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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Photomaske
für eine
Photomaske mit einer kontaminationsreduzierten Oberfläche zur
Projektion eines auf der Photomaske gebildeten Musters auf ein Halbleitersubstrat.
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Photomasken
werden zur Projektion eines auf ihr gebildeten Musters auf Halbleitersubstrate, insbesondere
Halbleiterwafer, bei der Herstellung integrierter Schaltungen eingesetzt.
Dabei wird das eine Schaltungsebene repräsentierende Muster mit Licht-
bzw. Korpuskularstrahlen aus einem Wellenlängenbereich zwischen typischerweise
10 und 500 nm über
ein Linsensystem im Regelfall verkleinert auf dem Wafer abgebildet.
Das Bild des Musters entsteht in einem auf dem Wafer angeordneten
photoempfindlichen Lack, welcher anschließend entwickelt wird.
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Bisher
wurden zur Projektion üblicherweise Transmissionsmasken
verwendet, in welchen das Muster als Vielzahl von Öffnungen
in einer auf einem transparenten Trägersubstrat angeordneten opaken oder
semitransparenten Schicht ausgebildet ist. Im Falle von Phasenmasken
können
auch weitere bzw. ausschließlich
nur Schichten mit unterschiedlicher Transparenz auf dem Substrat
angeordnet sein. Es können
auch nur Gräben
mit lichtabschattenden Phasenkanten in dem transparenten Trägersubstrat eingeätzt sein,
nämlich
bei chromlosen Phasenmasken, ohne daß weitere Schichten vorgesehen
sind.
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Aufgrund
der sich ständig
verkleinernden Strukturen im Bereich der Halbleiterherstellung wird aufgrund
der dies ermöglichenden
Verringerung der eingesetzten Lichtwellenlänge der Einsatz von Transmissionsmasken
nicht mehr möglich
sein. Die bekannten Materialien für die Trägersubstrate werden bei diesen
Lichtwellenlängen
intransparent. Stattdessen werden voraussichtlich Reflexionsmasken
eingesetzt werden, welche z.B. bei extremem UV-Licht mit einer Wellenlänge von
beispielsweise 13 nm arbeiten.
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Aktuell
können
Projektionen mit Belichtungsapparaten bis herunter zu 193 nm oder
sogar 157 nm Wellenlänge
bewerkstelligt werden. Damit werden Strukturbreiten von derzeit
minimal 110 nm auf dem Wafer erzielt. Allerdings wird gerade bei
diesen genannten Strukturbreiten die Empfindlichkeit der im optischen
Strahlengang der Belichtungsapparate eingebrachten Teile bezüglich störender Defekte,
insbesondere gegenüber
kontaminierenden Teilchen und unerwünschten Belägen zunehmend größer. Dies
gilt insbesondere auch für
die Photomasken selbst.
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Um
die Masken vor Kontamination und dem Aufwachsen von Belägen zu schützen, wurde
als Lösung
die Einrichtung sogenannter Pellicles vorgeschlagen. Bei Lichtwellenlängen oberhalb
von 248 nm umfaßt
dies eine transparente, elastische Membran, die mit Haftstoffen
und Klebern an einem Rahmen auf der Maske befestigt ist. Zu Licht
mit kürzeren Wellenlängen hin
wird die Verwendung sogenannter Hartpellicles vorgeschlagen, bei
welchen aufgrund der energiereicheren Strahlung ein dünnes, transparentes
Plättchen
anstatt der elastischen Membran an dem Rahmen befestigt wird. Durch
die genannten Pellicles werden schwebende Teilchen sowie auch sich
abscheidende Beläge
von der Oberfläche
der Maskenvorderseite, welche die abzubildenden Strukturen aufweist,
ferngehalten. Dadurch tragen die entsprechenden Niederschläge bei hinreichendem
Abstand von dem Fokusbereich während
der Projektion nur geringfügig
zu der Abbildung bei.
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Bei
längerer
oder intensiverer Benutzung der Photomaske kann es jedoch dazu kommen,
daß sich unerwünschte Beläge bzw.
Teilchenablagerungen sowohl auf die Oberfläche der ungeschützten Rückseite
der Maske als auch innerhalb des nicht vollständig abgeschirmten Innenbereiches
zwischen Maskenvorderseite und Pellicle auswirken. Um das üblicherweise
verwendete Pellicle nicht den Spannungen aufgrund eines in dem Zwischenraum
zwischen Pellicle, Rahmen und Maskenoberfläche bestehenden Über- oder
Unterdrucks auszusetzen, besteht nämlich eine Verbindung von dem
Zwischenbereich zu der Umgebung der Maske.
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Wurden
daher Degradationen der Maske aufgrund von Niederschlägen oder
Teilchenablagerungen festgestellt, so wurden die Masken mit Säuren oder
Laugen gereinigt und im Falle des Vorhandenseins von Pellicles genau
diese ausgewechselt. Ein solcher Prozeß ist jedoch sehr aufwendig,
führt somit
zu höheren
Kosten und unter Umständen
auch zu Qualitätsverlusten
der Maske. In manchen Fällen kann
es sogar zum Ausfall der Maske kommen.
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In
der
US 6,566,021 B2 ist
eine Maske mit einem Substrat aus Quarz, opaken oder semitransparenten
Strukturen und einem Film aus amorphem Poly-Fluor-Kohlenstoff beschrieben.
Dieser Film dient einer verbesserten Widerstandsfähigkeit
gegenüber einer
Kontamination während
des Lithographieprozesses
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In
der
US 6,297,169 B1 ist
eine Membranmaske für
die Röntgen- oder Elektronenstrahllithografie
beschrieben. Auf der Membran sind lichtabschwächende Strukturen angeordnet.
Membran und Strukturen sind von einem Mono-Layer aus Silizium und
Oxid überzogen.
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Ein
Verfahren zum Schutz einer EUV-Maske ist aus der
US 5,928,817 A bekannt.
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Aus
der
DE 196 28 329
A1 ist ein röntgenstrahlendurchlässiges Schichtmaterial
mit einem Trägermaterial
aus Beryllium bekannt. Die für
die Beschichtung verwendeten Materialien sind Siliziumoxid, Siliziumnitrid,
Siliziumcarbid und amorpher Kohlenstoff oder eine Kombination dieser
Substanzen. Derartige Schutzschichten sind chemisch resistent und
strahlungsbestän dig
gegenüber
Röntgenstrahlung
hoher Intensität,
wie z. B. Synchrotonstrahlung.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Maske anzubieten,
bei welcher die Teilchenkontamination oder das Aufwachsen von Belägen auf
der Maskenoberfläche
in erheblichem Maße
reduziert wird.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zur Herstellung der Photomaske mit den Merkmalen des
Anspruchs 1. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist dem untergeordneten
Anspruch zu entnehmen.
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Der
Begriff Photomaske schließt
die Verwendung von Transmissions- wie auch Reflexionsmasken ein.
Die Photomaske ist bei beliebigen Wellenlängen von Strahlungsquellen
für die
Projektion des Musters auf Wafer und insbesondere auch für Bestrahlung
mit Korpuskalarstrahlen im Extrem-Ultravioletten (EUV) oder im Röntgenbereich
bei zukünftigen
Technologiegenerationen einsetzbar. Vorzugsweise ist die Erfindung
im Bereich der optischen, UV- und EUV-Lithographie vorgesehen.
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Der
Begriff Photomaske schließt
hier die Ausführungsform
sog. Reticles ein. Ausgeschlossen von der Erfindung sind hingegen
Imprint- oder Kontaktbelichtungsmasken, bei welchen mögliche Kontaminationen
anderen Ursachen unterliegen, insbesondere der physischen Wechselwirkung
zwischen Maske und Substrat, auf welches abgebildet werden soll. Ein
mit der Erfindung unter anderem zu erzielender Effekt, den Einfluß von Strahlungsbelastung
auf die die Maske umgebenden Gase mit der Folge der Teilchenkontamination
und Filmbildung von der Maske fernzuhalten, spielt dort keine Rolle.
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Die
oberhalb der das Muster bildenden ersten opaken oder semitransparenten
Schicht angeordnete Passivierungsschicht bewirkt, daß die Maskenoberfläche passiviert
wird. D.h., daß die
Oberfläche
mit einer chemischen Zusammensetzung implementiert wird, welche
eine besonders geringe Adsorption von Teilchen an der durch die
Passivierungsschicht gebildeten Oberfläche gewährleistet. Eine niedrige Adsorption
wird durch eine unpolare Oberfläche
der Passivierungsschicht erreicht. Damit werden insbesondere Kristallisationen
vermieden, die aufgrund von aus der umgebenden Luft abgeschiedenen
Substanzen im herkömmlichen
Fall entstehen könnten.
Das Adsorptions- und
Anlagerungsverhalten von Fremdteilchen wird durch die vorliegende
Erfindung somit vorteilhaft in erheblichem Maße reduziert.
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Die
Verwendungsdauer der Photomaske wird dadurch erhöht, während der eigentliche Maskenaufbau
einschließlich
Pellicle nicht verändert
werden muß.
Der Implementationsaufwand der Erfindung ist somit besonders gering.
Auch verlängert sich
die Verwendungsdauer der Maske, weil Reinigungsschritte in größeren Abständen ausgeführt werden
können.
Durch die längere
Verwendung von Pellicles werden unterschiedlich auf die Masken einwirkende
Spannungen aufgrund der Montage vermieden. Auch wird die Anzahl
der zeitraubenden Inspektionsmaßnahmen
vorteilhaft reduziert.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung wird das Material der Passivierungsschicht
derart ausgewählt,
daß es
stabil gegenüber
dem einfallenden Lichtstrahl vorgegebener Wellenlänge ist.
In besonders vorteilhaften Fällen
kann die Wechselwirkung der Passivierungsschicht mit dem Licht sogar zu
einem erhöhten
Stabilisierungsverhalten führen.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die Passivierungsschicht
ultradünn,
idealerweise monomolekular ausgebildet ist. Die Passivierungsschicht wird
durch Moleküle
des Typs XY gebildet, wobei X ein polarer, reaktiver Teil und Y
ein unpolarer Molekülteil
ist. Die Struktur der Moleküle
ist so gewählt, dass
deren Affinität
zur Substratoberfläche
so groß ist,
dass sie sich von selbst orientieren. Damit lassen sich hohe Flächenbelegungen
realisieren.
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Der
polare Anteil der Molekülkette
lagert sich dabei an die zumeist ebenfalls polaren Strukturen der Oberfläche der
opaken oder semitransparenten Schicht an. Sie stellen somit die
Verbindung zu dem anderen, unpolaren Ende des jeweils gleichen Moleküls her.
In dem Monolayer ist somit das unpolare Ende der Moleküle von der
opaken oder semitransparenten Schicht abgewandt und bildet die neue,
hydrophobe Oberfläche
der Maske. Gemäß dieser
besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist demnach die Passivierungsschicht
besonders dünn
und beeinflußt daher
nicht oder kaum Strukturdimensionen, welche maßhaltig auf den Wafer abzubilden
sind.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, für solche Moleküle niedermolekulare
oder polymere Verbindungen wie Tenside, fluororganische Verbindungen
oder Copolymere einzusetzen. Diese sind in einem Verfahren zur Herstellung
der Maske leicht aus einer Gas- oder Flüssigkeitsphase auf der Maskenoberfläche abzuscheiden,
ohne daß die
Maskenoberfläche
durch das Abscheideverfahren in Mitleidenschaft gezogen wird.
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Die
entsprechenden Abscheideprozesse aus der Gasphase sind besonders
gut kontrollierbar. Die Molekülablagerungen
auf der Oberfläche
werden dabei in dem zeitlichen Verlauf derart vollzogen, daß zunächst der
erste Monolayer (erste Moleküllage)
von angelagerten Molekülen
auf der opaken oder semitransparenten Schicht vollzogen wird. In
dem zeitlichen Verlauf tritt sodann eine Sättigung ein, wonach erst die
Bildung einer zweiten Monoschicht (zweite Moleküllage) über der ersten einsetzt. Der
Abschluß der
Bildung der ersten Monoschicht kann somit sehr gut vom Anfang der
Bildung der zweiten Monoschicht über
der ersten getrennt werden. Die Bildung einer zweiten Monoschicht über der
ersten Schicht ist gemäß der Erfindung
nicht gewünscht.
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Dazu
wird während
der Abscheidung eine Abscheiderate bestimmt und aus der zeitlichen
Entwicklung der Abscheiderate eine Sättigung festgestellt. Hieraus
kann ein Ereignissignal generiert werden, das die Bildung einer
dichten, einlagigen Schicht von Molekülen auf der Oberfläche signalisiert.
Diese einlagige Schicht, d.h. der Monolayer bzw. die Monoschicht,
weist zum Beispiel eine Dicke von weniger als 5 nm, vorzugsweise
1 nm auf. Für
die Anlagerung weiterer Moleküle
gelten nach Auffüllen
der freien Anlagerungsplätze
in der ersten Lage andere Energie- und damit Abscheidebedingungen.
Diese sind ursächlich
für die
festgestellte Sättigung.
Erst, wenn der Sprung zur Bildung einer zweiten Lage erreicht ist,
steigt die Abscheiderate wieder an. Vorher wird allerdings gemäß der Erfindung
die Abscheidung in Abhängigkeit
von dem Ereignissignal beendete.
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Die
Adsorptionsprozesse aus der Flüssigphase
sind besonders gut über
die Konzentration der verwendeten Lösungen kontrollierbar. Aus
niedrig konzentrierten Lösungen
werden vorzugsweise Monoschichten gebildet während höher konzentrierte Lösungen die
Bildung von Multischichten unterstützen. Die Bildung von Multischichten
ist gemäß dieser Ausgestaltung
nicht erwünscht.
Nicht an die Oberfläche
angelagerte (adsorbierte oder chemisorbierte) Moleküle lassen
sich durch einen nachgelagerten Spülschritt entfernen. Eine derart
ausgebildete Monoschicht ist beispielsweise 0,5–5 Nanometer dick.
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Die
Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer
Zeichnung näher
erläutert
werden. Darin zeigen:
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1–4 jeweils
Ausführungsbeispiele einer
auf verschiedenen Masken vom Transmissionstyp angeordneten, erfindungsgemäß hergestellten
Passivierungsschicht.
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In
einem Referenzbeispiel wird zunächst eine
herkömmliche
Quarz-Photomaske, beispielsweise eine Chrommaske, gemäß dem Stand
der Technik betrachtet, bei welchem ein die Teilchenkontamination
reduzierendes Pellicle auf einem Rahmen montiert ist. Ein Belichtungsapparat
wird mit der Maske beladen. Der Belichtungsapparat weist eine Strahlungsquelle
auf, die Licht der Wellenlänge
193 nm emittiert. Die Gesamtdosis beträgt für die aktuelle Belichtung 500
kJ/cm2. Bei dem Belichtungsapparat handelt
es sich um einen Lithographiescanner. Mit dem Vorgang wird eine
lithographische Projektion auf einen Halbleiterwafer simuliert.
In der Bildebene des Belichtungsapparates braucht aber nicht notwendigerweise
tatsächlich
ein Halbleiterwafer eingelegt zu sein. Vielmehr wird nach der Bestrahlung
mit dem Licht die Maske dem Belichtungsapparat entnommen und einer
optischen Inspektion unterzogen. In dem Inspektionsgerät werden
Teilchen mit einer Größe von mehr
als 100 nm detektiert. Die entsprechenden Teilchen werden ausgezählt. Bei
diesem Referenzbeispiel gemäß dem Stand der
Technik wird eine Gesamtzahl von mehr als 10.000 kontaminierenden Teilchen
auf der Oberfläche
der Quarz-Photomaske festgestellt.
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Der
gleiche Versuch wird mit einem Belichtungsapparat wiederholt, welcher
Licht der Wellenlänge
248 nm emittiert. Bei der anschließenden Inspektion wird zwar
eine reduzierte Teilchenanzahl, die jedoch immer noch oberhalb von
10.000 Partikeln für
die gesamte Maske liegt, festgestellt.
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Diese
Resultate werden mit einem erfindungsgemäß hergestellten Ausführungsbeispiel
verglichen. Ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäß hergestellten
Quarz-Photomaske
ist in 1 dargestellt. Die Quarz-Photomaske repräsentiert
insbesondere eine Transmissionsmaske. Die in 1 dargestellte
Photomaske 1 ist eine Chrommaske. Eine opake Chromschicht 5 ist
dabei auf einem transparenten Quarzsubstrat 3 angeordnet.
In dem gezeigten Ausschnitt weist die opake Chromschicht 5 Öffnungen 9 auf,
welche Teil eines auf einen Halbleiterwafer abzubildenden Musters
sind.
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Auf
der Photomaske 1 wird eine 1 nm dünne fluororganische Schicht
in einem Plasma abgeschieden. Die Abscheidung erfolgt im wesentlichen
konform als Monolayer auf der Vorderseite 10 der Photomaske 1 umfassend
die opake Schicht 5 mit dem Muster von Öffnungen 9. Diese
Monoschicht bildet die erfindungsgemäß hergestellte Passivierungsschicht 7.
Aufgrund der konformen Abscheidung wird die Oberfläche der
opaken Chromschicht 5, deren Innenkanten innerhalb der Öffnungen 9 sowie
die aufgrund der Öffnungen 9 freigelegte
Oberfläche 4 des Quarzsubstrates 3 belegt.
Da es sich um eine monomolekulare Schicht von Molekülen mit
nur einer Lage von Molekülen
bzw. Molekülketten
handelt, findet bei einer Dicke von dementsprechend etwa 1 nm kaum eine
Lichtabschwächung
innerhalb der Öffnungen 9 aufgrund
der die freigelegten Oberflächen 4 des Quarzsubstrates 3 bedeckenden
Passivierungsschicht 7 statt. Somit entsteht der erfindungsgemäße Vorteil,
daß die
Passivierungsschicht in diesen Bereichen nicht nachträglich wieder
entfernt zu werden braucht.
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Wie
im Referenzbeispiel wird die Photomaske 1 einem Belichtungsgerät mit einer
Wellenlänge von
193 nm zugeführt
und einer Gesamtbestrahlungsdosis von 500 kJ/cm2 ausgesetzt.
Eine anschließend
durchgeführte
optische Inspektion zeigt nach einer solchen Beanspruchung im wesentlichen kontaminationsfreie
Oberflächen.
Es werden praktisch keine Teilchen mit einer Größe von mehr als 100 nm detektiert.
Gleiche Resultate werden für
eine Bestrahlung bei 248 nm erzielt.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
wird an einer in 2 gezeigten erfindungsgemäß hergestellten
Maske durchgeführt.
Es handelt sich hier um eine alternierende Phasenmaske. Im Unterschied
zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
einer Transmissionsmaske sind hier alternierend Öffnungen 9 auch in
das Quarzsubstrat 3 eingeätzt. Die als alternierende
Phasenmaske ausgebildete Photomaske 1 wird hier anstatt
einer Plasma-Gasphase nun einer Flüssigkeitsphase zur Abscheidung
einer Passivierungsschicht 7 ausgesetzt. Die Flüssigkeit
besteht in einer Tensidlösung,
mit welcher die Oberfläche
der Photomaske 1 behandelt wird. Anschließend wird
die Oberfläche
mit Wasser gereinigt. Das Tensid zeichnet sich durch ein polares,
siliziumhaltiges Ende und ein unpolares, fluoriertes Ende aus. Auch
diese Photomaske 1 wird dem vorgenannten Belichtungsapparat
zugeführt
und bei 193 nm unter einer Gesamtdosis von 500 kJ/cm2 bestrahlt.
Eine anschließende
optische Inspektion zeigt nach der Bestrahlung eine im wesentlichen
partikelfreie Oberfläche
oberhalb der Passivierungsschicht 7. Als untere Teilchengrenze für die Detektion
gilt auch hier 100 nm.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
ist in 3 dargestellt. Als Photomaske 1 wird
hier eine chromlose Phasenmaske bereitgestellt. Eine Chromschicht 5 ist
nicht vorhanden. Eine Strukturbildung findet dabei im allgemeinen
aufgrund der Phasendifferenz und -auslöschung im Bereich der Grabeninnenkan ten
in den Öffnungen 9 statt.
Als Besonderheit wird in diesem Ausführungsbeispiel nicht nur eine
Passivierungsschicht 7 aufgrund einer Behandlung mit einer Tensidlösung wie
im vorigen Beispiel auf der Maskenvorderseite 10 erreicht,
sondern auch eine weitere Passivierungsschicht 17 auf der
Rückseite 11 des Quarzsubstrates 3.
Somit wird vorteilhaft die Mitnahme kontaminierender Teilchen bei
der Entnahme einer Maske aus dem Belichtungsapparat verhindert, da
sich in diesem Fall auch auf der Rückseite 11 der Photomaske 1 keine
Partikel ablagern können.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Die Photomaske 1 weist hier neben der Chromschicht 5 eine
semitransparente Schicht 6 auf, in welcher die Öffnungen 9 des
Musters gebildet sind. Bei diesem Typ von Maske wird die beispielsweise
aus einer Plasmaphase abgeschiedene fluororganische Schicht als
Passivierungsschicht 7 auf den jeweils offenen Oberflächen der
Chromschicht 5, der semitransparenten Schicht 6 und
der Oberfläche 4 des Quarzsubstrat 3 abgeschieden.
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Bei
den in 1 bis 4 gezeigten Masken handelt es
sich um Transmissionsmasken. Im Falle von üblicherweise im EUV-Wellenlängenbereich
eingesetzten Reflexionsmasken ist es analog vorgesehen, die Passivierungsschicht 7 auf
dort vorgesehenen Absorberschichten, an den Grabeninnenkanten in Öffnungen 9 innerhalb
der Adsorberschichten sowie auf den Oberflächen 4 der das Licht
reflektierenden Schichtstapel abzuscheiden.
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Gemäß der Erfindung
ist es ebenfalls vorgesehen, die Oberflächen der Schichten 5, 6 sowie
der Substrate 3 nur partiell, also nicht vollständig mit
einer Passivierungsschicht zu versehen. Insbesondere bei der Abscheidung
einer Plasma-Gasphase kann eine partielle Belegung beispielsweise
durch eine Maskierung ausgewählter
Ausschnitte der Oberfläche
der Maske vorgesehen sein. Es ist alternativ auch möglich, in Ätz- oder
Reinigungsprozessen mit geeigneten Ätz- oder Reinigungsmit teln
unerwünschte
Bereiche der Passivierungsschicht 7 nachträglich wieder
von der Oberfläche
einer Photomaske 1 zu entfernen.
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- 1
- Photomaske
- 3
- Substrat,
Quarz oder Silizium
- 4
- Substratoberfläche
- 5
- opake
Schicht, Chrom
- 6
- semitransparente
Schicht, Molybdänsilizid
- 7
- Passivierungsschicht
- 9
- Öffnung in
opake oder semitransparente Schicht
- 10
- Maskenvorderseite
- 11
- Maskenrückseite