkrecht zur Zeichenebene orientiert werden. Der Abstand dieser Linien voneinander ist übertrieben groß dargestellt; er ist in Wirklichkeit wesentlich kleiner als die Abmessungen der Maskenstrukturen auf der in 1 oben angeordneten Vorderseite der Maske. Alternativ zur Ausbildung des Polarisationsgitters auf der Maskenrückseite kann auch ein separates Polarisationsgitter 5 angeordnet sein, dessen parallel zueinander orientierte Leiterbahnen auf einem Träger 6 aufgebracht und angeordnet sind. In diesem Fall entfallen die schwarz dargestellten Leiterbahnen auf der Rückseite der Maske 3. Das Maskenmuster der Maske 3 wird durch das optische System 13 der Belichtungseinrichtung 1 auf eine zu strukturierende Schicht 4a des Halbleiterprodukts 4 übertragen und dabei verkleinert.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das erfindungsgemäß ausgebildete Polarisationsgitter 5. Auf einem Träger 6 ist eine Vielzahl zueinander paralleler elektrisch leitfähiger, beispielsweise metallischer Leiterbahnen 9 angeordnet, die entlang einer Vorzugsrichtung x ausgerichtet sind. Parallel zur Vorzugsrichtung x polarisiertes Licht wird nicht durch den Träger 6 hindurchgelassen. Die Vorzugsrichtung x steht jeweils senkrecht zu den weiteren Richtungen y, z eines kathesischen Koordinatensystems.
3 zeigt ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren, mit dem das in 2 idealisiert dargestellte Polarisationsgitter hergestellt werden kann. 3 zeigt in der linken Hälfte ein auf einen Träger 6 aufgebrachtes Matrixmaterial 7, in welches nadelförmige Partikel 8 aus einem elektrisch leitfähigen, vorzugsweise ferromagnetischen Material eingelagert sind. Unmittelbar nach dem Auftragen des dünnflüssigen Matrixmaterials 7 auf den Träger 6 sind die länglichen Partikel 8 wahllos verteilt. Auch die Orientierung ihrer jeweiligen Haupterstreckungsrichtung ist statistisch wahllos verteilt. Durch Anlegen eines externen Feldes können die Partikel 8 mit ihrer Haupterstreckungsrichtung parallel zueinander ausgerichtet werden. Dazu wird, wie in der rechten Hälfte der 3 dargestellt, beispielsweise ein externes Magnetfeld B angelegt, welches in Richtung der Vorzugsrichtung x weist. Die ferromagnetischen Partikel 8 werden innerhalb des Matrixmaterials 7 parallel zum Magnetfeld B ausgerichtet und bilden daher ähnlich wie Kompaßnadeln ein Muster zueinander in etwa paralleler nadelförmiger elektrischer Leiter. Diese sind zwar nicht wie in 2 dargestellt, in Form kontinuierlicher Linien angeordnet, erreichen jedoch ebenfalls eine Polarisation elektromagnetischer Strahlung, sobald sie auf den mit dem Matrixmaterial 7 bedeckten Träger 6 trifft. Zu diesem Zweck wird das Trägermaterial getrocknet, gehärtet oder auf andere Weise so zähflüssig gemacht, daß bei Abschalten des äußeren Magnetfeldes oder bei sonstigen Einflüssen die Anord nung und Orientierung der länglichen Partikel 8 unverändert bleibt.
Die 4 zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem von einer Lichtquelle ausgehende kohärente Strahlung 12 mit Hilfe eines Strahlteiles 15 in zwei kohärente Strahlenbündel 12a, 12b geteilt wird, die mit Hilfe eines optischen Systems auf der Oberfläche 6a eines Trägers 6 zur Interferenz gebracht werden. Dadurch entsteht ein Interferenzmuster aus Interferenzstreifen, die in 4 senkrecht zur Zeichenebene verlaufen und parallel zu dieser Richtung x orientiert sind. Mit Hilfe eines von der Intensität der interferierenden kohärenten elektromagnetischen Strahlung abhängigen Wachstums- oder Ätzprozesses läßt sich ohne mechanisches Strukturieren ein linienförmiges Muster auf dem Träger 6 herstellen. 4 zeigt ein wellenförmiges Profil aus einer Vielzahl von Interferenzlinien 11, die aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen. Die Interferenzlinien 11 bilden Leiterbahnen 9, die ihrerseits zusammen mit dem Träger 6 das Polarisationsgitter bilden. In 4 wird ein durch die kohärente Strahlung 12 unterstützter Wachstumsprozess ausgenutzt, wodurch elektrisch leitfähiges Material 19 ausschließlich in Bereichen hoher Intensität der interferierenden elektromagnetischen Strahlung 12 einsetzt. Die Bereiche hoher Intensität sind in 4 anhand der Wellenberge großer lokaler Schichtdicke erkennbar. In den Wellentälern befinden sich Bereiche destruktiver Interferenz; dort ist die Wachstumsrate vergleichsweise gering.
Das in 4 dargestellte wellenförmige Profil aus zueinander parallelen elektrisch leitfähigen Leiterbahnen kann alternativ auch dadurch hergestellt werden, daß, wie in 5 dargestellt, ein elektrisch leitfähiges Material 19 zunächst ganzflächig homogen als Schicht auf die Oberfläche 6a des Trägers 6 aufgewachsen wird. Die homogene Schicht aus dem Material 19 kann anschließend zu Leiterbahnen 9 strukturiert werden, wie in 6 dargestellt. Dabei wird mit dem glei chen Versuchsaufbau wie in 4, d.h. mit zwei beispielsweise durch Strahlteilung gebildeten zueinander kohärenten Strahlenbündeln 12a, 12b ein optisch unterstützter Ätzprozeß durchgeführt, bei dem eine mit Hilfe eines Ätzmittels durchgeführte Ätzung 13 an der zunächst noch homogenen Schicht aus dem Material 19 vorgenommen wird. Dabei wird das Material 19 bevorzugt in Bereichen konstruktiver Interferenz abgetragen, wodurch Wellentäler entstehen, in denen die Schichtdicke des Materials 19 verschwindet. Dadurch entsteht eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Leiterbahnen 9, die gemeinsam mit dem Träger 6 wiederum das Polarisationsgitter 5 bilden.
Ein alternatives erfindungsgemäßes Verfahren ist in den 7 bis 9 dargestellt. Gemäß 7 wird auf einem Träger 6 eine Wachstumskeimschicht 16 aufgebracht, die beispielsweise aus einem metallischen oder einem anderen elektrisch leitfähigem Material bestehen kann. Diese Wachstumskeimschicht wird dann, wie in 8 dargestellt, mit Hilfe eines Elektronenstrahls, eines Ionenstrahls oder eines Lasers 17 zu einzelnen Leiterbahnen 9 strukturiert. Diese Strukturierung ist wesentlich feiner als typische Abmessungen der Strukturen der eigentlichen Maskenstruktur der Maske 3. Dies ist deshalb möglich, weil die Wachstumskeimschicht 6 eine nur sehr geringe Schichtdicke von unterhalb 25 nm besitzt und nur als Keimschicht dient, um nachfolgend, wie in 9 dargestellt, mit Hilfe eines elektrolytischen Vorgangs das eigentliche Material 19, das die Leiterbahnen 9 bildet, selektiv auf die linienförmigen Bereiche der Wachstumskeimschicht 16 abzuscheiden. Dazu wird der Träger 6 mit der strukturierten Wachstumskeimschicht 16 als Elektrode in eine elektrolytische Lösung 26 eingebracht, aus der sich leitfähiges Material 19 zur Ausbildung der Leiterbahnen 9 auf der Wachstumskeimschicht 16 abscheidet. Der mit der Wachstumskeimschicht 16 versehene Träger 6 ist daher mit einem geeigneten elektrischen Potential V vorgespannt. Die Dicke und somit auch Breite der Leiterbahnen 9 des hergestellten Polarisationsgitters ist durch die Konzentration der elektrolytischen Lösung 26 sowie durch die Elektrolysedauer leicht einstellbar.
Ein alternatives erfindungsgemäßes Verfahren ist in den 10 und 11 dargestellt. Hierbei werden die das Polarisationsgitter ausbildenden Leiterbahnen in Form von Drähten 20 aus beispielsweise einem metallischen Material wie etwa Gold bereitgestellt. Solche Drähte 20 sind mit einem für UV-Strahlung durchsichtigen, elektrisch isolierenden Material 21 vorgefertigt lieferbar, besitzen jedoch einen Durchmesser D', der in der Regel weitaus größer ist als für eine Polarisation von Strahlung im UV-Bereich erforderliche Gitterkonstanten eines Polarisationsgitters. Zur Reduzierung des Querschnitts der Drähte 20 werden diese extrudiert, wodurch sich die Durchmesser verkleinert und ihre Länge vergrößert. Der Vorgang des Extrudierens wird viele Male wiederholt, um schließlich einen so dünnen Draht 20 zu erhalten, daß er eine Abmessung unterhalb der halben Wellenlänge der für die Belichtung eingesetzten magnetischen Strahlung besitzt. Auf diese Weise erhaltene Drähte werden, wie in 11 dargestellt, auf einem Träger 6 nebeneinander aufgereiht. Die mit den extrudierten, ummantelten Drähten 20 versehene Oberfläche 6a des Trägers 6 dient somit als Polarisationsgitter, bei dem auftreffende Strahlung entweder auf den dünnen Querschnitt der Drähte trifft und dort absorbiert wird oder in den Zwischenräumen den Träger 6 passiert. Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit der metallischen Drähte entlang der nicht eigens dargestellten Vorzugsrichtung x senkrecht zur Zeichenebene wird nur transversal zu dieser Richtung polarisiertes Licht durchgelassen. Zur Vermeidung einer Brechung auftreffender Lichtstrahlung hin zum metallischen Material im Inneren der Ummantelungen wird die Anordnung aus den parallel ausgerichteten Drähten mit einem Material, das für die elektromagnetische Strahlung transparent ist, gleichmäßig aufgefüllt, so daß eine planare Oberseite oberhalb der Drähte 20 entsteht.
Die 12 und 13 zeigen ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren, mit dem ein Polarisationsfilter herstellbar ist. Hierbei wird eine Vielzahl von Substraten 22, die jeweils mit einer dünnen Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material 23 bedeckt sind, aufeinander angeordnet und zusammengefügt, beispielsweise gepreßt oder geklebt. Der so gebildete Schichtenstapel 24 enthält in abwechselnder Folge ein Substrat 22 bzw. eine für die elektromagnetische Strahlung durchsichtige Schicht aus isolierendem Material und eine elektrisch leitfähige Schicht 23. Wird der Schichtenstapel 24 in Richtung senkrecht zur Ebene der Schichten 22, 23 geschnitten, wie durch die gestrichelte Linie 25 in 12 dargestellt, läßt sich eine Scheibe 26 herstellen, die entlang ihrer Seitenflächen abwechselnd Bereiche der Substrate 22 bzw. der optisch transparenten, isolierenden Schichten 22 und der elektrisch leitfähigen Schichten 23 aufweist. Wird eine solche Scheibe 26 in ihrer Seitenfläche auf einen Träger 6 aufgebracht, so entsteht ebenfalls ein Polarisationsgitter 5, welches bei jeweils ausreichend dünner Schichtdicke der Schichten 22, 23 zur Absorption transversalmagnetischer Moden elektromagnetischer Strahlung in einer lithographischen Belichtungseinrichtung einsetzbar ist.
Das nach einem der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Polarisationsgitter 5 kann separat auf einem Träger 6 hergestellt werden und dann in den optischen Strahlengang der lithographischen Belichtungseinrichtung 1 aus 1 eingebracht werden. Das Polarisationsgitter 5 kann alternativ auf der Maske 3 ausgebildet werden, und zwar deren Rückseite. 14 zeigt eine auf diese Weise bearbeitete Maske 3, die auf ihrer in 14 nach unten weisenden Vorderseite die Maskenstruktur aufweist, die aus einer strukturierten Maskenschicht gebildet wird. Auf ihrer in 14 nach oben weisenden Rückseite ist ein Polarisationsgitter 5 aus einer Anordnung zueinander paralleler elektrischer Leiterbahnen 9 ausgebildet; deren Abstände und Abmessungen sind in 14 übertrieben groß dargestellt. In der Realität sind sie deutlich kleiner als die Abmessungen der Strukturen des Maskenmusters auf der Oberseite der Maske, d.h. als die kritische Strukturbreite. Vorzugsweise ist die Gitterkonstante g kleiner als die Hälfte der Wellenlänge λ der verwendeten elektromagnetischen Strahlung 2.
15 zeigt schematisch die Absorption transversalelektrisch polarisierten Lichts durch ein Polarisationsgitter 5, das eine Vielzahl von Leiterbahnen 9 aufweist, die entlang einer Vorzugsrichtung x parallel zueinander ausgerichtet sind. Senkrecht oder schräg auf die Oberfläche des Polarisationsgitters 5 einfallende elektromagnetische Strahlung 2 der Wellenlänge λ läßt sich gedanklich in eine Komponente parallel zur Vorzugsrichtung x (die transversal-magnetische Komponente TM) und die senkrecht dazu polarisierte Komponente (transversal-elektrische Komponente TE) aufteilen. In den Leiterbahnen 9 bzw. den gegebenenfalls in Form von nadelförmigen Partikeln 8 gemäß 3 gebildeten elektrisch leitfähigen Material werden durch die transversal-magnetische Komponente TM elektrische Ströme induziert, die die elektrischen Felder der einfallenden elektrischen Strahlung 2 kompensieren und dadurch die transversal-magnetische Komponente TM nicht durch den Polarisationsfilter 5 hindurchlassen. Die transversal-elektrische Komponente TE wird hingegen durch das Polarisationsgitter 5 nicht abgehalten und passiert dieses. In der lithographischen Belichtungseinrichtung gemäß 1 wird somit am Ort des Halbleiterprodukts 4 die optische Abbildung ausschließlich mit transversal-elektrisch polarisiertem Licht hergestellt. Dadurch wird der Kontrast der optischen Abbildung vergrößert.
Die hier vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichen eine fertigungstechnische Realisierung eines Polarisationsgitters mit Gitterkonstanten, die zur Absorption der transversal-magnetischen Komponente elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich und auch zukünftig verwendeter, noch kleinerer Wellenlängen geeignet ist.

1: lithographische Belichtungseinrichtung
2: elektromagnetische Strahlung
3: Maske
4: Halbleiterprodukt
4a: zu belichtende Schicht
5: Polarisationsgitter
6: Träger
6a: Oberfläche
7: Matrixmaterial
8: nadelförmiges Partikel
9: Leiterbahn
11: Interferenzlinie
12: kohärente Strahlung
12a, 12b: Strahlenbündel
13, 14: optisches System
15: Strahlteiler
16: Wachstumskeimschicht
17: Elektronen- oder Ionenstrahl oder Laser
19: elektrisch leitfähiges Material
20: Draht
21: Ummantelung
22: Substrat
23: elektrisch leitfähige Schicht
24: Schichtenstapel
25: Schnittlinie
26: Scheibe des Schichtenstapels 24
B: Magnetfeld
d': Durchmesser des extrudierten Drahtes 20
D': ursprünglicher Durchmesser des Drahtes 20
g: Gitterkonstante
λ: Wellenlänge
TE: transversal-elektrische Komponente
TM: transversal-magnetische Komponente
x: Vorzugsrichtung
y, z: weitere Richtungen

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsgitters (5) zur Polarisation elektromagnetischer Strahlung (2) in einer lithographischen Belichtungseinrichtung (1), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Herstellen eines Polarisationsgitters (5), – Bereitstellen einer lithographischen Belichtungseinrichtung (1) mit einer strukturierten Maske (3) und – lithographisches Belichten eines Halbleiterprodukts (4) in der lithographischen Belichtungseinrichtung (1) derart, daß elektromagnetische Strahlung (2) die Maske (3) und das Polarisationsgitter (5) passiert und auf das Halbleiterprodukt (4) auftrifft und dieses strukturiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsgitter (5) hergestellt wird, indem – ein Matrixmaterial (7), das eine Vielzahl nadelförmiger Partikel (8) aus einem elektrisch leitfähigen Material enthält, auf einen Träger (6) aufgebracht wird und – indem die nadelförmigen Partikel (8) mit Hilfe eines äußeren Feldes (B) in eine Vorzugsrichtung (x) ausgerichtet werden und in ausgerichteter Orientierung innerhalb des Matrixmaterials (7) fixiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nadelförmigen Partikel (8) aus einem ferromagnetischen Material bestehen und durch ein Magnetfeld (B) ausgerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nadelförmigen Partikel (8) aus einem metallischen Material bestehen.
Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsgitters (5) zur Polarisation elektromagnetischer Strahlung (2) in einer lithographischen Belichtungseinrichtung (1), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Herstellen eines Polarisationsgitters (5), – Bereitstellen einer lithographischen Belichtungseinrichtung (1) mit einer strukturierten Maske (3) und – lithographisches Belichten eines Halbleiterprodukts (4) in der lithographischen Belichtungseinrichtung (1) derart, daß elektromagnetische Strahlung (2) die Maske (3) und das Polarisationsgitter (5) passiert und auf das Halbleiterprodukt (4) auftrifft und dieses strukturiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsgitter (5) hergestellt wird, indem – die Oberfläche (6a) eines Trägers (6) mit kohärenter Strahlung (12) belichtet wird, wobei zwei zueinander kohärente Strahlenbündel (12a, 12b) so miteinander interferieren, daß auf der Oberfläche (6a) des Trägers (6) entlang einer Vorzugsrichtung (x) ausgerichtete Interferenzlinien (11) entstehen, und – indem die Oberfläche (6a) des Trägers (6) unter Einwirkung der interferierenden kohärenten Strahlung (12) bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche des Trägers (6) unter Einwirkung der interferierenden kohärenten Strahlung (12) ein elektrisch leitfähiges Material (19) aufgewachsen wird, das sich bevorzugt an Stellen der Oberfläche (6a) des Trägers (6) abscheidet, die konstruktiv interferierend belichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine homogene Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material (19) aufgewachsen wird und daß unter Einwirkung der interferierenden kohärenten Strahlung (12) ein Ätzprozeß (13) durchgeführt wird, bei dem das elektrisch leitfähige Material (19) bevorzugt an Stellen der Oberfläche (6a) des Trä gers (6) geätzt wird, die konstruktiv interferierend belichtet werden.
Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsgitters (5) zur Polarisation elektromagnetischer Strahlung (2) in einer lithographischen Belichtungseinrichtung (1), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Herstellen eines Polarisationsgitters (5), – Bereitstellen einer lithographischen Belichtungseinrichtung (1) mit einer strukturierten Maske (3) und – lithographisches Belichten eines Halbleiterprodukts (4) in der lithographischen Belichtungseinrichtung (1) derart, daß elektromagnetische Strahlung (2) die Maske (3) und das Polarisationsgitter (5) passiert und auf das Halbleiterprodukt (4) auftrifft und dieses strukturiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsgitter (5) hergestellt wird, indem – auf der Oberfläche (6a) eines Trägers (6) eine Wachstumskeimschicht (16) ausgebildet wird, – die Wachstumskeimschicht (16) zu entlang einer Vorzugsrichtung (x) ausgerichteten Leiterbahnen (9) strukturiert wird und – ein elektrisch leitfähiges Material (19) elektrolytisch auf verbleibende Bereiche der Wachstumskeimschicht (16) selektiv zu übrigen Bereichen der Oberfläche des Trägers (6) aufgewachsen wird.
Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsgitters (5) zur Polarisation elektromagnetischer Strahlung (2) in einer lithographischen Belichtungseinrichtung (1), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Herstellen eines Polarisationsgitters (5), – Bereitstellen einer lithographischen Belichtungseinrichtung (1) mit einer strukturierten Maske (3) und – lithographisches Belichten eines Halbleiterprodukts (4) in der lithographischen Belichtungseinrichtung (1) derart, daß elektromagnetische Strahlung (2) die Maske (3) und das Po larisationsgitter (5) passiert und auf das Halbleiterprodukt (4) auftrifft und dieses strukturiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsgitter (5) hergestellt wird, indem – metallische Drähte (20), die mit einem für die elektromagnetische Strahlung (2) durchsichtigen Material (21) ummantelt sind, extrudiert werden, bis die Drähte (20) einen Durchmesser unterhalb der Hälfte der Wellenlänge (λ) der elektromagnetischen Strahlung (2) besitzen, und – indem eine Vielzahl der extrudierten Drähte (20) nebeneinander aufgereiht auf einem Träger (6) angeordnet und fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (20) mit einem elektrisch isolierenden Material (21) ummantelte Metalldrähte sind.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (20) parallel zu einer Vorzugsrichtung (x) auf dem Träger (6) angeordnet und fixiert werden.
Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsgitters (5) zur Polarisation elektromagnetischer Strahlung (2) in einer lithographischen Belichtungseinrichtung (1), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Herstellen eines Polarisationsgitters (5), – Bereitstellen einer lithographischen Belichtungseinrichtung (1) mit einer strukturierten Maske (3) und – lithographisches Belichten eines Halbleiterprodukts (4) in der lithographischen Belichtungseinrichtung (1) derart, daß elektromagnetische Strahlung (2) die Maske (3) und das Polarisationsgitter (5) passiert und auf das Halbleiterprodukt (4) auftrifft und dieses strukturiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsgitter (5) hergestellt wird, indem – eine Vielzahl mit einer elektrisch leitfähigen Schicht (23) bedeckter Substrate (22) zu einem Schichtenstapel (24) zusammengefügt werden, – der Schichtenstapel (24) senkrecht zur Ebene der Substrate (22) in Scheiben (26) geschnitten wird und – indem eine Scheibe (26) des Schichtenstapels (24) an einem Träger (6) befestigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger (6) die unstrukturierte Seite der Maske (3) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polarisationsgitter (5) mit einer Gitterkonstante (g) hergestellt wird, die kleiner ist als die Hälfte der Wellenlänge (λ) der elektromagnetischen Strahlung (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (3) eine Transmissionsmaske ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterprodukt (4) mit elektromagnetischer Strahlung (2) einer Wellenlänge (λ) unterhalb 250 nm belichtet wird.