DE10259331B4 - Herstellungsverfahren für eine Photomaske für eine integrierte Schaltung und entsprechende Photomaske - Google Patents
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Abstract
Herstellungsverfahren
für eine
Photomaske für
eine integrierte Schaltung mit den Schritten:
Vorsehen eines Substrats (1; 1a, 1b) mit mindestens einem Graben (55);
selektives Vorstrukturieren der Oberfläche (60; 60') am Boden des Grabens (55); und
Durchführen einer Multilagen-Beschichtung (10, 70) über dem Substrat (1);
wobei durch das Vorstrukturieren die Multilagen-Beschichtung (10, 70) auf der Oberfläche des Substrats (1; 1a, 1b) außerhalb des Grabens (55) einen Reflexionsbereich (R) und im Graben einen Nicht-Reflexionsbereich (NR) bildet.
Vorsehen eines Substrats (1; 1a, 1b) mit mindestens einem Graben (55);
selektives Vorstrukturieren der Oberfläche (60; 60') am Boden des Grabens (55); und
Durchführen einer Multilagen-Beschichtung (10, 70) über dem Substrat (1);
wobei durch das Vorstrukturieren die Multilagen-Beschichtung (10, 70) auf der Oberfläche des Substrats (1; 1a, 1b) außerhalb des Grabens (55) einen Reflexionsbereich (R) und im Graben einen Nicht-Reflexionsbereich (NR) bildet.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine Photomaske für eine integrierte Schaltung und eine entsprechende Photomaske.
- In der Mikrolithographie für integrierte Schaltungen besteht das Problem, die Abbildung benachbarter Öffnungen im Photolack so zu gestalten, dass der Abstand der erzeugten Strukturen minimal wird. Jede Verkleinerung des Abstandes führt zu einer Verkleinerung der Chipfläche, wodurch die Kosten pro Chip reduziert werden können.
- Bislang wurden üblicherweise binäre Masken (BIM) oder Halbtonmasken HTPSM mit lithographisch günstigeren Eigenschaften verwendet, meist zur Projektionsbelichtung in einen mit Positivlack beschichteten Wafer.
- In absehbarer Zeit werden mit kürzeren Wellenlängen im Bereich von 1 bis 100 nm, insbesondere 10 – 15 nm, immer häufiger EUV-Reflexionsmasken zum Einsatz (EUV = extremer Ultraviolettbereich) kommen.
- Derartige EUV-Reflektionsmasken beruhen auf dem Prinzip der verteilten Bragg-Reflexion, gemäß dem an sich periodisch wiederholenden Grenzflächen (Multilagen) EUV-Licht reflektiert wird und dabei konstruktiv interferiert. Aufgrund der konstruktiven Interferenz mehrerer Multilagen (typischerweise 40 Doppelschichten Mo/Si) wird die Reflektivität bei nichtstreifendem Einfall auf über 70% erhöht.
- Um eine lithographische Abbildung zu erzeugen, muss die Reflektivität der Multilagen lokal an den Stellen, an denen keine Abbildung erfolgen soll, beseitigt bzw. reduziert werden.
- In einer verkleinernden Optik wird mit einer derartigen EUV-Reflexionsmaske das Maskenbild auf einen belackten Wafer projiziert.
- Aus der
U.S. 5,052,033 ist eine Reflektionsmaske zum Abbilden eines Musters auf einen Halbleiter-Wafer unter Verwendung von weichen Röntgenstrahlen bekannt. Eine reflektierende Oberfläche der Reflektionsmaske ist aus einer Multilage gebildet, wobei die verschiedenen Materialien zum Erzeugen der Multilage verschiedene Brechungsindizes aufweisen. Auf die reflektierende Oberfläche sind nicht reflektierende Bereiche aufgebracht, um das gewünschte Muster zu erzeugen. Alternativ kann ein Muster erzeugt werden, indem eine Multilagenstruktur auf ein nicht reflektierendes Substrat aufgebracht wird. -
3a , b zeigen beispielhaft ein Layout einer Photomaske in zwei aufeinanderfolgenden Herstellungsstadien. - In
3 bezeichnet Bezugszeichen1 ein Glassubstrat mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Dieses Glassubstrat1 wird mit den nachstehenden näher erläuterten Schichten zum Bilden der EUV-Reflexionsmaske beschichtet. - Die Schicht
5 bezeichnet eine optionelle Pufferschicht z.B. aus Silizium, welche zur Glättung eventueller Unebenheiten der Substratoberfläche des Glassubstrats1 dient. - Auf der Pufferschicht
5 wird dann die Multilagen-Beschichtung10 vorgesehen, welche zur Reflexion des einfallenden Lichtes dient. Beim betrachteten Beispiel handelt es sich um eine al ternierende Abfolge von Silizium- und Molybdänschichten mit einer Dicke der Größenordnung5 bis8 Nanometer entsprechend einer verwendeten Wellenlänge im Bereich von 10 bis 16 Nanometern. - Oberhalb der Multilagen-Beschichtung
10 wird eine Deckschicht15 von typischerweise 11 nm Dicke aus Silizium abgeschieden, welche gleichsam als chemische Schutzschicht dient. - Über der Deckschicht
15 wird dann eine obere Pufferschicht20 z.B. aus Siliziumoxyd abgeschieden, welche einen Schutz der darunterliegenden Schichten bei der Strukturierung der daraufliegenden Absorberschicht25 aus Chrom bieten soll. Diese Strukturierung geschieht beispielsweise mittels eines photolithgrapischen Ionenätzprozesses und führt zu dem in3a gezeigten Prozesszustand. - Mit Bezug auf
3b wird nach dem Strukturieren der Absorberschicht25 und nach gegebenenfalls daran durchzuführenden Reparaturen die obere Pufferschicht20 entfernt, um die Deckschicht15 freizulegen. Wie in2b gezeigt wird dann zur Abbildung EUV-Licht unter einem Winkel von typischerweise 5° zur Oberflächennormalen auf die obere Oberfläche dieser EUV-Maske eingestrahlt, welches auf den mit Chrom bedeckten Nicht-Reflexionsbereichen NR absorbiert (Lichtstrahl LB) und in den nicht von Chrom bedeckten Reflexionsbereichen R durch die Multilagen-Beschichtung10 reflektiert wird und dabei konstruktiv interferiert (Lichtstrahl LB'). - Aufgrund der erwähnten Mehrschichtanordnung dieser bekannten EUV-Reflexionsmaske, insbesondere der Anordnung der Absorberschicht
25 als oberste Schicht oberhalb der reflektierenden Multilagen ergibt sich eine Reihe technischer Probleme. - So müssen bei der Strukturierung und eventuellen Reparatur der Absorberschicht
25 die darunterliegenden Multilagen durch die obere Pufferschicht20 geschützt werden, da andernfalls die Periodizität der Grenzflächen der Multilagen-Beschichtung10 verloren gehen könnte. Durch die benötigte obere Pufferschicht20 wird der Abstand zwischen der Absorberschicht25 und der Multilagen-Beschichtung10 erhöht. Daraus ergeben sich die geometrischen Effekte bei der Abbildung, wie z.B. Abschattungseffekte und Linienversatz. - Da es erforderlich ist, neben der Absorberschicht
25 auch die darunter liegende Pufferschicht20 zu strukturieren, wird e benso eine Inspektion und Reparaturqualifizierung beider Schichten notwendig sein. Insgesamt ist das gesamte Maskensystem durch den relativ komplizierten Mehrlagenaufbau sehr anfällig gegenüber Defekten in den einzelnen Schichten. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Herstellungsverfahren für eine Photomaske für eine integrierte Schaltung und eine entsprechende verbesserte Photomaske zu schaffen, die eine einfachere Herstellbarkeit ermöglichen.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Herstellungsverfahren für eine Photomaske für eine integrierte Schaltung und durch die Photomaske nach Anspruch 11 gelöst.
- Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, nicht reflektierende Bereiche in Gräben auszubilden, die im Substrat liegen.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also das Substrat vorstrukturiert und anschließend mit den Multilagen beschichtet. Durch die Vorstrukturierung wird das Multilagenwachstum lokal selektiv unterdrückt bzw. stark geschädigt. Somit wird auf den vorstrukturierten Flächen die Reflektivität unterdrückt bzw. im Idealfall vollständig unterdrückt.
- Eine solche Vorstrukturierung kann z.B. durch starke Erhöhung der lokalen Rauigkeit erfolgen. Auf der aufgerauten Oberfläche können sich keine definierten Grenzflächen ausbilden, so dass der Effekt der konstruktiven Interferenz entfällt.
- Eine lokale Erhöhung der Rauhigkeit kann z.B. durch Ionenbeschuss (bei einem Glassubstrat) oder durch Erzeugung einer porösen Oberfläche mittels Ätzens (bei einem Siliziumsubstrat) erfolgen. Die topographische Trennung der vorstruktu rierten und unstrukturierten Flächen in Richtung senkrecht zur Flächennormalen gewährleistet einen scharfen Übergang der reflektierenden und nicht-reflektierenden Bereiche.
- Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Wegfall der Absorberschicht und auch der oberen Pufferschicht. Die obere Deckschicht ist optional, aber zweckmäßig, da durch sie eine Oxidation der Multilagen-Beschichtung vermieden werden kann. Da die Multilagendeposition nach der Strukturierung erfolgt, kann bereits vorher eine Defektinspektion, Reparatur und Reparaturqualifizierung der eigentlichen Strukturen erfolgen. Die Multilagen werden somit nach der Deposition keinem weiteren Prozessschritt mehr ausgesetzt oder nur der Abscheidung einer oberen Schutzschicht.
- In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Erfindungsgegenstandes.
- Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung wird eine Mehrzahl von Gräben vorgesehen.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden der oder die Gräben durch einen photolithographischen Ätzprozess unter Verwendung einer Maske, z.B. aus Photolack, vorgesehen, wobei die Maske beim Vorstrukturieren die Oberfläche des Substrats außerhalb des oder der Gräben schützt und vor dem Abscheiden einer Multilagen-Beschichtung entfernt wird. Dies hat den Vorteil der Doppelverwendung der Maske, also zum Grabenätzen und zum Schutz beim Vorstrukturieren.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Multilagen-Beschichtung eine alternierende Abfolge von Abscheidungen von Silizium- und Molybdänschichten auf.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird beim Vorstrukturieren eine aufgeraute Oberfläche des Bodens des Grabens durch einen Ätzprozess geschaffen.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird beim Vorstrukturieren eine aufgeraute Oberfläche des Bodens des Grabens durch einen Bestrahlungsprozess, vorzugsweise einen Ionenstrahl-Bestrahlungsprozess, geschaffen.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird nach dem Vorsehen der Multilagen-Beschichtung eine teiltransparente Deckschicht über dem Substrat abgeschieden.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Substrat ein Glassubstrat oder ein Siliziumsubstrat. Insbesondere eignen sich die „low thermal expansion materials" ULE (Corning) und ZERODUR (Schott).
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird beim Vorstrukturieren zum Vorsehen einer aufgerauten Oberfläche am Boden des Grabens eine raue Schicht in dem Graben abgeschieden.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Substrat einen unteren Teil aus Glas und einen oberen Teil aus Silizium auf, wobei beim Vorsehen des Grabens eine Restdicke d des oberen Teils im Graben stehengelassen wird und beim Vorstrukturieren eine aufgeraute Oberfläche des Boden des Grabens durch einen Ätzprozess geschaffen wird.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1a –d aufeinanderfolgende Herstellungsschritte für eine erfindungsgemäße Photomaske als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
2a , b aufeinanderfolgende Herstellungsschritte für eine erfindungsgemäße Photomaske als zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
3a , b das Layout einer bekannten Photomaske. - In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.
-
1a –d zeigen aufeinanderfolgende Herstellungsschritte für eine erfindungsgemäße Photomaske als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Gemäß
1a wird ein Glassubstrat1 bereitgestellt, auf das eine Fotolackmaske50 aufgebracht ist. Mittels der Fotolackmaske50 werden Gräben55 in das Glassubstrat1 geätzt, welche die späteren nicht-reflektierenden Bereiche definieren. - Gemäß
1b erfolgt dann ein Ionenbeschuss I des Glassubstrats1 unter Verwendung der Fotolackmaske50 zur Ausbildung poröser Bereiche60 an den Böden der Gräben55 . - Wie in
1c gezeigt, wird anschließend die Fotolackmaske55 entfernt. - Im darauf folgenden Prozessschritt der in
1d illustriert ist, erfolgt dann eine Abscheidung der Multilagen-Beschichtung10 , und zwar im vorliegenden Beispiel durch abwechselndes Sputtern von Silizium- und Molybdänschichten mit einer Dicke von 6,9 nm entsprechend einer Lichtwellenlänge von 13,4 nm. - Abschließend wird optionell noch eine Deckschicht
15 z.B. aus Silizium von 11 nm Dicke abgeschieden. - Durch diese Vorgangsweise bilden sich auf den freiliegenden Oberflächen des Glassubstrats
1 reflektierende Bereiche R (Lichtstrahl LB'), da dort die Multilagen-Beschichtung in gewünschter Weise durchgeführt werden kann, d.h. die Schichten planparallel und getrennt erzeugt werden können. Hingegen können sich in den Gräben55 mit den porösen Grabenböden keine definierten Grenzflächen ausbilden, so dass dort der Effekt der konstruktiven Interferenzen nicht auftreten kann und absorbierende Bereiche70 (Lichtstrahl LB) der Mehrlagen-Beschichtung vorliegen. - Obwohl bei den vorherigen Ausführungsformen die lokale Vorstrukturierung des Substrats mittels eines Ionenbeschusses vorgenommen wurde ist dies nicht darauf beschränkt. So können beispielsweise abhängig vom Typ des Substrats Ätzprozesse oder Abscheideprozesse angewendet werden, um eine derartige Vorstrukturierung durchzuführen.
-
2a , b zeigen aufeinanderfolgende Herstellungsschritte für eine erfindungsgemäße Photomaske als zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Bei der zweiten Ausführungsform wird ein Doppelsubstrat
1a ,1b verwendet, dessen unterer Teil1a aus Glas und dessen oberer Teil1b aus Silizium besteht. - Beim Grabenätzen wird der obere Teil
1b aus Silizium nicht vollständig durchgeätzt, sondern eine Restdicke d in den Gräben55 stehengelassen. - Dieser Restdickenbereich vom oberem Teil
1b aus Silizium wird dann in einem anodischen Ätzprozess porös gemacht und somit zum vorstrukturierten Oberflächenbereich60' , auf dem das spätere Multilagenwachstum gestört ist. Ggfs. kann zuvor Seitenwandpassivierungsschicht abgeschieden werden. - Die verbleibenden Prozessschritte verlaufen danach so, wie bei der obigen ersten Ausführungsform beschrieben.
- Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
- Insbesondere die genannten Materialien sind nur beispielhaft und nicht einschränkend.
Claims (14)
- Herstellungsverfahren für eine Photomaske für eine integrierte Schaltung mit den Schritten: Vorsehen eines Substrats (
1 ;1a ,1b ) mit mindestens einem Graben (55 ); selektives Vorstrukturieren der Oberfläche (60 ;60' ) am Boden des Grabens (55 ); und Durchführen einer Multilagen-Beschichtung (10 ,70 ) über dem Substrat (1 ); wobei durch das Vorstrukturieren die Multilagen-Beschichtung (10 ,70 ) auf der Oberfläche des Substrats (1 ;1a ,1b ) außerhalb des Grabens (55 ) einen Reflexionsbereich (R) und im Graben einen Nicht-Reflexionsbereich (NR) bildet. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Gräben (
55 ) vorgesehen wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Gräben (
55 ) durch einen photolithographischen Ätzprozess unter Verwendung einer Maske (50 ) vorgesehen werden, die Maske (50 ) beim Vorstrukturieren des Bodens des Grabens (55 ) die Oberfläche des Substrats (1 ;1a ,1b ) außerhalb des oder der Gräben (55 ) schützt und vor dem Abscheiden einer Multilagen-Beschichtung (10 ,70 ) entfernt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multilagen-Beschichtung (
10 ,70 ) eine alternierende Abfolge von Abscheidungen von Silizium- und Molybdänschichten aufweist. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorstrukturieren eine aufgeraute Oberfläche (
60 ) des Boden des Grabens (55 ) durch einen Ätzprozess geschaffen wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorstrukturieren eine aufgeraute Oberfläche (
60 ) des Boden des Grabens (55 ) durch einen Bestrahlungsprozess, vorzugsweise einen Ionenstrahl-Bestrahlungsprozess, geschaffen wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Vorsehen der Multilagen-Beschichtung (
10 ,70 ) eine teiltransparente Deckschicht (15 ) über dem Substrat (1 ;1a ,1b ) abgeschieden wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (
1 ;1a ,1b ) ein Glassubstrat, insbesondere aus einem Material, wie z.B. ULE (Corning) oder ZERODUR (Schott), mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten, oder ein Siliziumsubstrat ist. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorstrukturieren zum Vorsehen einer aufgerauten Oberfläche (
60 ) am Boden des Grabens (55 ) eine raue Schicht in dem Graben (55 ) abgeschieden wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (
1 ;1a ,1b ) einen unteren Teil (1a ) aus Glas und einen oberen Teil (1b ) aus Silizium aufweist, beim Vorsehen des Grabens (55 ) eine Restdicke d des oberen Teils (1b ) im Graben stehengelassen wird und beim Vorstrukturieren eine aufgeraute Oberfläche (60' ) des Boden des Grabens (55 ) durch einen Ätzprozess geschaffen wird. - Photomaske für eine integrierte Schaltung mit: einem Substrat (
1 ;1a ,1b ) mit mindestens einem Graben (55 ); und einer Multilagen-Beschichtung (10 ,70 ), die auf der Oberfläche des Substrats (1 ;1a ,1b ) außerhalb des Grabens (55 ) einen Reflexionsbereich (R) und im Graben (55 ) einen Nicht-Reflexionsbereich (NR) bildet. - Photomaske nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine teiltransparente Deckschicht (
15 ) oberhalb der Multilagen-Beschichtung (10 ,70 ) vorgesehen ist. - Photomaske nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Multilagen-Beschichtung (
10 ,70 ) eine alternierende Abfolge von Silizium- und Molybdänschichten aufweist. - Photomaske nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Multilagen-Beschichtung (
10 ,70 ) Periodenlängen im Bereich von 5 bis 8 nm aufweist.
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