DE69403462T2

DE69403462T2 - Dünne filmmaske für rötngenstrahllithographie und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69403462T2
Application number: DE69403462T
Authority: DE
Inventors: Rakesh Sethi
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: National Semiconductor Corp
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1994-03-14
Publication date: 1997-11-06
Anticipated expiration: 2014-03-15
Also published as: JP3306067B2; KR100289818B1; US5314768A; DE69403462D1; EP0689686A1; EP0689686B1; JPH08507907A; KR960071388A; WO1994022056A1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Dünnfilmmasken für die Verwendung in Verfahren der Röntgenstrahllithografie, und insbesondere eine speziell gestaltete Maske für die Verwendung in Verfahren der Röntgenstrahllithografie und ein spezielles Verfahren zur Herstellung derartiger Masken.
Optische Nahbereichslithografie (optical proximity lithography) ist in der Technik allgemein bekannt. Ein derartiges Verfahren verwendet eine konventionelle Maske zum Beispiel eine Chrom- oder Glasmaske zum Schreiben dünner Linien und bestimmter Merkmale von mindestens 0,5 Mikron auf einem damit verbundenen Wafer. In letzter Zeit entstand der Wunsch, diese Linienbreiten und Merkmale weiter, zum Beispiel auf 0,3 Mikron und weniger, zu verringern. Das kann jedoch nicht mit Hilfe der optischen Lithografie durchgeführt werden, sondern erfordert die Verwendung von Röntgenstrahlen. Während Glas und Chrom als Maskenmaterial für derartige Verfahren nicht geeignet sind, ist ein Diamantdünnfilm geeignet, da er für Röntgenstrahlen transparent ist, kompakt ist und sich während des Verfahrens der Maskenherstellung oder während des lithografischen Verfahrens nicht verändert.
Eine besondere Diamantmaske, die im Stand der Technik (zum Beispiel in US-A-5146481) für die Verwendung in Verfahren der Röntgenstrahllithografie vorgeschlagen wird, ist eine, die eine Diamantdünnfilmschicht enthält, die von einer Substratoberfläche getragen wird und auf welcher ein vorgegebenes Muster einer für Röntgenstrahlen undurchlässigen Substanz, zum Beispiel Gold, abgeschieden ist. Während eine derartige Maske im allgemeinen in der vorgesehenen Weise wirkt, besitzt der Umstand, daß Gold oder ein anderes derartiges für Röntgenstrahlen undurchlässiges Muster auf der Diamantdünnfilmschicht abgeschieden wird, insbesondere auf der vorderen Fläche, eine Anzahl von Nachteilen. Als erstes addiert sich das für Röntgenstrahlen undurchlässige Muster zur Dicke der Diamantdünnfilmschicht und deshalb steigt ihr Öffnungsverhältnis, welches dann wiederum ihre Schärfentiefe verringert. Als zweites treten, wegen dieser geschichteten Konfiguration zwischen der Diamantdünnfilmschicht und der Schicht aus dem für Röntgenstrahlen undurchlässigem Material, optische Verluste infolge der auftretenden Brechungseffekte auf, und die ursprüngliche Phase des Lichtes wird beim Durchtritt durch die Maske modifiziert.
Wie nachfolgend im einzelnen beschrieben werden soll, wird eine Dünnfilmmaske für die Verwendung in einem röntgenstrahlenlithografischen Verfahren, die in Übereinstimmung mit der vorliegende Erfindung ausgebildet ist, offenbart. Diese Maske besteht aus einer Diamantdünnfilmschicht, die auf einer Fläche eines nicht aus Diamant bestehenden Substrates getragen wird, das für Röntgenstrahlen transparent ist, zum Beispiel eines Siliziumsubstrats. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein vorgegebenes Ionenmuster einer Substanz, die für Röntgenstrahlen undurchlässig ist, zum Beispiel Gold, Wolfram oder Cäsium in die Diamantdünnfilmschicht eingeführt und nicht, wie im Stand der Technik, auf ihrer Oberfläche abgeschieden. Bei einem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Ionen mittels Ionenimplantation und in einem anderen Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer Ionenstrahldirektschreibanordnung in die Diamantdünnfilmschicht eingeführt. Auf jeden Fall liegt die für Röntgenstrahlen undurchlässige Substanz innerhalb der Diamantschicht anstatt auf ihrer Oberfläche. Als Folge davon wird das Öffnungsverhältnis der Gesamtmaske verringert (verglichen mit der Version im Stand der Technik), und deshalb wird ihre Schärfentiefe vergrößert. Außerdem werden durch Vermeidung der zusätzlichen Schicht der Maske die optischen Verluste innerhalb der Maske infolge der Brechungseffekte minimiert, und der Röntgenstrahl kann, wenn er durch die Maske hindurchtritt, seine ursprüngliche Phase beibehalten.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben, in denen:
Figur 1 eine Anordnung zur Durchführung eines röntgenlithografischen Verfahrens auf einem dielektrischen Substrat grafisch veranschaulicht, wobei die Anordnung eine Dünnfilmmaske enthält, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert und hergestellt wird;
Figuren 2A-2D ein Verfahren zur Herstellung der Dünnfilmmaske, die einen Teil der in Figur 1 gezeigten Gesamtanordnung bildet, grafisch veranschaulicht;
Figur 3 ein zweites Verfahren zur Herstellung derselben Dünnfilmmaske grafisch veranschaulicht; und
Figuren 4A-4C eine modifizierte Dünnfilmmaske und ihr Herstellungsverfahren grafisch veranschaulicht.
Wendet man sich jetzt den Zeichnungen zu, wird die Aufmerksamkeit auf Fig. 1 gerichtet, welche, wie oben angemerk wurde, eine Anordnung zur Durchführung eines röntgenlithografischen Verfahrens auf einem dielektrischen Substrat grafisch darstellt. Das Substrat ist mit 10 bezeichnet, und die Gesamtanordnung ist allgemein mit der Bezugszahl 12 bezeichnet. Dargestellt ist eine Anordnung mit einem Speicherring oder anderen geeigneten Mitteln 14 für die Erzeugung eines Röntgenstrahles 16 mit einer geringer Energie, welcher durch zusammenwirkende Mittel, die zum Beispiel einen SiC-Spiegel 20 umfassen, in eine Heliumkammer mit niedrigem Druck gerichtet ist, die allgemein mit 18 bezeichnet ist. Der Röntgenstrahl tritt durch ein Diamantfenster 24 in die Kammer 18 ein und geht durch die Dünnfilmmaske 26, bevor er auf die vordere Fläche des Wafers 10 auftrifft. Die Maske 26 ist so aufgebaut, daß sie in konventioneller Weise funktioniert, das heißt, sie läßt gewisse Querschnittssegmente des Röntgenstrahlenbündels entsprechend dem vorgegebenen Muster hindurch, so daß nur das Querschnittsmuster eine Resistschicht (nicht gezeigt) erreicht, die auf der Oberfläche des Wafers 10 abgeschieden ist, wodurch der Resist im Umfang des Musters belichtet wird.
Bezieht man sich weiterhin auf Fig. 1, wird die Aufmerksamkeit speziell auf die Maske 26 gerichtet, welche in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung strukturell gestaltet und hergestellt wird. Wie in Fig. 1 veranschaulicht ist, enthält die Maske 26 eine Diamantdünnfilmschicht 28, die auf der vorderen Fläche eines nicht aus Diamant bestehenden Substrates 30, das für Röntgenstrahlen durchlässig ist, zum Beispiel Silizium, getragen wird. Ein vorgegebenes Muster aus Ionen einer Substanz 32, die für Röntgenstrahlen undurchlässig ist, zum Beispiel Gold, Wolfram oder Cäsium, wird in die Diamantdünnfilmschicht eingeführt, anstatt sie wie im Stand der Technik auf der Oberfläche derselben abzuscheiden. Das führt zu den vorher diskutierten Vorteilen.
Wendet man sich den Fig. 2A-2D zu, wird die Aufmerksamkeit auf ein Verfahren zur Herstellung der Dünnfilmmaske 26 gerichtet. In einem ersten Schritt wird ein Diamantdünnfilm, zum Beispiel in der Größenordnung von 100-1000 Å, durch konventionelle Mittel, zum Beispiel mittels chemischer Dampfabscheidung oder auf andere Weise, mittels Keimwachstum auf dem Siliziumsubstrat 30 gezüchtet. Danach wird eine geeignete und leicht herstellbare Schicht 34 eines Resists, zum Beispiel PMMA, auf der vorderen Fläche des Diamantdünnfilmes 28 abgeschieden, wie in Fig. 2A dargestellt ist. Das gewünschte Muster wird auf dem Resist maskiert, wie in Fig. 28 zu sehen ist, indem die vorgegebenen Segmente des Resists unter Verwendung von geeigneten und leicht beschaffbaren Mitteln, zum Beispiel einem E-Strahl (nicht gezeigt), belichtet werden. Das Substrat wird dann in den strukturierten oder nicht maskierten Flächen einer Implantation mit Ionen einer Substanz 36 unterzogen, die für Röntgenstrahlen undurchlässig ist, zum Beispiel Gold, Wolfram oder Cäsium Das heißt, die nicht maskierten Flächen (oder die maskierten Flächen, abhängig von dem verwendeten Resist und der Belichtungstechnik) werden selektiv mit bekannten Verunreinigungen aus Gold, Wolfram, Cäsium oder anderen solchen Farbzentren verursachenden Metallen dotiert, welche auf spezielle Absorptionscharkteristika zugeschnitten sein können. Das ist in Fig. 2C dargestellt. Dem letzten Schritt folgend wird der Resist von der ionenimplatierten Diamantdünnfilmschicht abgestreift oder naßgeätzt, wie in Fig. 2D dargestellt ist, und, wenn gewünscht, kann das Siliziumsubstrat mit irgendeinem geeigneten Mittel dünner gemacht werden, zum Beispiel durch Naßätzen unter Verwendung einer Lösung aus Ethylendiamin, Procatechol und Wasser bei 115ºC. Andere auf HF basierenden Chemikalien basierende HF können ebenfalls verwendet werden. Auf diese Weise kann eine harte Maske hergestellt werden, welche optisch durchlässige und undurchlässige Flächen besitzt, ohne daß irgendeine Materialätzung (ausgenommen für das Entfernen des Resists und das Dünnermachen des Substratträgers) erforderlich ist. Gleichzeitig werden die vorher diskutierten Vorteile erreicht.
In Fig. 3 ist ein zweites Verfahren zur Herstellung der Dünnfilmmaske 26 gezeigt. Das Verfahren unterscheidet sich von dem in Verbindung mit den Fig. 2A-2D veranschaulichten Verfahren dadurch, daß die Muster aus der für Röntgenstrahlen undurchlässigen Substanz in die Diamantdünnfilmschicht mit Hilfe einer leicht beschaffbaren Ionenstrahldirektschreibvorrichtung, die allgemein mit der Bezugszahl 38 bezeichnet wird, anstatt mit Hilfe von Ionenimplantation eingeführt wird. Wie im Stand der Technik ist allgemein bekannt ist, ist die Vorrichtung 38 in der Lage, in das Substrat, wie z.B. der Diamantdünnfilmschicht 28, Ionen aus Gold, Wolfram, Cäsium oder einem anderen für Röntgenstrahlen undurchlässigen Material zu schreiben. Als Folge davon ist keine Resistschicht, wie z.B. die Resistschicht 34, erforderlich. Die Anordnung 38 kann das entsprechende für Röntgenstrahlen undurchlässige Muster direkt in die Diamantdünnfilmschicht schreiben, wie in Fig. 3 dargestellt ist.
Während die erfindungsgemäß aufgebaute Dünnfilmmaske mit einer Diamantdünnfilmschicht auf einem Siliziumsubstrat beschrieben wurde, soll festgestellt werden, daß irgendein geeignetes Mittel zum Tragen der Diamantdünnfilmschicht verwendet werden kann, wenn für die Gesamtmaske die erforderliche strukturelle Integrität hergestellt wird und der Durchgang der Röntgenstrahlen dadurch nicht beeinflußt wird. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung von Gold, Wolfram oder Casium oder andere derartige Substanzen mit großer Kernladungszahl beschränkt, sondern eher auf ein geeignetes farbzentrenverursachendes Metall, das mit der geplanten Verwendung der Maske vereinbar ist.
Die früher beschriebene Gesamtdünnfilmmaske 26 enthält ein nicht aus Diamant bestehendes, für Röntgenstrahlen durchlässiges Substrat 30, das eine Diamantdünnfilmschicht 28 trägt, die innerhalb ihres ebenen Bereiches ein vorgegebenes Ionenmuster einer Substanz 36 enthält, die für Röntgenstrahlen undurchlässig ist. Diese für Röntgenstrahlen undurchlässige Substanz, die den in den Fig. 2 und 3 veranschaulichten Ausführungsbeispielen entspricht, wird mit Hilfe von Ionenstrahlimplantation oder mit Hilfe einer Ionenstrahldirektschreibvorrichtung in die Diamantdünnfilmschicht eingeführt. In Übereinstimmung mit einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Diamantdünnfilmaske nicht erzeugt, indem zuerst mit der Diamantdünnfilm 28 auf dem Substrat 30 begonnen wird. Statt dessen trägt, wie in Fig. 4A dargestellt ist, das Substrat 30 anfänglich eine Schicht aus der für Röntgenstrahlen undurchlässigen Substanz 36, zum Beispiel aus Gold, Wolfram oder Cäsium, welche abgeschieden wird oder anderweitig auf der oberen Oberfläche erzeugt wird. Danach wird unter Verwendung einer geeigneten Resistschicht (nicht gezeigt) und einer entsprechenden Belichtung des Resists, um ein vorgegebenes Muster zu erzeugen, die Schicht 36 einem konventionellen Ätzverfahren unterzogen, um das geätzte Muster herzustellen, das in Fig. 48 gezeigt ist. Als Endschritt wird, während der unbelichtete Resist (oder der belichtete Resist, abhängig vom verwendeten Ätzverfahren) an Ort und Stelle verbleibt, das geätzte Muster einer chemischen Dampfabscheidung von Diamant oder einem anderen geeigneten Verfahren unterzogen, um die Zwischenräume innerhalb der für Röntgenstrahlen undurchlässigen Substanz mit einem geschichteten Segment 28' aus Diamantdünnfilm zu füllen, wie in Fig. 4C gezeigt ist. Es sei besonders vermerkt, daß das Endergebnis, das heißt, die Diamantdünnfilmmaske 26', die in Fig. 4C gezeigt ist, der in Fig. 2D und Fig. 3 gezeigten Diamantdünnfilmmaske sehr ähnlich ist. Insbesondere bilden der Diamantdünnfilm und die für Röntgenstrahlen undurchlässige Substanz zusammen eine zusammengesetzte Schicht innerhalb derselben Ebene, im Gegensatz zum vorher diskutierten Stand der Technik, in dem die lichtundurchlässige Substanz oben auf der Diamantdünnfilmschicht abgeschieden wird. Folglich enthält die Maske 26' viele der Vorteile der Maske 26, obwohl die Maske 26 bevorzugt wird, weil das Verfahren der Herstellung weniger kompliziert ist.

Claims

1. Dünnfilmmaske zur Verwendung in einem Röntgenstrahl-Lithographieprozeß, umfassend:

(a) ein nicht aus Diamant bestehendes Substrat, das für Röntgenstrahlen transparent ist;

(b) eine Dünnfilm-Diamantschicht, die von dem Substrat auf dessen einer Oberfläche getragen wird;

(c) ein vorgegebenes Muster von Ionen einer für Röntgenstrahlen opaken Substanz, die in die Dünnfilm-Diamantschicht eingeführt sind.

2. Dünnfilmmaske nach Anspruch 2, bei der die Ionen mittels Ionenimplantation eingeführt sind.

3. Dünnfilmmaske nach Anspruch 1, bei der die Ionen mittels einer Ionenstrahl-Direktschreibvorrichtung eingeführt sind.

4. Dünnfilmmaske nach Anspruch 1, bei der die Substanz ausgewählt ist aus der aus Gold, Wolfram und Cäsium bestehenden Gruppe.

5. Dünnfilmmaske nach Anspruch 1, bei der das Substrat Silizium ist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmmaske zur Verwendung in einem Röntgenstrahl-Lithographieprozeß, mit den Schritten

(a) Ausbildung einer Dünnfilm-Diamantschicht auf einer Oberfläche eines nicht aus Diamant bestehenden Substrates, welches für Röntgenstrahlen transparent ist; und

(b) Einführen eines vorgegebenen Musters von Ionen einer für Röntgenstrahlen opaken Substanz in die Dünnfilm-Diamant schicht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Ionen in die Dünnfilm-Diamantschicht mittels Ionenimplantation eingeführt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Ionen in die Dünnfilm-Diamantschicht mittels einer Ionenstrahl-Direktschreibvorrichtung eingeführt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Substanz ausgewählt ist aus der aus Gold, Wolfram und Zäsium bestehenden Gruppe.

10. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Substrat Silizium ist.

11. Dünnfilmmaske zur Verwendung in einem Röntgenstrahl-Lithographieprozeß, mit

(a) einem nicht aus Diamant bestehenden Substrat, welches für Röntgenstrahlen transparent ist; und

(b) eine von dem Substrat auf dessen einen Oberfläche getragenen Kompositschicht, wobei die Kompositschicht vorgegebene Segmente einer ersten Substanz und vorgegebene Segemente einer zweiten Substanz umfaßt, wobei die erste Substanz für Röntgenstrahlen opaken ist und die zweite Substanz ein Diamant-Dünnfilm ist.

12. Dünnfilmmaske nach Anspruch 11, bei der die für Röntgenstrahlen opaken Substanz ausgewählt ist aus der aus Gold, Wolfram und Cäsium bestehenden Gruppe.

13. Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmmaske zur Verwendung in einem Röntgenstrahl-Lithographieprozeß,

mit den Schritten

(a) Ausbildung einer Dünnfilmschicht aus einer für Röntgenstrahlen opaken Substanz auf der Oberfläche eines nicht aus Diamant bestehenden Substrates, welches für Röntgenstrahlen transparent ist;

(b) Wegätzen vorgegebener Segmente der Schicht aus für Röntgenstrahlen opaker Substanz zur Ausbildung eines vorgegebenen Musters; und

(c) Abscheiden von Dünnfilm-Diamantsegmenten innerhalb der weggeätzten Segmente, wobei die Dünnfilm-Diamantsegmente und die nichtgeätzte, für Röntgenstrahlen opake Substanz zusammen eine Kompositschicht der beiden Substanzen auf dem für Röntgenstrahlen transparenten Substrat bilden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei der die für Röntgenstrahlen opaken Substanz ausgewählt ist aus der aus Gold, Wolfram und Cäsium bestehenden Gruppe.