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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lochmaske zur lithographischen Strukturierung mittels geladener Teilchen sowie eine Lochmaske und deren Verwendung. Gemäß der Erfindung wird ein Maskenrohling mit einem Substrat (12) und einer Ätzstoppschicht (14), die auf einer Oberseite (16) des Substrats (12) aufgebracht ist, über der Ätzstoppschicht (14) mit einer Membranschicht (18) versehen. Die Membranschicht (18) wird innerhalb eines ersten Bereichs (20) entsprechend eines Musters strukturiert, wobei das Substrat (12) und die Ätzstoppschicht (14) im ersten Bereich (20) freigelegt werden. Damit erhält man eine Membran, die aus der strukturierten Membranschicht (18) besteht und im Außenbereich von dem Substrat (12) mechanisch unterstützt wird. Das Verfahren erlaubt die Herstellung einer Lochmaske unter Verwendung kommerzieller Maskenrohlinge und kommerzieller Herstellungsgeräte.
    公开号:DE102004012240A1
    申请号:DE200410012240
    申请日:2004-03-12
    公开日:2005-10-13
    发明作者:Frank-Michael Dr. Kamm
    申请人:Infineon Technologies AG；
    IPC主号:G03F1-20
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lochmaskezur lithographischen Strukturierung mittels geladener Teilchen.Die Erfindung betrifft darüberhinaus eine Lochmaske zur lithographischen Strukturierung einesHalbleiterwafers mittels geladener Teilchen, sowie ein Verfahrenzur Verwendung der Lochmaske zur Strukturierung eines Halbleiterwafersmittels Teilchenlithographie.
    [0002] ZurHerstellung integrierter Schaltungen werden üblicherweise auf Halbleiterwafernmit verschiedenen elektrischen Eigenschaften versehene Schichtenaufgebracht und jeweils lithographisch strukturiert. Ein lithographischerStrukturierungsschritt kann darin bestehen, eine Resist-Schichtaufzutragen, diese mit einer gewünschtenStruktur für diebetreffende Ebene zu belichten und zu entwickeln sowie anschließend diesomit entstandene Resist-Maske in die unterliegende Schicht in einem Ätzschrittzu übertragen.
    [0003] ImZuge der immer kleiner werdenden Strukturauflösungen bei der Herstellungvon integrierten Schaltungen wachsen auch die Anforderungen an dasAuflösungsvermögen beider lithographischen Projektion. Es ist zu erwarten, dass die gegenwärtig vorherrschendeoptische Lithographie in Zukunft durch andere Techniken ersetztwerden wird. Bei der optischen Lithographie werden zur Zeit Wellenlängen von193 nm verwendet, was die Strukturauflösung bei der Lithographie aufetwa 60 nm limi tiert. Die Begrenzung der Strukturauflösung hängt zumeinen damit zusammen, dass das Limit der gerade noch abzubildendenkleinsten Struktur proportional zur Wellenlänge des Lichts ist. Darüber hinauswird die Qualitätder Abbildung auch zunehmend durch kleine Prozessfenster eingeschränkt. Soist z. B. der zulässigeTiefenschärfenbereichebenfalls proportional zur Wellenlänge des Lichts.
    [0004] Umin der optischen Lithographie das Prozessfenster zu erhöhen, wurdenin den letzten Jahren neuartige Konzepte entwickelt, wie z. B. Phasenmaskenoder Projektionsapparate mit Schrägbeleuchtung. Des Weiterenermöglichtenbestimmte Maßnahmenbeim Schaltungsentwurf, wie z. B. die so genannte OPC-Korrektur (OpticalProximity Correction), eine weitere Verbesserung des Prozessfensters.Es ist jedoch abzusehen, dass die optische Lithographie, zumindestfür sehrkritische Schaltungsebenen, in der nächsten oder übernächsten Generationvon Herstellungsprozessen fürintegrierte Schaltungen an eine Grenze stoßen wird.
    [0005] Inder Vergangenheit wurden deshalb neuartige lithographische Apparatediskutiert, die sowohl eine verbesserte Strukturauflösung alsauch eine größere Tiefenschärfe aufweisen.Neben der Röntgenlithographieund der Lithographie im extrem kurzwelligen Bereich bis hin zu weicherRöntgenstrahlung(auch als EUV-Lithographie bekannt, wobei EUV für extrem ultraviolett steht)ist hier vor allem die Elektronenstrahl- oder Ionenstrahl-Lithographiezu nennen. Elektronen- bzw. Ionenstrahlen können mit Hilfe von elektrischenund/oder magnetischen Feldern fokussiert und abgelenkt werden. Sieeignen sich daher sowohl fürdas direkte Schreiben auf eine elektronenstrahlempfindliche Resist-Schicht,als auch fürdie Anwendung in einem Belichtungsgerät, das eine Projektionsoptik aufweist.Beim direkten Schreiben mittels eines Teilchenstrahls (Kontakt-Lithographieoder Proximity-Lithographie) kann dabei von Erfahrungen ausgegangenwerden, die bereits bei der Maskenherstellung entwickelt wurden.Belichtungsgeräte,die mit einem Strahl geladener Teilchen eine Projektions-Lithographie oderProximity-Lithographie durchführen,weisen insbesondere bei Strukturauflösungen kleiner als 100 nm einesehr gute Abbildungsqualitätund ein sehr hohes Prozessfenster auf.
    [0006] Beider Teilchenlithographie wird das gewünschte Muster mittels einerLochmaske auf die Oberflächedes Halbleiterwafers übertragen.Die Lochmaske (auch Schablonenmaske oder Stencil-Maske genannt) weist eine Membranschichtauf, die entsprechend des Schaltungsmusters strukturiert wird. Folglichwerden Teilchen, die auf die Strukturelemente der Membranschichttreffen, von dieser absorbiert. Üblicherweisewerden die benötigtenLochmasken auf der Basis von Halbleiterwafern, z. B. SOI-Wafern,realisiert. Es sind auch andere, meistens waferbasierte Schichtaufbautenbekannt, die beispielsweise eine Diamantmembran einsetzen. Die Lochmaskenfür dieLithographie mit geladenen Teilchen unterscheiden sich üblicherweisebezüglichihrer Abmessungen und den verwendeten Materialien von den bisherbekannten Masken fürdie optische Lithographie. Dadurch erfordert die Herstellung der Lochmaskeneine völligneue Infrastruktur und neuartige Herstellungsverfahren. Das Herstellendieser Lochmasken ist jedoch mit hohen Kosten verbunden, aufgrundder vielen neuartigen und aufwändigen Herstellungsschrittenkönnensich auch Probleme bezüglichder Gutausbeute und der Qualitätder fertiggestellten Lochmasken ergeben.
    [0007] Esist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einerLochmaske zur lithographischen Strukturierung mittels geladenerTeilchen anzugeben, das eine einfache und kostengünstige Herstellungeiner Lochmaske ermöglicht,sowie eine Lochmaske bereitzustellen, die einfach und kostengünstig realisierbarist.
    [0008] DieseAufgabe wird erfindungsgemäß mit einemVerfahren zur Herstellung einer Lochmaske zur lithographischen Strukturierungmittels geladener Teilchen gelöst,bei dem folgende Schritte ausgeführt werden: – Bereitstelleneines Maskenrohlings mit einem Substrat und einer Ätzstoppschicht,wobei die Ätzstoppschichtauf einer Oberseite des Substrats aufgebracht ist; – Aufbringeneiner Membranschicht überder Ätzstoppschicht; – Bereitstelleneines flächenhaftenMusters, das innerhalb eines ersten Bereichs angeordnete Strukturelementeaufweist; – Übertragendes Musters in die Membranschicht; – Entfernender Membranschicht in denjenigen Gebieten, die in der Membranschichtden Strukturelementen des Musters entsprechen; – Entfernendes Substrats im ersten Bereich, sodass die Ätzstoppschicht im ersten Bereichfreigelegt wird; und – Entfernender Ätzstoppschichtim ersten Bereich, um die Membranschicht freizulegen.
    [0009] DerKern des erfindungsgemäßen Verfahrenszur Herstellung einer Lochmaske liegt im Schichtaufbau des verwendetenMaskenrohlings. Der Maskenrohling umfasst eine Membranschicht, eine Ätzstoppschichtund ein Substrat. Die abzubildenden Strukturen werden in der Membranschicht definiert.Diejenigen Gebiete in der Membranschicht, die den Strukturelementendes Mus ters entsprechen, werden selektiv zur Ätzstoppschicht entfernt. ZurDefinition der Membranschicht wird das Substrat und die Ätzstoppschichtim Bereich der Strukturelemente des Musters entfernt, sodass einefreistehende Membranschicht verbleibt.
    [0010] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform umfasstder Schritt des Übertragensdes Musters in die Membranschicht: – Aufbringeneiner Resistschicht auf die Membranschicht; – Bestrahlender Resistschicht entsprechend des Musters mit einem optischen Maskenschreiber odereinem Elektronstrahl-Maskenschreiberoder einem Ionenstrahl-Maskenschreiber; und – Entwickelnder Resistschicht, um die Membranschicht in denjenigen Gebietenfreizulegen, die den Strukturelementen des Musters entsprechen.
    [0011] Gemäß dieserVorgehensweise umfasst das Übertragendes Musters in die Membranschicht die photolithographische oderteilchenlithographische Strukturierung einer Resistschicht, dieauf die Membranschicht aufgebracht wird. Diese Verfahrensschrittesind bei der Herstellung lichtoptischer Masken weit verbreitet,was eine kostengünstigeHerstellung einer Lochmaske gemäß der Erfindungunter Verwendung konventioneller Technologien und Geräte erlaubt.
    [0012] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformwird beim Schritt des Bereitstellen des Maskenrohlings für das SubstratQuarz verwendet.
    [0013] Maskenrohlingeaus Quarz, wie z. B. Siliziumdioxid, sind in der Technik weit verbreitet.Gemäß dieserVorgehensweise lassen sich kostengünstige Lochmasken herstellen.
    [0014] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformwird der Schritt des Bereitstellens des Maskenrohlings so ausgeführt, dassdas Substrat des Maskenrohlings eine Abmessung von ungefähr 152 mmLänge,152 mm Breite und 6,35 mm Höhe aufweist.
    [0015] Gemäß dieserVorgehensweise kann ein Maskenrohling eingesetzt werden, der ineinem in der Technik bekannten und weit verbreiteten Format vorliegt.Das Format des Maskenrohlings entspricht dabei im wesentlichen derweit verbreiteten Größe von 6inch Breite × 6inch Länge × 0,25 inchHöhe. Dies isteine Standardgröße bei derHerstellung lichtoptischer Masken.
    [0016] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformwird beim Schritt des Bereitstellens des Maskenrohlings für die Ätzstoppschichteine Metallschicht, vorzugsweise aus Chrom, verwendet.
    [0017] Maskenrohlinge,die eine Chromschicht aufweisen, werden insbesondere in Verbindungmit einem Substrat aus Quarz häufigfür Maskenzur optischen Lithographie verwendet. Gemäß dieser Vorgehensweise wirddie Lochmaske zur Teilchenlithographie unter Verwendung bekannterMaterialien hergestellt, was zu deutlich niedrigeren Kosten beider Herstellung der Lochmaske führt.
    [0018] Gemäß einerweiteren Ausführungsformist die Ätzstoppschichtungefähr10 nm bis 1 μm,vorzugsweise 50 nm, dick.
    [0019] Gemäß dieserVorgehensweise entspricht die Ätzstoppschichtder Lochmaske in ihren Abmessungen einer lichtoptischen Projektionsmaske,bei der beispielsweise eine (Schwarz-)Chromschicht zur Herstellungabsorbierender Elemente verwendet wird.
    [0020] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformbesteht die Membranschicht aus einem Material, das eine hohe Ätzselektivität zur Ätzstoppschichtaufweist.
    [0021] Gemäß dieserVorgehensweise kann das Übertragendes Musters von Strukturelementen auf einfache Weise in die Membranschichterfolgen, da mittels eines selektiven Ätzprozesses nur die Membranschichtstrukturiert wird.
    [0022] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformumfasst die Membranschicht amorphes Silizium.
    [0023] EineSchicht aus amorphem Silizium weist gegenüber der Ätzstoppschicht, beispielsweiseeiner Chromschicht, eine hohe Ätzselektivität auf. Dadurch ergibtsich eine einfache Herstellung der Lochmaske.
    [0024] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformwird der Schritt des Aufbringens der Membranschicht dadurch ausgeführt, dassdas amorphe Silizium durch Sputtern aufgebracht wird.
    [0025] Gemäß dieserVorgehensweise lässtsich die amorphes Silizium umfassende Membranschicht in einem einfachenHerstellungsverfahren auf einen kommerziellen Maskenrohling, derbeispielsweise Quarz und Chrom umfasst, aufbringen. Dies erlaubt eineeinfache und kostengünstigeHerstellung der Lochmaske.
    [0026] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformumfasst die Membranschicht kristallines Silizium.
    [0027] KristallinesSilizium weist ebenfalls gegenüberder Ätzstoppschichteine hohe Ätzselektivität auf.
    [0028] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformwird der Schritt des Aufbringens der Membranschicht dadurch ausgeführt, dassdas kristalline Silizium mit einem Bonding-Verfahren aufgebracht wird.
    [0029] Gemäß dieserVorgehensweise kann eine Lochmaske unter Verwendung kommerziellerhältlicherMaterialien hergestellt werden. Ein Bonding-Verfahren ist beispielsweisein der Technik bei der Herstellung von SOI-Wafern bekannt.
    [0030] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformerfolgt das Entfernen der Membranschicht durch Ätzen.
    [0031] InsbesondereMembranschichten aus kristallinem oder amorphem Silizium lassensich in einem Ätzprozesssehr einfach strukturieren.
    [0032] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformwird das Ätzenmit einem fluorbasierendem Ätzprozessin einer sauerstofffreien Umgebung durchgeführt.
    [0033] Fluorbasierende Ätzprozesseweisen eine sehr hohe Ätzselektivität gegenüber einermetallhaltigen Ätzstoppschichtauf.
    [0034] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformfolgt der Schritt des Strukturierens der Ätzstoppschicht mittels einessauerstoffhaltigen Ätzprozessesunter Verwendung von Chlor.
    [0035] Eine Ätzchemieunter Verwendung von Chlor in einer sauerstoffhaltigen Umgebungist geeignet, die Ätzstoppschichtse lektiv zur siliziumhaltigen Substratschicht und Membranschichtzu ätzen.
    [0036] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformerfolgt darüberhinaus eine Beschichtung der Rückseitedes Substrats mit einer leitfähigen Schichtin einen zweiten Bereich, der den ersten Bereich umgibt.
    [0037] Gemäß dieserVorgehensweise wird das Substrat, das üblicherweise elektrisch nichtleitend ist, mit einer leitfähigenSchicht versehen, sodass sich währenddes Betriebs in einer Teilchenlithographie-Anlage keine elektrostatischenAufladungen des Substrats ergeben. Üblicherweise versucht man beider Teilchenlithographie, elektrostatische Aufladungseffekte zuverhindern, da diese sowohl zu schädlichen Spannungsüberschlägen führen können, alsauch unerwünschteAblenkungen des Teilchenstrahls hervorrufen können.
    [0038] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformwird die leitfähigeSchicht aus Metall, vorzugsweise Chrom, hergestellt.
    [0039] Gemäß dieserVorgehensweise werden Materialien verwendet, die in der Maskenherstellung weitverbreitet sind. Dies erlaubt eine kostengünstige Herstellung der Lochmaske.
    [0040] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformwird zuerst der Schritt des Entfernens der Membranschicht in denjenigenGebieten, die in der Membranschicht den Strukturelementen des Musters entsprechen,dann der Schritt des Entfernens des Substrats im ersten Bereichund danach der Schritt des Entfernens der Ätzstoppschicht im ersten Bereichdurchgeführt.
    [0041] Gemäß dieserVorgehensweise werden zuerst die Strukturen der Membranschicht erzeugt,anschließenderfolgt die Generierung der Membran, indem das Substrat und die Ätzstoppschichtim ersten Bereich entfernt werden. Dadurch lässt sich die Lochmaske zurweiteren Verwendung einfach und sicher handhaben, da die empfindlicheMembran erst in den letzten Prozessschritten freigelegt wird. Eineeventuelle Zerstörungder strukturierten Membranschicht kann somit verhindert werden.
    [0042] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformwird zuerst der Schritt des Entfernens des Substrats im ersten Bereich,danach der Schritt des Entfernens der Ätzstoppschicht im ersten Bereich unddann der Schritt des Entfernens der Membranschicht in denjenigenGebieten, die in der Membranschicht den Strukturelementen des Mustersentsprechen, durchgeführt.
    [0043] Gemäß dieserVorgehensweise wird zuerst die Membran generiert, indem die Ätzstoppschicht unddas Substrat entfernt werden. Anschließend erfolgt eine Strukturierungder Membranschicht. Dieses Vorgehen erlaubt eine sehr präzise Fertigungder Lochmaske, da ein Verzug oder ein Durchbiegen der Membranschicht,die nach dem Entfernen des Substrats und der Ätzstoppschicht auftreten können, bei derStrukturierung der Membranschicht keine Auswirkungen haben. Da beider Übertragungdes Musters von Strukturelementen die Membranschicht bzw. der Maskenrohlingin seiner endgültigenForm vorliegt, ist somit eine hohe Lagegenauigkeit der abzubildendenStrukturen möglich.
    [0044] DieAufgabe wird auch durch eine Lochmaske zur lithographischen Strukturierungeines Halbleiterwafers mittels geladener Teilchen gelöst, dieFolgendes umfasst: – ein flächiges Substrat mit einem Ausschnitt,der einen ersten Bereich, in dem das Substrat entfernt ist, undeinen zweiten Bereich definiert, der den ersten Bereich umschließt; – eineauf einer Oberseite des Substrats im zweiten Bereich angebrachte Ätzstoppschicht;und – eineMembranschicht, die oberhalb der Ätzstoppschicht angeordnet istund die an den ersten Bereich angrenzend entsprechend eines Schaltungsmustersstrukturiert ist.
    [0045] Besondersvorteilhaft erweist sich die Verwendung der erfindungsgemäßen Lochmaskezur Strukturierung eines Halbleiterwafers mittels Teilchenlithographie,wobei folgende Schritte ausgeführt werden: – Bereitstelleneines Halbleiterwafers; – Aufbringeneiner Resistschicht auf eine Oberseite des Halbleiterwafers; – Bereitstelleneiner Anlage zur Teilchenlithographie, die eine Teilchenquelle,eine Halterung für dieLochmaske und einen Substrathalter umfasst; – Ablegender Lochmaske in der Halterung; – Ablegendes Halbleiterwafers auf dem Substrathalter; und – Strukturierender Resistschicht mittels eines von der Teilchenquelle bereitgestelltenTeilchenstrahls.
    [0046] Beidem Verfahren zur Verwendung der erfindungsgemäßen Lochmaske lässt sichdie Lochmaske in einer kommerziellen Anlage zur Teilchenlithographieeinsetzen. Dabei kann sowohl eine Anlage mit einem Elektronenstrahloder mit einem Ionenstrahl als geladene Teilchen verwendet werden.
    [0047] Ineiner bevorzugten Ausführungsformist die Anlage zur Teilchenlithographie geeignet, eine Elektronen-Proximity-oder Elektronen-Kontakt-Lithographie durchzuführen.
    [0048] Anlagenzur Elektronenstrahl-Lithographie weisen oftmals eine maßstabsgetreue Übertragung desMusters der Lochmaske auf einen Halbleiterwafer auf. Die erfindungsgemäße Lochmaskekann in solchen Anlagen eingesetzt werden.
    [0049] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformumfasst die Anlage zur Teilchenlithographie darüber hinaus eine Projektionsvorrichtungzur verkleinernden Abbildung des Teilchenstrahls.
    [0050] Gemäß dieserVorgehensweise ist es möglich,eine Projektionslithographie, beispielsweise mit einem Elektronen-oder Ionenstrahl, durchzuführen, wobeidas Muster von Strukturelementen auf der Lochmaske verkleinerndauf die Oberseite des Halbleiterwafers abgebildet wird. Diese Anlagenwerden häufigzur Projektion von Schaltungsmustern eingesetzt, die sehr geringeStrukturbreiten aufweisen. Die mittels kommerzieller Materialienund Gerätehergestellte Lochmaske lässtsich auf vorteilhafte Weise in diesen Anlagen einsetzen.
    [0051] VorteilhafteWeiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
    [0052] DieErfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Inder Zeichnung zeigen:
    [0053] 1A bis 1D inschematischen Querschnittsansichten jeweils die bei der Anwendungdes erfin dungsgemäßen Verfahrensin einer ersten Ausführungsformentstandenen Teile;
    [0054] 2A bis 2D inschematischen Querschnittsansichten jeweils die bei der Anwendungdes erfindungsgemäßen Verfahrensin einer weiteren Ausführungsformentstandenen Teile;
    [0055] 3 schematischeine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Lochmaske;
    [0056] 4 schematischin einer Querschnittsansicht eine Anlage zur Teilchenlithographie;
    [0057] 5 ineinem Flussdiagramm die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrensin einer ersten Ausführungsform;und
    [0058] 6 ineinem Flussdiagramm die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrensin einer zweiten Ausführungsform.
    [0059] ImFolgenden wird die Erfindung beispielhaft an einer Lochmaske undan einem Verfahren zur Herstellung der Lochmaske zur lithographischen Strukturierungmittels geladener Teilchen bei der Herstellung integrierter Schaltungenerläutert.Die Erfindung lässtsich jedoch auch fürdie Herstellung anderer Objekte anwenden, bei denen mittels Teilchenlithographieeine Strukturierung mit sehr hoher Auflösung erfolgen soll.
    [0060] Ausgangspunktdes erfindungsgemäßen Verfahrensin einer ersten Ausführungsformist ein Maskenrohling 10, wie in 1A gezeigtist. Der Maskenrohling 10 (auch Maskenblank genannt) umfasstein Substrat 12, das beispielsweise aus einer 150 mm langen,150 mm breiten und 6 mm hohen Quarzplatte besteht. Auf einer Oberseite 16 desSubstrats 12 wird eine Ätzstoppschicht 14 aufgebracht. Die Ätzstoppschicht 14 wirdin Form einer 10 nm bis 1 μm,vorzugsweise 50 nm, dicken Metallschicht aufgebracht, die beispielsweiseaus Chrom besteht. Ein Maskenrohling 10, der aus einerQuarzplatte mit darüberliegender Chromschicht hergestellt wird, ist ein gängiges Ausgangsmaterialzur Herstellung einer Maske fürdie optische Lithographie.
    [0061] Über der Ätzstoppschicht 14 wirdeine Membranschicht 18 aufgebracht, wobei für die Membranschicht 18 einMaterial gewähltwird, das eine hohe Ätzselektivität zur Ätzstoppschicht 14 aufweist.Die Membranschicht 18 kann beispielsweise aus amorphemSilizium bestehen, das durch Sputtern oder einem anderen in derTechnik bekannten Verfahren aufgebracht wird.
    [0062] Esist aber auch möglich,die Membranschicht 18 beispielsweise mittels eines Bonding-Verfahrensals kristallines Silizium aufzubringen. Bonding-Verfahren werdenunter anderem bei der Herstellung von SOI-Wafern (SOI = siliconon insulator) verwendet. Dabei werden zwei Wafer erhitzt und jeweilsauf einer Oberseite thermisch oxidiert. Anschließend werden die beiden Halbleiterwafermit ihren oxidierten Seiten zusammengefügt, so dass ein einheitlicherWafer gebildet wird. Analog dazu wird bei der Erfindung ein kristallinerSiliziumwafer auf die Oberseite der Ätzstoppschicht 14 aufgebracht.
    [0063] ImnächstenSchritt, der in 1B gezeigt ist, wird die Membranschicht 18 entsprechendeines Musters von Strukturelementen strukturiert. Das flächenhafteMuster entspricht bei spielsweise einer Ebene eines Schaltungsmusterseiner integrierten Schaltung. Das Muster weist innerhalb eines ersten Bereichs 20 dieStrukturelemente auf, wobei die für Lochmasken typischen Randbedingungenbeachtet werden müssen.So dürfenetwa keine freistehenden isolierten Gebiete entstehen, da diesemit keinem Nachbargebiet verbunden sind und somit keinerlei Haltin der fertiggestellten Lochmaske aufweisen (auch als so genanntesDonut-Problem bekannt).
    [0064] DasMuster wird üblicherweisein die Membranschicht 18 mittels einer Resistschicht übertragen. Dazuwird zuerst die Resistschicht auf die Membranschicht 18 aufgebracht,anschließendwird die Resistschicht entsprechend des Musters mit einem Maskenschreiberbestrahlt und danach wird die Resistschicht entwickelt, um die Membranschicht 18 in denjenigenGebieten 22 freizulegen, die den Strukturelementen desMusters entsprechen.
    [0065] AlsMaskenschreiber kann dabei ein optischer Maskenschreiber, ein Elektronenstrahl-Maskenschreiberoder ein Ionenstrahl-Maskenschreiber verwendetwerden. Das Strukturieren der Resistschicht mittels eines Maskenschreibersist ein in der Technik bekanntes Verfahren, sodass auf eine genaueErläuterunghier verzichtet wird.
    [0066] In 1B istder Maskenrohling gezeigt, wobei im Gebiet 22 die Membranschicht 18 entferntwurde. Es versteht sich füreinen kundigen Fachmann von selbst, dass eine Lochmaske zur Herstellungintegrierter Schaltungen viele Gebiete 22 umfasst, die imersten Bereich 20 angeordnet sind.
    [0067] ZumFreilegen des Gebiets 22 wird ein Ätzprozess verwendet, der einehohe Selektivitätzur Ätzstoppschicht 14 aufweisen soll.Dazu wird beispielsweise ein fluorbasierender Ätzprozess in einer sauerstofffreienUmgebung eingesetzt. Andere dem Fachmann bekannte Ätzprozessesind jedoch nicht ausgeschlossen.
    [0068] Ineinem nächstenProzessschritt, der in 1C gezeigt ist, wird das Substrat 12 unterhalb desersten Bereichs 20 der mit dem Schaltungsmuster strukturiertenMembranschicht 18 entfernt. Das Strukturieren oder teilweiseEntfernen des Substrats 12 kann wiederum mittels Ätzen durchgeführt werden.
    [0069] ImnächstenSchritt wird die Ätzstoppschicht 14 unterhalbdes ersten Bereichs 20 der mit dem Schaltungsmuster strukturiertenMembranschicht 18 entfernt. Dazu kann beispielsweise einsauerstoffhaltiger Ätzprozessunter Verwendung von Chlor benutzt werden, der eine Ätzung derChromschicht erlaubt und der gleichzeitig eine hohe Ätzselektivität zur Membranschicht 18 aufweist.
    [0070] Manerhält,wie in 1D gezeigt ist, eine strukturierteMembranschicht 18, die im ersten Bereich 20 dasMuster der Strukturelemente aufweist. In einem zweiten Bereich 24,der den ersten Bereich 20 umgibt, haben das Substrat 12 unddie Ätzstoppschicht 14 dieFunktion eines Rahmens fürdie Lochmaske und unterstützenmechanisch die Membranschicht 18.
    [0071] DieDicke der Membranschicht 18 wird, unabhängig von der Art des Aufbringensauf die Ätzstoppschicht 14,so gewählt,dass die Membranschicht 18 zum einen eine ausreichendemechanische Stabilitätaufweist, zum anderen aber auch nicht so dick ist, dass der Ätzprozessbei der Strukturierung schwierig durchzuführen wäre. In der Praxis hat sichdabei eine Dicke im Bereich von 0,5 μm bis 3 μm, vorzugsweise etwa 1 μm, bewährt.
    [0072] Esist im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen, über der Membranschicht 18 aufder der Ätzstoppschicht 14 gegenüberliegendenSeite eine Schutzschicht aufzubringen (nicht gezeigt). Diese Schutzschichtsoll insbesondere bei der Lithographie mittels Ionenstrahlen verhindern,dass sich die Ionen in der Membranschicht 18 einlagern,was zu Materialveränderungenund mechanischen Spannungen führenwürde,die bei der Lithographie Störungenverursachen könnten.
    [0073] ImZusammenhang mit 1A bis 1D wurdeeine Ausführungsformder Erfindung beschrieben, bei der zuerst die Membranschicht 18 strukturiertwird und danach die Membran durch Freilegen des Substrats 12 undder Ätzstoppschicht 14 unterhalbdes ersten Bereichs 20 gebildet wird. Dies erlaubt eineeinfache und sichere Handhabung der Lochmaske, da während derHerstellung die mitunter sehr filigrane Membranschicht 18 erstin den letzten Prozessschritten freigelegt wird.
    [0074] Eineweitere Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Verfahrensist in den 2A bis 2D gezeigt.Wie nachfolgend erläutertwird, unterscheidet sich diese Ausführungsform zum Verfahren nach 1A bis 1D durchdie Reihenfolge der Prozessschritte, sodass im Folgenden im wesentlichendie Unterschiede in der Prozessführung erläutert werden.
    [0075] In 2A istwiederum der Maskenrohling 10 gezeigt, der das beispielsweiseaus Quarz bestehende Substrat 12 und die Chromschicht als Ätzstoppschicht 14 aufweist.Die Membranschicht 18 wird, wie bereits im Zusammenhangmit 1A erläutert, über der Ätzstoppschicht 14 aufgebracht.
    [0076] Ineinem ersten Schritt, der in 2B gezeigtist, wird in demjenigen Bereich 20, über dem später die mit dem Schaltungsmusterstrukturierte Membranschicht 18 zu liegen kommt, das Substrat 12 entfernt.Dazu kann wiederum ein Ätzschrittverwendet werden.
    [0077] ImnächstenSchritt, der in 2C gezeigt ist, wird die Ätzstoppschicht 14 ebenfallsim ersten Bereich 20 entfernt. Bei einer Chromschicht als Ätzstoppschicht 14 kannwiederum ein sauerstoffhaltiger Ätzprozesszusammen mit Chlorgas verwendet werden.
    [0078] Imletzten Schritt wird die Membranschicht 18 entsprechenddes Musters von Strukturelementen strukturiert. Dazu kann, wie bereitsoben erläutert, eineResistschicht auf diejenige Seite der Membranschicht 18,die der Ätzstoppschicht 14 abgewandtist, aufgebracht werden. Nach dem Strukturieren der Resistschichtmittels eines Maskenschreibers wird ein fluorbasierender Ätzprozessin einer sauerstofffreien Umgebung durchgeführt, der eine hohe Ätzselektivität zur Ätzstoppschicht 14 aufweist.
    [0079] ImErgebnis erhältman, wie in 2D gezeigt ist, eine strukturierte Ätzstoppschicht 14 undein Substrat 12, die in einem zweiten Bereich 24,der den ersten Bereich 20 umgibt, angeordnet sind. Diese nehmenwiederum die Funktion eines Trägersfür die Membranschicht 18 wahr.Die Prozessführunggemäß den 2A bis 2D erweistsich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn die Membranschicht 18 mitsehr großerGenauigkeit strukturiert werden soll. Da während des Übertragens des Musters auf dieMembranschicht 18 die rückseitigangeordnete Ätzstoppschicht 14 unddas Substrat 12 bereits entfernt sind, ist die Lagegenauigkeitder freigelegten Gebiete 22 sehr präzise, da sich eventuelle Verwindungenoder ein Durchbiegen der Membranschicht 18 bereits beider Strukturierung der Membranschicht 18 auswirken undsomit kompensiert werden.
    [0080] In 3 isteine Lochmaske 28 zur lithographischen Strukturierung einesHalbleiterwafers mittels geladener Teilchen gezeigt. Die Lochmaske 28 umfasstein flächigesSubstrat 12, das einen Ausschnitt aufweist, der einen erstenBereich 20, in dem das Substrat entfernt ist, und einenzweiten Bereich 24 definiert, der den ersten Bereich 20 umschließt. Aufeiner Oberseite 16 des Substrats 12 ist im zweitenBereich 24 die Ätzstoppschicht 14 angebracht. Oberhalbder Ätzstoppschicht 14 isteine Membranschicht 18 angeordnet, die an den ersten Bereich 20 angrenzendentsprechend eines Schaltungsmusters strukturiert ist. Das Substrat 12 istauf der der Ätzstoppschicht 14 gegenüberliegendenSeite mit einer leitfähigenSchicht 26, die beispielsweise aus Chrom besteht, versehen.Mittels der leitfähigenSchicht 26 kann ein Aufladeeffekt bei der Verwendung derLochmaske 28 in einer Anlage zur Teilchenlithographie verhindertwerden.
    [0081] Besondersvorteilhaft erweist sich die Lochmaske 28 bei der Verwendungin einer Anlage zur Teilchenlithographie. Die teilchenlithographische Strukturierungeines Halbleiterwafers kann entweder mit einem Elektronenstrahloder einem Ionenstrahl durchgeführtwerden. Dies ist in 4 gezeigt.
    [0082] EineLithographie-Anlage 30 weist üblicherweise einen Substrathalter 32 auf,der unterhalb einer Teilchenquelle 34 angeordnet ist. DieTeilchenquelle 34 ist geeignet, einen Teilchenstrahl 36,beispielsweise ein Elektronen- oder Ionenstrahl, zu emittieren.Der Teilchenstrahl 36 wird durch eine elektromagnetischeProjektionsoptik 38 auf einen Halbleiterwafer 40 fokussiert,der auf dem Substrathalter 32 abgelegt ist.
    [0083] DieProjektionsoptik 38 umfasst üblicherweise mehrere Spulen,die eine verkleinernde Abbildung des Teilchenstrahls 36 ermöglichen.Eventuell sind noch weitere Hilfsspulen 38' im Strahlengang angeordnet, dieeine Bündelungdes Teilchenstrahls erlauben. Die Lochmaske 28 wird oberhalbder Projektionsoptik 38 in eine Halterung 42 eingeführt undanschließendmit dem Teilchenstrahl 36 bestrahlt. Derjenige Teil desTeilchenstrahls 36, der die Membranschicht 18 derLochmaske 28 passiert, wird verkleinert auf eine Resistschicht 44 projiziert,die auf der Oberseite des Halbleiterwafers 40 angebrachtist.
    [0084] Ineiner Anlage gemäß 4 istes möglich, eineElektronen- oder Ionen-Projektions-Lithographie durchzuführen. Esist im Rahmen der Erfindung aber auch vorgesehen, eine Anlage zurTeilchenlithographie zu verwenden, die keine Projektionsvorrichtung aufweist.Insbesondere ist es ebenfalls möglich,eine Elektronen-Proximity- oder Elektronen-Kontakt-Lithographiedurchzuführen.Unter einer Proximity-Lithographie versteht man, dass die Lochmaskein geringem Abstand bzw. direkt überdem Halbleiterwafer angebracht wird. Bei der oder Kontakt-Lithographie sindLochmaske und Halbleiterwafer in direktem Kontakt, beispielsweisedurch Anpressen. Die Elektronen-Proximity- oder Elektronen-Kontakt-Lithographieweisen demnach keine verkleinernde Abbildung des Elektronenstrahlsauf.
    [0085] UnterVerwendung der Lochmaske 28 gemäß der Erfindung kann ein Schaltungsmusterauf die Resistschicht 44 des Halbleiter wafers 40 projiziertwerden, das eine sehr feine Strukturauflösung, beispielsweise von 65nm oder weniger, aufweist.
    [0086] Diewesentlichen Verfahrensschritte zur Herstellung einer Lochmaskein einer ersten Ausführungsformsind nochmals in 5 zusammengefasst.
    [0087] Ineinem ersten Schritt 100 erfolgt das Bereitstellen einesMaskenrohlings.
    [0088] Imzweiten Schritt 102 wird die Membranschicht aufgebracht.Danach wird im Prozessschritt 104 das Muster der Strukturelementebereitgestellt.
    [0089] Anschließend erfolgtein Übertragendes Musters in die Membranschicht im Prozessschritt 106.
    [0090] ImProzessschritt 108 wird die Membranschicht strukturiert,um die Membran der Lochmaske zu definieren. Danach werden im Prozessschritt 110 dasSubstrat und im Prozessschritt 112 die Ätzstoppschicht strukturiert.
    [0091] Eineweitere Ausführungsformdes Verfahrens ist in 6 gezeigt.
    [0092] ImProzessschritt 120 erfolgt wiederum das Bereitstellen desMaskenrohlings.
    [0093] Anschließend wirdim Prozessschritt 122 die Membranschicht aufgebracht.
    [0094] ImProzessschritt 124 erfolgt ein Bereitstellen des Musters,im Prozessschritt 126 wird das Substrat strukturiert undan schließendwird im Prozessschritt 128 die Ätzstoppschicht strukturiert.
    [0095] ImProzessschritt 130 wird das Muster in die Membranschicht übertragenund anschließenderfolgt im Prozessschritt 132 ein Strukturieren der Membranschicht.
    10 Maskenrohling 12 Substrat 14 Ätzstoppschicht 16 Oberseite 18 Membranschicht 20 ersterBereich 22 Gebiet 24 zweiterBereich 26 leitfähige Schicht 28 Lochmaske 30 Lithographieanlage 32 Substrathalter 34 Teilchenquelle 36 Teilchenstrahl 38,38' Projektionsoptik 40 Halbleiterwafer 42 Halterung 44 Resistschicht 100–132 Verfahrensschritte
    权利要求:
    Claims (33)
    [1] Verfahren zur Herstellung einer Lochmaske zurlithographischen Strukturierung mittels geladener Teilchen, umfassendfolgende Schritte: – Bereitstelleneines Maskenrohlings (10) mit einem Substrat (12)und einer Ätzstoppschicht(14), wobei die Ätzstoppschicht(14) auf einer Oberseite (16) des Substrats (12)aufgebracht ist; – Aufbringeneiner Membranschicht (18) über der Ätzstoppschicht (14); – Bereitstelleneines flächenhaftenMusters, das innerhalb eines ersten Bereichs (20) angeordnete Strukturelementeaufweist; – Übertragendes Musters in die Membranschicht (18); – Entfernender Membranschicht (18) in denjenigen Gebieten (22),die in der Membranschicht (18) den Strukturelementen desMusters entsprechen; – Entfernendes Substrats (12) im ersten Bereich (20), sodass die Ätzstoppschicht(14) im ersten Bereich (20) freigelegt wird; und – Entfernender Ätzstoppschicht(14) im ersten Bereich (20), um die Membranschicht(18) freizulegen.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Übertragensdes Musters in die Membranschicht (18) umfasst: – Aufbringeneiner Resistschicht auf die Membranschicht; – Bestrahlender Resistschicht entsprechend des Musters mit einem optischen Maskenschreiberoder einem Elektronstrahl-Maskenschreiberoder einem Ionenstrahl-Maskenschreiber; und – Entwickelnder Resistschicht, um die Membranschicht (18) in denjenigenGebieten (22) freizulegen, die den Strukturelementen desMusters entsprechen.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem beim Schrittdes Bereitstellens des Maskenrohlings (10) für das Substrat(12) Quarz verwendet wird.
    [4] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schrittdes Bereitstellens des Maskenrohlings (10) so ausgeführt wird,dass das Substrat (12) des Maskenrohlings (10)eine Abmessung von ungefähr152 mm Länge,152 mm Breite und 6,35 mm Höheaufweist.
    [5] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem beim Schrittdes Bereitstellens des Maskenrohlings (10) für die Ätzstoppschicht(14) eine Metallschicht, vorzugsweise aus Chrom, verwendetwird.
    [6] Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Ätzstoppschicht(14) ungefähr10 nm bis 1 μm,vorzugsweise 50 nm, dick ist.
    [7] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Membranschicht(18) aus einem Material besteht, das eine hohe Ätzselektivität zur Ätzstoppschicht(14) aufweist.
    [8] Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Membranschicht(18) amorphes Silizium umfasst.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt desAufbringens der Membranschicht (18) dadurch ausgeführt wird,dass das amorphe Silizium durch Sputtern aufgebracht wird.
    [10] Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Membranschicht(18) kristallines Silizium umfasst.
    [11] Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Schrittdes Aufbringens der Membranschicht (18) dadurch ausgeführt wird,dass das kristalline Silizium mit einem Bonding-Verfahren aufgebrachtwird.
    [12] Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Membranschicht(18) ungefähr0,5 μm bis3 μm, vorzugsweise1 μm, dickist.
    [13] Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem das Entfernender Membranschicht (18) durch Ätzen erfolgt.
    [14] Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Ätzen miteinem Fluor-basierenden Ätzprozessin einer sauerstofffreien Umgebung durchgeführt wird.
    [15] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem der Schrittdes Strukturierens des Substrats (10) mittels Ätzen durchgeführt wird.
    [16] Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 15, bei dem der Schrittdes Strukturierens der Ätzstoppschicht(14) mittels eines sauerstoffhaltigen Ätzprozesses unter Verwendungvon Chlor erfolgt.
    [17] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem darüber hinausein Beschichtung der Rückseitedes Substrats (10) mit einer leitfähigen Schicht (26)in einem zweiten Bereich (24) erfolgt, der den ersten Bereich(20) umgibt.
    [18] Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die leitfähige Schicht(26) aus Metall, vorzugsweise Chrom, hergestellt wird.
    [19] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem zuerstder Schritt des Entfernens der Membranschicht (18) in denjenigenGebieten (22), die in der Membranschicht (18)den Strukturelementen des Musters entsprechen, dann der Schrittdes Entfernens des Substrats (12) im ersten Bereich (20) unddanach der Schritt des Entfernens der Ätzstoppschicht (14)im ersten Bereich (20) durchgeführt wird.
    [20] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem zuerstder Schritt des Entfernens des Substrats (12) im erstenBereich (20), danach der Schritt des Entfernens der Ätzstoppschicht(14) im ersten Bereich (20) und dann der Schrittdes Entfernens der Membranschicht (18) in denjenigen Gebieten(22), die in der Membranschicht (18) den Strukturelementendes Musters entsprechen, durchgeführt wird.
    [21] Lochmaske zur lithographischen Strukturierung einesHalbleiterwafers mittels geladener Teilchen, umfassend: – ein flächiges Substrat(12) mit einem Ausschnitt, der einen ersten Bereich (20),in dem das Substrat entfernt ist, und einen zweiten Bereich (24)definiert, der den ersten Bereich (20) umschließt; – eine aufeiner Oberseite (16) des Substrats (12) im zweitenBereich angebrachte Ätzstoppschicht(14); und – eineMembranschicht (18), die oberhalb der Ätzstoppschicht (14)angeordnet ist und die an den ersten Bereich (20) angrenzendentsprechend eines Schaltungsmusters strukturiert ist.
    [22] Lochmaske nach Anspruch 21, bei der das Substrat(12) aus Quarz ist.
    [23] Lochmaske nach Anspruch 21 oder 22, bei der die Ätzstoppschicht(14) eine Metallschicht, vorzugsweise eine Chromschicht,umfasst.
    [24] Lochmaske nach einem der Ansprüche 21 bis 23, bei der dieMembranschicht (18) amorphes oder kristallines Siliziumumfasst.
    [25] Lochmaske nach einem der Ansprüche 21 bis 24, die eine Abmessungvon ungefähr152 mm Länge,152 mm Breite und 6,35 mm Höheaufweist.
    [26] Lochmaske nach einem der Ansprüche 21 bis 25, bei der dasSubstrat (12) auf der der Ätzstoppschicht (14)gegenüberliegendenSeite mit einer leitfähigenSchicht (26) versehen ist.
    [27] Lochmaske nach einem der Ansprüche 21 bis 26, bei der dieleitfähigeSchicht (16) eine Metallschicht, vorzugsweise eine Chromschicht,umfasst.
    [28] Verfahren zur Verwendung einer Lochmaske nach einemder Ansprüche21 bis 27 zur Strukturierung eines Halbleiterwafers mittels Teilchenlithographie,umfassend: – Bereitstelleneines Halbleiterwafers (40); – Aufbringen einer Resistschicht(44) auf eine Oberseite des Halbleiterwafers (40); – Bereitstelleneiner Anlage (30) zur Teilchenlithographie, die eine Teilchenquelle(34), eine Halterung (42) für die Lochmaske (28)und einen Substrathalter (32) umfasst; – Ablegender Lochmaske (28) in der Halterung (42); – Ablegendes Halbleiterwafers (40) auf dem Substrathalter (32);und – Strukturierender Resistschicht (44) mittels eines von der Teilchenquelle(34) bereitgestellten Teilchenstrahls (36).
    [29] Verfahren nach Anspruch 28, bei dem die Anlage (30)zur Teilchenlithographie geeignet ist, eine Elektronen-Proximity- oder Elektronen-Kontakt-Lithographiedurchzuführen.
    [30] Verfahren nach Anspruch 28, bei dem die Anlage (30)zur Teilchenlithographie darüberhinaus eine Projektionsvorrichtung (38, 38') zur verkleinerndenAbbildung des Teilchenstrahls (36) umfasst.
    [31] Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die Anlage (30)zur Teilchenlithographie geeignet ist, eine Elektronen-Projektions-Lithographiedurchzuführen.
    [32] Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die Anlage (30)zur Teilchenlithographie geeignet ist, eine Ionen-Projektions-Lithographie durchzuführen.
    [33] Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, bei der dieLochmaske (28) ein Schaltungsmuster aufweist, das geeignetist, Strukturelemente mit einer Strukturauflösung von 65 nm oder wenigerauf der Resistschicht (44) zu bilden.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004012240B4|2007-03-01|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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