DE3417888A1 - Maskenstruktur fuer vakuum-ultraviolett-lithographie - Google Patents
Maskenstruktur fuer vakuum-ultraviolett-lithographieInfo
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
- G03F1/50—Mask blanks not covered by G03F1/20 - G03F1/34; Preparation thereof
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Description
Maskenstruktur für Vakuum-Ultraviolett-Lithographie
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Bauelementen mit sehr hoher Auflösung, insbesondere betrifft die Erfindung
Maskenstrukturen für die Vakuum-Ultraviolett-Lithographie, d. h. für die Lithographie, bei der die Wellenlänge der
auftreffenden Strahlung zwischen 100 und 200 Nanometer
liegt.
Die Lithographie gehört zu den Standardmethoden bei der Herstellung von Klein- und Kleinstmustern, wie sie in integrierten
Schaltungen und anderen miniaturisierten Bauelementen benötigt werden. Bei dieser Methode wird ein mit
einem Resistmaterial überzogenes Bauelement-Substrat über eine Maske selektiv einer Quelle einer elektromagnetischen
Strahlung ausgesetzt. Die bestrahlten Bereiche der Resistschicht unterliegen einer chemischen Änderung, durch welche
sie leichter löslich (positives Resist) oder schwerer
löslich (negatives Resist) als die nicht-bestrahlten Bereiche
werden. Dann wird ein Entwickler benutzt, um vorzugsweise die leichter löslichen Resistbereiche zu entfernen,
bei denen es sich um die bestrahlten Bereiche im Falle eines positiven Resists und um die nicht bestrahlten
Bereiche im Falle eines negativen Resists handelt. Das Material kann dann geätzt werden, oder es kann Material
in die in der Resistschicht befindlichen Öffnungen eingebracht werden.
Da die Kosten und die Effizienz einer integrierten Schaltung eine Funktion der Bauelementgröße sind, wurden umfangreiche
Anstrengungen unternommen, um verbesserte Musterbildungsverfahren zu entwickeln und dadurch die
Größe der als Muster auszubildenden Merkmale zu reduzieren. Spezielle Bemühungen richteten sich auf die Verwendung
von kurzwelligerer Strahlung für die selektive Belichtung des von dem Resistmaterial bedeckten Bauelement-Substrats,
da bekannt ist, daß die bei der Lithographie auftretenden unerwünschten Interferenz- und Beugungseffekte in direkter Beziehung stehen zu der Strahlungswellenlänge. So wurden beispielsweise beträchtliche Anstrengungen
bei der Entwicklung der Röntgenstrahllithographie unternommen, d. h. bei der Lithographie, die
Röntgenstrahlen als Strahlungsquelle benutzt. Die Verwendung von Röntgenstrahlen schafft zwar kleinere Muster-
größen, macht jedoch eine umfangreiche Anlage zur Erzeugung der die notwendige Intensität aufweisenden Strahlung
erforderlich, und außerdem ist die Maskenstruktur extrem brüchig.
Andere Entwicklungsbemühungen zur Verbesserung der Musterbildung im Bauelement-Substrat betreffen die Verwendung
von Elektronenstrahllithographie, bei der ein Elektronenstrahl auf einem mit Resist überzogenen Substrat direkt
das Bauelement-Muster "zeichnet". Auch mit diesem Verfahren läßt sich eine extrem kleine Mustergröße erzielen,
jedoch ist eine komplizierte und teure Anlage notwendig. Ferner ist es bei der Elektronenstrahllithographie notwendig,
daß jedes Bauelementmuster unter Steuerung eines Programmiersystems Punkt für Punkt nachgezogen wird. Ein
solcher Vorgang ist ziemlich zeitaufwendig und teuer.
Erfindungsgemäß werden die dem Stand der Technik anhaftenden
Nachteile beseitigt oder doch zumindest gemildert durch eine Maskenstruktur für die Vakuum^-Ultraviolett-Lithographie,
d. h. für die Lithographie mit Strahlungswellenlängen zwischen 100 und 200 Nanometer. Die Maskenstruktur
enthält ein Substrat aus einem Erdalkalimetall-Alkalimetallhalogenid- oder -Substrat, welches
mit einem für Vakuum-Ultraviolett-Strahlung undurch-
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lässigen gemusterten Material überzogen ist. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel enthält das gemusterte
Material eine Polyimidschicht und eine Germaniumschicht. Vorzugsweise ist das gemusterte Material für sichtbares
Licht durchlässig, was die Masken-Bauelementsubstrat-Ausrichtung erleichtert.
Ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin,
daß die erfindungsgemäße Maskenstruktur mechanisch stabil
und robust ist und daher keine spezielle Befestigung benötigt.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittansicht einer Maskenstruktur nach dem Ausbilden eines Musters in einer ganz außen
liegenden Resistschicht,
Fig. 2 eine Querschnittansicht einer Maskenstruktur nach der Ausbildung eines Musters in einer unter dem
Rosist befindlichen Materialschicht/
Fig. 3 eine Querschnittansicht einer Maskenstruktur nach der Ausbildung eines Musters in einer weiteren,
unter dem Resist befindlichen Materialschicht, und
Fig. 4 eine Querschnittansicht, die die Verwendung der dargestellten Maskenstruktur zur Ausbildung eines
Musters in einem Bauelement-Substrat veranschaulicht.
Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Maskenstruktur enthält ein Substrat 101, das bedeckt ist mit einer Polyimidschicht
102, einer Germaniumschicht 103 und einer Resist^- schicht 104. Die Resistschicht 104 besteht aus herkömmlichem
Resistmaterial wie beispielsweise Polymethylmethacrylat
(PMMA). Das Substrat 101 können ausgewählte Erdalkali- oder Alkalimetä-llhalogenidmaterialien sein, ..
speziell aus der Gruppe CaF2, BaF2 ,' MgF2 , SrF2 und LiF. Die
Dicke des Substrats 101 ist so gewählt, daß das Substrat für die Wellenlänge der Vakuum-Ultraviolett-Strahlung
durchsichtig und dennoch mechanisch robust ist.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird das auf einem Bauelement-Substrat (oder auf dessen photographischem Negativ) benötigte
Muster durch Elektronenstrahllithographie in der Resistschicht 104 gebildet. Dieses Muster ist durch
Öffnungen 105 dargestellt. Die Elektronenstrahllithographie umfaßt die sukzessive aufeinanderfolgenden Schritte,
mit denen das gewünschte Muster auf der Resistschicht 104 mit Hilfe eines Elektronenstrahls gezeichnet
wird, bevor das bestrahlte Resistmaterial unter Verwendung eines geeigneten Entwicklers entfernt wird. Ein
solcher Entwickler kann beispielsweise eine Lösung aus drei Teilen Äthylenglykol-Monoäthyläther in sieben Teilen
Methanol sein.
Um die Elektronenaufladung der Maskenstruktur, die möglicherweise Abweichungen des Elektronenstrahls von dessen
vorbestimmtem Weg verursacht, möglichst klein zu halten, kann eine (nicht gezeigte) Aluminiumschicht vor der
Elektronenstrahl-Musterbildung über der Resistschicht aufgebracht werden. Die Aluminiumschicht kann dann unter
Verwendung einer Lösung aus Ätznatron in Wasser vor dem Entwickeln des bestrahlten Resists entfernt werden. Es
sei jedoch darauf hingewiesen, daß die oben beschriebene Musterbildung in dem Resistmaterial gleichermaßen anwendbar
ist auf ein negatives Resist, bei dem nicht-bestrahlte Resistmaterialbereiche von einem Entwickler
entfernt werden. Für die Bildung des Musters in der Resistschicht 104 können außerdem andere hochauflösende
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Lithographieverfahren verwendet werden, beispielsweise die Ionenstrahlbelichtung oder die Belichtung mit
Röntgenstrahlen.
Für eine exakte Elektronenstrahl-Musterbildung der Resistschicht 104 ist es notwendig, daß die Dicke der Schicht
104 gleichmäßig ist. Schwankungen der Resistmaterialdicke können eine ungenaue Belichtung des Resists und/
oder eine Verzerrung des ausgezogenen Musters in dem Resistmaterial
verursachen. Außerdem haben derartige Schwankungen die Neigung, speziell bei Erdalkali- oder
Alkalimetallhalogenid-Substraten aufzutreten, da das Substratmaterial weich ist und zu rauhen Oberflächen neigt,
die mechanisch nicht leicht geglättet werden können. Daher wird die Polyimidschicht 102 vorteilhafterweise auf
das Substrat 101 im Schleuderverfahren aufgebracht, um eine glatte Oberseite 106 zu erhalten.
Das mit einem Muster versehene PMMA könnte direkt als Maske zum Ätzen der Polyimidschicht verwendet werden. Die
Ätzgeschwindigkeit von PMMA in Sauerstoff ist jedoch größer als die von Polyimid. Jedoch erleichtert die Verwendung
der Germaniumschicht 103 die Übertragung des PMMA-Musters auf das Polyimid, da in einem SF -Plasma
das PMMA viel langsamer geätzt wird als das Germanium,
und da Germanium in einem Sauerstoffplasma nicht nennenswert
geätzt wird.
Nach der Bildung der öffnungen 105 in der Resistschicht
104 wird die Maskenstruktur in einer Schwefelhexafluorid-(SFg-)Atmosphäre
einem reaktiven Ionenätzen ausgesetzt. Als Folge hiervon vertiefen sich die öffnungen 105 durch
die Germaniumschicht 103 hindurch, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Als nächstes wird das Bauelement-Substrat nach
Fig. 2 einem reaktiven Ionenätzen in Sauerstoff ausgesetzt, was zu einer Vertiefung der öffnungen 105 durch
die Polyimidschicht 102 hindurch führt. Das reaktive Ionenätzen in Sauerstoff entfernt außerdem die PMMA-Schicht
104. Die Maskenstruktur nach dem reaktiven Ionenätzen in Sauerstoff ist in Fig. 3 dargestellt.
Fig. 4 zeigt die Verwendung der Maskenstruktur nach Fig. 3 zur Bildung eines Musters in einem Bauelement-Substrat
401, das mit einer Schicht 402 eines herkömmlichen Resists, wie z. B. PMMA, abgedeckt ist. Die Schicht
4 02 braucht lediglich über dem Bauelement-Substrat 401 zu liegen, d. h. entweder in Berührung mit dem Substrat
401 zu stehen, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, oder von dem Substrat 401 durch eine oder mehrere Zwischenschichten
getrennt sein. Das Bauelement-Substrat
kann Teil irgendeines elektronischen oder photonischen Bauelements sein. Wie aus der Zeichnung hervorgeht,
steht die Germaniumschicht 103 in Berührung mit der Resistschicht 104. Selbstverständlich ist der Kontakt
zwischen der Maske und dem Substrat nicht notwendig, wenn die von der Maske kommende Strahlung mit Hilfe einer geeigneten
Linse auf das Bauelement-Substrat fokussiert wird. Andererseits ist eine Berührung zwischen der Maske
und dem Bauelement-Substrat nicht notwendig, wenn ein
geringfügiger Auflösungsverlust akzeptierbar ist. Die
Schicht 102 und/oder die Schicht 103 sind für Vakuum-Ultraviolett-Strahlung 405 undurchlässig, so daß solche
Strahlung nur diejenigen Zonen der Maskenstruktur 101
durchsetzt, die mit den öffnungen 105 ausgerichtet sind. Weiterhin kann die Dicke der Schichten 102 und 103 so
ausgewählt werden, daß die gewünschte Undurchlässigkeit erhalten wird und dennoch eine Transparenz für sichtbares
Licht gegeben ist. Eine derartige Transparenz erleichtert in hohem Maße das Ausrichten der Maske bezüglich
des Bauelement-Substrats 401. Die Resistschicht 402 wird also selektiv in den Zonen 4 03 bestrahlt. Die
bestrahlten Zonen 403 lassen sich unter Verwendung eines handelsüblichen Entwicklers entfernen, so daß das in der
Maske ausgebildete Muster exakt auf die Resistschicht 402 übertragen wird.
- 14 Beispiel 1
Es wurde eine Maske für die Vakuum-Ultraviolett-Lithographie (VUV-Lithographie) auf einem CaF2-Substrat hergestellt, indem
zuerst etwa 150 Nanometer Polyimid aufgesponnen wurde,
beispielsweise das von der Firma Ciba-Geigy unter der Handelsbezeichnung XU-218 vertriebene Material. Nach Backen in
Luft während einer Stunde bei einer Temperatur von 160 0C
zum Austrocknen jeglicher Lösungsmittel wurde eine 30 Nanometer dicke Germaniumschicht auf das Polyimid aufgedampft. Es
wurde dann eine 100 Nanometer dicke Resistschicht aufgesponnen
und während einer Stunde bei 130 0C gebacken. In vorteilhafter
Weise wurde eine 30 Nanometer dicke Aluminiumschicht durch Vakuumverdampfung über dem Polyimid niedergeschlagen.
In dem PMMA wurde unter Verwendung eines Elektronenstrahls eines Rasterelektronenmikroskops ein Muster ausgezogen. Dann
wurde das Muster in einer Lösung aus drei Teilen Äthylenglykol-Monoäthyläther in sieben.Teilen Methanol entwickelt.
Im Anschluß an die Entwicklung wurde das mit dem Muster versehene Substrat sukzessive in Sauerstoff, SF^ und wieder in
Sauerstoff durch reaktives lonenätzen behandelt, um Resistmaterialreste
von den belichteten Germaniumbereichen zu entfernen, das Germanium zu ätzen und das Polyimid zu ätzen.
_ 15 —
Während bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Polyimidschicht und die Germaniumschicht bezüglich VUV-Strahlung
undurchlässig sind, so braucht nur eine dieser Schichten undurchlässig für die Strahlung zu sein. Daher
kann die undurchlässige Schicht dem Substrat benachbart sein oder von dem Substrat durch eine oder mehrere Zwischenschichten,
die jedoch nicht für diese Strahlung undurchlässig sein müssen, getrennt sein. Schließlich kann die Polyimidschicht
auch fortgelassen werden, und es kann eine für VÜV-Strahlung undurchlässige Germaniumschicht direkt auf dem
Maskensubstrat gebildet werden. Die Fortlassung der Polyimidschicht verringert jedoch die Genauigkeit der Masken-Musterbildung
aufgrund der Rauhigkeit der derzeitig verfügbaren Erdalkali- oder Alkalimetallhalogenid-Substrate.
- Leerseite
Claims (14)
1. Lithographiemaske, mit einer über einem Substrat befindlichen, strahlungsundurchlässigen Materialschicht,
dadurch gekennzeichnet , daß das Substrat aus der Gruppe CaF2, BaF2, MgF2, SrF2 und
LiF ausgewählt ist, und daß die Materialschicht mindestens eine Materialschicht über dem Substrat aufweist,
welche mindestens eine sie durchsetzende Öffnung besitzt, wobei die Materialschicht für eine solche Strahlung undurchlässig ist, deren Wellenlänge im Vakuum-Ultraviolett-Bereich
des elektromagnetischen Spektrums liegt.
2. Maske nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht dem Substrat benachbart ist.
RadeckestraSe <<3 8000 München 60 Telefon (03?) 883603/8836Ci Telex 5212313 Telegramme Palentconsult
Sonnenberger Straße X3 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 56794',/V11993 TnIn* ίι8α?'7 Tninnr.-immn Painntrnnnnii
3. Maske nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht von dem Substrat durch mindestens eine weitere
Schicht eines Zwischenmaterials getrennt ist.
4. Maske nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht Polyimid aufweist.
5. Maske nach Anspruch 2 oder 3-,
dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht Germanium aufweist.
6. Maske nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß eine zweite, aus Germanium bestehende Schicht benachbart
zu der Schicht vorgesehen ist und auf der dem Substrat abgewandten Seite liegt.
7. Maske nach Anspruch 6, gekennze ichnet durch eine dritte, aus Resist bestehende Schicht, die an die
zweite Schicht angrenzt und auf der der Schicht gegenüberliegenden Seite liegt.
8. Maske nach Anspruch 7,
gekennzeichnet durch eine vierte, aus Aluminium bestehende Schicht, die an die dritte Schicht angrenzt und auf der der zweiten Schicht gegenüberliegenden Seite liegt.
gekennzeichnet durch eine vierte, aus Aluminium bestehende Schicht, die an die dritte Schicht angrenzt und auf der der zweiten Schicht gegenüberliegenden Seite liegt.
9. Verfahren zum Herstellen einer Lithographiemaske, dadurch gekennzeichnet , daß
ein Substrat vorgesehen wird, das aus der Gruppe CaF2, BaF2, MgF2, SrF2 und LiF ausgewählt ist, daß über dem
Substrat mindestens eine Materialschicht aufgebracht wird, die undurchlässig ist für Strahlung mit einer Wellenlänge
im Vakuum-Ultraviolett-Bereich des elektromagnetischen Spektrums, und daß in der Materialschicht ein vorbestimmtes
Muster gebildet wird, welches mindestens eine öffnung in der Schicht bildet.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet , daß die Materialschicht angrenzend an das Substrat aufgebracht
wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht aufgebracht wird, wobei sie von dem Substrat
durch mindestens eine Zwischenschicht getrennt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß
die Schicht Polyamid aufweist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß
die Schicht Germanium aufweist.
14. Verfahren zum Bilden eines Musters in einem Bauelement, bei welchem über dem Bauelementsubstrat mindestens eine
Resistschicht aufgebracht wird und die Resistschicht selektiv einer Strahlung mit einer Wellenlänge im Vakuum-Ultraviolett-Bereich
des elektromagnetischen Spektrums ausgesetzt wird, wobei eine Maske verwendet wird, die
zwischen dem von dom Resist abgedeckten Substrat und der Strahlung liegt,
dadurch gekennzeichnet , daß die Maske ein Maskensubstrat aufweist, das aus der Gruppe
CaF2, BaF2, MgF2, SrF2 und LiF ausgewählt ist, und daß
mindestens eine Materialschicht über dem Maskensubstrat vorgesehen wird, wobei die Schicht mindestens eine sie
durchsetzende Öffnung besitzt und die Materialschicht für die Strahlung undurchlässig ist. ,
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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