-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden einer Öffnung in
einer Licht absorbierenden Schicht auf einer Maske zur Projektion
eines Strukturmusters auf ein Substrat.
-
Masken
werden bei der Halbleiterherstellung zur Projektion eines auf ihnen
ausgebildeten Strukturmusters auf ein Substrat, beispielsweise einen Halbleiterwafer
verwendet. Das auf dem Substrat in einer photoempfindlichen Schicht
abgebildete Strukturmuster wird in einer Anzahl von Nachfolgeprozessen
zur Bildung einer jeweils gewünschten
Ebene einer integrierten Schaltung in unterliegende Schichten auf
dem Substrat übertragen.
Die von der Maske zu projizierenden Strukturmuster umfassen jeweils Öffnungen,
die innerhalb einer intransparenten, Licht absorbierenden Schicht
gebildet sind.
-
Handelt
es sich um sogenannte Transmissionsmasken, so ist die Licht absorbierende
Schicht beispielsweise als Chromschicht auf einem transparenten
Substrat, beispielsweise Quarz angeordnet. Zur Projektion des Strukturmusters
auf das Substrat wird die Maske durchstrahlt.
-
Handelt
es sich um eine Reflektionsmaske, so ist die Licht absorbierende
Schicht mit den darin gebildeten Öffnungen auf einem dünnen, reflektierenden
Schichtstapel alternierender Schichten beispielsweise aus Silizium
und Molybdän
angeordnet. Dieser Schichtstapel ist beispielsweise auf einem Siliziumträger aufstrukturiert.
Als Substrat wird hier der Siliziumträger einschließlich des
reflektierenden Schichtstapels verstanden.
-
Analog
zu dem Bestreben integrierte Schaltungen mit immer höhereren
Packungsdichten herzustellen, ist es eine Herausfor derung bei der
Entwicklung neuer Maskentechnologien, gleichfalls zunehmend kleinere
Strukturen, d.h. Öffnungen
in den Licht absorbierenden Schichten auf einer Maske herstellen
zu können.
Dazu wurden bisher der jeweils aktuellen Technologie folgend sukzessive
Schreiber mit noch höherer
Auflösung
eingesetzt. Alternativ wurden Ätzprozesse
entwickelt, bei welchen der Ätzvorhalt
(englisch: etch bias) möglichst
gering ausfallen kann.
-
Öffnungen
innerhalb einer Licht absorbierenden Schicht auf einer Maske werden ähnlich wie
bei der Strukturierung eines Halbleiterwafers durch Belichtung eines
photoempfindlichen Lackes, dem Resist, mit anschließender Entwicklung
und Übertragung
der entwickelten, d.h. herausgelösten
Strukturen in die unterliegende, Licht absorbierende Schicht hergestellt.
Die Belichtung erfolgt mittels eines Licht- bzw. Teilchenstrahls,
welcher beispielsweise von Lasern, Elektronenstrahl- oder Ionenstrahl-Projektionsquellen
erzeugt werden.
-
Typischerweise
wird die Oberfläche
der mit dem Resist beschichteten Maske durch den Strahl an den gewünschten
Positionen abgerastert. Höhere Auflösungen lassen
sich im Falle von Lichtstrahlen durch die Verwendung kleinerer Wellenlängen und
im Falle von Teilchenstrahlen durch immer höhere Beschleunigungsenergien
erreichen.
-
Da
die in dem Resist auf der Maske nach dem Entwickeln entstandenen Öffnungen
auch in einem anisotropen Ätzschritt
zum Öffnen
der darunterliegenden Licht absorbierenden Schicht nicht maßhaltig übertragen
werden können,
verbreitern sich die Durchmesser der in der unterliegenden Schicht
herausgeätzten
Löcher
gegenüber
dem Durchmesser der durch den Ionen- oder Lichtstrahl erzeugten Öffnungen
in dem Resist. Ein Ätzvorhalt
kann durch einen hohen Grad an Anisotropie in dem Ätzprozeß sowie
durch eine an die Schichtdicke der unterliegenden Schicht angepaßte Wahl
der jeweils einstellbaren Ätzparameter,
etwa Ätzzeit
oder -dosis, optimiert werden.
-
Derzeit
sind die minimal auf einer Maske erzielbaren Strukturbreiten, d.h.
die Auflösung,
aufgrund der Teilchen- oder Laserstrahltechnik unter Berücksichtigung
der verkleinernden Projektion auf einen Wafer (beispielsweise Faktor
4 oder 5) geringer als die mittels der Projektion auf dem Wafer
auflösbaren
Strukturbreiten. Allerdings schreitet durch verbesserte Projektionstechniken
die Verringerung der Auflösung
auf dem Wafer schneller voran als etwa bei der Maskenherstellung.
Es ist daher damit zu rechnen, daß in absehbarer Zeit die auf
einer Maske erzielbare Auflösung
ursächlich
für die
minimalen Breiten von Strukturen in den dann herzustellenden integrierten
Schaltungen sein wird.
-
Da
jedoch gerade im Bereich der Maskenentwicklung der Investitionsaufwand
für die
zumeist nur mittelgroßen
Masken herstellenden Unternehmen sehr groß ist, liegt hier das besondere
Bedürfnis vor,
besonders kostengünstige
Verfahren zu finden, mit denen zumindest übergangsweise oder bei Vorliegen
spezieller Strukturlayouts höhere
Auflösungen auf
der Maske erzielt werden können.
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches besonders
kostengünstiges
Verfahren bereitzustellen.
-
Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zum Bilden einer Öffnung in einer Licht absorbierenden
Schicht auf einer Maske, umfassend die Schritte: Bereitstellen der
Maske umfassend ein Substrat, auf welchem die Licht absorbierende
Schicht angeordnet ist, Aufbringen eines ersten Resists auf der
Licht absorbierenden Schicht, Aufbringen eines zweiten Resists oberhalb
des ersten Resists, erstes Belichten des zweiten Resists durch Bestrahlen
der Maske in einem ersten Ausschnitt, erstes Entwickeln des zweiten
Resists zur Bildung einer ersten Öffnung in dem entwickelten
zweiten Resist, so daß der
erste Resist auf einer Fläche
innerhalb der Öffnung
freigelegt wird, zweites Belichten des ersten Resists durch Be strahlen
der Maske in einem zweiten Ausschnitt, welcher gegenüber der
ersten Öffnung
seitlich versetzt ist, so daß ein
nicht vollständiger
Anteil der Fläche des
freigelegten ersten Resists innerhalb der Öffnung belichtet wird, zweites
Entwickeln des ersten Resists zur Bildung einer zweiten Öffnung in
dem entwickelten ersten Resist unterhalb der ersten Öffnung,
Herauslösen
der Licht absorbierenden Schicht zur Bildung der Öffnung in
der Licht absorbierenden Schicht, Entfernen des entwickelten ersten
und des zweiten Resists.
-
Es
ist dabei auch alternativ vorgesehen, erst beide Belichtung vorzunehmen,
und dann in einem einzigen oder zwei sukzessiven Entwicklungsschritten
das Polymer herauszulösen.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden der erste und der zweit Resist mittelbar oder unmittelbar übereinander
angeordnet und jeweils einem Belichtungsschritt unterzogen. Der
Durchmesser einer mittels eines Ätzprozesses
in die Licht absorbierenden Schicht übertragenen Öffnung kann
gegenüber den
Durchmessern der jeweils für
die Belichtung eingesetzten Strahlen verringert werden, indem beide Strahlen
in ihrer Position gegeneinander seitlich versetzt auf die Oberfläche der
Maske gebracht werden.
-
Beispielsweise
besitzt der obere, zweite Resist eine Photoempfindlichkeit nur gegenüber dem bei
dem ersten Belichtungsschritt eingestrahlten Licht, und der erste
Resist eine Photoempfindlichkeit nur gegenüber dem bei dem zweiten Belichtungsschritt
eingestrahlten Licht. Dann bewirkt das seitliche Versetzen in bezug
auf eine Grundfläche
der Maske des für
die zweite Belichtung verwendeten Lichtstrahls, daß der gegenüber dem
Lichtstrahl des zweiten Belichtens nicht photosensitive zweite Resist als
Maskierschicht auftritt. Infolgedessen wird bei Verwendung von Positivresists
nur der Überlappbereich
beider Lichtstrahlen – oder
genauer: der Überlappbereich
zwischen der nach dem ersten Belichtungs- und Entwicklungsschritt
gebildeten ersten Öffnung
und dem Teil chen- oder Lichtstrahl der zweiten Belichtung – in die
Licht absorbierende Schicht übertragen.
Je größer der
seitliche Versatz gewählt
wird, desto kleiner wird die Öffnung,
welche in der Licht absorbierenden Schicht gebildet wird.
-
Ein
besonderer Vorteil entsteht dadurch, daß jeweils Lichtquellen verwendet
werden können,
deren Auflösung
weitaus geringer ist als die zu erzielende Strukturbreite. Insbesondere
können
dabei kostengünstige ältere Geräte eingesetzt
werden.
-
Anstatt
zweier Lichtstrahlen vorzugsweise verschiedener Wellenlänge im ultravioletten
Wellenlängenbereich
können
auch Elektronen- oder Ionenstrahlen verwendet werden, wobei auch
eine Kombination eines Lichtstrahls und eines Elektronen- oder Ionenstrahls
für die
zwei Belichtungsschritte in Betracht kommt. Die oben genannten erfindungsgemäßen Aspekte
werden selbstverständlich
auch von diesen Ausführungsformen
erfaßt.
-
Eine
Ausgestaltung betrifft die Bildung einer Zwischenschicht zwischen
dem ersten und dem zweiten Resist. Insbesondere ist hier eine Antireflektionsschicht
vorteilhaft einsetzbar. Wird diese derart ausgebildet, daß sie in
einem eigenen Ätzschritt
entfernt werden muß,
so können
auch Licht- oder Teilchenstrahl gleicher Wellenlänge für das erste und das zweite
Belichten des ersten und zweiten Resists eingesetzt werden. Dem
vor der Übertragung
in die Licht absorbierende Schicht abschattenden Effekt außerhalb
des Überlappbereiches
der beiden Strahlen des ersten und zweiten Belichtungsvorganges wird
dann durch diese Zwischenschicht Rechnung getragen.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung wird das erste Belichten an einem ersten
Resist durchgeführt,
welcher als Negativlack ausgebildet ist. In diesem Fall wird eine
erste Öffnung
in dem ersten Resist an dem Ort der nicht belichteten Resistflächen durch den
anschließenden
Entwicklervorgang erzeugt.
-
In
dem vorliegenden Dokument werden die verwendeten Begriffe "seitlich versetzt" und "Überlappfläche" im Sinne eines Bezuges zu absoluten
Positionen auf der Maske verwendet. In den Belichtungsschritten,
d.h. dem ersten und dem zweiten Belichtungsschritt, sind absolute
Positionen beispielsweise durch ein nach Durchführung eines Alignment-Schrittes
vorgegebenen Koordinatengitter, das Positionen Koordinaten zuordnet,
in einem Maskenschreiber jeweils durch einen Strahl anfahrbar. Der seitliche
Versatz kann durch Wahl nahe beieinander liegender Koordinaten unter
Berücksichtigung
der jeweils bekannten Strahlbreite zur Bildung einer Überlappfläche ausgewählt werden.
Unter Strahlbreite kann hier auch eine durch den Strahl abgerastete Fläche verstanden
werden. Bei Elektronstrahlschreibern beispielsweise werden Strukturen
geringstmöglicher
Breite im Resist erst durch sukzessives Belichten mehrerer benachbarter
Rasterpunkte gebildet.
-
In
Bezug auf das jeweils für
einen Belichtungsschritt verwendete Belichtungssystem liegen erfindungsgemäß keine
Einschränkungen
bezüglich des
Verhältnisses
der Auflösungen
zwischen dem ersten und dem zweiten Belichtungsschritt vor. Es kann
sowohl der erste Belichtungsschritt eine höhere Auflösung als der zweite Schritt
haben, wie auch umgekehrt.
-
Da
erfindungsgemäß besonders
geringe Durchmesser von Öffnungen
in einer Licht absorbierenden Schicht hergestellt werden können, obwohl beispielsweise
nur 248 nm bzw. 365 nm Lasertechnologien zur Belichtung eingesetzt
werden, ist es vorteilhafterweise möglich, einen erheblichen Anteil
der Kosten zur Herstellung einer hochaufgelösten Maske einzusparen.
-
Die
Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer
Zeichnung näher
erläutert
werden. Darin zeigen:
-
1–4 eine
Abfolge von Prozeßschritten
gemäß einem
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
mit einem Querschnitt durch eine Maske.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist in den 1 bis 4 gezeigt. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine
Maske 20 mit einem Substrat 1, auf dem eine Licht
absorbierende Schicht 2, ein erster Resist 3 sowie
ein zweiter Resist 4 angeordnet sind. In dem Falle, daß eine Transmissionsmaske
verwendet wird, umfaßt
das Substrat 1 ein Quarzmaterial.
-
Handelt
es sich dagegen beispielsweise um eine EUV-Reflektionsmaske (EUV: extreme ultraviolet),
so umfaßt
das Substrat 1 beispielsweise ein Siliziumsubstrat, auf
welchem ein alternierender Schichtstapel reflektierender Schichten,
beispielsweise Molybdän
und Silizium angeordnet ist.
-
Der
erste Resist 3 und der zweite Resist 4 werden
in aufeinanderfolgenden Belackungsschritten auf das mit der Absorberschicht 2 beschichtete Substrat 1 beispielsweise
aufgeschleudert. Um den ersten Resist 3 durch Aufbringen
des zweiten Resists 4 nicht anzulösen, kann beispielsweise eine
Zwischenschicht vorgesehen werden (hier nicht gezeigt).
-
Wie
in 1 gezeigt ist, wird
ein erstes Belichten 11 des zweiten Resists 4 auf
der Maske 20 durchgeführt.
Die Belichtung erfolgt mittels eines Laserschreibers, welcher einen
Laserstrahl mit einer Wellenlänge
von 248 nm erzeugt. Durch den Laserstrahl werden genau jene Positionen
auf der durch den zweiten Resist gebildeten Maskenoberfläche abgerastert,
die für
eine Strukturbildung gemäß einem Designlayout,
das in elektronischer Form bereitgestellt wurde, vorgegeben sind.
In dem Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei dem zweiten Resist 4 um einen Positivresist.
Mit dem Laserstrahl der Wellenlänge
248 nm kann ein Ausschnitt 210 mit einem Durchmesser 21 durchbelichteter
Bereiche 310 bis zu einer unteren Grenze von 300 nm erzeugt
werden. Der Laserstrahl selbst kann dabei eine geringere Breite
aufweisen, es sind zumeist mehrere benachbarte Rasterpunkte in dem
zweiten Resist 4 auf der Mas kenoberfläche zu belichten, um eine Strukturbildung
zu erreichen, d.h. eine Durchbelichtung des zweiten Resists 4 zu
ermöglichen.
-
Der
gegenüber
Licht der Wellenlänge
248 nm photoempfindliche zweite Resist 4 wird anschließend entwickelt,
wobei die belichteten Resistteile herausgelöst werden. Es bilden sich erste Öffnungen 31,
in dem entwickelten Resist 4',
wie in 2 gezeigt ist.
Die Öffnungen 31 weisen
den geringstmöglichen
Durchmesser 21 von 300 nm auf. Aufgrund eines geringfügigen Entwicklungsvorhaltes
von 20 nm beträgt
die Breite 23 benachbarter Öffnungen 31 nur 260
nm. Der Übersichtlichkeit
halber sind die betreffenden Bezugszeichen in 1 anhand der belichteten Bereiche illustriert
und nicht in 2 anhand
der Öffnungen 31.
-
Der
erste Resist 3 ist nicht photoempfindlich gegenüber dem
Licht mit einer Wellenlänge
von 248 nm. Die Tiefe der belichteten Bereiche 310 und
damit der Öffnungen 31 endet
damit an der Grenzschicht zwischen dem zweiten Resist 4 und
dem ersten Resist 3 bzw. an einer gegebenenfalls zwischen
ihnen angeordneten Zwischenschicht.
-
Wurde
eine Zwischenschicht zwischen dem ersten Resist 3 und dem
zweiten Resist 4 beispielsweise als Antireflexschicht (ARC
= Antireflex coating) eingerichtet, so wird in diesem Fall ein kurzer Ätzschritt
durchgeführt,
um diese Schicht am Boden der Öffnungen 31 zu
entfernen, so daß ein
Ausschnitt des ersten Resists 3 freigelegt wird.
-
In
einem nächsten
Schritt wird eine zweite Belichtung 12 durchgeführt. Der
Strahl wird dabei derart über
die Maskenoberfläche
geführt,
daß ein Ausschnitt 220 auf
einer idealisierten Grundfläche auf
der Maske 20 bestrahlt wird, dessen Grundfläche einen
Teil 51 der Grundfläche 41 der Öffnung 31 beinhaltet.
Der unter der Teilfläche 51 gelegene
Ausschnitt in dem ersten Resist 3 wird somit belichtet, während ein
un terhalb des entwickelten zweiten Resists 4' gelegene Anteil 52 des
Resists 3, in dessen Richtung der Strahl des zweiten Belichtens 12 fällt, durch
den zweiten Resist 4' abgeschattet
wird.
-
Für das zweite
Belichten 12 wird ein Laserschreiber verwendet, dessen
erzeugter Lichtstrahl eine Wellenlänge von 365 nm beträgt. Mit
einem derartigen Lichtstrahl lassen sich belichtete Ausschnitte 220 in
dem ersten Resist 3 bilden, deren unterer Grenzwert 440
nm beträgt.
Im Ausführungsbeispiel wird
ein Lichtstrahl 12 mit genau diesem geringstmöglichen
Durchmesser wie oben beschrieben, seitlich versetzt gegenüber der
ersten Öffnung 31 auf
die Maskenoberflächen
gelenkt. Bezogen auf eine idealisierte Maskengrundfläche würde sowohl
von dem bei dem ersten Belichten erzeugten Strahl 11 als auch
vom zweiten Belichten erzeugten Strahl 12 eine gemeinsame Überlappfläche 51 belichtet.
Diese weist einen Durchmesser 25 auf, dessen Breite nur 180
nm beträgt.
Der in dem ersten Resist 3 belichtete Bereich besitzt aufgrund
des abschattenden Effektes durch den entwickelten Resist 4' genau diesen Durchmesser 25 von
180 nm.
-
Entscheidend
ist die Überlappfläche der
ersten Öffnung 31 und
der belichteten Maskenoberfläche
beim zweiten Belichten 12. Nur im Falle des hier gezeigten
Positivresists ist diese Bedingung identisch mit einer Überlappfläche des
ersten Strahls und des zweiten Strahls 12.
-
In
einem weiteren Entwicklungsschritt wird der belichtete Anteil des
ersten Resists 3 zur Bildung einer zweiten Öffnung 32 unterhalb
der ersten Öffnung 31 durchgeführt (3). Der entwickelte erste Resist 3' und der entwickelte
zweite Resist 4' bilden nun
gemeinsam eine Ätzmaske
zur Durchführung
eines anisotropen Ätzprozesses 15.
Es ist aber auch möglich,
bei dem nun erreichten Zustand den zweiten entwickelten Resist 4' vorab zu entfernen.
-
4 zeigt, wie durch Einstellen
eines Ätzvorhaltes 27 von
50 nm unter Berücksichtigung
möglicher
Kantenabrundungen an den Ätzflanken
in der absorbierenden Schicht 2 eine Öffnung 35 erzeugt wird,
deren Durchmesser 26 eine Breite von 280 nm aufweist. Der
Abstand 29 der Öffnung 35 von
einer benachbarten Öffnung 35 in
der Licht absorbierenden Schicht 2 beträgt ebenfalls 280 nm. Die Breiten 26 der Öffnungen 35 liegen
also unterhalb der mit dem verwendeten Laserstrahl geringstmöglich erzeugbaren
Strukturbreiten.
-
In
weiteren Schritten werden nun die verbliebenen entwickelten Resistanteile 3' bzw. 4' entfernt. Würde eine
EW-Reflektionsmaske mit einer typischerweise zwischen dem Substrat 1 mit
dem alternierenden Schichtstapel und der Absorberschicht 2 angeordneten
Pufferschicht (hier nicht gezeigt) verwendet, so sind in weiteren
Prozeßschritten Ätz- bzw. Reparaturschritte
zum Öffnen
der Pufferschicht oder zum Reparieren etwaig auftretender Defekte
notwendig.
-
- 1
- Maskensubstrat,
Quarzplatte, Siliziumträger
mit reflek
-
- tierendem
Schichtstapel
- 2
- Licht
absorbierende Schicht, opake Chromschicht, Absor
-
- berschicht
bei Reflektionsmaske
- 3
- erster
Resist
- 3'
- erster
Resist, entwickelt
- 4
- zweiter
Resist
- 4'
- zweiter
Resist, entwickelt
- 11
- erstes
Belichten
- 12
- zweites
Belichten
- 15
- Ätzen
- 20
- Maske
- 21
- Durchmesser
des ersten Ausschnittes in zweitem Resist
- 22
- Durchmesser
des zweiten Ausschnittes in erstem Resist
- 23
- Abstand
belichteter Bereiche im ersten Resist
- 25
- Durchmesser
des belichteten Anteils im ersten Resist an
-
- der
Grundfläche
der ersten Öffnung
- 26
- Durchmesser
der Öffnung
in der Licht absorbierenden
-
- Schicht
- 29
- Abstand
zwischen benachbarten Öffnungen
in der Licht ab
-
- sorbierenden
Schicht
- 31
- erste Öffnung in
zweiten Resist
- 32
- zweite Öffnung in
erstem Resist
- 41
- Grundfläche der
ersten Öffnung
auf erstem Resist
- 51
- belichteter
Anteil der Grundfläche
der ersten Öffnung
in
-
- erstem
Resist
- 210
- erster
belichteter Auschnitt in zweitem Resist
- 220
- zweiter
belichteter Ausschnitt in erstem Resist
- 310,
320
- belichtete
Resistanteile