DE102004031079A1 - Reflexionsmaske, Verwendung der Reflexionsmaske und Verfahren zur Herstellung der Reflexionsmaske - Google Patents

Reflexionsmaske, Verwendung der Reflexionsmaske und Verfahren zur Herstellung der Reflexionsmaske Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reflexionsmaske mit einer Struktur (20) zur lithographischen Übertragung eines Layouts auf ein Zielsubstrat, insbesondere zur Verwendung in der EUV-Lithographie, und mit einer reflektierenden Multilagenstruktur (11), gekennzeichnet durch mindestens eine Flarereduktionsschicht (13', 17), die mindestens teilweise auf einem Hellfeld der Multilagenstruktur (11) angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung der Reflexionsmaske und ein Verfahren zu deren Herstellung. Damit wird eine Reflexionsmaske geschaffen, mit der Flare-Effekte unterdrückt werden und gleichzeitig eine möglichst dünne Maske geschaffen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Reflexionsmaske nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Verwendung der Reflexionsmaske gemäß Anspruch 10 und ein Verfahren zur Herstellung der Reflexionsmaske nach Anspruch 11.
  • Bei der lithographischen Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z.B. DRAM-Speicherchips, werden Masken eingesetzt, deren Struktur über einen lichtempfindlichen Lack (Resist) auf ein Zielsubstrat, z.B. einen Wafer übertragen wird.
  • Da die zu übertragenden Strukturen immer kleiner werden, ist es notwendig, mit immer kürzeren Belichtungswellenlängen zu arbeiten, wie z.B. 157 nm oder 13,5 nm (Extreme Ultraviolett, EUV). Damit ändern sich auch die Anforderungen an die entsprechenden Lithographiemasken. Bei Belichtungswellenlängen im EUV-Bereich werden Reflexionsmasken, statt Transmissionsmasken verwendet.
  • Bei den immer kürzer werdenden Belichtungswellenlängen führt diffuses Hintergrundstreulicht (Flare) zu einer unerwünschten Kontrastreduktion bei der Verwendung von Reflexionsmasken. Die Kontrastreduktion führt einer Verkleinerung des Prozessfensters.
  • Die Streulichtintensität ist dabei umgekehrt proportional zum Quadrat der Belichtungswellenlänge, d.h. mit kleiner werdenden Belichtungswellenlängen steigt das Streulicht sehr stark an.
  • So ist bei gleicher Oberflächenrauhheit der als optischen Elementen verwendeten Linsen bzw. Spiegel der Effekt für die EUV-Technologie mit 13,5 nm mehr als hundertmal stärker als bei 157 nm.
  • Die atomare Rauheit der optischen Flächen stellt ein theoretisches Minimum dar, nachdem bei der EUV-Technologie ein minimales Flare-Niveau von 8% zu erwarten ist.
  • Da die EUV-Technologie Reflexionsmasken und keine Transmissionsmasken verwendet, ist eine Verwendung von Rückseiten-Antireflexschichten (ARC) zur Reduktion des Flare-Einflusses nicht möglich.
  • Der Einfluss auf das Prozessfenster kann u. U. durch eine lokale Anpassung der kritischen Strukturabmessungen (critical dimension, local biasing) reduziert werden, wodurch jedoch Variationen des Flare über das gesamte Bildfeld nicht korrigiert werden. Auch ist eine Korrektur der lokalen Flare-Variationen durch unterschiedliche Hellfeldanteile der Maske nur mit hohem datentechnischen Aufwand möglich. Ein Beispiel für die Kompensation der durch Flare erzeugten Änderungen der CD ist in der WO 02/27403 A1 beschrieben.
  • Ferner können zeitabhängige Einflüsse, wie z.B. eine Veränderung der Abbildungsoptiken während des Betriebs mit diesem Verfahren nicht berücksichtigt werden.
  • Es besteht generell die Schwierigkeit, dass Transmissionsmaskenkonzepte sich nicht ohne weiteres auf Reflexionsmasken übertragen lassen, da insbesondere der schräge Lichteinfall bei Reflexionsmasken zu Abschattungseffekten führt. Alle Strukturen auf einer Reflexionsmasken müssen daher möglichst flach ausgebildet sein.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reflexionsmaske und eine Verwendung der Reflexionsmaske zu schaffen, mit der Flare-Effekte unterdrückt werden und gleichzeitig eine möglichst dünne Maske geschaffen wird.
  • Die Aufgabe wird durch eine Reflexionsmaske mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch mindestens eine Flarereduktionsschicht, die mindestens teilweise auf einem Hellfeld der Multilagenstruktur angeordnet ist, wird die Wirkung des Streulichtes unterdrückt, ohne dass zusätzliche Schichten auf die Maske aufgebracht werden müssen.
  • Dabei ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Flarereduktionsschicht mit einem vorgegebenen Abstand um die Struktur angeordnet ist.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens eine Flarereduktionsschicht Teil einer Pufferschicht ist, die ohnehin für den Fall von Reparaturen der Absorberschicht aufgebracht werden muss.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Flarereduktionsschicht als Schicht auf oder unter einer Deckschicht oder einer Ätzstoppschicht angeordnet ist.
  • Mindestens eine Flarereduktionsschicht besteht vorteilhafterweise aus SiO2. Mit Vorteil weist mindestens eine Flarereduktionsschicht eine Schichtdicke zwischen 10 und 30, insbesondere 20 nm auf.
  • Eine Absorberschicht besteht vorteilhafterwiese aus TaN oder Chrom, eine Pufferschicht aus SiO2 oder Chrom.
  • Besonders vorteilhaft ist eine Kombination einer Pufferschicht aus SiO2 und einer Absorberschicht aus Chrom.
  • Die Aufgabe wird auch durch die Verwendung einer Reflexionsmaske nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 in der Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere der DRAM-Herstellung, gelöst.
  • Des Weiteren wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Dabei werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
    • a) Auf einem Substrat wird eine reflektierende Multilagenstruktur angeordnet,
    • b) auf der Multilagenstruktur wird eine Deckschicht angeordnet,
    • c) auf der Deckschicht wird eine Pufferschicht angeordnet und
    • d) oberhalb der Pufferschicht wird eine Absorberschicht angeordnet,
    • e) wobei nach einer Strukturierung der Pufferschicht in Hellfeldbereichen oberhalb der Multilagenstruktur mindestens ein Teil der Pufferschicht und/oder eine gesonderten Flarereduktionsschicht zur Unterdrückung des Flares angeordnet wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 schematische Schnittansicht einer EUV-Reflexionsmaske nach dem Stand der Technik;
  • 2 schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reflexionsmaske;
  • 3A–D schematische Schnittansichten einzelner Herstellungsschritte zur Herstellung einer Reflexionsmaske gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 4 schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reflexionsmaske;
  • 5 schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reflexionsmaske;
  • 6 schematische Draufsicht auf ein strukturiertes Gebiet mit einer Flarereduktionsschicht;
  • 7 Simulationsergebnisse zur Flarereduktion an einer Struktur mit drei dunklen Linien.
    •
  • 1 zeigt den typischen Aufbau einer an sich bekannten Reflexionsmaske in einer Schnittansicht. Diese Reflexionsmaske und alle weiteren hier beschriebenen Masken sollen in der EUV-Lithographie (13,5 nm) eingesetzt werden, wobei die Reflexionsmasken grundsätzlich auch bei anderen Wellenlängen eingesetzt werden können.
  • Auf einem Substrat 10 aus einem Low-Thermal-Expansion Material (z. B. hochdotiertes Quarzglas oder Glaskeramik) ist eine Multilagenstruktur 11 (Multilayerstruktur) angeordnet. Die Multilagenstruktur 11 weist eine Vielzahl (z.B. 40 Doppelschichten) von Einzelschichten auf. Die Multilagenstruktur 11 ist in bekannter Weise aus Molybdän und Silizium aufgebaut.
  • Über der reflektierenden Multilagenstruktur 11 ist eine Deckschicht 12 (Cappinglayer) aus Silizium als Schutzschicht angeordnet.
  • Auf der Deckschicht 12 sind Strukturen 20 angeordnet, die der Strukturerzeugung dienen, wenn die Reflexionsmaske unter schrägem Lichteinfall (z.B. 5 bis 6° gegenüber des Lotes auf die Oberfläche) bestrahlt wird.
  • Die Strukturen 20 weisen unten eine Pufferschicht 13 (Bufferlayer) und darüber eine Absorberschicht 14 zur Absorption der Belichtungsstrahlung auf. Die Absorberschicht 14 dient der Erzeugung einer Struktur auf einem hier nicht dargestellten Zielsubstrat. Das von der Reflexionsmaske reflektierte Licht weist ein Hell-Dunkelmuster auf, wobei Hellfelder durch die Multilagenstruktur 11, Dunkelfelder durch die Absorptionsschicht 14 erzeugt werden.
  • Als Material für die Absorberschicht 14 wird hier TaN verwendet. Als Pufferschicht 13 wird hier eine Chromschicht verwendet.
  • Alternativ wird eine SiO2 Schicht als Pufferschicht 13 in Verbindung mit einer Absorberschicht 14 aus Chrom verwendet.
  • Eine Reflexionsmaske gemäß 1 wird in an sich bekannter Weise durch lithographische Verfahren hergestellt, indem Schichten auf das Substrat 10 aufgebracht werden und anschließend z.B. durch Ätzung strukturiert werden. So werden z.B. die Pufferschicht 13 und die Absorberschicht 14 so geätzt, dass die Strukturen 20 stehen bleiben. Somit entstehen relativ große Hellfelder auf der Multilagenschicht 11, die wegen des Flare-Effektes problematisch sind.
  • In 2 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reflexionsmaske dargestellt. Der Schichtenaufbau und die Materialien entsprechen im Wesentlichen dem der 1, so dass auf die entsprechende Beschreibung Bezug genommen wird.
  • Zur Verhinderung von Flare-Effekten wird hier die ca. 20 nm dicke SiO2 Pufferschicht 13 nur mit einem relativ engen Abstand um die Strukturen 20 geätzt. Die Pufferschicht 13 mit mittlerer bis geringer EUV-Absorption bleibt somit als funktionelle Schicht, nämlich als Flarereduktionsschicht 13' bestehen, indem sie Bereiche des Hellfeldes um die Strukturen 20 abdeckt und somit den Flare-Effekt reduziert. Eine quantitative Darstellung der Reduktion mit einer solchen Konfiguration wird im Zusammenhang mit 7 beschrieben.
  • Die Dicke der Pufferschicht 13, und damit der Flarereduktionsschicht 13', wird bezüglich der optischen Eigenschaften so optimiert, dass die Teiltransmission der Schicht (bezogen auf das von der Multilagenstruktur 11 reflektierte EUV-Licht) ausreichend ist, um einen Fotolack auf dem Zielsubstrat zu belichten; die Pufferschicht 13 und die Flarereduktionsschicht müssen somit teilweise transparent sein. Gleichzeitig muss die Schichtdicke der Pufferschicht 13 und der Flarereduktionsschicht so groß sein, dass unerwünschtes Streulicht unterdrückt wird. Die Schichtdicke ist dabei so zu wählen, dass das Prozessfenster durch die zusätzliche Absorption in der Pufferschicht 13 in den großen unstrukturierten Hellfeldbereichen nicht eingeschränkt wird.
  • In diesem Fall ist eine Kontrastverstärkung auf Grund der Reduktion des Streulichts zu erwarten. Außerdem wird die Gleichmäßigkeit der CD über das Bildfeld besser gewahrt, da Variationen des Flare über das Bildfeld einen geringeren Einfluss haben.
  • In 3A bis 3D wird dargestellt, welche Verfahrensschritte zur Herstellung einer Reflexionsmaske gemäß 2 ausgeführt werden.
  • Ausgangspunkt (3A) ist eine Reflexionsmaske, die einen unstrukturierten Schichtenstapel aus Substrat 10, Multilagenstruktur 11, Deckschicht 12 und Pufferschicht 13 aufweist. Über der Pufferschicht 13 ist eine Absorberschicht 14 angeordnet, die bereits strukturiert ist. Die Pufferschicht 13 dient dem Schutz der Multilagenstruktur 11 bei einer möglicherweise notwendigen Reparatur (z.B. mittels Ionenstrahlen) der Absorberschicht 14.
  • In einem ersten Verfahrensschritt (3B) wird eine Resistschicht 15 aufgebracht, wobei die Resistschicht in einem relativ engen Bereich um die Strukturen 20 wieder lithographisch entfernt wird.
  • Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt (3C) die Pufferschicht 13 im Bereich um die Strukturen 20 geätzt. Die Hellfelder außerhalb des Ätzbereichs werden durch die Resistschicht 15 geschützt.
  • Schließlich wird in einem dritten Verfahrensschritt (3D) die Resistschicht 15 entfernt und die Struktur gemäß 2 erhalten.
  • In 4 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reflexionsmaske dargestellt. Diese stellt eine Abwandlung der ersten Ausführungsform (2) dar, so dass auf die entsprechende Beschreibung der Reflexionsmaske und deren Herstellung (3) Bezug genommen werden kann.
  • Zusätzlich ist bei der zweiten Ausführungsform eine weitere Flarereduktionsschicht 17 unterhalb der Pufferschicht 13 und oberhalb der Deckschicht 12 aufgebracht. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann sinnvoll, wenn eine Reparatur (z.B. Ionenstrahlung) der Absorberschicht eine Mindestdicke der Pufferschicht 13 erfordert, die eine zu große Absorption bedeuten würde.
  • In 5 wird eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reflexionsmaske dargestellt, die eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform ist (4). Über der Deckschicht 12 ist eine Ätzstoppschicht 16 angeordnet, auf der dann eine gesonderte Flarereduktionsschicht 17 angeordnet ist.
  • Grundsätzlich kann die Ätzstoppschicht 16 auch über der gesonderten Flarereduktionsschicht 17 liegen.
  • In 6 ist in schematischer Weise eine Draufsicht auf einen Teil einer Reflexionsmaske dargestellt: Dabei sind strukturierte Bereiche 21, 22, 23, 24 von einer Flarereduktionsschicht 13' umgeben. Die Flarereduktionsschicht 13' ist hier im Sinne der ersten Ausführungsform als Teil der Pufferschicht 13 ausgebildet.
  • In 7 ist in Form eines Simulationsbeispiels die Wirkung der erfindungsgemäßen Flarereduktion dargestellt. Simuliert wurden drei lineare Strukturen 20 (wie in 2 dargestellt).
  • Die Mittellinien der Strukturen 20 liegen ca. 0,07 μm auseinander.
  • Die Strukturen 20 rufen drei Intensitätsminima hervor, da die Absorberstrukturen Dunkelfelder erzeugen.
  • Ohne besondere Maßnahmen zur Flarereduktion wird ein Intensitätsniveau von 0,7 (gemessen in einer beliebigen Einheit) erreicht.
  • Als Flarereduktionsschicht 13' wird hier eine 20 nm dicke Schicht aus SiO2 verwendet, die die drei Strukturen 20 seitlich umgibt (siehe z.B. 2) Der unmittelbare Bereich um die Strukturen 20 ist gemäß 2 nicht von der Flarereduktionsschicht 13 bedeckt.
  • Der Effekt der Flarereduktionsschicht 13' zeigt sich daran, dass die Intensität der reflektierten Strahlung, einschließlich des Flares in den entsprechenden Bereichen um die Strukturen 20 herum (x zwischen –0,15 und –0,2 μm und 0,15 und 2 μm) von ca. 0,7 auf 0,52 gesenkt wird. Die geringere Intensität ist die, die auch im Bereich der Mitte der Strukturen 20 vorliegt. Dies bedeutet, dass die reflektierte Intensität im Bereich der Hellfelder (x zwischen –0,15 und –0,2, bzw. 0,15 und 0,2) noch größer oder gleich ist, als die maximale Intensität in den strukturierten Bereichen. Dies hat zur Folge, dass im Abbildungsprozess die volle Intensitätsamplitude der strukturierten Bereiche ausgenutzt werden kann.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von der erfindungsgemäßen Reflexionsmaske und dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.
    • 10
    Substrat
    11
    Multilagenstruktur
    12
    Deckschicht
    13
    Pufferschicht
    13'
    Flarereduktionsschicht
    14
    Absorberschicht
    15
    Resistschicht
    16
    Ätzstoppschicht
    17
    zusätzliche Flarereduktionsschicht
    20
    Struktur
    21, 22, 23, 24
    strukturierte Bereiche

Claims (11)

  1. Reflexionsmaske mit einer Struktur zur lithographischen Übertragung eines Layouts auf ein Zielsubstrat, insbesondere zur Verwendung in der EUV-Lithographie, und mit einer reflektierenden Multilagenstruktur, gekennzeichnet durch mindestens eine Flarereduktionsschicht (13', 17), die mindestens teilweise auf einem Hellfeld der Multilagenstruktur (11) angeordnet ist.
  2. Reflexionsmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Flarereduktionsschicht (13', 17) mit einem vorgegebenen Abstand um die Struktur (20) angeordnet ist.
  3. Reflexionsmaske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Flarereduktionsschicht (13') Teil einer Pufferschicht (13) ist.
  4. Reflexionsmaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Flarereduktionsschicht (17) als Schicht auf oder unter einer Deckschicht (12) oder einer Ätzstoppschicht (16) angeordnet ist.
  5. Reflexionsmaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Flarereduktionsschicht (13', 17) aus SiO2 besteht.
  6. Reflexionsmaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Flarereduktionsschicht (13', 17) eine Schichtdicke zwischen 10 und 30, insbesondere 20 nm aufweist.
  7. Reflexionsmaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Absorberschicht (14) aus TaN oder Chrom.
  8. Reflexionsmaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Pufferschicht (13) aus SiO2 oder Chrom.
  9. Reflexionsmaske nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet ddurch eine Pufferschicht (13) aus SiO2 und einer Absorberschicht (14) aus Chrom.
  10. Verwendung einer Reflexionsmaske nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 in der Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere der DRAM-Herstellung.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Reflexionsmaske nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass a) auf einem Substrat (10) eine reflektierende Multilagenstruktur (11) angeordnet wird, b) auf der Multilagenstruktur (11) eine Deckschicht (12) angeordnet wird, c) auf der Deckschicht (12) eine Pufferschicht (13) angeordnet wird und d) oberhalb der Pufferschicht (13) eine Absorberschicht (14) angeordnet wird, e) wobei nach einer Strukturierung der Pufferschicht (13) in Hellfeldbereichen oberhalb der Multilagenstruktur (11) mindestens ein Teil der Pufferschicht (13') und/oder eine gesonderte Flarereduktionsschicht (17) zur Unterdrückung des Flares angeordnet wird.
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