Technisches Gebiet
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Herstellung von großintegrierten Schaltungen
und anderen Bauelementen mit Strukturelementen im
Submikrometerbereich, bei der Projektionslithographie
unter Verwendung von Schreibstrahlung im extremen
Ultraviolettbereich eingesetzt wird.
Terminologie
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EUV - "extrem ultraviolette" elektromagnetische
Strahlung - Strahlung im wellenlängenbereich von 50 nm
bis 3 nm. Dieser wellenlängenbereich wird manchmal als
"weiche Röntgenstrahlung" bezeichnet.
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Vakuum-Ultraviolett - elektromagnetische Strahlung im
Wellenlängenbereich von 150 nm bis 50 nm. Strahlung in
diesem Bereich wird in gewöhnlichen, für längere
Wellenlängen durchlässigen optischen Materialien stark
absorbiert - eine Absorption, die wie die von EUV die
Verwendung von Spiegeloptik anstelle von
Durchstrahlungsoptik nahelegt.
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Nah-Röntgen - Ein linsenloses Eins-zu-Eins-
Lithografiesystem (Maske-zu-Abbild), bei dem sich die
Informationen enthaltende Maske und die Abbildungsebene
fast berühren.
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Wellenlänge - falls nicht anders oder implizit
angegeben, bezieht sich eine Angabe der Wellenlänge von
Schreibstrahlung auf die im Vakuum gemessene
Wellenlänge.
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Störlicht-Phasenmaske - Eine Phasenmaske, bei der ein
gezielter Durchgang von Beleuchtungsstrahlung durch
Sperrbereiche hindurch auslöschend mit an Kanten
gestreuter Strahlung interferiert, um die
Streuungsverschleierung von Kanten von
Strukturelementen zu verringern. Die Struktur wird
manchmal auch als "Phasendämpfungsmaske" bezeichnet.
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Spezifische Kohärenz - Bezieht sich auf räumliche
Kohärenz von Schreibstrahlung hinsichtlich des
Füllfaktors - d.h. bezüglich des Grades der Kohärenz,
die sich durch ein System ergibt, das die folgende
Beziehung erfüllt:
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= N.A. des Kondensators/N.A. der Linse Gl.(1)
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Gemäß dieser Beziehung zeigt ein -Wert von 0
eine Kohärenz von 100% an.
Stand der Technik
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Es wird allgemein anerkannt, daß "die nächste
Generation von LSI", d.h. LSJ für Entwurfsmaße von
0,25 µm oder weniger, Schreibstrahlung mit kürzerer
Wellenlänge als die Wellenlänge in dem derzeit
verwendeten "Fast-Ultraviolettspektrum" erfordern wird.
Kürzere Wellenlängen im tiefen Ultraviolettspektrum
(DUV - Deep Ultraviolet Spectrum), z.B. bei
Wellenlängenwerten von anfänglich 248 nm und später von
193 nm, sollten für Entwurfsmaße von 0,25 µm und bis
annähernd 0,18 µm ausreichen. Für die Verwendung mit
kleineren Entwurfsmaßen werden derzeit zwei
Möglichkeiten in Betracht gezogen. Die erste verwendet
beschleunigte geladene Teilchen - Elektronen oder
Ionen. Die zweite verwendet elektromagnetische
Strahlung jenseits des DUV. Strahlung im EUV-Spektrum
(λ = 50 nm - 3 nm) wird gerade für die Herstellung von
0,18-µm-Bauelementen untersucht und könnte in der
Zukunft auch für kleinere Entwurfsmaße, z.B. 0,10 µm
und weniger, nützlich sein.
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Nah-Röntgen ist derzeit das fortschrittlichste
Kurzwellenlängen-Schreibverfahren. Ein typisches System
arbeitet mit einer Wellenlänge im Bereich von 0,6 bis
1,8 nm. Masken aus Gold oder Wolfram mit dünner
Membran, die 20 bis 40 µm von der Scheibe beabstandet
sind, um Beschädigung zu vermeiden, haben
Strukturabbildungen mit einer Strukturelementen von 0,1
µm und weniger ergeben. Beugungs- und
Halbschattenverschleierung an Strukturelementgrenzen
wurden erfolgreich angegangen. Beugungseffekte werden
von Natur aus durch die kurze Wellenlänge der Strahlung
minimiert. Die Auflösung kann (für Resistmaterialien,
die bereits hervorragend sind) durch die Verwendung von
Phasenmasken weiter verbessert werden. Siehe Y.-C. Ku,
et al., J. Vac. Sci. Technol. B 6, 150 (1988). Die
Halbschattenverschleierung ist bei Synchrotronquellen
und Kleinplasma kein Problem. Das Nah-System, das immer
noch weithin eingesetzt wird, hat einen wesentlichen
Nachteil. Masken, die zwangsläufig mit denselben
Entwurfsmaßen wie das Abbild hergestellt werden, sind
kostspielig anzufertigen und schwer zu reparieren.
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Projektionssysteme, die eine
Abbildungsverkleinerung ermöglichen, gestatten es,
weniger kostspielige Masken mit größeren
Strukturelementen zu verwenden. Die Strukturelemente
sind dabei zum Beispiel mindestens 5mal so groß wie die
Strukturelemente der gewünschten Abbildung. Leider läßt
sich die Nah-Röntgen-Technologie nicht auf die
Projektion übertragen. Die 1,2-nm-Strahlung, die
aufgrund ihrer niedrigen Beugung in Verbindung mit
einer akzeptablen Durchlässigkeit in der Membranmaske
wünschenswert ist, eignet sich nicht für die
Durchstrahlungsoptik. Die erforderlichen
Brechungsindex- und Durchlässigkeitswerte sind in
ansonsten geeigneten Materialien nicht verfügbar.
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Folglich verwenden Projektionssysteme anstelle
von Durchstrahlungsoptik Spiegeloptik. Da herkömmliche
Spiegel mit einer einzigen Oberfläche ein
unzulängliches Reflexionsvermögen aufweisen, werden
verteilte Spiegel - "Verteilte Bragg-Reflektoren" (DBR
- Distributed Bragg Reflectors) verwendet (diese werden
in der EUV-Literatur oft auch "mehrschichtige Spiegel"
genannt). Auch hier ist der 1,2-nm-Nah-Schreib-
Wellenlängenbereich nicht akzeptabel. Die
erforderlichen Indexunterschiede für geeignete DBR-
Strukturen sind bei dieser Wellenlänge nicht verfügbar.
Der für die Projektion besonders in Frage kommende
Wellenlängenbereich liegt im EUV-Spektrum (50 nm
- 3 nm).
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Substratgestützte DBR und strukturierte
Metallschichten dienen als Reflexionsmasken. (Im EUV-
Spektrum werden Chromschichten, die gewöhnlich bei
größeren Wellenlängen im Ultraviolettspektrum verwendet
werden, durch Gold- oder Germaniumschichten ersetzt.)
Unter Verwendung von Schreibstrahlung mit einer
Wellenlänge von 13,9 nm wurden in PMMA-Resistschichten
bereits Strukturelemente von nicht mehr als 0,05 µm
erzielt. Siehe J.E. Bjorkholm, et al., J. Vac. Sci.
Technol. B 8, 1509 (1990).
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Es tritt ein weiteres Problem auf. Während die
durch die Lücke verursachte Beschränkung des Nah-
Schreibverfahrens vermieden wird und der
Projektionsvorgang ein Zwischenbild mit einer hohen
Auflösung bietet, wurden noch keine angemessenen
Resistmaterialien gefunden. EUV-Schreibstrahlung wird
bereits in einer sehr dünnen Oberflächenschicht
absorbiert, die für die Verwendung als eine
eigenständige Ätzbarriere viel zu dünn ist. In dickeren
Resistschichten aus einem einzigen Material bleibt der
darunterliegende Hauptteil effektiv unbelichtet, was zu
schlecht definierten Profilen und zu einer
unbefriedigenden Auflösung führt.
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Das Problem wird gerade untersucht. In "Use of
Trilevel Resist for High Resolution Soft X-Ray
Projection Lithography" (Dreischichtenresist für
hochauflösende Projektionslithografie mit weicher
Röntgenstrahlung), D.W. Berreman et al., Appl. Phys.
Lett., Band 56 (22), 28 (1990) wird ein dreischichtiges
System beschrieben, das aus einer dünnen Schicht aus
fotoempfindlichem Material, einer darunterliegenden
dünnen Schicht Germanium und schließlich einer dicken
Schicht aus organischem Material besteht. Nach dem
Entwickeln des Oberflächenabbilds wird dieses in einem
Ätzschritt auf das Siliziumsubstrat übertragen (bei dem
die beiden darunterliegenden Schichten der Reihe nach
als Ätzbarrieren dienen).
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Ein vielversprechender Ansatz verwendet eine
andere Form von "oberflächenaktivem" Resist und einen
zweiteiligen Vorgang, wodurch die Übertragung eines
entwickelten Oberflächenabbilds in den
darunterliegenden Teil des Resists gewährleistet wird.
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Das Problem ist am schwerwiegendsten im EUV-
Spektrum für Wellenlängen größer als 10 nm, obwohl es
auch bei größeren Wellenlängen (z.B. bei 193 nm) immer
noch ein Grund zur Besorgnis ist.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient als eine
Alternative bzw. als ein Zusatz für ein
oberflächenaktiviertes Resist, um Projektions-
Verkleinerungs-Lithografie mit verbesserter
Kantendefinition des Abbilds zu ermöglichen. Die
Erfindung wird wahrscheinlich wesentliche Anwendung im
EUV-Spektrum finden und hängt von der Verwendung einer
Phasenmaske mit einem einzigartigen Entwurf ab. Die
Maske der Erfindung nach Anspruch 1 verbessert die
Auflösung des Zwischenbilds mit entsprechender
Verbesserung bei dem Resistabbild. Das verantwortliche
Funktionsprinzip ist das Prinzip der Durchlaß-Leck-
Phasenmaske von H. Smith et al., U.S.-Patent 4 890 309
von 1989, das nun jedoch als eine reflektierende
Struktur ausgeführt ist. Derselbe mehrschichtige
Spiegel, der in Linsenelementen verwendet wird, kann
auch als ein Substrat dienen. Die Maskierungsschicht
hängt von teilweise durchlässigen oder "leckenden"
Sperrbereichen ab, die von diesen Bereichen
reflektierter Schreibstrahlung (relativ zu von
unmaskierten Bereichen reflektierter Strahlung) eine
180º-Rundgangs-Phasenverzögerung auferlegen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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FIG. 1 ist eine Querschnittsansicht einer
erfindungsgemäßen Reflexions-Leck-Phasenmaske. Die
gezeigte Struktur verwendet eine Doppelschicht, die in
den Sperrbereichen aus diskreten Schichten von
Abschwächer und Phasenschieber zusammengesetzt ist.
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FIG. 2 zeigt eine alternative erfindungsgemäße
Maskenstruktur. Sie ist mit der von FIG. 1 identisch,
verwendet jedoch eine einzige Schicht sowohl für das
Abschwächen als auch für das Phasenverschieben.
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FIG. 3 zeigt mit Koordinaten des elektrischen
Felds auf der Ordinate und dem Abstand auf der Abszisse
die Beziehung dieser Größen für ein durch eine Leck-
Phasenmaske erzeugtes Abbild.
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FIG. 4 zeigt mit Koordinaten der Intensität und
des Abstands die Intensitätsschwankung, die der E-
Feldschwankung von FIG. 3 entspricht.
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FIG. 5 ist ein Diagramm, das die Intensität des
Abbilds für Zwischenbilder für verschiedenen Werte der
Maskenabschwächung mit der Position in Verhältnis
setzt.
Ausführliche Beschreibung
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I. Allgemeines - Die EUV-Projektions-
Verkleinerungstechnologie befindet sich weiterhin in
einem Entwicklungsstadium. Die Schwarzschild-Anordnung
mit zwei Kugelspiegeln wurde durch Ringfeldabtastung
mit asphärischen Korrekturen abgelöst. Eine Vorrichtung
des Stands der Technik wird in dem U.S.-Patent
5 315 629 vom 24.5.1994 beschrieben. Diese
vierelementige Ringfeldabtastungsvorrichtung ist in der Lage,
über ein mehrere Millimeter breites und 30 mm langes
bogenförmiges Feld hinweg Strukturelemente von 0,1 µm
zu reproduzieren.
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Die kommerziell akzeptierte Form der Erfindung
wird von vielen Entwicklungen abhängen. Die
experimentelle Maske war planar. Die Integration in ein
anderes Element - in ein Positionierungs- oder sogar in
ein nichtplanares Fokussierungselement des Linsenzugs
- ist eine Möglichkeit. Eine Eliminierung des
unabhängigen Maskierungselements mit einhergehenden
verringerten optischen Verlusten kann die zusätzliche
Verkomplizierung durch den Aufbau der Maske auf einer
gekrümmten Oberfläche hinreichend ausgleichen.
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Durch experimentelle Arbeit wurden Maskenlinien
und Zwischenräume in dem Resist getreu reproduziert.
Durch die Verwendung von "Masken mit Vorverzerrung",
d.h. Masken mit vorverzerrten Strukturelementen zum
Ausgleich von durch "Überbelichtung" verursachten
Verzerrungen, wird ein gewisser Spieleingeführt.
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Die Verwendung von Vorrichtungen, die die neue
Maske raum, verbessert die Auflösung für EUV-
Projektions-Zwischenbilder. Die enthalten Verbesserung
der Resistabbilder - 10% steilere Kanten von
Strukturelementen - verbessert die Auflösung in dem
letztendlichen Bauteil. Weitere Verbesserungen ergeben
sich durch eine Umstellung der Verarbeitung zur
Ausnutzung der Vorteile der neuen Maske. Die
gleichzeitig eingereichte U.S.-Patentanmeldung 326 444
vom 20.10.1994 beschreibt verbesserte Verfahren.
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Die Wahl des Wellenlängenbereichs hängt von
einer Anzahl von Faktoren ab, z.B. von den
Eigenschaften des Resists und von dem
Reflexionsvermögen von Spiegeln. Die Verwendung von
Strahlung mit λ = 13,9 nm entspricht dem
Wellenlängenbereich von 15 nm - 3 nm in dem in
veröffentlichten Untersuchungen verwendeten EUV-
Spektrum. Die bevorzugte mehrschichtige Phasenmaske
funktioniert in einem etwas weiteren
Wellenlängenbereich innerhalb des EUV-Spektrums von
50 nm - 3 nm und darüber hinaus. Reflexionsphasenmasken
werden eventuell mit Unterstützung durch ein einzelnes
Bragg-Paar bei Verwendung im DUV-Spektrum (300 nm
- 150 nm) wahrscheinlich einen einfachen Spiegel mit
einer einzigen Oberfläche ersetzen.
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Spezifische er Maskenentwurf ist hauptsächlich
für die Herstellung von Bauelementen bestimmt, was auch
die Motivation für die Arbeit war, die zu der
vorliegenden Erfindung führte. Diese Struktur verwendet
eine einfache Strukturierungsschicht mit Öffnungen, die
direkt auf dem Spiegel abgelagert wird. Variationen
werden in Betracht gezogen. Masken verwenden
wahrscheinlich eine Struktur mit Öffnungen, um unnötige
Absorptionsverluste zu vermeiden, obwohl zusätzliche
Schichten hinzugefügt werden können, um die
Phasenverzögerung fein abzustimmen oder den Spiegel zu
schützen.
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Das verbesserte Zwischenbild kann auch andere
Konsequenzen haben. Dieselbe erhöhte Kantendefinition,
die zu steileren Resistprofilen führt, ergibt schärfer
definierte Grenzen bei der direkten Verarbeitung, d.h.
resistlose Verarbeitung, bei der während der
Verarbeitung oder im Betrieb durch Strahlung
verursachte Veränderungen in dem funktionsbezogenen
Material des Bauelements verwendet werden. Es kann
weitere Anwendungen geben.
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II. Maske - Beanspruchte Masken verwenden das
Funktionsprinzip der Durchlaß-Leck-Phasenmaske des
U.S.-Patents 4 890 309. Diese patentierte Maske gleicht
in der Struktur einer gewöhnlichen binären
Durchlaßmaske mit der Ausnahme, daß die undurchlässigen
("Sperr-") Bereiche einen Bruchteil der einfallenden
Strahlung durchlassen. Es wurde festgestellt, daß sich
Durchlässigkeit im Bereich von 5% bis 15% für die
Auslöschung von Streustrahlung aus klaren Bereichen
eignet. Eine größere Durchlässigkeit bis 25% oder mehr
sollte für die meisten Bedingungen ausreichen. Die
"undurchlässigen" Bereiche erzeugen eine
Phasenverschiebung von π. Wegen der Reflexion beträgt
die Einweg-Verzögerung die Hälfte dieses Werts. (Die
Besprechung bezieht sich auf einfache Strukturen, bei
denen in den klaren Bereichen keine Phasenverzögerung
eingeführt wird. Wenn dies aus einem bestimmten Grund
nicht zutrifft, dann wird die Phasenverzögerung der
Sperrbereiche so eingestellt, daß bezüglich der klaren
Bereiche eine Phasenverschiebung von π aufrechterhalten
wird.)
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Das in der Erfindung verwendete Prinzip der
leckenden Phasenmaske stellt selbst zu einem gewissen
Grad einen Kompromiß dar, d.h. es ist nicht so
effizient wie andere Entwürfe. Es ist jedoch einfacher
aufzubauen und schränkt die Strukturkomplexität weniger
ein.
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Spezifische EUV-reflektierende Strukturen sind
in FIG. 1 und 2 gezeigt. FIG. 1 zeigt ein Substrat 10
mit einer flachen Oberfläche 11. Aus Gründen der
Temperaturstabilität besteht das Substrat entweder aus
einem Material mit geringer Ausdehnung oder aus einem
Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Eine gemischte
Glaszusammensetzung aus 92,6 Gew.-% SiO&sub2; und 7,4 Gew.-%
TiO&sub2; ist ein Beispiel eines geeigneten Materials mit
geringer Ausdehnung. Elementares Silizium ist ein
Beispiel eines wärmeleitfähigen Materials. Das Substrat
trägt eine DBR-Struktur 12 aus aufeinanderfolgenden
Schichtenpaaren aus Materialien mit hohem bzw.
niedrigem Brechungsindex. Schichtenpaare verursachen
jeweils eine Phasenverzögerung von einer oder mehr
halben Wellenlängen, so daß die zusammengesetzte
Reflexion einphasig ist. Einander abwechselnde
Schichten aus Silizium und Molybdän sind im
Wellenlängenbereich von 13 nm - 15 nm nützlich (40
Schichtenpaare ergeben 60%-63% Reflexionsvermögen in
diesem Bereich). Paare aus Molybdän Beryllium wurden
mit Strahlung von λ = 11,4 nm eingesetzt. Die
Resistabsorption ist bei dieser Wellenlänge etwas
geringer, und es wurde von einem Reflexionsvermögen von
nicht weniger als 68,7% berichtet. (Das theoretische
Reflexionsvermögen für DBR aus Mo/Be beträgt 80%.)
Mehrschichtige Spiegel aus Ruthenium und Borkarbid
wurden mit 6,8-nm-Strahlung eingesetzt. Der
Spiegelentwurf kann im einzelnen von der
Prototypenstruktur mit konstanter Schichtdicke
abweichen. Die Dicke kann mit dem Abstand von der
optischen Achse abnehmen, um nicht senkrecht
einfallende Strahlung auszugleichen.
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Der Sperr- bzw. "undurchlässige" Bereich ist
eine binäre Schicht, die aus der
Phasenverschiebungsschicht 13 und der
Abschwächungsschicht 14 besteht. ("Phasenverschiebung"
und "Abschwächung" beschreiben den
Hauptverwendungszweck. Zusammengenommen verursacht die
binäre Schicht die Phasenverzögerung von π mit der
gewünschten Abschwächung.) Eintreffende Strahlung wird
durch die Strahlen 15 und 16 dargestellt, und
reflektierte Strahlung durch die Strahlen 17 und 18.
Der Strahl 15, der auf einem unmaskierten Teil der DER-
Oberfläche 19 einfällt, wird "völlig" reflektiert, d.h.
mit dem vollen Vermögen des DBR reflektiert. Der Strahl
16, der auf einem maskierten Teil der DER-Oberfläche 19
einfällt, wird während seines Rundgang-Durchlaufs durch
die Schichten 14 und 13 hindurch abgeschwächt und
phasenverschoben und ergibt den Strahl 18.
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Die Maske von FIG. 2 ist funktiohsmäßig
identisch mit der Maske von FIG. 1, verwendet jedoch
einen einschichtigen Maskierungsbereich für die
Abschwächung und für Phasenverschiebung. Die gezeigte
Struktur besteht aus dem Substrat 20, dem DER 22 und
der Sperrschicht 23. Die Schicht 23 kann aus einem
einzigen Bestandteil oder aus 2 oder mehr Bestandteilen
zusammengesetzt sein, die eine feste Lösung oder eine
feine Mischung bilden. Die für die Untersuchung
gewählte Schichtzusammensetzung bestand aus zwei
Bestandteilen, wobei der erste hauptsächlich einen
Phasenschieber und der andere hauptsächlich einen
Abschwächer darstellte. Zur Phasenverschiebung kann ein
Organosilan benutzt werden, und ein Iod oder Brom
enthaltendes Molekül kann als der Absorbierer dienen.
Die Schicht kann zusammen mit einem Schwermetall zur
Absorbierung ein phasenverschiebendes leichteres Metall
verwenden (mit einer Absorptionskante bei einer
Wellenlänge, die unterhalb der Eetriebswellenlänge
liegt). Die Beziehung zwischen den Strahlen 25, 26, 27
und 28 ist dieselbe wie zwischen den Strahlen 15, 16,
17 und 18 von FIG. 1. Der Strahl 28 wird relativ zu dem
Strahl 27 abgeschwächt und um π verschoben.
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Während die durch die Projektion ermöglichte
größere Maskengröße die Kosten der Maske verringert,
ist die Reparatur weiterhin ein Problem. Lochreparatur
ist für binäre Schichten besonders problematisch. Die
Reparatur von homogenen Schichten (Legierungen oder
Einzelmaterialschichten) ist für die Verschiebung und
auch für die Abschwächung leichter. Löcher können
möglicherweise durch das für die Ablagerung der ersten
Schicht verwendete Verfahren zugestopft werden.
Überschüssiges Material kann durch Planieren entfernt
werden, z.B. durch Verwendung einer überdeckenden
organischen Schicht, die so ausgewählt wird daß sie mit
derselben Rate wie das Maskenmaterial durch Ätzen
abgetragen wird.
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Die Bevorzugung des Durchlässigkeitsbereichs
von 5% - 15% (2,5% - 7,5% für Einweg-Durchgang) wird
durch die in FIG. 5 aufgetragenen Informationen
erklärt. Eine beispielhafte Struktur verwendet eine
Zweifachschicht von 0,3 µm (eine 262 nm starke untere
Schicht aus PMMA und eine 27 nm starke obere Schicht
aus Germanium). Die Zweifachschicht wurde auf einen
1/4λ-DBR mit 40 Mo/Si-Paaren abgelagert, der von einem
0, 6-µm-Siliziumsubstrat getragen wurde.
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Die Maskenstrukturierung erfolgte durch e-
Strahlenschreiben unter Verwendung des
Elektronenstrahlbelichtungssystems (EBES - Electron Beam Exposure
System) mit nachfolgender reaktiver lonenätzung. Die
Maskenherstellung wird in D.M. Tennant, et al., in J.
Vac. Sci. Technol. B, Band 10(6), 3134 (1992)
beschrieben.
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III. Abbildungsresist - Die Hauptaufgabe
besteht darin, die hohe Absorptionsfähigkeit von Resist
für die Strahlung mit kurzer Wellenlänge zu
berücksichtigen. Eine 1/e-Abschwächungsdicke von 0,10
- 0,15 µm führte zu einer Resistdicke von 60 - 70 nm.
Diese Schicht ist zu dünn, um während des Ätzens als
ein eigenständiger Schutz zu dienen. Es wurden eine
Anzahl von innovativen Resists beschrieben, die das
Problem lösen sollen und wahrscheinlich zusammen mit
der erfindungsgemäßen Phasenmaske zum Einsatz kommen
werden. Diese ermöglichen - oft in einem separaten
Verfahrensschritt - die Übertragung eines Dünn-
Oberflächenabbilds in den darunterliegenden Körper der
Resistschicht.
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Der "Zweifachschicht"-Ansatz verwendet eine
diskrete Oberflächenschicht, z.B. aus einem
organometallischen lichtempfindlichen Material, und eine
darunterliegende Schicht aus organischem Material. Ein
flüssiger Entwickler wurde eingesetzt, um ein Apertur-
Abbild in der Oberflächenschicht zu erzeugen. Die
Übertragung erfolgt durch Plasma-Ätzung. Siehe A.E.
Novembre et al. "A Sub-0.5 µm Bilevel Lithographic
Process Using the Deep-UV Electron-Eeam Resist P(SI-
CMS)" (Lithografischer Sub-0,
5-µm-Zweifachschichtenprozeß unter Verwendung des
Tief-UV-Elektronenstrahlresists P(SI-CMS) ), Polymer Engineering and
Science, Band 29, Nr. 14, Seite 920 (1989).
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Bei der "oberflächennahen" Abbildung wird das
Dünn-Oberflächenabbild durch chemisches Vernetzen der
belichteten Bereiche entwickelt, und danach werden die
unvernetzten Bereiche durch Verwendung einer Substanz,
die selektiv in diesen Bereichen reagiert, gegenüber
der Plasmaübertragung beständig gemacht. Eine Form
dieses Prozesses verwendet Silylierung. Siehe G.N.
Taylor et al. "Silylated positive tone resists for EUV
lithography at 14 nm" (Silylierte Positiv-Resists für
EUV-Lithografie bei 14 nm), Microelectronic
Engineering, Band 23, Seite 279 (1994).
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Bei der Abbildung "auf der Oberfläche" werden
hitzebeständige Folien chemisch haftend an organischen
Resistoberflächen befestigt, um während der Übertragung
des Abbilds eine plasmabeständige Ätzmaske
bereitzustellen. Siehe G.N. Taylor et al. "Self-
assembly; its use in at-the-surface imaging schemes for
microstructure fabrication in resist films" (Selbst-
Zusammenstellung: Verwendung bei Abbildungsverfahren
auf der Oberfläche zur Herstellung von Mikrostrukturen
in Resistfolien), Microelectronic Engineering, Band 23,
Seite 259 (1994).
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IV. Zwischenbild -
Der Fortschritt hängt unweigerlich von einem
verbesserten Zwischenbild ab, d.h. einem Bild mit
besserer Kantenauflösung (oder besserem
Kantenkontrast). Dies kann vorteilhaft auf viele
verschiedene Weisen ausgenutzt werden. Es kann einen
größeren Spielraum bei der Auswahl des Resists ergeben,
eine erhöhte Belichtungszeit ermöglichen, usw.
Hinsichtlich des ursprünglich motivierenden Problems,
der Resistabsorption, wird für das entwickelte Abbild
eine wesentlich erhöhte Dicke ermöglicht. Hier
gestattet die verbesserte Kantendefinition eine erhöhte
Belichtung aufgrund der verringerten Verbreiterung der
Strukturelemente. Diese erhöhte Dicke erleichtert die
Übertragung des Abbilds in das darunterliegende
Maskierungsmaterial und/oder führt während der
nachfolgenden Verarbeitung zu einer stabileren
Maskierungsschicht. Dies wird als eine verbesserte
Steuerung der "CD" (Critical Dimension - kritischen
Abmessung) beschrieben.
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FIG. 3 beschreibt die Verbesserung des
Zwischenbilds hinsichtlich der Amplitude des
elektrischen Felds. FIG. 3 ist mit Koordinaten des E-
Felds und der Abbildungsebenenposition für einen
Maskenteil aufgetragen, der eine einzelne Kante eines
Strukturelements enthält. Es sind drei Kurven gezeigt.
Die Kurve 30 zeigt das elektrische Feld der von der
Maskenoberfläche reflektierten Strahlung. (Die Form der
Kurve 30 ist charakteristisch für eine normale Maske,
die aus nominal völlig absorbierenden und transparenten
Bereichen besteht). Das Feld nimmt von einem
Maximalwert auf dem unmaskierten Bereich (linker
Bereich) bis auf Null in dem Sperrbereich ab. Die Kurve
31 zeigt das Feld des Bruchteils der Strahlung, der
durch den leckenden Sperrbereich hindurch
zurückreflektiert wird. Die Kurve 32 zeigt das resultierende
zusammengesetzte Feld mit seiner Totalauslöschung an
der Strukturelementkantenposition 33.
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FIG. 4 zeigt den Effekt in
Intensitätseinheiten, d.h. das Quadrat des E-Felds. Die
Kurve 40 zeigt die Schwankung der Feldintensität in der
Umgebung einer Strukturelementkante für ein durch eine
normale Maske erzeugtes Zwischenbild, die monoton von
ihrem Maximalwert bis auf Null abnimmt. Die Kurve 41
zeigt die Intensitätsverteilung für eine leckende
Phasenmaske. Die Intensität fällt mit zunehmender
Geschwindigkeit ab und erreicht an der
Strukturelementkante 42 den Wert Null und ändert dann
ihre Richtung und steigt auf einen endlichen Wert an.
Dieser endliche Intensitätswert auf dem Plateau der
Kurve 43 ist der Wert des "Leckens" (oder der
Durchlässigkeit), der den Grad der Maskenabschwächung
definiert.
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FIG. 5 zeigt einen Teil des Abbilds mit einer
Breite von 0,5 µm. Für die 0,50 µm messenden Linien und
Zwischenräume des Abbilds zeigt dieser Teile eine
einzelne Strukturelementkante (in der Mitte des
Bereichs), die durch eine Halb-Linie (linker Teil) und
einen Halb-Zwischenraum (rechter Teil) begrenzt wird.
Die Ordinateneinheiten sind Abbildungsintensität.
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FIG. 5 zeigt das Zwischenbild für vier Werte
der Maskenabschwächung. Die Kurve 50 bezieht sich auf
eine normale Maske, die aus Sperrbereichen mit einer
nominalen Undurchlässigkeit von 100% besteht. Die
Kurven 51, 52 und 53 zeigen Phasenmasken mit
schwankender Durchlässigkeit - die Kurve 51 für 10%,
die Kurve 52 für 20% und die Kurve 53 für 30%. In
Abszisseneinheiten wird die Strukturelementkante als
bei 0,25 µm liegend betrachtet. Die Verbesserung der
Steilheit für jede der Kurven 51, 52 und 53 ist
offensichtlich. Während bei der erhöhten
Durchlässigkeit eine gewisse Verbesserung erzielt wird,
gibt es über die 10% Durchlässigkeit hinaus, die eine
Verbesserung von etwa 100 in den Einheiten der Figur
zeigt, nur wenig Änderung.
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Die Maske mit 10% Durchlässigkeit ist ein
Kompromiß zwischen Abbildungskontrast und
Interferenzstruktur. Die letztendliche Wahl wird von
den Resisteigenschaften, dem Schaltungsentwurf und der
Strahlungskohärenz abhängen. Im allgemeinen beträgt der
bevorzugte Durchlässigkeitsbereich 5% - 20%.
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Es werden Synchrotron- und Plasmaquellen für
die EUV-Lithografie untersucht. Das Synchrotron ist von
Natur aus fast zu 100% kohärent. Zur Verringerung der
Kohärenz auf den gewünschten Bereich wurden
Streuplatten verwendet. Die U.S.-Patentanmeldung
SN 08/059924 vom 10.5.1993 beschreibt geeignete
Synchrotron-Sammeloptiken. Die Plasmaquellenemission
wird im allgemeinen bei der Verwendung vergrößert und
ist praktisch inkohärent. Sammeloptiken mit
angemessenen Füllfaktoren zur Sicherstellung der
gewünschten Kohärenz werden in dem U.S.-Patent 5 339
346 vom 16.8.1994 beschrieben.