PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3730642A1 30.03.1989
Titel Lochmaske für die Verwendung bei ionen- oder elektronenoptischen Verfahren sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Lochmaske
Anmelder Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eV, 8000 München, DE
Erfinder Buchmann, Lutz-Martin, Dr.-Ing., 1000 Berlin, DE;
Csepregi, Laszlo, Dr.-Ing., 8000 München, DE;
Müller, Karl Paul, Dipl.-Ing., 1000 Berlin, DE
Vertreter Müller-Börner, R., Dipl.-Ing., 1000 Berlin; Wey, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 11.09.1987
DE-Aktenzeichen 3730642
Offenlegungstag 30.03.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.03.1989
IPC-Hauptklasse H01L 21/32
IPC-Nebenklasse H01L 21/205   H01L 21/31   H01L 21/312   H01L 21/265   
Zusammenfassung Eine Lochmaske für die Verwendung bei ionen- oder elektronenoptischen Verfahren ist so ausgebildet, daß sich auf einer Unterlage 1 eine Siliciumnitrid-Deckschicht 2 befindet, wobei der Flankenwinkel der Öffnungen in der Lochmaske im Bereich der Deckschicht 90° und im Bereich der Unterlage ca. 75 bis 85°, vorzugsweise 80° beträgt; bei dem Herstellungsverfahren für eine derartige Lochmaske wird auf den auf beide Seiten aufgetragenen photoempfindlichen Lack das Muster einer Absorbermaske in einem Schritt deckungsgleich und gleichzeitig auf Vorder- und Rückseite mittels Röntgenstrahlen projiziert und entwickelt.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Lochmasken für die Verwendung bei ionen- oder elektronenoptischen Verfahren sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Lochmasken.

Für die strukturerzeugende Belichtung einer geeigneten empfindlichen Schicht durch einen ganzflächig angebotenen Teilchenstrahl aus Ionen oder Elektronen werden Lochmasken benötigt, die für Teilbereiche des Strahls entweder transparent sind oder ihn abblenden. Offene Masken haben gegenüber den sogenannten Channeling-Masken den Vorteil, daß sie auch von weitaus schwereren Ionen als Wasserstoff durchlaufen werden können, keinen Einfluß auf die Energie der Teilchen ausüben und vor allem keine Ionenstreuung bewirken. Für die Herstellung einer solchen netzartigen Folie ist jedoch bei den bekannten Verfahren stets eine sorgfältig aufeinander abgestimmte Folge von mehreren Einzelprozeßschritten erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, eine Lochmaske sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben, wobei die Lochmaske so ausgebildet ist, daß bei ihrer Verwendung bei einem divergenten Teilcheneinfall keine Abschattung des Strahls bewirkt wird, sondern bei der zur mustererzeugenden Ausblendung lediglich eine Siliciumnitridschicht vorgesehen ist.

Diese Aufgabe wird in überraschender Weise durch eine Lochmaske gemäß den vorstehenden Patentansprüchen 1 und 2 gelöst. Das Verfahren zur Herstellung einer solchen Lochmaske ist Gegenstand des Patentanspruches 3, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens Gegenstand der Unteransprüche 4 bis 6 sind.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lochmaske kommt somit in erster Linie dadurch zustande, daß der auf beide Seiten einer dünnen Folie aufgetragene lichtempfindliche Kunststoff (Resist) mittels einer Röntgenquelle in nur einem einzigen Schritt belichtet wird, wobei wegen der hohen Transparenz der Menbram für Röntgenstrahlung nach der Resist-Entwicklung das auf beiden Seiten entstehende Abbild der Arbeitsmaske völlig deckungsgleich ist, d.h. daß in einem einzigen Schritt zwei völlig identische Masken erhalten werden, so daß die Öffnung der Membran durch diskrete Ätzprozesse von der Vorder- und der Rückseite aus erfolgen kann, ohne daß ein Versatz der Strukturen auftritt.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Lochmaske gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für eine Lochmaske gemäß Fig. 1.

Bei der Lochmaske gemäß der Erfindung wird von einer Scheibe beliebigen Durchmessers ausgegangen. Die Lochmaske besteht aus einem zentralen aktiven Bereich, in dem sie zur Membran gedünnt und mit den gewünschten Öffnungen versehen ist, und aus einem Stützrand in der ursprünglichen Dicke. Über diesen Rand kann die Kontaktierung zu einem stabilen Glassubstrat erfolgen. Fig. 1 zeigt einen solchen mehrschichtigen Aufbau der Lochmaske. Die eigentliche Struktur ist dabei durch eine etwa 100 nm dicke Deckschicht 2 aus Siliciumnitrid definiert, während die darunter befindliche aus Silicium bestehende Unterlage 1 nur Stütz- und Wärmeableitfunktionen hat. Zur Verhinderung einer elektrostatischen Aufladung während des Teilchenbeschusses kann die gesamte Lochmaske mit einer dünnen Metallschicht 8 besputtert sein.

Aus der Darstellung der Lochmaske in Fig. 1 geht deutlich hervor, daß der Flankenwinkel (α) der Öffnungen in der Lochmaske im Bereich der Deckschicht 2 ein rechter Winkel ist, während der Flankenwinkel (α&min;) der Öffnungen in der Lochmaske im Bereich der Unterlage 1 etwa 80° beträgt. Damit ist nicht nur die Deckschicht 1 hochpräzise ausgebildet, sondern der Flankenwinkel der Unterlage, der auch im Randbereich der Folie keine Strahlverengung durch Schattenwurf bewirkt, ist der jeweiligen Strahlgeometrie angepaßt. Damit eignet sich die erfindungsgemäße Lochmaske insbesondere für die Ionenprojektionslithographie. Die Ionen werden bei solchen Anlagen von einer Plasmatronquelle mit festgelegter Strahldivergenz emittiert. Durch die Maske wird das zu übertragende Muster erzeugt und das Abbild der Maske, von einer Ionenprojektionslinse verkleinert, auf einem Target abgebildet. Diese Lithographiemethode ermöglicht gleichzeitig eine hohe Strukturauflösung und Pixelübertragungsgeschwindigkeit.

Eine solche erfindungsgemäß ausgebildete Lochmaske mit derartiger Präzision ist durch das Verfahren nach der Erfindung herstellbar, dessen Ablauf in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Es wird hierbei von (A) einem aus Silicium bestehenden Standard-4-Zoll-Wafer 1 ausgegangen, auf dem eine 1,5 bis 3,5 µm, vorzugsweise 2,5 µm, dicke Siliciumschicht 2 epitaktisch aus der Gasphase abgeschieden wird (B). Das hierbei eingesetzte Silicium weist eine Borkonzentration von 1,3×1020 cm-3 und eine Germaniumkonzentration von 1,3×1021 cm-3 auf. Durch den Borgehalt kann nämlich bei der späteren Dünnung zur Folie die Ätzung abgestoppt werden, während das Germanium der Streßminderung gegenüber der Unterlage dient.

Im nächsten Schritt (C) wird mittels Gasphasenreaktion bei niedrigem Druck an der Oberfläche des nach (B) erhaltenen Körpers eine Siliciumnitridschicht 3 in einer Dicke von ca. 100 nm erzeugt. Um den Streß auch dieser Schicht zu kompensieren, wird sie in Stufe (D) Ionen hoher Energie 4 (Bor 200 keV) ausgesetzt. Die Anpassung erfolgt dabei durch Platzwechselvorgänge im Nitrid, die durch die energiereichen Ionen ausgelöst werden.

Sodann wird der Wafer 1 in Stufe E zur Folie gedünnt, und zwar wird zunächst eine isotrop ätzende Säuremischung verwendet, um einen verrundeten Übergang am Fensterrand zu schaffen; darauf wird mit einer anisotrop abtragenden Ethylendiamin-Brenzkatechin- Mischung die Membran erhalten. Die Ätzrate der bordotierten Siliciumschicht 2 ist so gering, daß letztere als Folie bestehen bleibt.

Darauf wird in Stufe F durch beidseitiges Aufschleudern eines photoempfindlichen Lackes 5 der Lithographieschritt vorbereitet. Für diesen wird das Muster einer Absorbermaske, die sich im Proximityabstand von 25 bis 40 µm vor dem Wafer 1 befindet, mit Hilfe von Röntgenstrahlen, beispielsweise Synchrotronstrahlung, deckungsgleich und gleichzeitig auf Vorder- und Rückseite projiziert. Lack und Belichtungszeit sind der jeweiligen Strahlintensität anzupassen. Danach wird der Resist entwickelt; die Güte der auf beiden Seiten der Membran erhaltenen Strukturen kann bereits im lichtoptischen Mikroskop beurteilt werden.

In Stufe G wird dann die Siliciumnitridschicht 3 unter Anwendung eines reaktiven Trockenätzprozesses mit einer CHF&sub3;/O&sub2;- Gasmischung 6 strukturiert. Die Strukturübertragung von der Lackmaske ins Nitrid erfolgt dabei mit hoher Genauigkeit und ohne unerwünschte Abscheidung von Polymeren aus der Gasphase. Anschließend wird in einem zweiten Ätzschritt (Stufe H) von der Rückseite aus das Silicium geätzt und die Membran somit geöffnet. Als Reaktivgas dient hierbei eine SF&sub6;/CHF&sub3;-Mischung 7, die es ermöglicht, die Prozeßparameter gerade so zu wählen, daß die Flanken der Strukturen im Silicium keinen Schattenwurf bewirken, d.h. die Strahlausblendung nur durch die vorderseitige Nitridschicht erfolgt. Dazu muß sich ein Gleichgewicht zwischen dem Ätzabtrag, der einen deutlich isotropen Anteil aufweist, und der Seitenwandpassivierung durch Polymerabtrag einstellen. Im von ca. 75 bis 85°, vorzugsweise von ca. 80°, erzielt und somit bei einer minimalen Strukturbreite von 1 µm die Folienstärke von 2,5 µm aufrechterhalten werden (Stufe I). Die im Schritt C aufgedampfte Nitridschicht ist bei Schritt H auf der Unterseite dem Ionenbeschuß ausgesetzt und wird hierbei weitgehend abgetragen.

Abschließend werden die verbliebenen Lackreste in einem Plasmaverascher entfernt (Stufe K). Die gesamte Maske kann dann zur Verhinderung der elektrostatischen Aufladung noch mit einer (in Fig. 2 nicht dargestellten) Metallschicht versehen werden.

Die auf diese Weise erhaltene Maske kann je nach Anlageart in eine spezielle Halterung eingesetzt oder mit einem Glasträger verbunden werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Lochmaske für die Verwendung bei ionen- oder elektronenoptischen Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf einer aus Silicium bestehenden Unterlage (1) eine aus Siliciumnitrid bestehende Deckschicht (2) befindet und daß der Flankenwinkel (α) der Öffnungen in der Lochmaske im Bereich der Deckschicht (2) 90°C und der Flankenwinkel (α&min;) der Öffnungen in der Lochmaske im Bereich der Unterlage (1) ca. 75 bis 85° beträgt.
  2. 2. Lochmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel (a&min;) 80° beträgt.
  3. 3. Verfahren zur Herstellung einer Lochmaske gemäß den Patentansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man
    1. a) auf einem Wafer bor- und germaniumdotiertes Silicium in einer Stärke von 1,5 bis 3,5 µm epitaktisch aus der Gasphase abscheidet,
    2. b) daß man auf dem Silicium eine Siliciumnitridschicht erzeugt,
    3. c) daß man auf beide Seiten des so erhaltenen Körpers einen photoempfindlichen Lack aufträgt und auf diesen das Muster einer Absorbermaske in einem Schritt deckungsgleich und gleichzeitig auf Vorder- und Rückseite mittels Röntgenstrahlen projiziert und entwickelt, und daß man
    4. d) die Siliciumnitridschicht und sodann die Siliciumschicht strukturiert.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Siliciumnitridschicht gemäß Stufe b) mittels Niederdruck-Reaktivgasabscheidung erzeugt.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die gemäß Stufe b) gebildete Siliciumnitridschicht zum Zwecke der Streßkompensation einem Ionenstrahl hoher Energie aussetzt.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Lochmaske eine dünne Metallschicht aufbringt.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com