Stand der Technik In der Lithographie sind im wesentlichen drei Belichtungsverfahren üblich, sowie zwei Verfahren, welche mit strukturierten Masken arbeiten. Die hier diskutierten Masken umfassen transparente Bereiche und opake Bereiche. Durch die transparenten Bereiche kann das zur Belichtung verwendete Licht zu einem Photolack (Resist) transmittieren und diesen belichten.

An den opaken Bereichen wird Licht entweder absorbiert, reflektiert, gebeugt oder gestreut, so dass zu den entsprechenden Resist Bereichen kein oder sehr wenig Licht propagiert.

(i) Projektionssysteme Figur 1 zeigt ein erstes Verfahren gemäss Stand der Technik. Um den auf elektromagnetische Strahlen empfindlichen Resist 4 auf dem Substrat 5 zu belichten, werden die Strukturen 2 der Maske 1 mittels eines Projektionssystems 3 (z. B. ein Linsensystem, Spiegelsystem oder Microlinsen) abgebildet. Typische Abbildungsverhältnisse des Originalbildes auf der Maske zum Abbild auf dem Resist sind 1 : 1 oder kleiner wie z. B. 1 : 4 oder 1 : 5.

Bei kleinen Abbildungsverhältnissen und grossen Substraten kommt oft zusätzlich die Steppertechnik zum Einsatz, bei der das Abbild der Maske nacheinander an mehreren Orten auf dem Substrat belichtet wird.

Die Maske steht bei diesem Prozess nicht in Berührung mit dem zu belichtenden Substrat.

Lithographioesysteme dieser Art sind in US 5,969, 441 und W098/40791 beschrieben. Ein Besipiel für die Abbildung durch Microlinsen finden sich in US 5,517, 279.

(ii) Kontakt Printing Kontakt-Printing ist ein in Figur 2 exemplarisch dargestelltes Belichtungsverfahren, bei dem auf das Projektionssystem verzichtet wird. Um dennoch eine gute Auflösung kleiner

Strukturen 2 zu erreichen, wird die Maske 1 mit dem Substrat 5 (mit darauf befindlichem Resist 4) in Kontakt gebracht. Dies kann mit Hilfe von Druck auf die Maske oder durch eine Vorrichtung zum Absaugen der Luft zwischen der Maske 1 und dem Substrat 5 erreicht werden. Während der Belichtung steht die Maske 1 mit dem Substrat 5 in Kontakt.

(iii) Proximity Printing Beim Proximity-Printing, wie in Figur 3 dargestellt, wird ebenfalls auf das Projektionssystem verzichtet. Um jedoch einem Verschmutzen der Maske 1 vorzubeugen, wird die Maske 1 in die Nähe des Substrates 5 gebracht. Der Abstand zwischen dem Substrat 1 und der Maske 5 kann von wenigen Mikrometern bis zu ca. einem Milimeter betragen. Der strahlungsempfindliche Resist ist wiederum mit 5, die abzubildenden Strukturen mit 2 bezeichnet.

Analog wie beim Kontakt-Printing wird die Maske mit der elektromagnetischen Strahlung, die vorzugsweise senkrecht auf das Substrat einfällt und kollimiert ist, belichtet.

Diese Methode hat einen deutlichen Vorteil gegenüber dem Kontaktverfahren für Anwendungen, bei welchen Bereiche auf dem Resist, die der elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt werden keine Defekte, d. h. keine unbelichtete Stellen, aufweisen sollen ('Resist Plus Defekte'). Defekte auf der Maske werden beugungsbedingt unscharf abgebildet, sodass sie im belichteten Resist nicht mehr erkennbar sind.

US 3,676, 002 beschreibt Lithographiemasken, welche durch Photolack-Strukturen im wesentlichen auf Distanz zum Substrat gehalten werden. Diese Photolack-Strukturen können weiter auch benutzt werden, um Licht direkt auf die Oberfläche des Substrates zu leiten. Die geschwärzten Teile der Maske berühren das Substrat nicht. Ferner beschreibt US 6,420, 073 die Herstellung von Lithographiemasken, bei welcher Ätzschritte für die Strukturierung gebraucht werden. Dabei wird die Dicke eines lichtabsorbierenden Materials örtlich variiert und damit der Betrag an Lichtabsorbtion. Die resultierende Maskenoberfläche ist nicht mehr plan. Die Dickenvariation beträgt weniger als ein Mikrometer. Die Masken können für Kontaktlithographie benutzt werden, wobei die Maskenoberfläche nicht gleichmässig auf das Substrat gedrückt wird. Die japanische Schrift JP006266091 beschreibt die Produktion einer strukturierten Lithographiemaske. Die Maske wird strukturiert, um gezielt Stellen zu bekommen, welche die Phase des einfallenden Lichtes um 180° verschieben. US 3,928, 815, wiederum beschreibt ein Maskensystem, welches das Nahfeld einer Lichtstruktur ausnutzt.

Die Lichtenergie wird durch eine geeignete absorbierende strukturierte Schicht geformt. Die resultierende Lichtstruktur wird durch einen Regelmechanismus im Bereich des Nahfeldes des Lichtes zum Substrat gehalten.

Nachteile des Standes der Technik Lithographiesysteme mit Projektionssystemen sind sehr teuer. Insbesondere werden bei diesen Systemen Lichtquellen im ultravioletten (UV) und extremen UV (EUV) verwendet, was die Optiken zusätzlich verteuert. Auch die Verwendung der Steppertechnik ist sehr aufwendig, um grosse Substrate zu belichten. Ein Prozess, der das ganze Substrate parallel und ohne Projektionssystem belichten kann ist von Vorteil.

Kontakt-Printing, wie oben beschrieben, hat den Vorteil, dass die abzubildenden Strukturen mit sehr guter Auflösung (bis zu Dimensionen der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung) in den Photoresist übertragen werden. Beim Kontakt der Maske mit dem Substrat wird die Maske jedoch verschmutzt und muss nach einer oder nach wenigen Belichtungen wieder einem aufwendigem Reinigungsprozess unterzogen werden. Durch das wiederholte Anpressen wird die Lithographiemaske abgenutzt, so dass sie begrenzte Standzeiten erreicht.

Eine Lithographiemaske muss nach typischerweise 1000 Prints ersetzt und nach einigen Prints kontrolliert werden.

Diese Verschmutzung kann auch zu Fehlern in der Lithographie führen, wie zum Beispiel zu Löchern in unbelichteten Photoresist (Pinholes) oder zu nicht abgelöstem Photoresist (Resist- Plus Defekte), wo er belichtet wurde. Ein weiterer negativer Effekt der Kontaktlithographie wird verursacht durch das Luftkissen, welches immer zwischen Substrat und Lithographiemaske bleibt. Dieses Luftkissen hat eine Dicke, bei welcher Interferenzeffekte störend bemerkbar werden können.

Verfahren, bei welchen auf den Kontakt verzichtet werden kann, sind deshalb von Vorteil.

Das Proximity Belichtungsverfahren (iii) trägt dieser Tatsache Rechnung. Durch den Abstand zur Maske werden jedoch die Formen der Strukturen durch die unscharfe Abbildung leicht verändert. Grund dafür sind Beugungseffekte der elektromagnetischen Strahlung an den Übergängen von der transparenten zur opaken Region.

Durch vorgängiges Korrigieren der Formen (Strukturen) auf der Maske können die Formen vorkorrigiert weden. In der Fachsprache wird der Prozess als'Optical Pattern Correction'

(OPC) bezeichnet, wie in US 6,194, 104 B l beschrieben. Nachteilig ist hier, dass beim Design und der Belichtung der OPC-Masken darauf geachtet werden muss, dass der Abstand zwischen der Maske und dem Substrat genau bekannt ist und bei der Belichtung eingehalten werden muss, denn die OPC-Korrekturen hängen von diesem Abstand ab. Auch kann diese OPC die Beugungseffekte nicht beliebig korrigieren. Insbesondere können Strukturen, bei welchen die Ecken abgebildet werden müssen, nur begrenzt korrigiert werden.

In US 3,676, 002 ist eine Methode beschrieben, bei welcher die Maske durch Erhebungen im transparenten Bereich in einem definierten Abstand zum Substrat gehalten wird. Die Erhebungen dienen gleichzeitig als Lightpipes, was eine genaue Abbildung der Strukturen verbessert. Das heisst, es kommen nur Bereiche in Kontakt mit dem Substrat, welche Licht durchlassen. Diese Bereiche bestehen aus Photoresist.

Nachteilig ist, dass die Maske im transparenten Bereich mit dem Substrat in Kontakt ist und dadurch häufig'Resist Plus Defekte', wie beim Kontaktverfahren, entstehen. Zudem sind die erwähnten Photoresist-Strukturen mechanisch und chemisch sehr unstabil und müssen nach wenigen Prints erneuert werden.

Die Herstellung und Verwendung von strukturierten Lithographiemasken werden auch in US <BR> <BR> 5,928, 815, in US 6,420, 073 (s. o. ) und in JP6266091 (s. o. ) beschreiben. In US 5,928, 815 wird ein Maskensystem gezeigt, welches den Nahbereich einer Lichtstruktur zur Belichtung ausnutzt. Um einen genauen Abstand zwischen Maske und Substrat zu gewährleisten, wird dieser Abstand mit einer Apparatur aktiv konstant gehalten. Dieser Abstand soll im Bereich des Nahfeldes der Lichtstruktur liegen, welche auf den Photoresist des Substrates übertragen werden soll. Die angestrebte Distanz zwischen Substrat und Maskensystem liegt bei einigen 100nm.

In JP6266091 muss die Tiefenmodulation derart ausgeblildet sein, dass die Phase des Lichts um 180 Grad gedreht wird. Dies ist nur möglich mit der oben erwähnten kleinen Ätztiefe. Für die Masken wie wir sie beschreiben, ist dieser Effekt nicht gefordert.

In US 6,420, 073 fuhrt die Tiefenmodulation zu einer Modulation der Absorption der Belichtungsstrahlung. Um eine gute Auflösung zu erhalten, muss ein Material verwendet werden, welches eine hohe Absorptionsrate hat und damit dünne absorbierende Schichten ermöglicht. Eine realistische Dicke der absorbierenden Schicht und damit der maximalen Tiefenmodulation liegt unter einem Mikrometer.

Kurze Beschreibung der Figuren : Figuren 1-3 zeigen Photolithografieverfahren nach dem Stand der Technik Figur 4 zeigt eine Ausführungsfomr der erfinderischen Maske für Photolithographie Übersicht über die vorliegenden Erfindung Die der Erfindung zugrunde liegende technische Aufgabe ist es, eine Verfahren anzugeben, mit dem kleine Strukturen defektfrei und mit guter Auflösung kostengünstig von einer Maske durch elektromagnetische Strahlung in den Photoresist übertragen werden können.

Dies wird erreicht durch eine Maske, bei welcher dunkle oder unkritische Bereiche mit dem Substrat in Berührung kommen. Für helle Bereiche, welche durchbelichtet werden sollen, vermeiden wir die Berührung der Maske zum Substrat. Unsere Erfindung hat zum Ziel, die Maskengebrauchsdauer wesentlich zu erhöhen.

Der Stand der Technik beschreibt Masken mit Strukturierungen, welche vergleichsweise geringe Tiefe aufweisen (typisch : einige 100 nm). In der vorliegenden Erfindung dagegen werden Strukturierungen im Bereich einiger Mikrometer eingesetzt, bevorzugt 5, um. Dieser grössere Abstand sind aber notwendig, um einen effektiven Schutz gegen Verschmutzung zu erzielen sowie um die störenden Interferenzeffekte durch das Luftkissen loszuwerden.

Die mit dem erfinderischen Verfahren einhergehende Verschmutzung der Maske und des Substrates soll so minimal sein, dass die Anzahl der mittels einer Maske erzielten Übertragungen gegenüber dem Stand der Technik erhöht ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung Zur Lösung der Aufgabe wird eine Maske verwendet, die sowohl opake als auch transparente Bereiche umfasst. Ausserdem umfassen die Oberfläche der erfindungsgemäßen Maske eine Oberflächenstruktur derart, dass bei Auflage der Maske auf ein zu belichtendes Substrat zumindest einige opake Bereiche formschlüssig aufliegen (aufliegende Bereiche) während zumindest einige transparente Bereiche vom Substrat beabstandet sind (beabstandete Bereiche). Dadurch wird erreicht, dass beim Belichtungsschritt die aufliegenden opaken Bereiche eine sehr gute Auflösung ermöglichen und gleichzeitig aufgrund der Beabstandung

transparenter Bereiche die Maske in diesen beabstandeten transparenten Bereichen nicht durch das Substrat verschmutzt wird.

Vorzugsweise wird, wo immer dies möglich ist, der Kontakt zwischen Maske und Substrat bei den transparenten Bereichen vermieden Die Maske wird dazu partiell bei transparenten Bereichen tiefgeätzt, typischerweise 5 um tief. Auf diese Weise kommen die geätzten Bereiche während der Lithographie nicht in Kontakt mit dem Substrat und auch Schmutzpartikel auf dem Substrat, die kleiner als die Ätztiefe sind berühren die Maske nicht.

Dies vermeidet durch verminderte Verschmutzung der Maske die"Resist-Plus"-Defekte im Substrat, verlängert die Intervalle zwischen zwei Reinigungen der Maske und erhöht ihre Standzeit.

Ausserdem sollte die strukturierte Maske mechanisch robust sein. Sind die aufliegenden Bereiche im Vergleich zur Strukturtiefe zu schmal (zu kleine Stegbreite), so besteht die Gefahr, dass diese beispielsweise beim Belichtungsvorgang leicht abbrechen. Vorzugsweise wird daher versucht ein Verhältnis"Stegbreite zu Strukturtiefe"einzuhalten, dass 1 : 2 im wesentlichen nicht unterschreitet und vorzugsweise bei 1 : 1 oder darüber liegt.

In Bereichen in denen eine sehr hohe Auflösung gefordert ist (beispielsweise in der Größenordnung der für die Belichtung verwendeten Wellenlänge, kann dies bedeuten, dass nur eine sehr kleine Strukturtiefe zugelassen ist. Ausserdem ist es schwierig für kleine Strukturen große Strukturtiefen zu realisieren. Im Hinblick auf Robustheit der Maske und deren Herstellbarkeit kann es daher von Vorteil sein, transparente Bereiche als aufliegende oder nahezu aufliegende Bereiche zu realisieren.

Eine erfindungsgemäße Maske umfasst daher sowohl opake, aufliegende Bereiche als auch transparente, beabstandete Bereiche und sie kann aber auch transparente aufliegende Bereiche umfassen. Typischerweise wird man aber versuchen, möglichst viele der transparenten Bereiche als beabstandete Bereiche zu realisieren.

Erfindungsgemäße Masken, die auch opake beabstandete Bereiche umfassen sind zwar möglich und durchaus im Rahmen dieser Erfindung zu sehen. Allerdings rückt die Berandung dann auf Distanz zum Substrat, das belichtet werden soll, was direkten Einfluß auf die Auflösung hat.

In der Verwendung (Belichtung) muss die Maske gleichmäßig, stabil und reproduzierbar auf ein zu belichtendes Substrat aufgelegt werden können. Hierbei spielt die Verteilung der

aufliegenden Bereiche über die Maskenoberfläche eine Rolle. Diese sollten nämlich möglichst über die ganze Maskenoberfläche verteilt sein. Um eine gleichmäßige Auflage der Maske auf das Substrat zu gewährleisten, wird die Maske mit einer gewissen Kraft an das Substrat angepresst. Ist das Flächenverhältnis von aufliegenden Bereichen zu beabstandeten Bereichen zu klein, so wird der Druck, der von den aufliegenden Bereichen auf das Substrat ausgeübt wird, zu groß und die Maske und/oder das Substrat läuft Gefahr schaden zu nehmen.

Ein geeignetes Flächenverhältnis aufliegender zu beabstandeter Fläche wäre etwa 1 : 100, vorzugsweise aber 1 : 10 oder grösser. Das oben erwähnte Flächenverhältnis sollte innerhalb kleinerer Teilflächen von einigen Quadratzentimetern gewährleistet sein.

Zusammenfassend weist eine erfindungsgemässe Maske für Photolithographieverfahren opaken und transparenten Bereiche sowie eine Oberflächenstruktur auf. Für den Kontakt mit einem zu belichtenden Substrat (10) sind zumindest einige opake Bereiche als formschlüssig aufliegende Bereiche ausgebildet und zumindest einige transparente Bereiche sind beabstandet und bis zu einer Strukturtiefe tiefgeätzt. In einer Weiterbildung ist mindestens ein transparenter Bereich als formschlüssig aufliegender Bereich (12) ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform sind die formschlüssig aufliegenden Bereiche im wesentlichen identisch sind mit Bereichen, die für die Belichtung von hochauflösenden Strukturen vorgesehen sind. Die Strukturtiefe in tiefgeätzten Bereichen ist grösser als die Dicke der Oberflächenstruktur, jedenfalls grösser oder gleich 1 um, und bevorzugt 5 um.

Beispiel/Bevorzugte Ausführungsform Ein Lithographieverfahren mit einer erfindungsgemäßen Maske kann beispielsweise folgende Schritte umfassen.

Bereitstellen eines zu strukturierenden Substrats mit photoempfindlicher Schicht - Auflegen einer Maske auf das Substrat derart, dass opake aufliegende Bereiche und transparente beabstandete Bereiche realisiert sind Belichtung des Substrats durch die Maske hindurch Entwicklung der photoempfindlichen Schicht.

Natürlich sind anschliessend Ätztechniken anwendbar. Ausserdem kann die erfindungsgemäße Maske auch im Rahmen eines Lift-Off Verfahrens eingesetzt werden.

Um eine erfindungsgemässe Maske herzustellen, kann eine kommerziell erhältliche Lithographiemaske partiell geätzt werden. Eine solche kommerzielle Maske kann beispielsweise bei Photronics Inc., Dresden, Germany bezogen werden. Das transparente Trägermaterial ist typischerweise Quarzglas. Auf der Maske sind die opaken Bereiche durch eine Abdeckung mit Chrom realisiert. Die Formen der Cr-Strukturen werden beispielsweise mittels e-Beam oder Laserschreiber geschrieben.

Die Maske (Bezug Figur 4) wird mit Hilfe von Photolithographietechniken partiell strukturiert und anschliessend geätzt. Die Bereiche 12, welche eine gute Auflösung verlangen, werden nicht geätzt, die Bereiche 11, welche belichtet werden und keine Strukturen tragen, werden grossflächig tiefgeätzt. Die Strukturtiefe in tiefgeätzten Bereichen ist damit grösser als die Dicke der Oberflächenstruktur, deren Schichtdicke, wie erwähnt im Bereich von 100 nm liegt. Merkmal 10 ist das Substrat, auf das belichtet wird.

Die partielle Strukturierung der erfindungsgemäßen Maske lässt sich durch folgende Prozess- Schritte realisieren : - Behandeln der zu strukturierenden Maske mit einem Haftvermittler, etwa mit Hexamethyldisilazan-Dämpfen (HMDS) - Aufbringen von Photoresist auf die Maske, etwa von AZ1518 von Clariant. Das Aufbringen geschieht typischerweise durch Aufschleudern.

-Maskierung der Bereiche die nicht tiefgeätzt werden sollen und belichten des Photoresists, typischerweise mit UV-Licht, etwa mit einer Wellenlänge von 365nm. Die Maskierung der Bereiche kann beispielsweise durch weitere Maske erziehlt werden. Die Belichtung kann durch Kontaktlithographie, Proximity oder eine weitere Lithographiemethode erfolgen - Entwickeln des belichteten Photoresists. Ein handelsüblicher Entwickler ist der MP303 von Shipley. Der Entwickler löst den belichteten Photoresist und lässt den unbelichteten weitgehend unverändert.

- Ätzen der exponierten Stellen. Der Photoresist wirkt dabei als Maskierung der Stellen, welche nicht geätzt werden sollen. Als Ätztechniken kommen Reactive Ion Etching (RIE) oder ähnliche Trockenätzverfahren sowie auch Nassätzverfahren in Frage.

Reinigung der Photomaske. Dabei werden Reste von Photoresist sowie Ätzprodukte entfernt. Als Reinigungsmittel stehen Lösungsmittel, Säuren, Sauerstoffplasma und andere zur Verfügung.

Das Photoresist schützt die Chromschicht vor der Ätzung. Viele Lithomasken sind mit einer absorbierenden Schicht aus Chromoxid ausgestattet, welche während dem Ätzvorgang angegriffen werden kann.

Falls die teilweise Entfernung dieser absorbierenden Schicht akzeptiert werden kann, so kann die Chromschicht selber als Ätzmaske verwendet werden. Dabei wird auf einen Photoresist- Schritt verzichtet. Die Maske wird direkt mit einem geeignetem Verfahren geätzt.

Ein geeignetes Verfahren ist das Plasma-unterstützte Ätzen mit Fluor-Chlor- Kohlenwasserstoffen und Argon. Dieses Verfahren ätzt das Material der Lithographiemasken, Quarzglas, sehr gut gegenüber dem Abtrag von Chrom.

Diese vereinfachte Maskenstrukturierung bedingt aber, dass die tragenden Stege hinreichend stabil und hinreichend gleichmässig über die Maske verteilt sind. Diese Forderung kann unter Umständen beim Design der Maske erfüllt werden, etwa durch Strukturen, welche nur diese Stützfunktion erfüllen.

Nassätzmethoden, etwa mit Flusssäure-basierten Ätzmitteln, sind viel selektiver und vermeiden den oben erwähnte Angriff auf die absorbierende Schicht.

Die Chromschicht der Lithographiemaske wird auch als Ätzsperre verwendet bei den sogenannten self-aligned Lithographien. Dabei wird die Lithographie, welche die Maske strukturieren soll, so auf die Maskenstrukturen gelegt, dass die Kanten der Maskenstrukturen die Form der geätzten Bereiche definiert. Zwischen einer Kante der Maskenstruktur und der Kante des Photoresists liegen dann typischerweise einige Mikrometer. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der verminderten Anforderung an die Genauigkeit, mit welcher der Photolack strukturiert werden muss.

Es kann Photoresist selektiv über die Chromstrukturen der Maske aufgebracht werden. Dazu wird die Maske mit Photoresist bedeckt. Dieser Photoresist wird von der Rückseite her belichtet, wobei die Maskenstruktur selber den Photoresist abschattet. Nach der Entwicklung sind exakt die bechromten Strukturen mit Photoresist bedeckt. Diese Strukturen sind damit im weiteren Ätzprozess vor geschützt.

Weitere Lithographieverbesserungen sind denkbar. So kann die Photoresistschicht dazu verwendet werden, eine zusätzliche Schicht zu strukturieren. Diese zusätzliche Schicht wird vorher auf die Maske aufgebracht und dient nach ihrer Strukturierung als Ätzmaske.

Geeignete Materialien für eine solche Maskierungsschicht sind zum Beispiel Nickel oder Silizium.