DE69326224T2

DE69326224T2 - Elektronenstrahllithographie mit verringerter Aufladung

Info

Publication number: DE69326224T2
Application number: DE69326224T
Authority: DE
Inventors: John Joseph Demarco; Christophe Pierrat
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1992-12-23
Filing date: 1993-12-06
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2013-12-07
Also published as: US5288368A; EP0604054B1; ES2137973T3; JPH07176470A; DE69326224D1; EP0604054A1; CA2103411A1; JP2883798B2; KR940016476A; KR0166094B1; SG44456A1; CA2103411C; TW337032B

Description

Allgemeiner Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft die "charged beam"-Lithographie [Lithographie mit geladenem Strahl] und insbesondere die "direct-writing"- (direktschreibende) Elektronenstrahllithographie.
Bei der "charged beam"-Lithographie wird eine Resistschicht mit einem abtastenden geladenen Strahl bombardiert, dessen Intensität sich mit der Zeit verändert (das heißt ein räumlich selektiver Abtaststrahl mit einer vorgeschriebenen resultierenden seitlichen Struktur). Bei dem geladenen Strahl handelt es sich in der Regel um einen Elektronenstrahl (ein "direktschreibender Strahl"). Die Resistschicht befindet sich auf einem Werkstück. Das Werkstück besteht in der Regel aus einem transparenten Substrat zum Einsatz als phasenverschiebende Maske oder Halbleiterwafer zur Verwendung für eine integrierte Schaltung.
Die Resistschicht wird nach der Bombardierung entwickelt, wodurch in der Resistschicht eine gewünschte Struktur von Öffnungen gemäß der resultierenden seitlichen Struktur des geladenen Strahls gebildet wird. Dann wird die auf diese Weise strukturierte Resistschicht zum Definieren von Strukturelementen im Werkstück verwendet - das heißt zum Strukturieren des Werkstücks gemäß der seitlichen Struktur des Strahls, wobei die strukturierte Resistschicht als strukturierte Maske verwendet wird. Beispielsweise wird unter Verwendung eines Halbleiterwafers als Werkstück die strukturierte Resistschicht mit Ionen bombardiert, die so in den Wafer implantiert werden oder mit dem Wafer reagieren, indem sie im Wafer Einformungsbereiche ("Ausnehmungsbereiche") bilden. Die strukturierte Resistschicht wird aber auch als strukturierte Maske zum Ablagern von strukturierten Metallschichten auf dem Wafer verwendet, um integrierte Schaltungen zu metallisieren. Unter Verwendung eines transparenten Substrats (mit einer strukturierten Schicht aus undurchsichtigen Teilen, in der Regel auf einer seiner Hauptflächen) wird die strukturierte Resistschicht als strukturierte Maske verwendet, um Teile der Dicke des transparenten Substrats oder Teile der Dicke der undurchsichtigen Schicht, oder von beiden, das heißt Teile des Werkstücks, räumlich gezielt zu entfernen. Außerdem wird die strukturierte Resistschicht in der Regel vollständig entfernt, nachdem sie im Zusammenhang mit dem Halbleiterwafer oder dem transparenten Substrat als strukturierte Maske verwendet worden ist.
Bei einem bekannten Verfahren zum Definieren einer gewünschten Struktur in einer Resistschicht wird die Resistschicht einem direktschreibenden, abtastenden Elektronenstrahl ausgesetzt, mit nachfolgender Naßentwicklung der Resistschicht, wodurch die gewünschte strukturierte Resistschicht gebildet wird. Ein Problem, das entsteht, wird als "Ladungseffekte" bezeichnet - das heißt, elektronische Ladungen, die beim Abtasten von dem Elektronenstrahl in zeitlich früheren Augenblicken eingeführt werden, stören in zeitlich späteren Augenblicken den Elektronenstrahl unerwünschterweise seitlich an benachbarten Stellen, wodurch die resultierende Struktur, in der die Resistschicht dem Elektronenstrahl ausgesetzt wird, nicht die ist, die gewünscht wurde.
In einem von Keiko Yano et al. verfaßten Referat mit dem Titel "A New Process for Reducing the Charging Effect in Electron Beam Lithography" und veröffentlicht in JJAP Series 4, Proc. of 1990 Intern. MicroProcess Conference, Seiten 147-150 (1990) wird ein Verfahren zur Strukturierung einer für einen Elektronenstrahl empfindlichen Resistschicht mit wünschenswert reduzierten Ladungseffekten gelehrt. Bei diesem Verfahren wird ein direktschreibender (abtastender) Elektronenstrahl verwendet, um in der Resistschicht die gewünschte Struktur zu erzeugen, nachdem erstere dem Strahl ausgesetzt worden ist und naß entwickelt worden ist, aber unter Hinzufügung einer geerdeten, elektrisch leitenden organischen Schicht, die während der Elektronenstrahlbombardierung der Resistschicht über der Resistschicht liegt, und unter Hinzufügung einer schützenden Zwischenschicht, die zwischen die leitende organische Schicht und die Resistschicht kommt. Die leitende organische Schicht ist für den Elektronenstrahl transparent, und ihre Aufgabe besteht darin, die unerwünschten Aufladungen durch Ableitung gegen Masse zu entfernen.
Die leitende organische Schicht wird aus einer Lösung des Polymers in einem organischen Lösungsmittel durch Aufschleudern gebildet. Die Aufgabe der schützenden Zwischenschicht besteht darin, beim Aufschleuderprozeß ein unerwünschtes globales Entfernen der Resistschicht durch das organische Lösungsmittel zu unterbinden. Bei dieser Schutzschicht kann es sich einfach um eine Polyvinylalkoholschicht (im weiteren "PVA-Schicht") handeln, die - nach einem Entfernen der leitenden organischen Schicht nach Beendigung der Elektronenbombardierung - einfach durch Lösen in Wasser entfernt werden kann.
Nachteile des obigen Verfahrens können sich aus einer Bildung und nachfolgenden Anhäufung unerwünschter Polymerrückstände an der Grenzfläche der PVA-Schicht und der Resistschicht ergeben. Insbesondere können die unerwünschten Rückstände das Werkstück überziehen und es so schwierig machen, die Struktur der strukturierten Resistschicht auf das Werkstück zu übertragen. Nachteile können sich auch aufgrund der Porosität der PVA-Schicht und der Löslichkeit des Resist im organischen Lösungsmittel, mit dem die leitende organische Schicht gelöst wird, beim Entfernen der leitenden organischen Schicht aus einer zufälligen lokalisierten Bildung von unerwünschten Defekten in der Resistschicht ergeben. Insbesondere machen es Defekte in der Schutzschicht möglich, daß das Lösungsmittel, das später, nach dem Ende der Elektronenbombardierung zum Entfernen der leitenden organischen Schicht verwendet wird, bis zu der Resistschicht eindringt und lokalisierte Teile der Resistschicht löst. Es ist deshalb wünschenswert, wenn eines dieser Probleme oder beide gemildert werden.

Kurze Darstellung der Erfindung

Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Eine Ausführungsformen der Erfindung ist in dem abhängigen Anspruch angegeben.
Der Ausdruck "aktinisch", wie er dort und hier verwendet wird, wird verwendet, um Strahlung - wie beispielsweise einen Strahl von Elektronen - zu bezeichnen, die die Entwicklungseigenschaften der Resistschicht überall dort modifiziert, wo der Strahl aus aktinischer Strahlung auftrifft.
Außerdem beinhaltet der Ausdruck "Trockenätzen" derartige Ätzverfahren wie RIE (reactive ion etching = reaktives Ionenätzen), CAIBE (chemically assisted ion beam etching = chemisch unterstütztes Ionenstrahlätzen), Plasmamodenätzen, Ionenstrahlätzen, Elektron- (Zyklotronresonanz-)strahlätzen und Mikrowellenätzen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)

Fig. 1-6 sind Querschnittsaufrisse von aufeinanderfolgenden Stufen der Implementierung eines lithographischen Verfahrens gemäß einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung.
Nur zur besseren Übersichtlichkeit ist keine der Zeichnungen maßstabsgetreu.

Ausführliche Beschreibung

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 umfaßt eine Struktur 100 ein transparentes Substrat 10, wie beispielsweise Quarz, auf dessen oberer Hauptfläche eine strukturierte Chromschicht 10.5 gebildet worden ist. Die Struktur 100 stellt eine frühe Stufe in der Herstellung einer Phasenverschiebungsmaske dar. Die Strukturen 200, 300, 400, 500 und 600 stellen nachfolgende, spätere Stufen dar.
Eine für Elektronenstrahlen empfindliche Resistschicht 11 liegt über der Chromschicht 10.5 und dem Substrat 10. Eine schützende Zwischenschicht 12, in der Regel Polyvinylalkohol ("PVA"), liegt über der Resistschicht 12; und eine geerdete, elektrisch leitende organische Schicht 13 liegt über der Schutzschicht 12. Die schützende PVA-Schicht 12 weist in der Regel eine Dicke von 0,15 um auf.
Die leitende Schicht 13 beispielsweise ist eine aufgeschleuderte kristallisierte Lösung eines komplexen TCNQ-Salzes, etwa N= Actylisochinolinium-tetracyanochinodimethan, eines Polymerharzes und eines organischen Lösungsmittels. Diese leitende Schicht 13 weist in der Regel eine Dicke von etwa 0,1 um auf.
Bei geerdeter leitender Schicht 13 tastet ein direktschreibender Elektronenstrahl 15 bestimmte Teile unter anderem der Resistschicht 11 gemäß einer durch die seitliche Struktur des abtastenden Elektronenstrahls bestimmten Struktur räumlich gezielt ab und bombardiert sie somit. Auf diese Weise erhalten die so mit Elektronen bombardierten Teile der Resistschicht 11 eine elektronische Ladungsdosis von 10 keV in der Regel im ungefähren Bereich von 1,0 bis 1,2 uC/cm² (Mikro- Coulomb pro Quadratzentimeter) für eine aus Poly(butensulfon) bestehende Resistschicht mit einer Dicke von etwa 0,7 um. Auf diese Weise sind die so mit Elektronen bombardierten Teile der Resistschicht für einen folgenden Entwicklungsprozeß sensibilisiert, wie unten ausführlicher beschrieben.
Als nächstes (Fig. 2) wird die leitende Schicht 13 durch Trockenätzen mit einem Sauerstoffionenplasma entfernt. Die Schicht 13.1 (Fig. 2) stellt die Dicke der Schicht 13 dar, die während eines Zwischenschritts des Ätzens in der Struktur 200 zurückbleibt. Dieses Ätzen wird fortgeführt, so daß ein kleiner Teil der Dicke - in der Regel etwa 0,05 um - der schützenden PVA-Schicht 12 ebenfalls entfernt wird. Dann (Fig. 3) wird die PVA-Schicht 12 vollständig entfernt, beispielsweise durch Lösen in einer Wasserlösung 30. Die Schicht 12.1 (Fig. 3) stellt die Dicke der Schicht 12 dar, die während eines Zwischenschritts dieser Auflösung in Wasser in der Struktur 300 zurückbleibt.
Als nächstes (Fig. 4) entfernt ein Sauerstoffplasma durch Trockenätzen einen kleinen Anteil der Dicke der Resistschicht 11. Für den Fall, daß die Resistschicht 11 die obenerwähnte typische Ausgangsdicke aufweist, beläuft sich in der Regel die so entfernte Dicke auf etwa 0,05 um.
In Fig. 4 entspricht die Resistschicht 11.1 einer Zwischenstufe der resultierenden Struktur 400 während dieses Ätzens; in Fig. 5 entspricht die Resistschicht 11.2 der Stufe der resultierenden Struktur 500, die nach Beendigung dieses Ätzens erhalten wird.
Danach wird, in der Regel durch Naßentwicklung, in der Resistschicht 11.2 eine Apertur (Fig. 6) ausgebildet. Als nächstes wird ein geeigneter divergenter RIE-Strahl, der in der Regel Fluoridionen enthält, auf die obere Fläche der hergestellten Struktur gerichtet, um das Quarzsubstrat 10 in einem unter der Apertur in der Resistschicht 11.2 liegenden Bereich davon zu ätzen. Auf diese Weise wird die Struktur 600 erhalten - nämlich mit einem Einformungsbereich ("Ausnehmungsbereich") 10.1, der in dem Quarzsubstrat 10 in einem Bereich ausgebildet ist, der unter der Apertur liegt, die in der Resistschicht 11.2 gebildet worden war. Um im Substrat 10 den Ausnehmungsbereich 10.1 zu bilden, kann aber auch der Quarz mit nasser Flußsäure (HF) naßgeätzt werden.
Als nächstes wird die Resistschicht 11.2 entfernt (nicht gezeigt), etwa mit Hilfe eines organischen Lösungsmittels, wie in der Technik bekannt. Die so gebildete Struktur kann dann als phasenverschiebende lithographische Maske verwendet werden.
Die Erfindung ist zwar ausführlich im Hinblick auf eine spezifische Ausführungsform beschrieben wor den, doch können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen. Beispielsweise kann anstelle eines transparenten Substrats 10 ein Halbleitersubstrat - anstelle der Bombardierung mit Fluoridionen durch die Apertur im Resist - zusammen mit einer Implantierung einer Unreinheit oder anderen Ionen in das Halbleitersubstrat, oder ein Trockenätzen des Substrats mit Chlorionen oder eine Ablagerung eines Materials wie etwa Metall verwendet werden, um für integrierte Halbleiterschaltungen im Halbleitersubstrat einen ionenimplantierten Bereich zu schaffen, oder um im Substrat eine Ausnehmung zu schaffen bzw. um eine strukturierte Metallisierung zu schaffen.
Anstelle des Trockenätzens der leitenden Schicht oder der Schutzschicht (oder beider) mit Sauerstoff können andere Gase wie Stickstoff, Schwefeldioxid oder eine Mischung derartiger Gase verwendet werden. Anstatt einen abtastenden Elektronenstrahl als den Strahl aus aktinischer Strahlung zu verwenden, kann ein abtastender Ionenstrahl verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Strukturieren eines Werkstücks (10) gemäß der seitlichen Struktur eines räumlich selektiven, elektrisch geladenen Abtaststrahls aus aktinischer Strahlung, das folgendes einschließt:

(a) Lenken des Strahls auf eine Hauptfläche einer geerdeten, elektrisch leitenden organischen Schicht (13), die über einer Resistschicht (11) liegend angeordnet ist, die gegenüber dem Strahl empfindlich ist, wobei die Resistschicht über dem Werkstück liegend angeordnet ist;

(b) Entfernen der gesamten Dicke der geerdeten Schicht mit Hilfe von Trockenätzen; und

(c) Entwickeln der Resistschicht, wodurch die Resistschicht eine strukturierte Resistschicht gemäß der Struktur des Strahls wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zwischen die leitende und die Resistschicht eine Schutzschicht (12) kommt, zwischen den Schritten (b) und (c) weiterhin mit

dem Schritt des Entfernens eines Teils der Dicke der Schutzschicht mit Hilfe von Trockenätzen, gefolgt von den Schritten des Entfernens der gesamten verbleibenden Dicke der Schutzschicht durch Lösen selbiger in einem flüssigen Lösungsmittel und Entfernen nur eines Teils der Dicke der Resistschicht mit Hilfe von Trockenätzen.