DE3417888A1 - Maskenstruktur fuer vakuum-ultraviolett-lithographie - Google Patents

Description

Beschreibung

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.

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Claims (14)

Patentansprüche

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.

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. ,