DE3045964C2

DE3045964C2 -

Info

Publication number: DE3045964C2
Application number: DE3045964A
Authority: DE
Inventors: W.Derek Easton Conn. Us Buckley
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1979-12-26
Filing date: 1980-12-05
Publication date: 1990-05-03
Also published as: US4329410A; DE3045964A1; JPH0142134B2; JPS5694351A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Maske für die Verwendung in der Lithographie.

Herstellungsverfahren für Lithograpiemasken sind aus der DE-OS 26 28 099, der GB-PS 13 84 037 und der US-PS 40 35 522 bekannt. In der Mikroelektronikindustrie wendet man sich neuerdings der Röntgenlithographie (XRL) zur Erzeugung von Mustern auf Mikroplättchen zu mit Zeichen bzw. Merkmalen von minimalen Abmessungen, die unterhalb der Anwendbarkeit von optischen Verfahren liegen. So ist es beispielsweise erwünscht, Zeichen bzw. Merkmale von einer Größe von weniger als einem Mikrometer genau wiederzugeben. Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Herstellung von röntgenlithographischen Masken mit solchen Zeichen bzw. Merkmalen im Submikronbereich.

Es ist erwünscht, auf einer Maskenmembran ein Röntgenabsorber-Muster mit einer minimalen Musterdimension von etwa 0,5 µm abzuschneiden. Außerdem muß die Dicke des Absorbers, bei dem es sich beispielsweise um Gold handeln kann, ausreichen, um mindestens einen Röntgenkontrast von 5 : 1 zu erzielen. Dies ist das Verhältnis zwischen der Transmission durch die Membran allein und der Transmission durch den Absorber. Wenn der Absorber aus Gold besteht, bedeutet dies, daß die minimale Absorberdicke etwa 500 nm betragen muß.

Das einzige derzeit verfügbare Verfahren zur Erzeugung von Zeichen im Submikronbereich mit der Möglichkeit der Erzeugung von Zeichen, die nur 0,25 µm groß sind, ist die Elektronenstrahl-Lithographie. Zur Erzielung praktikabler Belichtung- bzw. Bestrahlungszeiten über große Bereiche ist es erforderlich, ein empfindliches Resistmaterial, wie z. B. Poly(Buten-1-Sulfon) (PBS), zu verwenden. Die Elektronenstreuungsgrenzen der Dicke eines solchen Resistmaterials betragen jedoch etwa 200 bis 300 nm. Es wäre daher erwünscht, die Fähigkeit der Elektronenstrahl-Lithographie zur Erzeugung von feinen Linien in dünnen Resistschichten auf dicke Resistschichten zu übertragen.

Da 500 nm 0,5 µm entsprechen, ergibt sich daraus, daß ein weiteres Problem bei der Herstellung solcher Masken darin besteht, daß dafür Muster mit Aspektverhältnissen von Breite zu Dicke von etwa 1 : 1 erforderlich sind. Aus verschiedenen technischen Gründen, die dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt sind, sind die bekannten Unterätzungsverfahren zur Abscheidung von Gold in solchen Dimensionen durch Verdampfen und Abheben nicht zufriedenstellend.

Ein weiteres Problem, das bei derart hohen Aspektverhältnissen des Absorbermusters auftritt, besteht darin, daß es bei Bestrahlungen unter Verwendung der fertigen Masken zu unerwünschten Schattenbildungen kommt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Lithographiemaske mit minimalen Zeichen bzw. Merkmalsabmessungen von weniger als 1 µm zu entwickeln.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß

a) auf einem Schichtträger aus einem für elektromagnetische Strahlung eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs durchlässigen Material eine Schicht aus einer für UV-Strahlung empfindlichen Substanz aufgebracht sind,
b) darauf ein dünner Film aus einem für UV-Strahlung undurchlässigen Material aufgebracht wird,
c) auf den Film b eine Schicht aus einer für einen Elektronenstrahl empfindlichen Substanz aufgebracht wird,
d) die Schicht c entsprechend einem Bildmuster mit einen Elektronenstrahl bestrahlt und entwickelt wird,
e) der für UV-Strahlung undurchlässige Film entsprechend dem Bildmuster der Schicht c entfernt wird,
f) die Schicht a durch die Schicht b hindurch mit UV-Strahlung bestrahlt und entwickelt wird, und
g) auf den freiliegenden Teilen des Schichtträgers ein die elektromagnetische Strahlung des vorgegebenen Wellenlängenbereichs absorbierendes Material abgeschieden wird.

Durch diese erfindungsgemäße Lösung wird ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Lithographiemaske zur Verfügung gestellt, das Zeichen- bzw. Merkmalsabmessungen kleiner als 1 µm ermöglicht.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, daß die Bestrahlungsgeometrie bei Bestrahlung mit UV-Strahlen so gewählt wird, daß das nach dem Entwickeln verbleibende UV-Photoresistmaterial und damit auch das auf dem Schichtträger abgeschiedene, die elektromagnetische Strahlung eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs absorbierende Material schräge Seitenwände entsprechend der für die nach dem Verfahren hergestellten Lithographiemaske vorgesehenen Bestrahlungsgeometrie bei der Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung eines vorgegebenen Wellenbereichs derart aufweist, daß die Seitenwände mit den elektromagnetischen Strahlen jeweils fluchten.

Vorzugsweise wird zur Bestrahlung mit UV-Strahlen eine im wesentlichen punktförmige Strahlungsquelle verwendet, die in einem Abstand von dem Schichtträger angeordnet ist, der im wesentlichen gleich dem vorgegebenen Abstand von einer elektromagnetischen Strahlung in dem vorgegebenen Wellenbereich aussendenden Strahlungsquelle bei Verwendung der fertigen Maske ist. Auf diese Weise kann wirksam vermieden werden, daß es durch die Maske zu einer unerwünschten Schattenbildung kommt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1(a) bis (e) stark vergrößerte Querschnitte einer Maskenmembran als Schichtträger, welche die aufeinanderfolgenden Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutern;

Fig. 2(a) und (b) die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Weise, daß keine schattenwerfen de Maskenmuster entstehen;

Fig. 3 in schematischer Form das Schat tenwerfungsproblem, das bei hohem Maskenmuster-Kennzeichen-Aspektverhältnis auftritt; und

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich der gemäß Fig. 3, welche die Art erläutert, in der das Problem des Röntgen strahlung-Schattenwerfens gelöst wird.

In der Fig. 1(a) ist ein Teil einer Maskenmembran 10 dargestellt. Da sie für die Verwendung in der Röntgenli thographie bestimmt ist, braucht sie nicht optisch trans parent zu sein, sondern kann aus einem Metall, wie Titan, bestehen. Alternativ kann es sich dabei um einen Film aus einem Kunststoff, wie z. B. einen Polyimidfilm, handeln. Die Dicke der Membran hängt von dem Material, aus dem sie besteht, sowie von anderen Faktoren ab. Sie kann beispiels weise innerhalb des Bereiches von 0,75 µm für Titan bis 15 µm für Polyimid liegen. Ihr Durchmesser kann etwa 7,62 cm betragen. Auf die Oberfläche der Membran 10 ist eine Schicht 12 aus einem konventionellen UV-Photo resistmaterial oder einem Photoresistmaterial, das für tiefes Ultraviolett (Wellenlänge von weniger als 300 nm) empfindlich ist, wie z. B. Polymethylmethacrylat (PMMA), aufgebracht. Das PMMA hat eine längere Bestrahlungs- bzw. Belichtungszeit als konventionelles Photoresistmaterial. Es hat jedoch den Vorteil, daß damit auch Bestrahlung (Belichtung) und Entwicklung Kenn zeichen mit hohem Aspektverhältnis erzielbar sind. Ein geeignetes PMMA-Photoresist material wurde hergestellt aus einem Pulver mit einem Molekulargewicht von 950 000. Es wurde in Trichloräthylen bis zu einer Konzen tration von 3,74 Gew.-% PMMA aufgelöst. Die Photoresist schicht 12 wird auf konventionelle Weise aufgebracht, bei spielsweise durch Spinnen, und sie kann eine Dicke von et wa 0,5 bis etwa 3 µm aufweisen. Die freiliegede Oberflä che der Photoresistschicht 12 wird mit einer dünnen Schicht 14 aus einem UV-undurchlässigen Material überzo gen. Zu Beispielen für solche Materialien gehören Metalle, wie Aluminium, Chrom oder Silber, die durch Aufdampfen oder Aufspritzen bis zu einer Dicke von etwa 0,1 µm auf gebracht werden können. Als UV-undurchlässiges Material kann auf PMMA auch ein Photoresist aus einem geeigneten Phenol-Formaldehyd, wie M-Cresol-Formaldehyd, mit einem geeigneten Sensibilisierer, wie Naphtochinon-(1,2)-Diazidsulfon säureester aufgebracht werden. Schließlich wird eine Schicht 16 aus einem Elektronen strahl-Photoresistmaterial aufgebracht. Ein geeignetes Eletronenstrahl-Photoresistmaterial ist PBS (Polybuten-1-Sulfon), das eine Auflösung von 0,5 µm aufweist. Die Dicke der Schicht 16 kann etwa 0,3 µm betragen. Andere verwendbare Eletronen strahl-Resistmaterialien sind PMMA und das obenerwähnte Photoresistmaterial aus einem Phenol-Formaldehyd. Wenn kleinere Zeichen als 0,5 µm erforderlich sind, kann an stelle von PBS ein Elektronenstrahl-Resistmaterial mit einer höheren Auflösung, wie z. B. PMMA, verwendet werden.

Zur Herstellung der Maske wird das gewünschte Muster un ter Anwendung der Elektronenstrahl-Lithographie in der beschriebenen Weise auf die Oberfläche der Elektronen strahl-Photoresistschicht 16 aufgebracht. Beim Entwickeln des Elektronenstrahl-Photoresistmaterials werden die be strahlten bzw. belichteten Bereiche entfernt, wie in Fig. 1(b) dargestellt, um die Abschnitte 14 a der Metallschicht 14 freizulegen. Das bestrahlte Metall wird entfernt durch konventionelles nasses oder trockenes Ätzen, um die Ab schnitte 12 a der Photoresistschicht 12 freizulegen. Dann wird der Rest der Elektronenstrahl-Photoresistschicht 16 entfernt.

Aus den vorstehenden Angaben ist zu ersehen, daß als Er gebnis der bisher beschriebenen Stufen des erfindungsge mäßen Verfahrens tatsächlich eine dünne Schablone (Matrize) 14 gebildet wid, die direkt auf der darunterliegenden Photoresistschicht 12 ruht. Unter Verwendung des geätzten Musters in der Metall-Schablonen- bzw. -Matrizenschicht 14 als Maske wird die Photoresistschicht 12 mit tief-ultra violetter Strahlung aus einer punktförmigen Strahlungs quelle, beispielsweise einer Quecksilberlampe mit einer Hülle aus geschmolzenem Quarz, bestrahlt. Eine geeignete Quelle ist eine 200 Watt-Gleichstromlampe mit einer effek tiven Lichtbogengröße von 0,5 × 1,5 mm in einem Abstand von etwa 7,5 cm von der Schablone (Matrize). Die sich dar an anschließende Entwicklung führt dazu, daß die Abschnit te 10 a der Membran 10 freigelegt werden (der hier verwen dete Ausdruck "ultraviolett" umfaßt diejenigen Wellenlän gen in dem Röntgenspektrum, die gewöhnlich als "weiche" Röntgenstrahlen bezeichnet werden). Das gleiche Ergebnis kann erzielt werden beim Ersatz der Quecksilberlampe durch eine punktförmige Röntgenstrahlungsquelle. In diesem Fal le muß die Schicht 12 aus einem Röntgen-Photoresistmate rial, wie z. B. PMMA, bestehen. Außerdem ist eine langwel lige Röntgenstrahlungsquelle, wie z. B. Kohlenstoff_k (4,4 nm) bevorzugt, so daß bei Verwendung einer dünnen Schicht 14 ein guter Kontrast erzielt werden kann. Danach wird ein Röntgenabsorber, wie z. B. Gold, durch Elektroplattie rung (Galvanisierung) oder stromlose Abscheidung aufge bracht (zu anderen geeigneten Absorbern gehören Erbium, Kupfer, Hafnium, Wolfram, Tantal und Platin). Nach der Entfernung des verbleibenden (restlichen) Photoresist materials bleibt ein Röntgenabsorber 18 in dem gewünsch ten Muster zurück.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, scheinen die Wände des Ab sorbers 18 vertikal zu sein. Dies resultiert aus der Tat sache, daß die punktförmige UV-Strahlungsquelle im wesent lichen auf das gezeigte Mustermerkmal ausgerichtet war. Ein wichtiges Merkmal, das aus der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung resultiert, besteht jedoch dar in, daß die Wände des Absorbers nicht wirklich vertikal sind, sondern schräg sind, ausgerichtet auf die punktför mige Lichtquelle.

Dies ist in den Fig. 2(a) und 2(b) dargestellt, die das erfindungsgemäße Verfahren erläutern, wenn es sich auf einen Bereich bezieht, der gegenüber dem Mittelpunkt der Mem bran 10 verschoben ist. Wie aus der Fig. 2(a) ersichtlich, passiert die ultraviolette Strahlung R aus der punktför migen UV-Strahlungsquelle die Schablone (Matrize) 14 und bestrahlt das Photoresistmaterial 12 in einer nicht-ver tikalen Konfiguration. Diese Konfiguration wird dann in dem Röntgenabsorber 18 wiedergegeben, wie in der Fig. 2(b) dargestellt. Dies ist ein sehr wichtiges Merkmal der Her stellung von Masken, die für die Röntgenlithographie ver wendet werden sollen, sofern auch Röntgenstrahlen von ei ner punktförmigen Strahlungsquelle ausgehen. Der Grund dafür ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt.

Die Fig. 3 erläutert eine konventionelle Maskenmembran 20 mit einem darauf aufgebrachten Muster aus Röntgenabsor bern 22 mit vertikalen Seitenwänden, das von einer punkt förmigen Strahlungsquelle 24 bestrahlt wird. Wie aus der Darstellung hervorgeht, hängt der maximale Grad des Schat tenwerfens x von dem Maskenradius r, der Absorberdicke t und dem Abstand D zwischen der Strahlungsquelle und der Maske ab. In einem typischen Röntgenlithographie-System betragen D = 15 cm und r etwa = 3,5 cm. Wenn die Dicke t des Absorbers 500 nm, das Minimum für Gold, beträgt, beträgt der maximale Schattenwurf x etwa 125 nm oder ¹/₈ µm. Bei einer Linienbreite von 0,5 µm, wie sie erfindungsgemäß in Betracht gezogen wird, entspricht dies ¹/₄ der Linienbrei te. Das Problem wird eliminiert, wenn die Absorber Seiten wände aufweisen, die in Richtung der punktförmigen Strah lungsquelle abgeschrägt sind. Das ist in der Fig. 4 erläu tert, in der die Maske erfindungsgemäß hergestellt wurde unter Verwendung einer punktförmigen UV-Strahlungsquelle bei der Herstellung, so daß die Absorber 18 geneigte (schräge) Wände aufweisen. Wenn die Röntgenstrahlungsquel le 24 dann in dem gleichen Abstand von der Maske wie die UV-Strahlungsquelle angeordnet wird, wird die Schatten bildung praktisch eliminiert. Es sei darauf hingewiesen, daß der tatsächliche Abstand D, der zu einer gegebenen an gulären Divergenz führt, ein anderer sein kann, wenn zwi schen der punktförmigen Strahlungsquelle und der fertigen Maske optische Einrichtungen angeordnet werden.

Wie weiter oben angegeben, ist eine Methode zur Abschei dung des Röntgenabsorbers die Elektroplattierung (Galva nisierung). Wenn die Maskenmembran 10 aus einem Metall be steht, ist dies problemlos. Wenn jedoch die Membran aus einem Nichtmetall besteht und deshalb nicht-leitend ist, kann es erforderlich sein, vor dem Aufbringen der Photo resistschicht 12 eine sehr dünne leitende Schicht aufzu bringen. Dies kann beispielsweise ein aufgedampfter Chrom- oder Goldfilm einer Dicke von etwa 20 nm sein.

Die vorliegende Erfindung und die damit erzielbaren tech nischen Vorteile wurden vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsform näher erläutert, es ist je doch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt sind, sondern daß diese in vielfa cher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung ver lassen wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Lithographiemaske, dadurch gekennzeichnet, daß

a) auf einem Schichtträger aus einem für elektromagnetische Strahlung eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs durchlässigen Material eine Schicht aus einer für UV-Strahlung empfindlichen Substanz aufgebracht wird,
b) darauf ein dünner Film aus einem für UV-Strahlung undurchlässigen Material aufgebracht wird,
c) auf den Film b eine Schicht aus einer für einen Elektronenstrahl empfindlichen Substanz aufgebracht wird,
d) die Schicht c entsprechend einem Bildmuster mit einem Elektronenstrahl bestrahlt und entwickelt wird,
e) der für UV-Strahlung undurchlässige Film entsprechend dem Bildmuster der Schicht c entfernt wird,
f) die Schicht a durch die Schicht b hindurch mit UV-Strahlen bestrahlt und entwickelt wird, und
g) auf den freiliegenden Teilen des Schichtträgers ein die elektromagnetische Strahlung des vorgegebenen Wellenlängenbereichs absorbierendes Material abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem für UV-Strahlung undurchlässigen Material um ein Metall handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall durch Ätzen entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Metall um Chrom handelt.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Metall um Aluminium handelt.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Metall um Silber handelt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem für UV-Strahlung undurchlässigen Material um ein Photoresistmaterial handelt.

8. Verfahren nach wenigstes einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Schicht aus dem für UV-Strahlung empfindlichen Material um ein UV-Photoresistmaterial handelt, das in einer Dicke innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 3 µm aufgebracht ist.

9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem UV-Photoresistmaterial um Polymethylmetacrylat handelt.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der für einen Elektronenstrahl empfindlichen Substanz um Poly(Buten-1-Sulfon) handelt.

11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungsgeometrie bei der Bestrahlung mit UV-Strahlen so gewählt wird, daß das nach dem Entwickeln verbleibende UV-Photoresistmaterial schräge Seitenwände entsprechend der bei der Verwendung der nach dem Verfahren hergestellten Lithographiemaske vorgesehenen Bestrahlungsgeometrie bei der Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs derart aufweist, daß die Seitenwände mit den elektromagnetischen Strahlen fluchten.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestrahlung mit UV-Strahlen eine im wesentlichen punktförmige Strahlungsquelle verwendet wird, die in einem Abstand von dem Schichtträger angeordnet ist, der im wesentlichen gleich dem vorgegebenen Abstand von einer elektromagnetischen Strahlung in dem vorgegebenen Wellenlängenbereich aussendenden Strahlungsquelle bei Verwendung der fertigen Maske ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeschiedene, die elektromagnetische Strahlung absorbierende Material Seitenwände aufweist, die entsprechend den Seitenwänden des verbliebenen UV-Photoresistmaterials abgeschrägt sind.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Wellenlängenbereich um den Röntgenwellenbereich handelt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem die elektromagnetische Strahlung absorbierenden Material um Gold handelt.