DE102006050363B4

DE102006050363B4 - Verfahren zur Herstellung einer Fotomaske, Verfahren zur Strukturierung einer Schicht oder eines Schichtstapels und Resiststapel auf einem Maskensubstrat

Info

Publication number: DE102006050363B4
Application number: DE102006050363.5A
Authority: DE
Inventors: Dr. Waiblinger Markus; Axel Feike; Timo Wandel
Original assignee: Advanced Mask Technology Center GmbH and Co KG
Current assignee: Advanced Mask Technology Center GmbH and Co KG
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2026-10-26
Also published as: DE102006050363A1; JP2008107834A; JP4741565B2; US20080102382A1; US7820343B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Fotomaske umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines Maskensubstrates (1) umfassend eine erste und eine zweite Strukturschicht (11, 12), wobei die zweite Strukturschicht (12) oberhalb der ersten Strukturschicht (11) angeordnet ist und die Oberfläche der zweiten Strukturschicht (12) eine Substratoberfläche (10) definiert,
Aufbringen eines ersten Resistmaterials (2) auf der Substratoberfläche (10), wobei das erste Resistmaterial (2) eine erste Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis aufweist,
Aufbringen eines zweiten Resistmaterials (3) oberhalb des ersten Resistmaterials (2), wobei das zweite Resistmaterial (3) eine zweite Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis aufweist, wobei die zweite Empfindlichkeit kleiner als die erste Empfindlichkeit ist, wodurch ein Resiststapel (20) erzeugt wird,
Durchführen eines Belichtungsschrittes, bei dem der Resiststapel (20) in definierten Bereichen der Substratoberfläche (10) einer lokal verschiedenen Belichtungsdosis ausgesetzt wird, wobei die Belichtungsdosis lokal zwischen einer ersten und einer zweiten Belichtungsdosis variiert, wobei die erste Belichtungsdosis kleiner ist als die zweite Belichtungsdosis,
Entwickeln des Resiststapels (20), wobei die Oberfläche (10) des Maskensubstrates (1) nur an den Stellen freigelegt wird, an denen der Resiststapel (20) der zweiten Belichtungsdosis ausgesetzt gewesen ist,
Ätzen der ersten und der zweiten Strukturschicht (11, 12) des Maskensubstrates (1) an den Stellen, wo die Substratoberfläche (10) freiliegt,
vollständiges Entfernen des zweiten Resistmaterials (3), Entwickeln des ersten Resistmaterials (2), wobei die Oberfläche (10) des Maskensubstrates (1) an den Stellen freigelegt wird, an denen der Resiststapel (20) der ersten Belichtungsdosis ausgesetzt gewesen ist,
Ätzen der zweiten Strukturschicht (12) des Maskensubstrates (1) an den Stellen, wo die Substratoberfläche (10) freiliegt, und
vollständiges Entfernen des ersten Resistmaterials (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fotomaske, ein Verfahren zur Strukturierung eines Schichtstapels, ein Verfahren zur Strukturierung einer Schicht und einen Resiststapel auf einem Maskensubstrat.
In verschiedenen Bereichen der Technik werden Schichten verwendet, die Strukturen aufweisen. Beispielsweise weisen Fotomasken oder mikromechanische Bauteile strukturierte Schichten oder Schichtstapel auf. Dabei können innerhalb einer Schicht Strukturen mit unterschiedlicher Tiefe eingebracht sein, oder ein Schichtstapel kann lokal eine verschiedene Anzahl von strukturierten Schichten aufweisen. Das Erzeugen solcher lokal verschieden tiefer Strukturen kann beispielsweise in verschiedenen Ätzschritten erfolgen. Dabei werden in definierten lateralen Bereichen der Schicht oder des Schichtstapels zunächst Strukturen mit einer definierten Tiefe erzeugt, während andere laterale Bereiche der Schicht oder des Schichtstapels, in denen Strukturen mit einer anderen Tiefe erzeugt werden sollen, mit einer Maske bedeckt sind. In einem weiteren Ätzschritt werden dann Strukturen mit anderen Tiefen erzeugt, wobei die Ätzmaske anders als im ersten Ätzprozess strukturiert ist. Zur Strukturierung der Ätzmaske wird beispielsweise in der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik jeweils ein Lithographieschritt genutzt, bei dem ein Resist belichtet und entwickelt und damit strukturiert wird. Das Resist selbst kann dann als Ätzmaske dienen. Möglich ist auch, die Strukturen im Resist in eine Ätzmaske zu übertragen.
Bei der Nutzung mehrerer Lithographieschritte zur Strukturierung einer Ätzmaske ist insbesondere die Lagegenauigkeit der verschiedenen Strukturen zueinander von großer Bedeutung. Bereits kleine Abweichungen der Lage von in einem zweiten Lithographieschritt erzeugten Strukturen zu in einem ersten Lithographieschritt erzeugten Strukturen kann zur Verschlechterung der Eigenschaften der Bauteile, bei deren Herstellung die Lithographie- und Ätzschritte genutzt wurden, oder sogar zum Ausfall der Bauteile führen.
Des Weiteren liegt nach dem ersten Ätzschritt eine strukturierte Oberfläche der Schicht oder des Schichtstapels vor, das heißt diese Oberfläche weist eine Topographie auf. Eine solche Topographie erschwert eine genaue lithographische Abbildung in ein Resist, was sich insbesondere bei der Abbildung sehr kleiner Strukturen negativ auswirkt.
Zur Erzeugung sehr kleiner Resistsirukturen wird beispielsweise die Elektronenstrahl-Lithographie angewandt. Bei der Nutzung von Elektronenstrahlbelichtungsanlagen zum Erzeugen der Resiststrukturen führen mehrere Lithographieschritte zu einer sehr langen Gesamtprozesszeit und damit zu hohen Kosten für die Fertigung des Bauteils. Des Weiteren kann es bei der Nutzung einer Elektronenstrahlbelichtungsanlage für einen zweiten Lithographieschritt zu Aufladungseffekten in einer bereits strukturierten Schicht kommen.
In der DE 30 44 434 A1 sind ein Verfahren zur Strukturierung eines Resistaufbaus und ein Resistaufbau auf einem Substrat beschrieben, der eine untere und eine obere Resistschicht umfasst. Die obere Resistschicht weist eine geringer Dicke und eine niedrigere Empfindlichkeit als die untere Resistschicht auf. Die untere Resistschicht hat eine Dicke von mindestens 100 nm, wobei die Dicke so bemessen ist, dass die Anzahl der zur oberen Resistschicht rückgestreuten Elektronen sehr klein ist. Damit wird eine Strukturverbreiterung in der oberen Resistschicht vermieden. Bei dem Verfahren wird die Belichtungsdosis so gewählt, dass sowohl die obere als auch die untere Resistschicht in jedem Bereich des Resistaufbaus vollständig, das heißt bis zur Löslichkeit, belichtet werden.
Aus der US 2003 / 0 224 255 A1 und der US 2003 / 0 162 107 A1 ist die Verwendung von Negativresiststapeln, bei denen jeweils die untere Resistschicht eine höhere Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis aufweist als die obere Resistschicht, zur Herstellung von Pixeln oder Abstandshaltern von LCD-Vorrichtungen bekannt.
In der JP 2002-365 782 A ist ein Verfahren zur Herstellung einer phasenschiebenden Maske unter Nutzung eines Negativresiststapels, bei dem die untere Resistschicht eine höhere Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis aufweist als die obere Resistschicht, beschrieben.
Ein Verfahren, das einen Resiststapel mit Resistmaterialien, die eine unterschiedliche Emfindlichkeit bezüglich einer Entwicklungslösung aufweisen, nutzt, ist aus der DE 30 44 434 A1 bekannt.
In der WO 03/050 619 A2 ist ein Verfahren unter Nutzung eines Resiststapels, der bezüglich unterschiedlicher Strahlung sensitiver Resistmaterialien aufweist, beschrieben.
Aus der DE 31 33 350 A1 und der DE 30 27 941 A1 ist die Verwendung von Resiststapeln bekannt, bei denen jeweils die untere Resistschicht eine niedrigere Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis aufweist als die obere Resistschicht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Fotomaske zur Verfügung zu stellen, bei dem nur ein Belichtungsschritt notwendig ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem Strukturen in einer Schicht oder in einem Schichtstapel mit unterschiedlichen Strukturtiefen erzeugt werden, wobei nur ein Belichtungsschritt notwendig ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen Resiststapel zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäße Verfahren sind in den Patentansprüche 1 bis 3 beansprucht, während eine Fotomaske mit einem erfindungsgemäßen Resiststapel im Patentanspruch 11 beansprucht wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden sich in den Unteransprüchen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Fotomaske ist es mit nur einem Belichtungsschritt möglich, eine erste und eine zweite Strukturschicht eines Maskensubstrates lokal verschieden zu strukturieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Strukturieren eines Schichtstapels ermöglicht mit nur einem Belichtungsschritt das Erzeugen von Strukturen, wobei in ersten Bereichen des Schichtstapels nur die zweite Schicht des Schichtstapels strukturiert ist, und in zweiten Bereichen die erste und die zweite Schicht des Schichtstapels strukturiert sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Strukturieren einer Schicht können Strukturen mit unterschiedlicher Tiefe in einer Schicht erzeugt werden. Dabei werden in einem ersten Ätzschritt Strukturen in den Bereichen der Schichtoberfläche erzeugt, in denen der Resiststapel der zweiten Belichtungsdosis ausgesetzt war. In einem zweiten Ätzschritt werden zusätzliche Strukturen in den Bereichen der Schichtoberfläche erzeugt, in denen der Resiststapel der ersten Belichtungsdosis ausgesetzt war. Die bereits im ersten Ätzschritt erzeugten Strukturen werden im zweiten Ätzschritt weiter vertieft. Die absoluten Tiefen der erzeugten Strukturen werden durch die Dauer und die Parameter der Ätzschritte definiert, während das Verhältnis der Strukturtiefen zueinander durch das Verhältnis der Dauern und der Parameter der Ätzschritte zueinander definiert wird.
Da in beiden Ätzschritten dieselbe Schicht strukturiert wird, ist es vorteilhaft, für beide Ätzschritte den gleichen Ätzprozess zu verwenden.
Die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Fotomaske bzw. zur Strukturierung einer Schicht oder eines Schichtstapels weisen mehrere Vorteile gegenüber einem herkömmlichen Prozess unter Nutzung mehrerer Belichtungsschritte auf. Da die Strukturen in beiden Resistmaterialien mit ein und demselben Belichtungsschritt erzeugt werden, entfallen Probleme bezüglich der Justierung der verschiedenen Strukturen zueinander. Mit anderen Worten: es ist keine Justierung von Strukturen, die mit Hilfe eines ersten durch eine erste Belichtung strukturierten Resistmaterials erzeugt wurden, zu Strukturen, die mit Hilfe eines zweiten durch eine zweite Belichtung strukturierten Resistmaterials erzeugt wurden, notwendig. Dies führt zu einer Verbesserung der Eigenschaften der hergestellten Bauteile, die die erzeugten Strukturen umfassen, und zu einer Erhöhung der Ausbeute.
Des Weiteren werden beide Resistmaterialien auf einer unstrukturierten Oberfläche aufgebracht. Damit werden Probleme, die durch eine lithographische Abbildung in ein Resistmaterial, das sich auf einer strukturierten Oberfläche befindet, entstehen, vermieden. Insbesondere ist keine Planarisierung der Resiststapeloberfläche durch eine Schicht mit unterschiedlichen Schichtdicken notwendig. Damit können auch dünne Resistmaterialien verwandt werden, wodurch die Fokussierung verbessert und damit die Auflösung erhöht werden kann.
Aufgrund der Einsparung eines Belichtungsschrittes wird die Prozesszeit zur Durchführung der Verfahren verkürzt und es werden Kosten eingespart.
Da beide Resistmaterialien in einem Belichtungsschritt belichtet werden, entfallen Probleme, die durch die Nutzung unterschiedlicher Anlagen für verschiedene Belichtungsschritte auftreten können. Selbst bei Nutzung der gleichen Belichtungsanlage für verschiedene Belichtungsschritte kann es, da zwischen den Belichtungsschritten eine Zeitspanne liegt, zu einem Driften der Anlage kommen, so dass der zweite Belichtungsschritt vom ersten Belichtungsschritt abweichen kann. Auch dieses Problem wird durch die Nutzung nur eines Belichtungsschrittes vermieden.
In besonderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren sind das erste und das zweite Resistmaterial Elektronenstrahlresiste, und die Belichtung wird mittels Elektronenstrahllithographie ausgeführt. Jedoch ist es möglich, die erfindungsgemäßen Verfahren auch mit anderen Belichtungsverfahren durchzuführen, bei denen die Belichtungsdosis lokal variiert werden kann, wie beispielsweise mittels Ionenstrahllithographie. Bei der Nutzung solcher Belichtungsanlagen zum Erzeugen der Resiststrukturen ermöglichen die erfindungsgemäßen Verfahren mehrere Vorteile. Ein Vorteil besteht in der Verkürzung der Gesamtprozesszeit, die insbesondere durch die Belichtungszeit definiert wird, und damit in der Senkung der Kosten zur Fertigung des Bauteils. Des Weiteren befindet sich während des Belichtungsschrittes unterhalb des Resiststapels eine unstrukturierte Schicht. Wenn diese Schicht eine elektrisch leitfähige Schicht ist, können damit Aufladungseffekte, wie sie bei der Elektronenstrahlbelichtung von Resisten über einer bereits strukturierten Schicht auftreten können, vermieden werden.
In einer besonderen Ausführungsform basieren das erste und das zweite Resistmaterial auf dem selben Grundmaterial. Resistmaterialien umfassen im Allgemeinen ein schichtbildendes Polymer, ein Lösungsmittel und gegebenenfalls eine photoaktive Verbindung. Chemisch verstärkte Resistmaterialien weisen darüber hinaus Katalysatoren auf, die zu einer Verstärkung der durch das Einbringen einer Belichtungsdosis hervorgerufenen chemischen Reaktion innerhalb des Resistmaterials führen. Diese Katalysatoren erhöhen damit die Empfindlichkeit des Resistmaterials bezüglich der Belichtungsdosis. Damit ist die unterschiedliche Empfindlichkeit des ersten und des zweiten Resistmaterials über eine unterschiedliche Konzentration des Katalysators im Grundmaterial einstellbar.
Ein Durchmischen des ersten und des zweiten Resistmaterials soll vermieden werden, damit das erste und das zweite Resistmaterial mittels verschiedener Belichtungsdosen unterschiedlich strukturiert werden kann. Um dies zu erreichen, wird in einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ein erstes Resistmaterial mit einem ersten Lösungsmittelsystem und ein zweites Resistmaterial mit einem zweiten Lösungsmittelsystem genutzt, wobei das erste und das zweite Lösungsmittelsystem nicht miteinander interagieren. In einer besonderen Ausführungsform ist ein Lösungsmittelsystem ketonbasiert, während das andere Lösungsmittelsystem wasserbasiert ist.
Eine weitere Möglichkeit, die Durchmischung der beiden Resistmaterialien zu vermeiden, besteht darin, das erste Resistmaterial nach dem Aufbringen einem Temperaturschritt zu unterziehen und erst danach das zweite Resistmaterial aufzubringen. Durch den Temperaturschritt wird das Lösungsmittel aus dem ersten Resistmaterial ausgetrieben und das Resistmaterial mechanisch stabilisiert.
In einer besonderen Ausführungsform wird das Durchmischen des ersten und des zweiten Resistmaterials durch das Aufbringen einer Zwischenschicht vermieden. Dabei wird nach dem Aufbringen des ersten Resistmaterials und vor dem Aufbringen des zweiten Resistmaterials eine Zwischenschicht auf das erste Resistmaterial aufgebracht. Diese Zwischenschicht wird nach dem Entwickeln des zweiten Resistmaterials und vor dem ersten Entwickeln des ersten Resistmaterials an den freiliegenden Stellen entfernt. Nach dem vollständigen Entfernen des zweiten Resistmaterials und vor dem zweiten Entwickeln des ersten Resistmaterials wird die Zwischenschicht vollständig entfernt. Dabei muss die Zwischenschicht so beschaffen sein, dass sie ein Durchmischen des ersten und des zweiten Resistmaterials verhindert, das Belichten des ersten Resistmaterials mit der ersten Belichtungsdosis jedoch nicht verhindert.
In einer besonderen Ausführungsform umfasst die Zwischenschicht Siliziumnitrid. Vorzugsweise liegt die Dicke der Schicht zwischen 5 nm und 30 nm.
Bei Verwendung einer Zwischenschicht gemäß der beschriebenen Ausführungsform kann das zweite Resistmaterial bereits vor dem ersten Ätzschritt vollständig entfernt werden, sobald die Zwischenschicht gemäß dem entwickelten zweiten Resistmaterial strukturiert ist. Dann dient die Zwischenschicht als Ätzmaske für den ersten Ätzschritt der erfindungsgemäßen Verfahren.
Der Belichtungsschritt umfasst das Einbringen des zu belichtenden Substrates in die Belichtungsanlage, das Ausrichten des Substrates bezüglich einer Referenzstelle innerhalb der Anlage, das Einbringen einer Belichtungsdosis in die Resistmaterialien und das Entfernen des belichteten Substrates aus der Anlage. Dabei sind unterschiedlich hohe Belichtungsdosen notwendig, um das erste oder das zweite Resistmaterial zu belichten. „Belichten“ bedeutet dabei die chemische Veränderung des Resistmaterials in der Art, dass es im Falle eines Positivresistes für eine Entwicklungslösung löslich wird. Lokal verschiedene Belichtungsdosen, das heißt die erste Belichtungsdosis zum Belichten des ersten Resistmaterials und die zweite Belichtungsdosis zum Belichten des zweiten Resistmaterials, können dabei während des Belichtungsschrittes verschieden erzeugt werden.
In besonderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren umfasst der Belichtungsschritt nur einen einzigen Belichtungsvorgang, wobei die lokal verschiedenen Belichtungsdosen beispielsweise durch veränderte Verschlusszeiten des Elektronenstrahls erzeugt werden.
Jedoch ist es auch möglich, zuerst alle Bereiche des Resiststapels, in denen Strukturen erzeugt werden sollen, einer ersten Belichtungsdosis auszusetzen, und in einem zweiten Belichtungsvorgang nur ausgewählte Bereiche einer zusätzlichen Belichtungsdosis auszusetzen, wobei die zusätzliche Belichtungsdosis größer oder gleich der Differenz zwischen der zweiten und der ersten Belichtungsdosis ist.
Der erfindungsgemäße Resiststapel auf einem Maskensubstrat umfasst ein erstes Resistmaterial auf der Oberfläche des Maskensubstrates und ein zweites Resistmaterial, das oberhalb des ersten Resistmaterials angeordnet ist. Das erste Resistmaterial weist eine erste Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis auf, und das zweite Resistmaterial weist eine zweite Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis auf, wobei die zweite Empfindlichkeit kleiner als die erste Empfindlichkeit ist. Dabei sind die Empfindlichkeiten der Resistmaterialien und die Dicken der Resistmaterialien so eingestellt, dass das erste Resistmaterial mit einer ersten Belichtungsdosis belichtet werden kann, bei der das zweite Resist nicht belichtet wird. Die Resistschichtdicken liegen dabei in der Größenordnung von 100 nm bis 450 nm. Die Schichtdicke wird im wesentlichen durch den Strukturierungsprozess, das heißt den Ätzprozess, bestimmt. Beispielsweise muss die Resistschicktdicke beim Ätzen von Chrom größer sein als der Resistabtrag während des Chromätzprozesses. Es ist nicht auszuschließen, dass in Zukunft Strukturierungsprozesse möglich sind, die wesentlich dünnere Schichtdicken erlauben. Das Verhältnis der Schichtdicken wird typischerweise von den verwendeten Materialien der zu strukturierenden Schichten, und damit den verwendeten Strukturierungsprozessen, bestimmt. Bei Verwendung einer MoSi-Schicht als erste Strukturschicht des Maskensubstrates und einer Chromschicht als zweite Strukturschicht des Maskensubstrates, weist das erste Resistmaterial vorzugsweise eine Dicke von 200 nm auf, während das zweite Resistmaterial vorzugsweise eine Dicke von etwa 420 nm aufweist.
Der erfindungsgemäße Resiststapel ermöglicht das Durchführen der Verfahren zum Herstellen einer Fotomaske und zur Strukturierung einer Schicht bzw. eines Schichtstapels gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in beispielhaften Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen:

1A eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resiststapels in Querschnittsdarstellung,
1B eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resiststapels in Querschnittsdarstellung,
2A ein Bauteil in Querschnittsdarstellung in einem ersten Prozessschritt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strukturierung einer Schicht,
2B ein Bauteil in Querschnittsdarstellung in einem zweiten Prozessschritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strukturierung einer Schicht,
2C ein Bauteil in Querschnittsdarstellung in einem dritten Prozessschritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strukturierung einer Schicht,
2D ein Bauteil in Querschnittsdarstellung in einem vierten Prozessschritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strukturierung einer Schicht,
2E ein Bauteil in Querschnittsdarstellung in einem fünften Prozessschritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strukturierung einer Schicht,
2F ein Bauteil in Querschnittsdarstellung in einem sechsten Prozessschritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strukturierung einer Schicht,
3A ein Bauteil in Querschnittsdarstellung in einem ersten Prozessschritt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strukturierung eines Schichtstapels,
3B ein Bauteil in Querschnittsdarstellung in einem zweiten Prozessschritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strukturierung eines Schichtstapels,
3C ein Bauteil in Querschnittsdarstellung in einem dritten Prozessschritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strukturierung eines Schichtstapels,
3D ein Bauteil in Querschnittsdarstellung in einem vierten Prozessschritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strukturierung eines Schichtstapels,
3E ein Bauteil in Querschnittsdarstellung in einem fünften Prozessschritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strukturierung eines Schichtstapels,
3F ein Bauteil in Querschnittsdarstellung in einem sechsten Prozessschritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strukturierung eines Schichtstapels,
3G ein Bauteil in Querschnittsdarstellung in einem siebten Prozessschritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strukturierung eines Schichtstapels,
3H ein Bauteil in Querschnittsdarstellung in einem achten Prozessschritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strukturierung eines Schichtstapels,
4 eine schematische Darstellung einer Elektronenstrahlbelichtungsanlage.

In den Figuren sind identische bzw. einander entsprechende Bereiche, Bauteile/Bauteilgruppen mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
1A zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resiststapels 20. Der Resiststapel 20 umfasst ein erstes Resistmaterial 2 und ein zweites Resistmaterial 3. Auf einem Substrat 1 mit einer Substratoberfläche 10 ist das erste Resistmaterial 2 mit einer ersten Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis angeordnet. Auf dem ersten Resistmaterial 2 ist das zweite Resistmaterial 3 mit einer zweiten Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis angeordnet, wobei die zweite Empfindlichkeit kleiner als die erste Empfindlichkeit ist. Dabei bedeutet „Empfindlichkeit“ die Fähigkeit eines Resistmaterials, bei einer definierten Belichtungsdosis vollständig belichtet zu werden. Mit anderen Worten: je empfindlicher ein Resistmaterial ist, desto geringer ist die zum vollständigen Belichten notwendige Belichtungsdosis. Beispielsweise beträgt die notwendige Belichtungsdosis des ersten Resistmaterials 2 5 µC/cm², während die notwendige Belichtungsdosis des zweiten Resistmaterials 3 beispielsweise 10 µC/cm² beträgt. Beide Resistmaterialien 2, 3 gehören nicht notwendigerweise demselben Resisttyp an. Mit anderen Worten: das erste Resist 2 und das zweite Resist 3 können beide Positivresiste sein, oder das erste Resist 2 und das zweite Resist 3 können beide Negativresiste sein, oder das erste Resist 2 und das zweite Resist 3 können von einem verschiedenen Resisttyp sein.
Das erste Resistmaterial 2 und das zweite Resistmaterial 3 können Elektronenstrahlresiste sein. Es können jedoch auch andere Resiste, die beispielsweise für eine Ionenstrahlbelichtung geeignet sind, als erstes Resistmaterial 2 und als zweites Resistmaterial 3 genutzt werden.
Um ein Durchmischen des ersten Resistmaterials 2 und des zweiten Resistmaterials 3 zu verhindern, können das erste Resistmaterial 2 und das zweite Resistmaterial 3 jeweils Lösungsmittelsysteme aufweisen, die nicht miteinander interagieren. Dabei kann das Lösungsmittelsystem eines Resistmaterials 2 oder 3 ketonbasiert sein, während das Lösungsmittelsystem des anderen Resistmaterials 2 oder 3 wasserbasiert ist.
1B zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resiststapels 20. Der Resiststapel 20 umfasst ein erstes Resistmaterial 2, eine Zwischenschicht 4 und ein zweites Resistmaterial 3. Dabei ist auf einem Substrat 1, das eine Substratoberfläche 10 aufweist, das erste Resistmaterial 2 angeordnet. Auf der Oberfläche des ersten Resistmaterials 2 ist die Zwischenschicht 4 angeordnet, auf deren Oberfläche das zweite Resistmaterial 3 angeordnet ist. Wiederum gehören beide Resistmaterialien 2, 3 demselben Resisttyp an, so wie mit Bezug auf 1A beschrieben. Die Zwischenschicht 4 muss derart gestaltet sein, dass sie ein Durchmischen der Resistmaterialien 2 und 3 verhindert. Andererseits muss die Zwischenschicht 4 derart sein, dass sie eine Belichtung des ersten Resistmaterials 2 mit einer ersten Belichtungsdosis nicht verhindert, wobei die erste Belichtungsdosis so klein ist, dass das zweite Resistmaterial 3 nicht belichtet wird.
Vorzugsweise umfasst die Zwischenschicht 4 Siliziumnitrid. Weiterhin vorzugsweise weist die Zwischenschicht 4 eine Dicke von 5 nm bis 30 nm, beispielsweise von 5 nm bis 20 nm, auf.
Anhand der 2A bis 2F wird eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Strukturierung einer Schicht erläutert. 2A zeigt ein Bauteil in einem ersten Prozessschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auf einer Schicht 1, die eine Schichtoberfläche 10 aufweist, wird ein erstes Resistmaterial 2 aufgebracht. Die Schicht 1 kann ein Substrat oder eine beliebige Schicht auf einem Substrat sein, insbesondere kann die Schicht 1 auch eine elektrisch nicht leitende oder halbleitende Schicht oder Substrat sein. Jedoch sind dann gegebenenfalls Maßnahmen erforderlich, die eine Aufladung der Schicht 1 während der Elektronenstrahlbelichtung verhindern. Das erste Resistmaterial 2 weist eine erste Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis auf. Oberhalb des ersten Resistmaterials 2 wird ein zweites Resistmaterial 3 aufgebracht, das eine zweite Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis aufweist, wobei die zweite Empfindlichkeit kleiner als die erste Empfindlichkeit ist. Beide Resistmaterialien 2, 3 sind in der hier dargestellten Ausführungsform Positivresiste.
Es ist möglich, zwischen dem ersten Resistmaterial 2 und dem zweiten Resistmaterial 3 eine Zwischenschicht aufzubringen, wie das mit Bezug auf Fig. 3A näher erläutert werden wird. Damit ergeben sich einige zusätzliche Prozessschritte, wie sie mit Bezug auf die 3A bis 3H erläutert werden.
Der Resiststapel 20, der das erste Resistmaterial 2 und das zweite Resistmaterial 3 umfasst, wird in definierten Bereichen der Schichtoberfläche 10 einer lokal verschiedenen Belichtungsdosis ausgesetzt, wobei die Belichtungsdosis zwischen einer ersten Belichtungsdosis 5 und einer zweiten Belichtungsdosis 6 variiert. Die erste Belichtungsdosis 5 ist dabei groß genug, um das erste Resistmaterial 2 zu belichten, aber kleiner als eine Belichtungsdosis, die notwendig ist, um das zweite Resistmaterial 3 zu belichten. Die zweite Belichtungsdosis 6 ist groß genug, um das zweite Resistmaterial 3 zu belichten. Durch die Belichtung werden in den Resistmaterialien 2 und 3 belichtete Stellen 7 erzeugt. Dabei werden in den Bereichen, die mit der ersten Belichtungsdosis 5 belichtet wurden, belichtete Stellen 7 nur im ersten Resistmaterial 2 erzeugt, während in Bereichen, die mit der zweiten Belichtungsdosis 6 belichtet wurden, belichtete Stellen 7 im ersten Resistmaterial 2 und im zweiten Resistmaterial 3 erzeugt werden. Die nach der Belichtung vorliegende Struktur mit den belichteten Stellen 7 in den Resistmaterialien 2 und 3 ist in 2A dargestellt.
Anschließend wird zunächst das Resistmaterial 3 entwickelt, wobei die belichteten Stellen 7 entfernt werden. Nachfolgend wird das Resistmaterial 2 entwickelt, wobei nur jene belichteten Stellen 7 im Resistmaterial 2 entfernt werden, die durch das bereits entfernte Resistmaterial 3 frei zugänglich sind. Mit anderen Worten: die Resistmaterialien 2 und 3 werden an den Stellen entwickelt und entfernt, an denen sie der zweiten Belichtungsdosis 6 ausgesetzt waren. Die belichteten Stellen 7 im Resistmaterial 2, die durch das Einwirken der ersten Belichtungsdosis 5 erzeugt worden sind, werden dabei nicht entwickelt, da die Belichtungsdosis an diesen Stellen nicht groß genug war, um das Resistmaterial 3 zu belichten. Nach dem Entwickeln des Resiststapels 20 sind Öffnungen 8 im Resiststapel 20 ausgebildet, die sich von der Oberfläche des zweiten Resistmaterials 3 bis zur Oberfläche 10 des Substrates 1 erstrecken. Die sich daraus ergebende Struktur ist in 2B dargestellt. Die Oberfläche 10 der Schicht 1 ist dabei nur an den Stellen freigelegt, an denen die Resistmaterialien 2 und 3 der zweiten Belichtungsdosis 6 ausgesetzt waren.
Nachfolgend wird die Schicht 1 an den Stellen, an denen die Oberfläche 10 der Schicht 1 freiliegt, geätzt, wobei erste Strukturen 91 in der Schicht 1 ausgebildet werden. Dabei wirken die Resistmaterialien 2 und 3 als Ätzmaske für den Ätzprozess. Die sich ergebende Struktur ist in 2C dargestellt.
Anschließend wird das zweite Resistmaterial 3 vollständig entfernt, so dass sich nur noch das Resistmaterial 2 auf der Oberfläche 10 der Schicht 1 befindet. Das erste Resistmaterial 2 wird ein zweites Mal entwickelt, wobei die belichteten Stellen 7, die mit der ersten Belichtungsdosis 5 erzeugt wurden, entfernt werden, da sie nicht mehr durch das an diesen Stellen unbelichtete Resistmaterial 3 bedeckt sind. Dadurch werden zweite Öffnungen 8 im Resistmaterial 2 ausgebildet. Die sich ergebende Struktur ist in 2D dargestellt.
In einem zweiten Ätzschritt wird die Schicht 1 an den Stellen, an denen die Oberfläche 10 der Schicht 1 freiliegt, geätzt. Dadurch werden die ersten Strukturen 91 in der Schicht 1 weiter vertieft, während an den jetzt freiliegenden Stellen der Oberfläche 10 zweite Strukturen 92 in der Schicht 1 erzeugt werden. Nach Beendigung des Ätzvorgangs befinden sich Strukturen 91, 92 in der Schicht 1, die unterschiedliche Strukturtiefen aufweisen. Die Strukturen 91 weisen eine Tiefe d91 gemessen von der Oberfläche 10 der Schicht 1 auf, während die Strukturen 92 eine Tiefe d92 gemessen von der Oberfläche 10 der Schicht 1 aufweisen. Dabei ist d92 kleiner als d91. Die absoluten Werte der Tiefen d91 und d92 ergeben sich aus den Prozessparametern und der Dauer des ersten und des zweiten Ätzschrittes. Das Verhältnis der Tiefe d91 zu d92 ist über die Prozessparameter und die Dauer der einzelnen Ätzschritte einstellbar. Insbesondere können für beide Ätzschritte dieselben Prozessparameter genutzt werden, da dieselbe Schicht 1 strukturiert wird. Die lateralen Abmessungen der Öffnungen 8 im Resiststapel 20 bzw. die lateralen Abmessungen und die Tiefe der bereits teilweise ausgebildeten Strukturen 91 in der Schicht 1 sind ebenfalls ein Parameter für die zu erreichenden Ätztiefen d91 und d92. Die resultierende Struktur ist in 2E dargestellt.
In der in 2E dargestellten Ausführungsform sind die Tiefen d91 und d92 kleiner als die Dicke d1 der Schicht 1. Jedoch ist es auch möglich, dass die Strukturen 91 sich bis zur Rückseite 101 der Schicht 1 erstrecken. Mit anderen Worten: die Tiefe d91 kann gleich oder größer der Dicke d1 der Schicht 1 sein. Eine unterhalb der Schicht 1 angeordnete weitere Schicht könnte dann beispielsweise als Ätzstopp wirken oder den Ätzvorgang so verändern, dass das Verhältnis der Tiefen d91 zu d92 nicht mehr allein von den Parametern und der Dauer der Ätzschritte abhängen.
Anschließend wird das erste Resistmaterial 2 vollständig von der Oberfläche 10 der Schicht 1 entfernt. Damit umfasst die Schicht 1 erste Strukturen 91 und zweite Strukturen 92 mit unterschiedlichen Strukturtiefen d91 und d92, wie in 2F dargestellt.
Mit Bezug auf die 3A bis 3H wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Strukturieren eines Schichtstapels erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Fotomaske unterscheidet sich vom erfindungsgemäßen Verfahren zum Strukturieren eines Schichtstapels durch die Wahl der einzelnen Schichten, worauf bei der Erläuterung der einzelnen Figuren eingegangen wird. Das mit Bezug auf die 3A bis 3H erläuterte Verfahren ist jedoch auch ohne die hier dargestellte Zwischenschicht 4 ausführbar, wobei dann die Verfahrensschritte, die die Zwischenschicht 4 betreffen, entfallen.
Zunächst wird ein Schichtstapel 1 bereitgestellt, der eine erste Schicht 11 und eine zweite Schicht 12, die oberhalb der ersten Schicht 11 angeordnet ist, umfasst. Die Oberfläche der zweiten Schicht 12 definiert dabei eine Schichtstapeloberfläche 10. Beispielsweise kann ein Maskensubstrat einer Fotomaske einen solchen Schichtstapel 1 umfassen. In diesem Fall ist die erste Schicht 11 eine erste Strukturschicht und die zweite Schicht 12 eine zweite Strukturschicht. Die erste Strukturschicht 11 kann beispielsweise eine phasenschiebende Schicht sein, während die zweite Strukturschicht 12 beispielsweise eine opake Schicht sein kann. Die erste Strukturschicht 11 kann beispielsweise MoSiON oder ein Glas (bspw. SiO₂) umfassen. Die zweite Strukturschicht 12 kann beispielsweise Chrom umfassen. Darüber hinaus kann das Maskensubstrat einer Fotomaske weitere Schichten umfassen, die hier jedoch nicht dargestellt sind.
Auf der Schichtstapeloberfläche 10 wird ein erstes Resistmaterial 2 aufgebracht, das eine erste Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis aufweist. Auf dem ersten Resistmaterial 2 wird eine Zwischenschicht 4 aufgebracht. Auf der Zwischenschicht 4 wird ein zweites Resistmaterial 3 aufgebracht, das eine zweite Empfindlichkeit gegenüber der Belichtungsdosis aufweist, die kleiner als die erste Empfindlichkeit des ersten Resistmaterials 2 ist. Die Zwischenschicht umfasst beispielsweise Siliziumnitrid, jedoch sind auch andere Materialien, wie beispielsweise MoSi oder Polymere, denkbar. Dabei muss die Zwischenschicht 4 folgende Eigenschaften aufweisen: Erstens muss sie ein Durchmischen des ersten Resistmaterials 2 und des zweiten Resistmaterials 3 verhindern. Zweitens darf sie die Belichtung des ersten Resistmaterials 2 mit dem gewählten Belichtungsverfahren nicht verhindern. Insbesondere muss die Belichtungsdosis, die notwendig ist, um das erste Resistmaterial 2 unterhalb der Zwischenschicht 4 zu belichten, kleiner sein als die Belichtungsdosis, die notwendig ist, um das zweite Resistmaterial 3 zu belichten. Weiterhin soll die Zwischenschicht 4 eine Beeinflussung des Resistmaterials 2, das so genannte cross linking, bei später durchzuführenden Schritten, wie beispielsweise dem Entwickeln des Resistmaterials 3 sowie dem ersten Ätzschritt zur Erzeugung erster Strukturen, vermeiden.
Die aufgebrachten Resistmaterialien 2 und 3 werden anschließend in definierten Bereichen der Schichtstapeloberfläche 10 einer lokal verschiedenen Belichtungsdosis ausgesetzt, wobei die Belichtungsdosis zwischen einer ersten Belichtungsdosis 5 und einer zweiten Belichtungsdosis 6 variiert. Die erste Belichtungsdosis 5 ist dabei so gewählt, dass das erste Resistmaterial 2 belichtet wird, jedoch das zweite Resistmaterial 3 nicht belichtet wird. Die zweite Belichtungsdosis 6 ist so gewählt, dass das zweite Resistmaterial 3, und damit auch das erste Resistmaterial 2, belichtet wird. Durch die Belichtung werden belichtete Stellen 7 im Resiststapel 20 ausgebildet. Dabei befinden sich die belichteten Stellen 7 in den Bereichen, in denen der Resiststapel 2C der ersten Belichtungsdosis 5 ausgesetzt war, nur in dem ersten Resistmaterial 2, während sich die belichteten Stellen 7 in den Bereichen, in denen der Resiststapel 20 der zweiten Belichtungsdosis 6 ausgesetzt war, in den Resistmaterialien 2 und 3 befinden. Die nach der Belichtung vorliegende Struktur ist in 3A dargestellt.
Nach dem Belichtungsschritt wird zunächst das zweite Resistmaterial 3 entwickelt, wobei Öffnungen 8 im Resistmaterial 3 ausgebildet werden in den Bereichen, in denen der Resiststapel 20 mit der zweiten Belichtungsdosis 6 belichtet wurde. Das Resistmaterial 2 ist durch die Zwischenschicht 4 vollständig bedeckt, so dass das erste Resistmaterial 2 nicht entwickelt wird. Damit liegt in den Öffnungen 8 im Resistmaterial 3 die Zwischenschicht 4 an den Stellen, an denen der Resiststapel mit der zweiten Belichtungsdosis 6 belichtet wurde, frei. Die sich ergebende Struktur ist in 3B dargestellt.
Anschließend wird die Zwischenschicht 4 in den Öffnungen 8 im Resistmaterial 3 entfernt, so dass im Ergebnis die Oberfläche des ersten Resistmaterials 2 an den Stellen, an denen der Resiststapel mit der zweiten Belichtungsdosis 6 belichtet wurde, freiliegt. Die sich ergebende Struktur ist in 3C dargestellt.
Anschließend wird das erste Resistmaterial 2 entwickelt, wobei nur jene belichteten Stellen 7 im Resistmaterial 2 entfernt werden, die frei zugänglich sind. Mit anderen Worten: die belichteten Stellen 7 im Resistmaterial 2 werden nur in den Bereichen entfernt, in denen der Resiststapel 20 der zweiten Belichtungsdosis 6 ausgesetzt war. Nach dem Entwickeln des ersten Resistmaterials 2 befinden sich Öffnungen 8 in den Resistmaterialien 2 und 3 sowie der Zwischenschicht 4 in den Bereichen, in denen der Resiststapel 20 mit der zweiten Belichtungsdosis 6 belichtet wurde. An diesen Stellen, das heißt innerhalb der Öffnungen 8, liegt die Oberfläche 10 des Schichtstapels 1 frei. Die sich ergebende Struktur ist in 3D dargestellt.
In einem ersten Ätzschritt werden erste Strukturen 91 im Schichtstapel 1 an den Stellen erzeugt, an denen der Resiststapel 20 mit der zweiten Belichtungsdosis 6 belichtet wurde. Während des ersten Ätzschrittes wird dabei die zweite Schicht 12 in diesen Bereichen vollständig entfernt, während die erste Schicht 11 bis in eine erste Tiefe geätzt wird. Bei diesem ersten Ätzschritt können unterschiedliche Ätzprozesse zum Entfernen der zweiten Schicht 12 und zum Ätzen der ersten Schicht 11 eingesetzt werden. Dabei wird die erste Tiefe der nach dem ersten Ätzschritt vorliegenden Strukturen 91 durch die Ätzparameter und die Dauer des ersten Ätzschrittes definiert. Die sich ergebende Struktur ist in 3E dargestellt.
Anschließend werden das zweite Resistmaterial 3 und die Zwischenschicht 4 vollständig entfernt, so dass die Oberfläche des ersten Resistmaterials 2 freiliegt. Das zweite Resistmaterial 3 kann bereits nach dem Entfernen der Zwischenschicht 4 in den im ersten Entwicklungsschritt freigelegten Öffnungen 8 vollständig entfernt werden. Es ist jedoch auch möglich, das zweite Resistmaterial 3 nach dem ersten Entwickeln des Resiststapels 20 und vor dem Ätzen des Schichtstapels 1 zu entfernen. Mit anderen Worten: das zweite Resistmaterial 3 kann bereits im Anschluss an den in Fig. 3C oder in 3D dargestellten Prozessschritt entfernt werden. Nach dem vollständigen Entfernen der Zwischenschicht 4 wird das erste Resistmaterial 2 ein zweites Mal entwickelt, wobei jene belichteten Stellen 7 in den Bereichen, in denen der Resiststapel 20 der ersten Belichtungsdcsis 5 ausgesetzt war, entfernt werden. Dabei entstehen weitere Öffnungen 8 im Resistmaterial 2, in denen die Oberfläche 13 des Schichtstapels 1 freiliegt. Mit anderen Worten: nach dem zweiten Entwickeln des ersten Resistmaterials 2 liegt die Oberfläche der ersten Strukturen 91 im Schichtstapel 1 und die Oberfläche 10 des Schichtstapels 1 an den Stellen, an denen das Resistmaterial 2 belichtet wurde, frei. Die sich ergebende Struktur ist in 3F dargestellt.
In einem zweiten Ätzschritt wird nun die zweite Schicht 12 des Schichtstapels 1 geätzt, wobei zweite Strukturen 92 im Schichtstapel 1 erzeugt werden. In Abhängigkeit von der Selektivität dieses Ätzschrittes gegenüber der ersten Schicht 11 werden die Strukturen 91 gegebenenfalls weitergeätzt, so dass sich ihre Strukturtiefe erhöhen kann. Für den Fall, dass sich die zweiten Strukturen 92 nur in der zweiten Schicht 12 befinden sollen, ist jedoch eine hohe Selektivität des Ätzprozesses gegenüber der ersten Schicht 11 gewünscht. Die sich ergebende Struktur ist in 3G dargestellt.
Anschließend wird das erste Resistmaterial 2 vollständig von der Oberfläche 10 des Schichtstapels 1 entfernt. Die sich ergebende Struktur, die in 3H dargestellt ist, weist erste Strukturen 91 und zweite Strukturen 92 auf. Dabei erstrecken sich die ersten Strukturen 91 von der Oberfläche 10 des Schichtstapels 1 bis in die erste Schicht 11 hinein, während sich die zweiten Strukturen 92 nur in der zweiten Schicht 12 des Schichtstapels 1 befinden.
Ein Vorteil des anhand der 2A bis 2F dargestellten Verfahrens ist die Möglichkeit, unterschiedlich tiefe Strukturen in der Schicht 1 mit nur einem Belichtungsschritt zu erzeugen. Damit können Prozesszeit und Kosten reduziert werden, sowie bei der Nutzung von zwei Belichtungsschritten auftretende Probleme bezüglich der Justiergenauigkeit vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil ist das Vermeiden von Topographieproblemen während der Belichtung. Üblicherweise werden zur Erzeugung verschieden tiefer Strukturen in einer Schicht bzw. in einem Schichtstapel 1 zwei, durch einen Ätzschritt voneinander getrennte Belichtungsschritte genutzt, wobei bei dem zweiten Belichtungsschritt bereits eine strukturierte Schicht bzw. ein strukturierter Schichtstapel 1 unterhalb eines Resistmateriales vorliegt. Dadurch können Probleme bei der lithographischen Abbildung von Strukturen in dem Resistmaterial auftreten. Diese Probleme werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden, da die Belichtung nur einmal erfolgt und die Schicht bzw. der Schichtstapel 1 dabei unstrukturiert unter den Resistmaterialien 2 und 3 vorliegt.
Diese Vorteile sind ebenfalls bei Durchführung des Verfahrens, das mit Bezug auf die 3A bis 3H erläutert wurde, gegeben. Für den Fall dass die erste Schicht 11 eine elektrisch nicht leitfähige Schicht ist und zweite Schicht 12 eine elektrisch leitfähige Schicht ist, ist ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber herkömmlichen Verfahren unter Nutzung zweier Belichtungsschritte, die durch einen Ätzschritt der zweiten Schicht 12 voneinander getrennt sind, gegeben, da eine Aufladung des Schichtstapels 1 während des Belichtungsschrittes, zum Beispiel mittels Elektronenstrahlbelichtung, vermieden wird.
Lokal verschiedene Belichtungsdosen können während des Belichtungsschrittes auf unterschiedliche Weise erzeugt werden. Eine Möglichkeit besteht beispielsweise bei der Nutzung von Elektronenstrahlbelichtungsanlagen in der lokal verschiedenen Zeitdauer des Auftreffens des Elektronenstrahls auf die Oberfläche des Resiststapels 20.
In 4 ist schematisch der Aufbau einer Elektronenstrahlbelichtungsanlage 40 dargestellt. Der in einer Elektronenquelle 41 erzeugte Elektronenstrahl wird mit Hilfe von Ablenkspulen 42, Kondensorlinsen 43 und der Apertur 45 so fokussiert und ausgerichtet, dass er gewünschte Strukturen auf einem resistbeschichteten Substrat 46, das sich auf einer steuerbaren mechanischen Halterung 47 befindet, erzeugt. Dabei kann mit Hilfe eines elektrischen Feldes an den Kondensatorplatten 44 der Elektronenstrahl ausgeblendet werden, so dass er nicht auf das Substrat 46 trifft. Eine Steuerelektronik 49 steuert dabei die Ablenkspulen 42, Kondensorlinsen 43, Kondensatorplatten 44 und die mechanische Halterung 47 so, dass Strukturen gemäß einer Strukturvorgabe 48 im resistbeschichteten Substrat 46 erzeugt werden. Lokal verschiedene Belichtungsdosen können beispielsweise durch eine verschiedene zeitliche Steuerung der Kondensatorplatten 44 zur Strahlausblendung erzeugt werden. Mit anderen Worten: das resistbescchichtete Substrat 46 ist in verschiedenen Bereichen seiner Oberfläche dem Elektronenstrahl verschieden lang ausgesetzt, da der Elektronenstrahl verschieden lang ein- bzw. ausgeblendet wird.
Die mit Bezug auf die 3A bis 3H erläuterte Verfahren zur Strukturierung eines Schichtstapels kann insbesondere zur Herstellung von Fotomasken eingesetzt werden, ist aber nicht darauf begrenzt. Insbesondere mikromechanische Systeme, wie beispielsweise mikromechanische Schalter, oder andere Bauteile, bei deren Herstellung eine große Justiergenauigkeit sehr kleiner Strukturen zueinander notwendig ist, können mit den erfindungsgemäßen Verfahren zur Strukturierung einer Schicht bzw. eines Schichtstapels in vorteilhafter Weise hergestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Substrat/Schicht/Schichtstapel/Maskensubstrat
10: Substrat-/Schicht-/Schichtstapeloberfläche
11: erste Schicht/Strukturschicht
12: zweite Schicht/Strukturschicht
101: Substratrückseite
2: erstes Resistmaterial
20: Resiststapel
3: zweites Resistmaterial
4: Zwischenschicht
5: Belichtung mit erster Belichtungsdosis
6: Belichtung mit zweiter Belichtungsdosis
7: belichtete Stellen im Resistmaterial
8: Öffnung in Resistmaterial
91: erste Struktur im Maskensubstrat/Schicht/Schichtstapel
92: zweite Struktur im Maskensubstrat/Schicht/Schichtstapel
40: Elektronenstrahlbelichtungsanlage
41: Elektronenquelle
42: Ablenkspulen
43: Kondensorlinsen
44: Kondensatorplatten zur Strahlausblendung
45: Apertur
46: resistbeschichtetes Substrat
47: mechanische Halterung
48: Strukturvorgabe
49: Steuerelektronik
d1: Dicke des Substrates
d91: Tiefe der ersten Struktur
d92: Tiefe der zweiten Struktur

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Fotomaske umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Maskensubstrates (1) umfassend eine erste und eine zweite Strukturschicht (11, 12), wobei die zweite Strukturschicht (12) oberhalb der ersten Strukturschicht (11) angeordnet ist und die Oberfläche der zweiten Strukturschicht (12) eine Substratoberfläche (10) definiert, Aufbringen eines ersten Resistmaterials (2) auf der Substratoberfläche (10), wobei das erste Resistmaterial (2) eine erste Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis aufweist, Aufbringen eines zweiten Resistmaterials (3) oberhalb des ersten Resistmaterials (2), wobei das zweite Resistmaterial (3) eine zweite Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis aufweist, wobei die zweite Empfindlichkeit kleiner als die erste Empfindlichkeit ist, wodurch ein Resiststapel (20) erzeugt wird, Durchführen eines Belichtungsschrittes, bei dem der Resiststapel (20) in definierten Bereichen der Substratoberfläche (10) einer lokal verschiedenen Belichtungsdosis ausgesetzt wird, wobei die Belichtungsdosis lokal zwischen einer ersten und einer zweiten Belichtungsdosis variiert, wobei die erste Belichtungsdosis kleiner ist als die zweite Belichtungsdosis, Entwickeln des Resiststapels (20), wobei die Oberfläche (10) des Maskensubstrates (1) nur an den Stellen freigelegt wird, an denen der Resiststapel (20) der zweiten Belichtungsdosis ausgesetzt gewesen ist, Ätzen der ersten und der zweiten Strukturschicht (11, 12) des Maskensubstrates (1) an den Stellen, wo die Substratoberfläche (10) freiliegt, vollständiges Entfernen des zweiten Resistmaterials (3), Entwickeln des ersten Resistmaterials (2), wobei die Oberfläche (10) des Maskensubstrates (1) an den Stellen freigelegt wird, an denen der Resiststapel (20) der ersten Belichtungsdosis ausgesetzt gewesen ist, Ätzen der zweiten Strukturschicht (12) des Maskensubstrates (1) an den Stellen, wo die Substratoberfläche (10) freiliegt, und vollständiges Entfernen des ersten Resistmaterials (2).
Verfahren zum Strukturieren eines Schichtstapels (1) umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Schichtstapels (1) umfassend eine erste und eine zweite Schicht (11, 12), wobei die zweite Schicht (12) oberhalb der ersten Schicht (11) angeordnet ist und die Oberfläche der zweiten Schicht (12) eine Schichtstapeloberfläche (10) definiert, Aufbringen eines ersten Resistmaterials (2) auf der Schichtstapeloberfläche (10), wobei das erste Resistmaterial (2) eine erste Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis aufweist, Aufbringen eines zweiten Resistmaterials (3) oberhalb des ersten Resistmaterials (2), wobei das zweite Resistmaterial (3) eine zweite Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis aufweist, wobei die zweite Empfindlichkeit kleiner als die erste Empfindlichkeit ist, wodurch ein Resiststapel (20) erzeugt wird, Durchführen eines Belichtungsschrittes, bei dem der Resiststapel (20) in definierten Bereichen der Schichtstapeloberfläche (10) einer lokal verschiedenen Belichtungsdosis ausgesetzt wird, wobei die Belichtungsdosis lokal zwischen einer ersten und einer zweiten Belichtungsdosis variiert, wobei die erste Belichtungsdosis kleiner ist als die zweite Belichtungsdosis, Entwickeln des Resiststapels (20), wobei die Oberfläche (10) des Schichtstapels (1) nur an den Stellen freigelegt wird, an denen der Resiststapel (20) der zweiten Belichtungsdosis ausgesetzt gewesen ist, Ätzen der ersten und der zweiten Schicht (11, 12) des Schichtstapels (1) an den Stellen, wo die Schichtstapeloberfläche (10) freiliegt, vollständiges Entfernen des zweiten Resistmaterials (3), Entwickeln des ersten Resistmaterials (2), wobei die Oberfläche (10) des Schichtstapels (1) an den Stellen freigelegt wird, an denen der Resiststapel (20) der ersten Belichtungsdosis ausgesetzt gewesen ist, Ätzen der zweiten Schicht (12) des Schichtstapels (1) an den Stellen, wo die Schichtstapeloberfläche (10) freiliegt, und vollständiges Entfernen des ersten Resistmaterials (2).
Verfahren zur Strukturierung einer Schicht (1) umfassend die Schritte: Bereitstellen einer Schicht (1) mit einer Schichtoberfläche (10), Aufbringen eines ersten Resistmaterials (2) auf der Schichtoberfläche (10), wobei das erste Resistmaterial (2) eine erste Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis aufweist, Aufbringen eines zweiten Resistmaterials (3) oberhalb des ersten Resistmaterials (2), wobei das zweite Resistmaterial (3) eine zweite Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis aufweist, wobei die zweite Empfindlichkeit kleiner als die erste Empfindlichkeit ist, wodurch ein Resiststapel (20) erzeugt wird, Durchführen eines Belichtungsschrittes, bei dem der Resiststapel (20) in definierten Bereichen der Schichtoberfläche (10) einer lokal verschiedenen Belichtungsdosis ausgesetzt wird, wobei die Belichtungsdosis lokal zwischen einer ersten und einer zweiten Belichtungsdosis variiert, wobei die erste Belichtungsdosis kleiner ist als die zweite Belichtungsdosis, Entwickeln des Resiststapels (20), wobei die Oberfläche (10) der Schicht (1) nur an den Stellen freigelegt wird, an denen der Resiststapel (20) der zweiten Belichtungsdosis ausgesetzt gewesen ist, Ätzen der Schicht (1) an den Stellen, wo die Schichtoberfläche (10) freiliegt, vollständiges Entfernen des zweiten Resistmaterials (3), Entwickeln des ersten Resistmaterials (2), wobei die Oberfläche (10) der Schicht (1) an den Stellen freigelegt wird, an denen der Resiststapel (20) der ersten Belichtungsdosis ausgesetzt gewesen ist, Ätzen der Schicht (1) an den Stellen, wo die Schichtoberfläche (10) freiliegt, und vollständiges Entfernen des ersten Resistmaterials (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Resistmaterial (2, 3) Elektronenstrahlresistmaterialien sind und die Belichtung mittels Elektronenstrahllithographie erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Resistmaterial (2, 3) auf dem selben Grundmaterial basieren, sich jedoch in der Konzentration des Katalysators unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Belichtungsschritt des Resiststapels (20) nur einen einzigen Belichtungsvorgang mit lokal verschiedenen Belichtungsdosen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungsmittelsysteme des ersten und des zweiten Resistmaterials (2, 3) nicht miteinander interagieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Aufbringen des ersten Resistmaterials (2) und dem Aufbringen des zweiten Resistmaterials (3) eine Zwischenschicht (4) aufgebracht wird, diese Zwischenschicht (4) zwischen dem Entwickeln des zweiten Resistmaterials (3) und dem ersten Entwickeln des ersten Resistmaterials (2) an den freiliegenden Stellen entfernt wird und die Zwischenschicht (4) nach dem vollständigen Entfernen des zweiten Resistmaterials (3) und vor dem zweiten Entwickeln des ersten Resistmaterials (2) vollständig entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4) Siliziumnitrid umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Aufbringen des ersten Resistmaterials (2) und dem Aufbringen des zweiten Resistmaterials (3) ein Temperaturschritt ausgeführt wird.
Resistbeschichtetes Substrat zur Herstellung einer Fotomaske umfassend: ein Maskensubstrat (1) und einen auf dem Maskensubstrat (1) vorgesehenen Resiststapel (20), der aufweist: ein erstes Resistmaterial (2) auf der Oberfläche (10) des Maskensubstrates (1), wobei das erste Resistmaterial (2) eine erste Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis einer Belichtungsstrahlung aufweist, und ein zweites Resistmaterial (3), das oberhalb des ersten Resistmaterials (2) angeordnet ist und eine zweite Empfindlichkeit bezüglich der Belichtungsdosis der Belichtungsstrahlung aufweist, wobei die zweite Empfindlichkeit kleiner als die erste Empfindlichkeit ist, wobei das erste Resistmaterial (2) ein Positivresist ist.
Resistbeschichtetes Substrat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Resistmaterial (2, 3) Elektronenstrahlresiste sind.
Resistbeschichtetes Substrat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungsmittelsysteme des ersten und des zweiten Resistmaterials (2, 3) nicht miteinander interagieren.
Resistbeschichtetes Substrat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Resistmaterial (2, 3) eine Zwischenschicht (4) angeordnet ist.
Resistbeschichtetes Substrat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4) Siliziumnitrid umfasst.
Resistbeschichtetes Substrat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Resistmaterial (2, 3) auf dem selben Grundmaterial basieren, sich jedoch in der Konzentration des Katalysators unterscheiden.