DE102008010123A1

DE102008010123A1 - Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung für maskenlose Teilchenstrahl-Bearbeitung

Info

Publication number: DE102008010123A1
Application number: DE102008010123A
Authority: DE
Inventors: Elmar Platzgummer; Hans LÖSCHNER; Samuel Kvasnica; Reinhard Springer; Matthias Irmscher; Florian Letzkus; Jörg BUTSCHKE
Original assignee: IMS Nanofabrication GmbH; Institut fur Mikroelektronik Stuttgart; STUTTGART MIKROELEKTRONIK; Institut fuer Mikroelectronik Stuttgart
Current assignee: IMS Nanofabrication GmbH; Institut fuer Mikroelectronik Stuttgart
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2008-09-04
Also published as: NL1035095A1; US7687783B2; JP5422131B2; NL1035095C2; US20080203317A1; JP2008235266A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung (502) zur Verwendung in einer mit einem Strahl (Ib) geladener Teilchen arbeitenden Teilchenstrahl-Belichtungsvorrichtung, wobei die Einrichtung eine plattenartige Gestalt mit einem Membranbereich aufweist, welcher aufweist eine dem eintreffenden Teilchenstrahl (Ib) zugewandete erste Seite (504), ein Array von Aperturen, die jeweils den Durchtritt eines entsprechenden, aus dem Teilchenstrahl geformten Strahlelements zulassen, eine Anzahl von Vertiefungen (512), die jeweils zumindest einer der Aperturen zugeordnet sind, und ein Array von Elektroden (511), wobei jeder Apertur zumindest einer der Elektroden (511) zugeordnet ist und sich jede Elektrode (511) in einer der Vertiefungen (512) befindet und die Elektroden dazu eingerichtet sind, einen nicht-ablenkenden Zustand, worin sich die durch die Aperturen hindurchtretenden Teilchen längs einer gewünschten Bahn vorwärtsbewegen können, und einen ablenkenden Zustand, worin die Teilchen von der gewünschten Bahn weg abgelenkt werden, zu realisieren.

Description

Gebiet der Erfindung und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung für eine maskenlose Teilchenstrahl-Belichtungsvorrichtung, um mithilfe einer Vielzahl von Strahlen energiereicher geladener Teilchen ein Muster auf einer Oberfläche eines Substrats zu bilden. Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung als Teil eines Musterdefinitionsmittels zur Verwendung in einer maskenlosen Teilchenstrahl-Belichtungsvorrichtung.
Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieser Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung.
In einer Teilchenstrahl-Belichtungsvorrichtung wird von einem Beleuchtungssystem ein Teilchenstrahl erzeugt, der ein Musterdefinitionsmittel mit einem Array (regelmäßigen Anordnung) von Aperturen beleuchtet, die ein auf eine Target-Oberfläche zu projizierendes Strahlmuster definieren. Eine wichtige Anwendung einer Teilchenstrahl-Belichtungsvorrichtung dieser Art liegt auf dem Gebiet der Nanobereich-Strukturierung, mit direkter Innenstrahl-Modifikation von Materialien oder mit Elektronen- oder Ionenstrahlinduziertem Ätzen und/oder Abscheiden, zur Fertigung oder Funktionalisierung von Geräten im Nanobereich. Eine andere wichtige Anwendung liegt auf dem Gebiet der maskenlosen Teilchenstrahl-Lithographie, die in der Halbleiter-Technologie verwendet wird; nämlich eine Lithographievorrichtung, die ein Substrat, z. B. ein mit einer Schicht strahlungsempfindlichem Resist bedecktes Silizium-Wafer, bearbeitet, um auf der Substratoberfläche ein gewünschtes Muster zu erzeugen. Eine gewünschte Struktur wird auf den Photoresist belichtet, der dann entwickelt wird, im Fall eines positiven Resist durch teilweises Entfernen gemäß dem Muster, das im vorangehenden Belichtungsschritt definiert worden ist. Der entwickelte Resist wird als Maske für weitere Strukturierverfahren, wie z. B. Reaktivätzen, verwendet.
Eine Teilchenstrahl-Belichtungsvorrichtung ist in US 5,369,282 beschrieben. Arai et al. diskutieren darin ein Elektronenstrahl-Belichtungssystem, das ein sogenanntes 'blanking aperture array' („Ausblend-AperturenArray", BAA) verwendet, das die Rolle des Musterdefinitionsmittels übernimmt. Das BAA trägt eine Anzahl von Aperturenreihen, und die Bilder der Aperturen werden abtast-artig über die Oberfläche des Substrates in einer gesteuerten gleichmäßigen Bewegung geführt, deren Richtung senkrecht zu den Aperturenreihen steht. Die Reihen sind zueinander in einer verschränkten Weise ausgerichtet, sodass die Aperturen in Richtung der Abtast-Bewegung gesehen gestaffelte Zeilen bilden. Somit überstreichen die gestaffelten Zeilen bei der Bewegung relativ zum Substrat gleichmäßige Zeilen auf dem Substrat, ohne Lücken zwischen ihnen zu lassen, sodass die gesamte Fläche des zu belichtenden Substrats bedeckt wird.
Das US 6,768,125 der Anmelderin stellt ein maskenloses Vielstrahl-Lithographie-Konzept vor, genannt PML2 ('Projection Mask-Less Lithography #2', „maskenlose Projektionslithographie Nr. 2"), das ein Musterdefinitionsgerät einsetzt, das eine Anzahl von übereinenader gestapelten Platten aufweist, unter diesen eine Aperturenarrayvorrichtung (Aperturenplatte) und eine Ablenkarrayvorrichtung (Blankingplatte). Diese einzelnen Platten sind zusammen in definierten Abständen befestigt, beispielsweise in einem Gehäuse.
Die Aperturenplatte weist ein Array von Aperturen auf, die ein Strahlmuster definieren, das aus auf eine Targetoberfläche zu projizierende Teilstrahlen besteht. Zu diesen Aperturen gehören entsprechende Blanking-Öffnungen in der Blankingplatte. Diese Blankingöffnungen sind so angeordnet, dass jeder der Teilstrahlen jene Blankingöffnung durchwandert, die der den jeweiligen Teilstrahl definierenden Apertur entspricht. Jede Blankingöffnung ist mit einem Deflektionsmittel ausgestattet, dass durch ein Ausblendsignal zwischen zwei Ausblendzuständen steuerbar ist, nämlich einem ersten Zustand („eingeschaltet"), worin das Deflektionsmittel einen Zustand einnimmt, in dem Teilchen, die durch die Öffnung passieren, sich längs einer gewünschten Bahn vorwärtsbewegen können, und einem zweiten Zustand („abgeschaltet"), worin das Deflektionsmittel Teilchen, die die Öffnung durchlaufen, von dieser Bahn weg ablenkt.
Das Deflektionsmittel weist einen Satz von Elektroden zum Strahlausblenden auf, grundsätzlich ein Paar. Die US 2005/0242302 A1 der Anmelderin schlägt vor, die Elektroden um die Blankingöffnungen mittels senkrechten Aufwachsens unter Verwendung von Galvanisiertechniken aus dem Stand der Technik zu bilden. Die Druckschrift schlägt vor, eine der Elektroden, die sogenannte Masseelektrode, so zu gestalten, dass sie eine beträchtliche Höhe über die Blankingplatte und die andere Elektrode, die sogenannte Ausblendelektrode, hat. Dies dient dazu, eine bessere Abschirmung der Blankung-Aperturen gegenüber Übersprechen und anderen unerwünschten Effekten zur Verfügung zu stellen.
Es gibt verschiedene problematische Punkte bei der Verwendung einer Musterdefinitionsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik. Das Abschirmen der Blanking-Aperturen gegen Übersprechen, beispielsweise, sowie einen unaufwändigen Weg der Herstellung dieses Blankingmittels. Besonders das Ausbilden der Elektroden unter Verwendung von senkrechtem Aufwachsen ist ein eher komplizierter Vorgang. Zudem sind derartige Elektroden gegenüber Verformung und Verspannung sehr empfindlich.
Des Weiteren bedingen Elektroden mit einer beträchtlichen Höhe über der Blankingplatte eine Einschränkung der in der Nähe der Blankingplatte zulässigen elektrischen Feldstärke (dies ergibt sich wegen Streufeldern um den Elektroden aufgrund der Randbedingungen für die Feldlinien). Dies stellt besonders dann einen Nachteil dar, wenn die Blankingplatte als Teil einer Gitterlinse verwendet wird (wie z. B. in US 5,801,388 und US 6,326,632 der Anmelderin beschrieben), wobei die die Elektroden enthaltende Seite der Blankingplatte zum Definieren eines elektrostatischen Potentials der elektrostatischen negativen (Streu-) und/oder positiven (Sammel-)Linse verwendet wird.
Im Stand der Technik enthält das Musterdefinitionsmittel zumindest zwei verschiedene Platten für die vergleichsweise große Integrationsdichte der Aperturen und Ablenkeinrichtungen, nämlich eine Aperturenplatte, um die Form der Strahlen zu gestalten und einen Großteil der vom eintreffenden Strahl eingebrachten Wärmelast zu absorbieren, und eine Blankingplatte, die als Ablenkarray-Platte dient. Hochgenaues Ausrichten zwischen den zwei oder mehr Platten und eine ausgezeichnete Ausrichtung zur Richtung des eintreffenden Strahles sind notwendig.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die Erfindung zielt darauf ab, die oben genannten Schwachen des Stands der Technik zu überwinden. Im Besonderen soll der Aufbauplan eines Musterdefinitionsgeräts verbessert werden, im Sinne eines Aufbaus der sich zur Herstellung mittels unaufwändigen Verfahren nach dem Stand der Technik eignet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einer Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung zur Verwendung in einer Teilchenstrahl-Belichtungsvorrichtung gelöst, die mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitet, wobei diese Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung eine insgesamt plattenartige Gestalt aufweist, mit einem Membranbereich, der eine dem eintreffenden Teilchenstrahl zugewandte erste Seite und eine dieser gegenüber liegende zweite Seite aufweist, ein Array von Aperturen, die jeweils den Durchtritt eines entsprechenden, aus dem Teilchenstrahl geformten Strahlelements zulassen, eine Anzahl von Vertiefungen, die jeweils in einer der Seiten des Membranbereichs gebildet und zumindest einer der Aperturen zugeordnet sind, wobei der Membranbereich außerdem ein Array von Elektroden aufweist, wobei jede Apertur zumindest einer dieser Elektroden zugeordnet ist und sich jede Elektro de in einer der Vertiefungen befindet; mittels der Elektroden ist ein nicht-ablenkender Zustand, worin sich die durch die Aperturen hindurchtretenden Teilchen längs einer gewünschten Bahn vorwärtsbewegen können, und ein ablenkender Zustand, worin die Teilchen von der gewünschten Bahn weg abgelenkt werden, verwirklichbar.
Dank dieser Lösung erbringt die Anordnung der Elektroden innerhalb der Vertiefungen den Vorteil, ein Übersprechen zwischen den Aperturen zu minimieren, weil diese von dem Substratmaterial der Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung – im Folgenden als Ablenkarrayplatte oder DAP ('deflector array plate') bezeichnet – abgeschirmt werden. In Betracht der unvermeidbaren thermischen Last infolge des elektrischen Energieverbrauchs der bei hohen Frequenzen arbeitenden integrierten Schaltkreise wird außerdem die entscheidende Querschnittfläche für Wärmeleitung entlang der Membran zu dem dickeren Trägerrahmen, der die Membran hält, deutlich vergrößert, da gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Platz zwischen den Ablenkeinrichtungen mit thermisch leitfähigem Material gefüllt ist. Zumindest eine Elektrode dient als aktive Ablenkelektrode, während das zugeordnete Element für die elektrische Masse entweder durch eine zweite Elektrode oder, in einer bevorzugten Variante, durch Verwendung des Substratmaterials der DAP als Massenelektrode verwirklicht sein kann.
In einer Variante der Erfindung sind die Vertiefungen auf der ersten Seite der DAP gebildet, d. h. der der Strahlquelle zugewandten Seite.
In einer alternativen Variante der Erfindung sind die Vertiefungen auf der zweiten Seite der DAP ausgebildet,. d. h, auf der dem Target zugewandten Seite. Durch Kombination der Aperturenplatte mit der DAP in eine Platte kann die Größe des Musterdefinitionssystems weiter verringert werden. Diese Variante wird durch die besondere Eigenschaft der Erfindung ermöglicht, dass kein signifikantes Feld in den Raum über das Musterdefinitionssystems hinaus reicht. Das liegt daran das die Elektrode, die zum Strahlschalten erregt werden, sich innerhalb der Vertiefungen befinden und keinerlei signifikanten Änderungen des elektrostatischen Feldes außerhalb der Vertiefungen hervorrufen. Das elektrostatische Feld in dem Raum außerhalb des Musterdefinitionssystems wird durch das der Membranoberfläche angelegte elektrostatische Potential und den Potentialen benachbarter Elektroden (z. B. Ring-Elektroden) erzeugt, wobei die Vertiefungen und Elektroden darin zu keinen signifikanten Streufeldern in diesem Bereich führen. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn (wie z. B. in US 5,801,388 und US 6,326,632 der Anmelderin) das Musterdefinitionsmittel in Verbindung mit einem externen elektrostatische Feld als Gitterlinsenmaske verwendet wird.
In einer anderen Variante der Erfindung ist eine Strahl-gestaltende Schicht auf der ersten Seite des Membranbereichs vorgesehen, wobei in der Strahl-gestaltenden Schicht eine Vielzahl retrograder Stencil-Öffnungen bestehen, von denen jede in dem Membranbereich mit einer nachfolgenden Apertur koinzidieren (räumlich/lateral zusammenstimmen) und eine innere Weite hat, die kleiner als die innere Weite der zugehörenden Apertur ist. Das bedeutet, die Aperturen im Membranbereich enthalten retrograde Stencil-Öffnungen in der Strahl-gestaltenden Schicht. „Retrograd" bedeutet hier, dass die Stencil-Öffnungen in der Strahl-gestaltenden Schicht eine kleinere innere Weite haben als die innere Weite der Aperturen im Membranbereich.
Die Strahl-gestaltende Schicht wird, wenn vorhanden, zum Definieren der Form der Teilstrahlen aus dem eintreffenden Strahl von Teilchen verwendet. Auf diese Weise kann das Musterdefinitionssystem mit einer einzigen Platte verwirklicht werden. Eine getrennte Deckplatte und eine Aperturenplatte wie im Stand der Technik kann entfallen. Somit können sowohl die Ausmaße als auch die Produktionskosten verringert werden.
Vorteilhafter Weise kann der Membranbereich der DAP aus einem halbleitendem Substratmaterial bestehen. Insbesondere kann das Substratmaterial Silizium sein. Halbleitende Materialien gestatten den Einsatz von CMOS-Technologie zur Strukturierung der integrierten Schaltkreise und weiteren bewährten Mikrostrukturierungstechniken zum Bearbeiten des Substratmaterials. In dem Gebiet der Elektroden, wo elektrostatische Potentiale sich schnell ändern müssen und sich elektrische Feldstärken zum Ablenken der Teilchen aufbauen müssen, könnte dotiertes Silizium verwendet werden, z. B. mit eine Leitfähigkeit von ca. 5 mΩcm. Angemessene Werte der Dielektrizitätskonstante ε und der elektrischen Leitfähigkeit σ werden zum Optimieren des dynamischen Verhaltens und der Funktion des erfindungsgemäßen Vielstrahl-Deflektorarraymittels für die gewünschte Betriebsfrequenz verwendet.
In einer zweckmäßigen Variante der Erfindung besteht eine verborgene isolierende Schicht zwischen den Elektroden und einer Schicht, die Elektronik zur Steuerung der Elektroden enthält. Vorzugsweise kann diese verborgene isolierende Schicht aus Siliziumoxid SiO₂ bestehen und sich über den gesamten Membranbereich erstrecken. Die isolierende Schicht wird dazu verwendet, den Bereich dotierten Siliziums (für leitende Elektroden) von den integrierten Schaltkreisen (IC), z. B. einer CMOS-Schicht, zu trennen.
Vorzugsweise, jedoch nicht notwendiger Weise, bestehen die Elektroden aus demselben Material wir das Substratmaterial des Membranbereichs. Dies vereinfacht die Herstellung der erfindungsgemäßen DAP. Im Gegensatz zum Stand der Technik, z. B. US 2005/0242302 A1 , müssen die Elektroden nicht durch senkrechtes Aufwachsen gebildet werden. Ferner können die Elektroden mit einem metallischen Material umgeben sein. Zusätzlich zur Schutzwirkung eines solchen Überzugs gestattet dessen gute Leitfähigkeit ein Ableiten elektrischer Ladungen, die von dem Strahl geladener Teilchen herrühren.
Vorzugsweise ragen die Elektroden nicht aus dem Oberflächenniveau der Membranbereich-Seite hinaus, in der die Vertiefungen gebildet sind. Das bedeutet, dass die Elektroden eine Höhe gleich oder unter diesem Oberflächenniveau haben. Dadurch kann Übersprechen zwischen den Aperturen sowie ein Ausbreiten des von den Elektroden erzeugten elektrischen Feldes wirkungsvoll verringert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Ablenkelektroden von der Membranbereich-Seite aus kontaktiert, die gegenüber zu der Membranbereich-Seite liegt, in der die Vertiefungen gebildet sind.
Vorzugsweise haben die Vertiefungen einen Durchmesser (im Sinne einer inneren Weite), der kleiner ist als der Abstand zwischen der ersten und zweiten Seite des Membranbereichs.
Dadurch, dass das Substratmaterial der DAP dazu eingerichtet ist, als Massenelektrode für die Ablenkelektrode zu wirken, ist die Erzeugung individueller Masseelektroden, die ein Massepotential liefern, entbehrlich, und das Herstellungsverfahren der genannte Mittel kann vereinfacht werden. Für diese Variante ist es zweckmäßig, eine verborgene isolierende Schicht zwischen den Ablenkelektroden und dem Substratmaterial vorzusehen, wie z. B. SiO₂ in einem SOI-Wafer ('silicon an insulator').
In einer anderen Variante der Erfindung kann jede Apertur mit zumindest einer Ablenkelektrode zumindest einer Masseelektrode zugeordnet sein, die sich in der die Apertur umgebenden Vertiefung befindet. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Masse- und die Ablenkelektrode nicht aus dem Oberflächenniveau der Membranseite hinausragen, in der die Vertiefungen ausgebildet sind. Dies gestattet eine Verringerung der Größe des Musterdefinitionssystems sowie eine Minimierung des Übersprechens zwischen den Aperturen.
Ferner beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung zur Verwendung in einem Projektions-Lithographie-System, nämlich einer Teilchenstrahl-Belichtungsvorrichtung, aus einem SOI-Wafer-Rohling mit einer Schicht Grundmaterial, einer verborgenen Isolatorschicht (z. B. einer Siliziumoxidschicht) bedeckt von einer Siliziumschicht auf einer Oberseite des SOI-Wafer-Rohlings, gegenüber einer Rückseite des Waferrohlings, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

a) Strukturieren von Ausnehmungen auf der Oberseite des SOI-Wafer-Rohlings, durch die Siliziumschicht und die verborgene Isolatorschicht in die Grundmaterialschicht reichend,
b) Erzeugen einer CMOS-Schicht auf der Oberseite des SOI-Wafer-Rohlings über die Siliziumschicht,
c) Abscheiden einer isolierenden Schutzschicht auf der Oberseite des SOI-Wafer-Rohlings,
d) Strukturieren der Rückseite des SOI-Wafer-Rohlings unter Verwendung lithographischer Verfahren und Formen von Elektroden sowie von Aperturen, die sich zu den entsprechenden, vorhergehend strukturierten Ausnehmungen auf der Oberseite des SOI-Wafer-Rohlings hindurch erstrecken.

Zusätzlich kann nach Schritt b) auf der Oberseite des SOI-Wafer-Rohlings eine isolierende Schicht abgeschieden werden, die die Oberseite des SOI-Wafer-Rohlings bedeckt.
Vor Schritt c) können bei ausgewählten in Schritt a) erzeugten Ausnehmungen auf der Oberseite des SOI-Wafer-Rohlings metallische Durchkontakte aufgebracht werden.
In einer möglichen Variante des Verfahrens kann vor Schritt d) die Rückseite des SOI-Wafer-Rohlings im Membranbereich gedünnt werden, z. B. auf eine Dicke von 50 μm. Dies kann mit wohlbekannten Techniken wie Chemisch-Mechanisches Polieren (CMP) ausgeführt werden.
Nach Schritt d) kann eine metallische Schutzschicht auf die Strukturen auf der Oberseite des SOI-Wafer-Rohlings abgeschieden werden. Diese Schicht kann dem Entladen der Oberflächen, die den geladenen Teilchen der Teilchenstrahl-Belichtungsvorrichtung ausgesetzt sind, dienen.
Vorzugsweise wird in Schritt d) die verborgene Isolatorschicht während der Lithographie bei der Verwendung von Plasmaätzeen (RIE) unterschnitten. Diese Maßnahme vermeidet, dass die verborgene Siliziumoxidschicht eine elektrische Ladung ansammelt, wenn es von elektrisch geladenen Teilchen des Teilchenstrahls getroffen wird.
Die Erfindung beinhaltet auch ein weiteres Verfahren zum Herstellen einer Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung, die durch folgende Schritte charakterisiert ist:

a) Strukturieren von Ausnehmungen auf der Oberseite des SOI-Wafer-Rohlings, durch die Siliziumschicht zumindest an die verborgene Isolatorschicht reichend, wobei die Ausnehmungen jeweils ein Teilgebiet in der Siliziumschicht zumindest zum Teil umgeben,
b) zumindest teilweises Auffüllen der Ausnehmungen mit einem Stützmaterial,
c) Wiederstrukturieren der Ausnehmungen auf der Oberseite, durch die Siliziumschicht zumindest an die verborgene Isolatorschicht reichend, wobei jede Ausnehmung in eine Gestalt geformt wird, in der die sich ergebende Ausnehmung – einschließlich der mit Stützmaterial gefüllten Teilgebiete – (die der oben diskutierten Vertiefung der erfindungsgemäßen Einrichtung entspricht) das jeweilige Teilgebiet in der Siliziumschicht gänzlich (nämlich gänzlich in Bezug auf die Siliziumschicht) umgibt, wodurch diese Teilgebiete von der übrigen Siliziumschicht elektrisch getrennt sind,
d) Herstellen elektrischer Kontaktmittel für die Teilgebiete, wobei die elektrischen Kontaktmittel gegenüber der übrigen Siliziumschicht elektrisch isoliert sind, und
e) Strukturieren der Rückseite des SOI-Wafer-Rohlings unter Formen von Aperturen, die sich zu den entsprechenden, in einem vorhergehenden Schritt strukturierten Ausnehmungen auf der Oberseite hindurch erstrecken.

Schritt d) dieses Verfahrens kann so verwirklicht sein, dass auf die Oberseite in festgelegten Gebieten zumindest den Stellen der Teilgebiete angrenzend eine isolierende Schicht gebildet wird, auf die die elektrischen Kontaktmittel in Form von Kontaktfeldern gebildet werden.
Vorzugsweise kann in Schritt e) die Rückseite in dem Membranbereich gedünnt werden, wobei noch mehr bevorzugt die Isolatorschicht beim Dünnungsprozess entfernt wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung in näherem Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, welche schematisch zeigen:
1 in einem Längsschnitt den Aufbau einer Teilchenstrahl-Belichtungsvorrichtung, für die die Erfindung gilt;
2 ein Längsschnitt-Detail eines Musterdefinitionssystems nach dem Stand der Technik, das für die Lithographievorrichtung der 1 gemäß dem Stand der Technik geeignet ist;
3 bis 5 Längsschnitt-Details von für die Lithographievorrichtung der 1 geeigneten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Musterdefinitionssystems;
6 und 7 verschiedene Verwirklichungen der Ablenkelektroden;
8 eine vergrößerte Schnittansicht einer Apertur in einer erfindungsgemäßen Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung;
9.1 bis 9.16 eine Diagrammfolge zur Erläuterung der Herstellung einer Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung der in 8 gezeigten Art;
10 ein Längsschnittschema einer erfindungsgemäßen Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung;
11 eine Aufsicht auf einen Bereich mit zwei Aperturen der Vorrichtung der 10;
12 einen Schnitt der Vorrichtung der 10 entlang der Linie C-C;
13 einen Längsschnitt einer Zwei-Platten-Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung;
14 eine Aufsicht auf eine Öffnung der Ablenkarray-Einrichtung der 13;
15.1 bis 15.7 eine Diagrammfolge zur Erläuterung eines Herstellungsprozesses einer Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung der in 13 und 14 gezeigten Art;
16 eine C-förmige Ausnehmung in Aufsicht, die bei dem Arbeitsschritt der 15.2 gebildet wird; und
17 eine A-förmige Ausnehmung in Aufsicht, wie während einer Variante des Arbeitsablaufs gebildet.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die im Folgenden diskutierten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung betreffen eine Teilchenstrahl-Belichtungsvorrichtung vom PML2-Typ mit einem Musterdefinitionsgerät wie in der US 6,768,125 (= GB 2 389 454 A ) der Anmelderin offenbart und mit einem stark verkleinerndem Projektionssystem. Im Folgenden wird zuerst der technische Hintergrund der Vorrichtung wiedergegeben, soweit für die Erfindung von Bedeutung, und dann werden Ausführungsformen der Erfindung detailliert diskutiert. Es ist hervorzuheben, dass die Erfindung weder auf die nachfolgenden Ausführungsformen noch auf ein Musterdefinitionssystem beschränkt ist, das lediglich eine der möglichen Umsetzungen der Erfindung darstellt.
PML2-System
1 zeigt einen Überblick einer Lithographievorrichtung. Der Deutlichkeit halber sind die Komponenten in 1 nicht größentreu gezeigt. Die Hauptkomponenten der Vorrichtung 100 sind – gemäß der Richtung des Lithographiestrahles lb, pb, der in 1 senkrecht nach unten läuft – ein Beleuchtungssystem 101, ein Musterdefinitionssystem 102, ein Projektions system 103 und eine Targetstation 104 mit einem Target 17 auf einer Waferbühne 18. Die Erfindung betrifft lediglich das Musterdefinitionssystem 102. Gleichwohl wird die Lithographievorrichtung zuerst beschrieben, um ein Beispiel einer möglichen Anwendung der Erfindung zu geben.
Die gesamte Vorrichtung 100 ist in einem Vakuumgehäuse 105 enthalten, das unter Hochvakuum gehalten ist, um eine ungestörte Ausbreitung des Strahles lb, pb entlang der optischen Achse cx der Vorrichtung zu gewährleisten. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die teilchenoptischen Systeme 101, 103 weitgehend unter Verwendung von elektrostatischen Linsen verwirklicht; es ist anzumerken, dass andere Implementierungen wie z. B. elektromagnetische Linsen ebenfalls verwendet werden können.
Das Beleuchtungssystem 101 weist eine Elektronenquelle oder eine von einer (nicht gezeigten) Gasversorgung gespeiste Innenquelle 11 und ein Extraktorsystem 12 auf. In einer Ausführungsform werden Helium-Ionen (He⁺) verwendet. Es ist jedoch anzumerken, dass im Allgemeinen andere elektrisch geladene Teilchen gleichfalls verwendet werden können. Neben Elektronen können diese z. B. Wasserstoffionen oder schwere Ionen sein; im Rahmen dieser Offenbarung beziehen sich schwere Ionen auf Ionen von Elementen schwerer als C, wie z. B. O, N, oder Edelgase Ne, Ar, Kr, Xe. Es ist auch möglich, negativ geladene Ionen wie z. B. negative geladene Wasserstoffionen oder Kohlenstoff-Fulleren-Ionen zu verwenden.
Die Innenquelle 11 emittiert energetische Ionen, d. h. mit einer definierten (kinetischen) Energie von typischerweise einigen keV, z. B. 10 keV. Mithilfe eines elektrooptischen Kondenserlinsensystems 13 werden die von der Quelle 11 emittierten Ionen in einen breitflächigen, im Wesentlichen telezentrischen Ionenstrahl geformt, der als Lithographiestrahl lb dient. Der Lithographiestrahl lb bestrahlt dann das Musterdefinitionssystem 102, das in näherem Detail weiter unten beschreiben ist. Der Lithographiestrahl lb beleuchtet dann eine Vielzahl von Aperturen im Musterdefinitionssystem 102. Bestimmte der Aperturen sind „eingeschaltet" oder „offen", sodass sie für den einfallenden Strahl transparent sind; die anderen Aperturen sind „abgeschaltet" oder „geschlossen", d. h. für den Strahl nicht-transparent, was bedeutet, dass der Teilstrahl nicht das Target erreicht. Das Muster der eingeschalteten Aperturen wird gemäß dem auf dem Substrat 17 zu belichtenden Muster gewählt, da diese Aperturen die einzigen Bereiche des Musterdefinitionsgeräts sind, die für den Strahl lb transparent sind; der Strahl wird so in einen gestalteten Strahl pb geformt, der aus einer Vielzahl von Teilstrahlen besteht.
Das Muster, das durch den gestalteten Strahl pb repräsentiert ist, wird dann mittels eines Teilchen-Projektionssystems 103 auf das Substrat 17 projiziert, wo er ein Bild der angeschal teten Aperturen des Musterdefinitionssystems 102 bildet. Das Projektionssystem 103 realisiert eine Verkleinerung von z. B. 200fach mit zwei Crossovers c1, c2. Wenn ein Teilstrahl durch das Musterdefinitionssystem 102 von seinem Weg des angeschaltenen Zustands abgelenkt wird, wird es beispielsweise an einer Stop-Platte 16 absorbiert.
Das Substrat 17 kann ein mit einem auf die Teilchen(teil)strahlen empfindlichen Photolack bedecktes Silizium-Wafer sein. Das Wafer 17 wird von einer Wafer-Bühne 18 der Targetstation 104 gehalten und positioniert. Eine Korrektur der Bildposition und -verzerrung kann mithilfe von Multipol-Elektroden 14 und 15 erfolgen.
2 zeigt die Betriebsweise des Musterdefinitionssystems 102 nach einer vorbekannten Ausführung wie z. B. in der US 6,768,125 der Anmelderin beschrieben. Lediglich zur Offenbarung des Betriebs benötigte Details sind angegeben. Es ist anzumerken, dass die Dimensionen der Längsachse in 2 bis 5 vergrößert und nicht maßstabsgetreu sind. Das Musterdefinitionssystem 102 weist eine Anzahl von Platten auf, die in einer Stapelkonfiguration befestigt sind und ein Verbundgerät bilden, dessen Komponenten jeweils eigene Funktionen erfüllen. Jede der Platten ist vorzugsweise als ein Halbleiterwafer (besonders Siliziumwafer) ausgebildet, in dem die Strukturen mittels wohlbekannter Mikrostrukturverfahren erzeugt worden sind. Der Lithographiestrahl lb durchdringt die Platten durch ein Array von Aperturen. Jede Apertur entspricht einem Satz aufeinanderfolgender, in diesen Platten definierten Öffnungen.
Die in Richtung des einfallenden Strahles erste Platte ist eine Deckplatte 200. Durch Absorption eines Großteils des eintreffenden Lithographiestrahles lb dient die Deckplatte 200 dem Schutz der nachfolgenden Platten vor Strahlungsschäden. Zu diesem Zweck kann sie mit einer widerstandsfähigen Schicht 210 bedeckt sein. Der Lithographiestrahl lb durchquert die Deckplatte durch eine Vielzahl von Aperturen, von denen nur zwei in 2 und den nachfolgenden Figuren gezeigt sind.
Der Deckplatte 200 folgt eine Aperturenarrayplatte 201 mit einem Array (regelmäßigen Anordnung) von Öffnungen, die dazu dienen, die Form der Teilstrahlen zu definieren. Jede Öffnung entspricht jeweils einer Öffnung der Deckplatte 200. Die Öffnungen der Aperturenarrayplatte haben eine Breite, die kleiner als die Breite der entsprechenden Öffnungen der Deckplatte 200 sind.
Auf die Aperturenarrayplatte 201 in Richtung des Teilchenstrahls folgend befindet sich eine DAP 202. Diese Platte dient dazu, die Passage von ausgewählten Teilstrahlen abzuschalten; sie hat eine Vielzahl von Öffnungen, die jeweils einer Apertur der Aperturenarrayplatte 201 entsprechen und jeweils mit einem Deflektionsmittel ausgerüstet sind, das individuell zum Ablenken von durch die Öffnungen gestrahlten Teilchen von ihrer Bahn weg gesteuert wird. Dieses Deflektionsmittel kann jeweils aus einer Ablenkelektrode 230, 230' und einer Massenelektrode 220, 220' bestehen. Die Elektroden sind freistehend hinsichtlich der DAP. In dem Ausführungsbeispiel der 2 können diese Elektroden durch senkrechtes Aufwachsen mittels Techniken aus dem Stand der Technik erzeugt werden.
Beispielsweise geht Teilstrahl A durch die aufeinanderfolgenden Öffnungen des Musterdefinitionssystems 102, ohne abgelenkt zu werden, weil die zugehörende Ablenkelektrode 230 nicht erregt ist, was bedeutet, dass keine Spannung an die Ablenkelektrode gelegt ist. Dies entspricht dem „angeschalteten" Zustand der Apertur. Teilstrahl A passiert das Musterdefinitionssystem 102 unbeeinflusst und wird durch das erste Crossover c1 des teilchenoptischen Systems 103 fokussiert (1).
Dagegen wird durch Erregen der dem Teilstrahl B zugehörenden Ablenkelektrode 230, d. h. Anlegen einer Querspannung, ein „abgeschalteter" Zustand umgesetzt. In diesem Zustand lenkt die Ablenkelektrode 230 den Teilstrahl B von seiner Bahn weg ab. Der Teilstrahl B is folglich von dem ersten Crossover c1 weggelenkt und somit an der Stop-Platte 16 absorbiert. Die Strahlablenkungswinkel sind in 2 bis 5 übertrieben gezeigt und im Allgemeinen sehr klein, typischerweise 0,5 bis 5 mrad.
Das Muster der angeschalteten Aperturen wird gemäß einem auf dem Substrat 17 zu belichtenden Muster gewählt, da diese Aperturen die einzigen für den Strahl lb transparenten Bereiche des Musterdefinitionsgeräts sind, wodurch der Strahl in einen aus der Vorrichtung austretenden gestalteten Strahl pb geformt wird.
DAP mit Einzelplatte
3 bis 5 stellen verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Musterdefinitionssystems mit einer DAP in Form einer einzigen Platte dar. In 3 ist die Aperturenarrayplatte 310 mit den Funktionen der Deckplatte zu einer „Strahl-gestaltenden Platte" vereint, die oberhalb der DAP 311 angeordnet ist. Die Aperturenarrayplatte 310 hat eine ausreichende Dicke, dass sie die thermische Last ableiten kann, die die auftreffenden Teilchen des Teilchenstrahls lb hervorrufen. Das Deflektionsmittel ist durch nur eine Ablenkelektrode 312, 312' je Apertur verwirklicht. Das Substratmaterial des DAP 311 ist so eingerichtet, dass es als Massenelektrode zu den Ablenkelektroden 312, 312' wirkt. Im Gegensatz zum Stand der Technik sind die Ablenkelektroden 312, 312' nicht freistehend, sondern befinden sich innerhalb Vertiefungen 313, 313', die auf der dem eintreffenden Teilchenstrahl gegenüber liegenden Seite der DAP um die Aperturen ausgebildet sind. Die Elektroden ragen nicht über das Oberflächenniveau dieser Seite hinaus. Eine solche Anordnung hat den Vorteil einer Verringerung der Gesamtgröße des Musterdefinitionssystems.
4, die zwar die gleiche Abfolge der funktionellen Platte wie 3 zeigt, unterscheidet sich in der Ausführung der DAP 321: Hier sind die Vertiefungen um die Aperturen auf der dem eintreffenden Teilchenstrahl zugewandten Seite der DAP gebildet. Dadurch, dass die Ablenkelektroden 322, 322' in den Vertiefungen platziert sind, kann eine Verformung des elektrischen Feldgradienten außerhalb des Zwischenraums zwischen der Aperturenarrayplatte 320 und der DAP 321 verhindert werden.
In einer in 5 dargestellten Variante der Erfindung wird eine modifizierte DAP 331 als Musterdefinitionssystem verwendet, unter Vereinigung der Funktionen einer Deckplatte, Aperturenplatte und Ablenkplatte in eine Platte. Eine Strahl-gestaltende Schicht 330, die auf der ersten Seite der DAP 331 vorgesehen ist, wird zum Definieren der Form der Teilchenstrahlen verwendet. Die Strahl-gestaltende Schicht 330 kann Teil der Membran sein oder in einem nachfolgenden Prozessschritt hinzugefügt werden, wie z. B. Aufdampfen eines Metalls, Galvanisieren oder Bonden einer eigenen Schicht auf die DAP 331. Die Aperturen der DAP 331 enthalten retrograde Stencil-Öffnungen 333 in der Strahl-gestaltenden Schicht 330. „Retrograd" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die innere Weite in den Stencil-Öffnungen 333 der Strahl-gestaltenden Schicht 330 kleiner ist als die innere Weite in der folgenden Apertur der DAP 331. Die innere Weite der Stencil-Öffnungen 333 kann entweder konstant über die gesamte Stencil-Öffnung sein oder in Richtung des Strahls zunehmen, zur vom eintreffenden Strahl abgewandten Seite hin weiter werdend. Das Wort „retrograd" wird hier verwendet, um zu kennzeichnen, dass die innere Weite der Aperturen der DAP 331 in den Stencil-Öffnungen in der Strahl-gestaltenden Schicht 330 kleiner ist als in der anschließenden Apertur. Die Teilstrahlen werden von in den Vertiefungen befindlichen Ablenkelektroden 332, 332 abgelenkt, die in der DAP 331 auf der dem eintreffenden Teilchenstrahl gegenüber liegenden Seite gebildet sind.
Die in 3 bis 5 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Ablenkelektrode je Apertur auf, die mit dem Substratmaterial der DAP so zusammenarbeitet, dass diese als zugehörende Massenelektroden wirkt. Der Vollständigkeit halber seien zwei alternative Anordnungen von Ablenk- und Massenelektroden kurz vorgestellt.
6 zeigt einen Schnitt einer DAP 441 mit einer Apertur, die von einem Strahl geladener Teilchen durchsetzt werden soll. In einer Vertiefung 410 befindlich sind zwei Ablenkelektroden 411, 412 mit gleicher Höhe zum Ablenken des genannten Strahls vorgesehen. Die Vertie fung kann auf der einen oder anderen Seite der DAP 441 ausgebildet sein. Mit einer solchen Anordnung kann eine bipolare Ablenkung erzielt werden, durch Erregen der einen oder anderen Ablenkelektrode 411, 412 mit dem Substratmaterial der DAP 441 dazu eingerichtet, als zugehörende Massenelektroden zu wirken.
7 zeigt eine Anordnung mit einer Ablenkelektrode 415 und einer Masseelektrode 414, die in einer Vertiefung 413 ausgebildet sind, wobei sich diese Anordnung auf der einen oder anderen Seite der DAP 441 befinden kann. Die Masseelektrode 414 übertrifft die Ablenkelektrode 415 an Höhe, wobei keine der Elektroden über das Oberflächenniveau der Seite hinausgeht, auf der sich die Vertiefung befindet.
Ferner können wie z. B. an der Ausführungsform der 7 gezeigt eine oder beide Arten der Elektroden 414, 415 mit einem metallischen Material beschichtet sein.
8 zeigt einen detaillierteren Schnitt einer Aperturenplatte 501 und einer DAP 502 gemäß der Erfindung, entsprechend der Ausführungsform der 3; lediglich eine Apertur ist der Übersichtlichkeit halber dargestellt. Auf der dem eintreffenden Strahl lb zugewandten Seite ist die Aperturenplatte 501 mit einer widerstandsfähigen Schicht 500 zum Schutz vor Strahlungsschäden bedeckt. Die DAP 502 hat eine grundsätzliche plattenförmige Gestalt. Ihre erste Seite 504 ist dem eintreffenden Strahl der Teilchen zugewandt, die zweite Seite 503 gegenüber.
Die DAP weist eine Schicht des Grundmaterials (Bulk-Schicht) 505 auf, die aus einem Halbleiter besteht, vorzugsweise dotiertes Silizium mit einer Leitfähigkeit von ca. 5 mΩcm. Diese Schicht definiert das Massenpotential und dient als Substratmaterial für die DAP im Membranbereich. Die Grundmaterial-Schicht gestattet auch, jegliche thermische Wärmelast abzuleiten, die mit dem elektrischen Energieverbrauch integrierter Schaltkreise beim Betrieb mit hohen Frequenzen für den elektronischen Betrieb der DAP 502 zusammenhängt. Eine isolierende Schicht 506, z. B, Siliziumoxid, befindet sich über der Grundmaterial-Schicht 505 auf der zu dem eintreffenden Teilchenstrahl zugewandten Seite. Eine weitere Siliziumschicht 507 befindet sich über dieser isolierenden Schicht 506. Die Dicke der Grundmaterial-Schicht 505 ist ca. 50 μm. Die Dicke der isolierenden Schicht 506 ist ca. 300 nm, die Siliziumschicht 507 misst typischerweise 2 bis 3 μm.
Eine CMOS-Schaltungsschicht 508 ist auf der dem eintreffenden Teilchenstrahl zugewandten Seite der Siliziumschicht 507 erzeugt. Diese CMOS-Schaltungsschicht 508 enthält die elektronischen Komponenten (nicht gezeigt), die für den elektronischen Betrieb der DAP 502 sorgen. Die isolierende Schicht 506 schirmt die Siliziumschicht 507 und die CMOS-Schaltungsschicht 508 gegenüber der Bulk-Schicht 505 ab.
Die CMOS-Schaltungsschicht 508 ist mit einer isolierenden Schutzschicht 509 bedeckt, die beispielsweise aus Siliziumoxid besteht. Eine Metallschutzschicht 510 ist über die isolierende Schicht 509 gelegt, um Aufladungen zu vermeiden.
In der in 8 dargestellten Ausführungsform der Erfindung befindet sich die Ablenkelektrode 511 in einer Vertiefung 512, die auf der zweiten Seite 503 der DAP 502 gebildet ist. Alternativ kann diese Vertiefung in der ersten Seite 504 ausgebildet sein. Beide Umsetzungen gehören der Erfindung an.
Die Ablenkelektrode 511 besteht aus demselben Material wie die Bulk-Schicht 505. Die Elektrode ist aus dem Substratmaterial der DAP 502 unter Verwendung lithographischer Verfahren gebildet. Ein metallischer Durchkontakt 513 verbindet die Ablenkelektrode 511 mit der CMOS-Schicht 508, die die elektrischen Versorgungsleitungen und Steuerschaltungen der Elektrode enthält. In der vorliegenden Ausführungsform dient die Bulk-Schicht 505 des DAP 502 als Massenelektrode für die Ablenkelektrode 511.
Herstellungsprozess
Im Folgenden wird ein möglicher Weg, eine erfindungsgemäße DAP herzustellen, vorgestellt.
9.1 bis 9.16 erläutern ein beispielhaftes Herstellungsverfahren zum Erzeugen der DAP 502 der 8. Gezeigt sind Querschnitte des prozessierten Wafer gemäß den aufeinanderfolgenden Schritten 1 bis 16 des Verfahrens. Der Klarheit halber ist die Herstellung anhand einer Vertiefung und der ihr zugeordneten Ablenkelektrode erklärt. Selbstverständlich besteht eine DAP 502 aus einer Vielzahl von Vertiefungen und Elektroden, weshalb die folgenden Erläuterungen keine Einschränkung jeglicher Art der Erfindung darstellen.
Ein SOI-Wafer-Rohling 600 ist das Ausgangsmaterial des in 9 gezeigten Herstellungsverfahrens. Der Waferrohling 600 hat eine Dicke von z. B. 650 μm – 9.1. Er weist eine Bulk-Schicht 601, eine verborgene Siliziumoxid-Schicht 602, die z. B. 300 nm dick ist, und eine Siliziumschicht 603 von z. B. 2 μm Dicke auf. Nachfolgend wird die Siliziumschicht 603 als Oberseite TS des SOI-Wafer 600 genannt, während die gegenüber liegende Seite als Rückseite BS bezeichnet wird.
Oberseite TS und Rückseite BS des SOI-Wafer 600 enthalten Ausrichtungsmarken (in 9 bis 9.14 nicht gezeigt, vgl. 10), um eine genaue Ausrichtung der auf beiden Seiten erzeugten Strukturen zueinander zu ermöglichen. Die Ausrichtungsmarken werden durch standardgemäße doppelseitige Photolithographie- und Ätztechniken hergestellt. Die Ausrichtungsmarken auf der Oberseite TS des SOI-Wafer reichen durch die Siliziumschicht 603 bis in die verborgene Siliziumoxidschicht 602. Die Tiefe der Ausrichtungsmarken auf der Rückseite BS des SOI-Wafer muss derart sein, dass ein genaues Arbeiten der Ausrichtungsmarken den ganzen Herstellungsprozess hindurch ermöglicht ist. Die Präzision der Ausrichtung zwischen Ausrichtungsmarken auf der Oberseite TS und der Unterseite BS des SOI-Wafer 600 ist ca. 0,1 μm mit Techniken nach dem Stand der Technik. Fortgeschrittene Systeme gestattene eine höhere Genauigkeit der Vorder/Rückseiten-Ausrichtung. Die Zahl der Ausrichtungsmarken ist benutzerdefiniert, zumindest zwei Marken pro DAP sollten vorgesehen sein.
In einem ersten Schritt des Herstellungsprozesses werden auf der Oberseite TS des Wafer 600 Ausnehmungen 604, 605 unter Verwendung von Plasmaätz-Verfahren (RIE) erzeugt – 9.2. Die Ausnehmungen 604, 605 erstrecken sich durch die Siliziumschicht 603 und die isolierende Schicht 602 aus Siliziumoxid in die Bulk-Schicht 601. Die Ausnehmung 605 ist dafür vorgesehen, die Durchkontaktierung zwischen der Ablenkelektrode und der im folgenden Schritt erzeugten CMOS-Schicht 606 aufzunehmen.
In einem nächsten Schritt wird eine CMOS-Schaltungsschicht 606 auf der Siliziumschicht 603 auf der Oberseite TS des Wafer 600 erzeugt. Diese Schicht enthält alle elektronischen Komponenten zur Steuerung der DAP. Obwohl die Erzeugung der CMOS-Schicht 606 eine Abfolge von Schritten beinhaltet, ist dies in 9.3 als nur ein Schritt dargestellt, weil die Erzeugung einer solchen Schicht eine wohl etablierte Technik ist. Es ist auch möglich, das Herstellungsverfahren mit der Erzeugung der CMOS-Schaltungsschicht 606 zu beginnen und mit der Erzeugung von Ausnehmungen wie oben erwähnt und den weiteren nachfolgend behandelten Fertigungsschritten fortzusetzen.
Mittels Oxid-Abscheidung wird die Oberseite TS des Wafer mit einer isolierenden Schicht Siliziumoxid bedeckt – 9.4. Die isolierende Schicht wird dann mittels RIE entfernt (9.5), wobei diese Schicht infolge der anisotropen Charakteristik des RIE an den vertikalen Teilen der Oberseite TS des Wafer verbleibt.
Sodann wird ein Metallkontakt 607 in die Ausnehmung 605 eingebracht, um für eine Verbindung zwischen der CMOS-Schicht 606 und der zukünftigen Elektrode zu sorgen – 9.6. Die nächsten Fertigungsschritte betreffen die Rückseite BS des Wafer 600. Deshalb wird auf die Oberseite TS des Wafer zum Schutz der Oberfläche eine isolierende Schicht 608 aufgebracht – 9.7. Von hier an wird der Querschnitt des behandelten Wafer in 9.8 bis 9.16 umgedreht dargestellt.
Durch Anwendung bekannter Techniken auf der Rückseite BS des Wafer 600 wird ein Membranbereich gebildet: Die Dicke der Grundmaterial-Schicht 601 wird von 650 μm auf z. B. 50 μm verringert, beispielsweise mithilfe von Standardverfahren der Waferdünnung – 9.8. Die einzelnen Schritte für diesen Standardvorgang, beispielsweise KOH-Nassätzen, sind nicht gezeigt.
Dann wird die Rückseite BS des Wafer 600 mithilfe lithographischer Prozesse strukturiert. Zuerst wird durch thermische Oxidation eine dünne isolierende Oxid-Schicht 619, z. B. SiO₂, auf der Rückseite BS gebildet – 9.9. Danach wird diese dünne Schicht isolierenden Oxids 619 mit einer Sprühschicht Photoresist 609 bedeckt – 9.10. Die dünne Schicht isolierenden Oxids 619 könnte fortgelassen werden und das folgende Ätzen könnte mit einer Resist-Maske ausgeführt werden, aber dies wäre nicht vorteilhaft, weil die folgenden Lithographieschritte ein Ätzen von bis zu 50 μm Silizium beinhalten.
Die Photoresist-Schicht 609 wird z. B. mittels eines Laser-Strahl-Schreibers belichtet. Hierzu wird eine der Ausrichtungsmarken auf der Rückseite BS des Wafer 600 gemessen und mit diesem Bezugspunkt wird das gewünschte Muster in dem Resist-bedeckten Membranbereich auf der Rückseite BS belichtet. Das belichtete Muster wird mit den vorher erzeugten Ausnehmungen 604, 605 gut ausgerichtet. Nach der Laser-Strahl-Lithographie wird die Photoresist-Schicht 609 entwickelt – 9.11.
Mittels RIE wird das Muster der Resist-Maske in die dünne Schicht isolierenden Oxids 619 übertragen – 9.12. In einem nächsten Schritt wird der Photoresist entfernt und in der Bulk-Schicht eine Eintiefung 611 mittels Ätztechniken, z. B. RIE, gebildet – 9.13. Diese Eintiefung 611 wird später als die Ablenkelektrode beherbergende Vertiefung dienen. Die Eintiefung umgibt zumindest einen zentralen Teilbereich 612 des Grundmaterials, der die Elektrode bilden soll.
Sodann wird der Laser-Strahl-Lithographieprozess nochmals auf die Rückseite BS des SOI-Wafer angewendet. Eine Photoresist-Schicht wird auf die Rückseite BS aufgebracht und mittels Laser-Strahl-Lithographie belichtet. Nach dem Entwickeln der Photoresist-Schicht wird wieder RIE verwendet, um die Rückseite BS des Wafer 600 zu strukturieren. Die Eintiefung 611 erstreckt sich nun von der Rückseite BS des Wafer 600 durch die Bulk-Schicht 601 zur verborgenen Siliziumoxid-Schicht 602. 9.14 zeigt nur das Ergebnis dieser Prozessschritte.
Die zweite Anwendung des Laser-Strahl-Lithographieprozesses kann fortgelassen werden; in diesem Fall würde der Photoresist (und somit die dünne Schicht isolierenden Oxids) anders strukturiert werden. Folglich würde die Eintiefung schon nach der ersten Verwendung von RIE bis zur verborgenen Siliziumoxid-Schicht 602 reichen, wobei die Oberseite der Elektrode mit dem Oberflächenniveau der Rückseite BS des SOI-Wafer übereinstimmen würde.
In einem nächsten Schritt wird das Ätzen fortgesetzt, bis die Apertur durch das ganze Wafer 600 durch geht – 9.15. Das Ätzen kann von der Oberseite TS oder Rückseite BS erfolgen. Es ist anzumerken, dass die Siliziumoxidschicht 602 im Laufe dieses Prozessschritts unterätzt wird. Dies hilft, ein Aufladen der Siliziumoxidschicht 602 durch geladene Teilchen des Teilchenstrahls zu vermeiden. Die unterätzte Struktur ist in 9.15 durch Kreise 610 hervorgehoben. Schließlich werden die Strukturen auf der Oberseite TS mit einer metallischen Schutzschicht 611 bedeckt – 9.16.
9.16 zeigt nun die in der Vertiefung 613 befindliche, der Apertur 614 zugeordnete Ablenkelektrode 612. Die Elektrode ist über den Metallkontakt 607, der in der Ausnehmung 605 untergebracht ist, mit der CMOS-Schicht 606 verbunden, wobei der Metallkontakt 607 die Siliziumoxidschicht 602 durchquert.
Eine schematische Längsschnittansicht einer gesamten DAP 700, die durch das oben diskutierte Verfahren erzeugt worden ist, ist in 10 dargestellt. Die DAP 700 hat eine Oberseite 705, die zu dem eintreffenden Strahl von Teilchen hin gerichtet werden kann, und gegenüber eine Rückseite 706. Da einige Schichten der DAP eine verschwindende Dicke im Vergleich zur Bulk-Schicht haben und in 10 nicht mit angemessener Genauigkeit wiedergegeben werden können, sind sie der Deutlichkeit halber unterdrückt. Die soll jedoch keine irgendwie geartete Einschränkung der Erfindung bedeuten. 10 zeigt einen Membranbereich 701, worin sich die Vertiefungen mit den Aperturen und die zugehörenden Elektroden befinden. In einer möglichen Variante wird ein SOI-Wafer-Rohling mit einem Durchmesser von 150 mm verwendet. Ein solches Wafer kann bis zu acht DAP von jeweils 30 mm im Quadrat aufnehmen.
Der Membranbereich 701 hat eine z. B. quadratische Form und ist von einem Rahmen beträchtlicher Dicke, z. B. 650 μm, umgeben. Die Seitenlänge 702 ist 20 mm. Die Dicke des Grundmaterials im Membranbereich ist ca. 50 μm. Nur drei aus einer Vielzahl von tatsäch lich vorhandenen Aperturen sind in 10 der Übersichtlichkeit halber gezeigt. Je nach der vorliegenden Auslegung kann ein einzelnes Ablenkarraymittel mehr als einen Membranbereich haben, die von Gebieten größerer Dicke getrennt sind. Weil die Herstellung Prozessschritte auf beiden Seiten des DAP einbezieht, ermöglichen Ausrichtungsmarken 703, 704 auf der Oberseite 705 des DAP 700 und zugehörende Ausrichtungsmarken 703', 704' auf der Rückseite 706 ein Ausrichten der Strukturen auf beiden Seiten. Das Vorhandensein von zwei Paaren von Ausrichtungsmarken wie hier ist lediglich beispielhaft; jegliche angemessene Zahl von Ausrichtungsmarken ist möglich.
In einem anderen möglichen, nachfolgend kurz behandelten Herstellungsverfahren erstreckt sich der Membranbereich über das ganze Wafer. Somit wird das ganze Wafer auf eine Dicke von z. B. 50 μm gedünnt.
Die ersten Prozessschritte sind jenen des Herstellungsverfahrens ähnlich, das oben detailliert erläutert wurde, dargestellt in 9.1–9.7. 9.7 beschreibt die Abscheidung einer Schutzschicht 608 auf die Oberseite TS eines SOI-Wafers. Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird die Oberseite des SOI-Wafer dann auf ein Trägerwafer gebondet. Sodann wird das ganze Wafer auf eine Dicke von ca. 50 μm gedünnt. CMP dient zum Herstellen einer glatten Oberfläche. Der nächsten Prozessschritte des Strukturierens der Rückseite des SOI-Wafers sind wieder den Schritten ähnlich, die in 9.8–9.16 des ersten Herstellungsverfahrens abgebildet sind. Jegliche auf der Rückseite des SOI-Wafer vorgesehenen Ausrichtungsmarken, die eine Ausrichtung der Strukturen auf der Ober- und Unterseite ermöglichen sollen, müssen tief genug sein, um das Wafer-Dünnen zu überstehen.
Typische Dimensionen
11 zeigt eine Aufsicht auf ein Gebiet des Membranbereichs 701 einer DAP 800 wie jener der 8, mit zwei Aperturen 801, 801' und den zugehörenden Ablenkelektroden 802, 802', die sich in den Vertiefungen 803, 803' befinden.
12 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie C-C der 11 und gibt einen Überblick über typische Dimensionen einer DAP. Der Übersichtlichkeit halber ist nur die Form der DAP unter Fortlassung interner Strukturen dargestellt. Die Weite 901 einer Apertur kann 5 μm sein. Ein typischer Wert des Abstands 902 zwischen der Kante der Apertur nächst der Ablenkelektrode 802 und der der Apertur zugewandten Seite der Ablenkelektrode 802 ist 2 μm. Es kann möglich sein, diesen Abstand auf 1 μm zu verringern, jedoch ist diese Größe durch die Toleranz der Ober/Rückseitenausrichtung begrenzt. Ein kleinerer Abstand 902 wäre vorteilhaft, weil eine kleinere Spannung zur Steuerung der Teilstrahlen erforderlich wäre. Die Periodizität 903, d. h. der Abstand zwischen entsprechenden Kanten benachbarter Vertiefungen, beträgt ca. 30 μm. Die Dicke 905 des Substrats ist 50 bis 60 μm. Die Höhe 904 einer Elektrode ist vorzugsweise um 40 μm – die Höhe 904 kann ebenso mit der Dicke des Substrats übereinstimmen, solange die Elektrode nicht über die Oberfläche des Substrats hinaussteht.
DAP mit Zwei-Platten
13 zeigt eine andere Ausführungsform 130 einer DAP. Diese besteht aus zwei Platten 131, 132, die von Silizium-Wafers erzeugt sind und durch Waferbonden an Bonding-Flächen 133 verbunden sind. Die DAP 130 wird mit einer Aperturenarray-Platte der in 3 oder 4 gezeigten Art kombiniert.
Die Platten 131, 132 dienen spezifischen Aufgaben in der DAP 130. Die Platte 131 weist die Ablenkelektroden für jede der Öffnungen 140 auf, wogegen die Platte 132 eine Elektronikschicht 142 (z. B. CMOS-Schicht) mit den gesamten elektrischen Schaltkreisen enthält, die für die Verarbeitung und Zwischenspeicherung der Musterdaten benötigt werden, die darin über die Bondingflächen-Kontakte zu der Ablenkplatte 131 geleitet werden. (Die innere Struktur der Elektronikschicht 142 ist in den Figuren unterdrückt.) Die Platten 131, 132 sind in der Figur der Deutlichkeit halber getrennt argestellt; für den Betrieb werden sie dauerhaft durch Bondon verbunden, und die Bonding-Flächen 133 liefern nicht nur eine mechanische Verbindung der Platten 131, 132, sondern auch definierte elektrische Kontakte zwischen den elektronischen Komponenten der Platten 131, 132 wie nachstehend näher erläutert. Die in der Platte 132 gebildeten Öffnungen sind deutlich weiter als die Öffnungen in der Platte 131, um Justiertoleranzen zuzulassen und unerwünschte gegenseitige Beeinflussung zwischen dem Teilchenstrahl und der Elektronik der Schicht 142 zu verringern.
Eine vorteilhafte Auslegung der Öffnungen wird nun unter Bezugnahme auf 13 und 14 diskutiert. 14 gibt eine Aufsicht auf eine Öffnung 140 in der Platte 131 wieder, wobei der in 13 gezeigte Schnitt entlang Linie N-N der 14 verläuft. Bei jeder Öffnung 140 ist eine Ablenkelektrode 135 vorgesehen, während die der Ablenkelektrode gegenüber stehende Fläche 134 als Gegenelektrode dient. Die Gegenelektrodenfläche 134 kann vorteilhafter Weise so geformt sein, dass sie in die Öffnung 140 hineinragt, vorzugsweise mit einer konkaven Oberfläche, um eine definierte elektrische Feldkonfiguration zu gestatten. Während die Ablenkelektrode 135 gegenüber dem umgebenden Grundmaterial (Bulk-Material) 144 des Wafer-Membranbereichs (z. B. des Membranbereichs in 10) elektrisch isoliert ist, kann die Gegenelektrodenfläche 134 direkt auf dem Grundmaterial 144 ausgebildet sein, und in diesem Fall arbeiten alle Ablenkelektroden der Platte 131 gegenüber einem gemeinsamen Massepotential des Grundmaterials 144. Das Massepotential wird über Massekontaktflächen 143 aufrechterhalten, die außerhalb des Membranbereichs gebildet sind; zusätzliche Massekontaktflächen können zwischen den Aperturen vorhanden sein, um die Stabilität des Massepotentials über das Aperturenfeld zu verstärken (Verringerung von Streuinduktivitäten).
Die Ablenkelektroden 135 sind mit dem Grundmaterial 144 über ein Stützmaterial 145 verbunden, das entweder selbst isolierende Eigenschaften hat (z. B. Siliziumoxid oder -nitrid) oder über eine isolierende Zwischenlage (z. B. durch Oberflächenoxidation erzeugt) an das Material der Ablenkelektrode 135 und/oder das Grundmaterial 144 angrenzt. Wie bereits erwähnt ist jeder Ablenkelektrode 135 eine Kontaktfläche 133 zugeordnet, die als elektrische Einspeisung des an die Elektrode zu legenden elektrischen Potentials dient. Die Kontaktflächen 133 sind von dem Grundmaterial 144 durch eine isolierende Schicht 141 elektrisch getrennt. Die isolierende Schicht kann wie gezeigt lediglich in bestimmten Gebieten des Membranbereichs als eine Trägerschicht der Flächen 133 vorgesehen sein, die nur an bestimmten Stellen durchbrochen ist, nämlich um elektrische Verbindungen der Flächen 133 mit den jeweils zugehörenden Elektroden 135 zu bilden. In einer Variante kann sie sich über den gesamten Membranbereich erstrecken, mit Ausnahme der genannten Durchbrüche für elektrische Verbindungen und von Fenstern für die Öffnungen 140.
Ein typischer Wert für den Abstand zwischen der Ablenkelektrode 135 und der Gegenelektrodenfläche 134 ist ca. 5 bis 6 μm. Die Platte 131 hat eine Membran mit ca. 20 bis 80 μm Dicke, während die CMOS-Platte 132 eine Dicke von ca. 25 bis 40 μm haben kann. Die Breite der Öffnungen in der CMOS-Platte kann verschieden sein, sofern sie die Öffnungen 140 frei lässt; beispielsweise 9 μm oder mehr können zugemessen sein. Die verlangte Genauigkeit der Bonding-Position is ca. ± 2 μm. Natürlich sind hinsichtlich der Aperturenarray-Platte gemäß 3 und 4 die Aperturen in Bezug auf die lateralen Richtungen in den Öffnungen 140 der DAP 130 eingebettet; ihre Position ist in 14 symbolisch als unterbrochenes Quadrat gezeigt. Die Weite einer Apertur kann z. B. 3,75 μm sein, bei einer Dicke der Aperturenarray-Platte von ca. 10 bis 20 μm.
Herstellungsprozess der Zwei-Platten-DAP
Ein beispielhafter Herstellungsprozess für die Platte 131 der 13 und 14 wird nachfolgend anhand der 15.1 ff (Schnittdetails, die die Erzeugung von zwei der vielen Öffnungen darstellen) besprochen. Das Verfahren beginnt mit einem SOI-Wafer-Rohling 650 – 15.1 – der eine Bulk-Schicht 651 aufweist, deren Oberflächenseite wieder als Rückseite BS' bezeichnet wird, eine verborgene Siliziumoxid-Schicht, die z. B. 300 nm dick ist und als Ätzstopp schicht 652 dient, und eine z. B. 50 μm dicke Siliziumschicht 653 auf der Oberseite TS'. Falls erhältliche Oberseiten-Siliziumschichten eine geringere Dicke haben als die gewünschte Startdicke, in diesem Fall 50 μm, kann eine Siliziumschicht 653 gewünschter Dicke durch epitaktisches Wachstum von Silizium auf die anfängliche Oberseitenschicht erzeugt werden.
An der Stelle der zukünftigen Öffnungen 140 werden auf der Oberseite des Wafer 650 Ausnehmungen 656 definiert, beispielsweise mittels wohlbekannter lithographischer Verfahren, und mittels anisotropen Ätzens wie z. B. RIE geätzt – 15.2. Die Ausnehmungen enden bevorzugter Weise an der Ätzstoppschicht 652. Die Ausnehmung 656 hat eine C-artige Form wie in der Aufsicht der 16 gezeigt. Jede Ausnehmung 656 umgibt und definiert somit einen Vorsprung 655 der Oberseitenschicht, der später die Ablenkelektrode 135 werden soll (vgl. auch 14).
In einem nächsten Schritt werden die Flanken der Ausnehmungen 656 mit einer isolierenden Deckschicht versehen, z. B. mittels eines Oxidationsverfahren. (Die so erzeugten Oxidschichten sind als dicke senkrechte Linien dargestellt.) Dann wird die Ausnehmung mit Material gefüllt, beispielsweise mit a-Silizium oder poly-Silizium. Dieser Schritt liefert das Stützmaterial 145, das später für die mechanische Befestigung der Elektrode 135 sorgen wird. Das Ergebnis dieses Schritts ist in 15.3 gezeigt.
Als Alternative während des Schritts der 15.3 kann der Schritt der Isolierung der Seiten der Ausnehmung 656 entfallen, wenn sodann wie in 15.3a ein isolierendes Stützmaterial eingefüllt wird.
Sodann werden Ausnehmungen 657, die die Öffnungen 140 wie in 14 gezeigt werden sollen, auf der Oberseite des Wafer gebildet. Hierfür hat jede Ausnehmung 657 eine Gestalt die das in die jeweiligen früheren Ausnehmungen 656 gefüllte Stützmaterial an zwei Orten trifft, sodass das Teilgebiet 655 (der Vorläufer der Elektrode 135) von der Schicht 653 abgetrennt wird. Die Ausnehmungen werden unter Verwendung der Schicht 652 als Ätzstoppschicht geätzt; in einer Variante des Ablaufs (nicht gezeigt) könnte die Ausnehmungen so geätzt werden, dass sie durch die Oxidschicht 652 in die Bulkschicht 651 reicht. Die Prozessverfahren zum Erzeugen der Ausnehmungen, insbesondere anisotropes Ätzen, sind wohlbekannte Verfahren aus dem Stand der Technik. Das Ergebnis dieses Schritts ist in 15.4 gezeigt.
Die Menge des Stützmaterials 145 kann so gewählt werden, dass es gerade zum mechanischen Verbinden der Elektrode 135 mit dem Grundmaterial 144 ausreicht und diese während dem nachfolgenden Bearbeitungsablauf und im Betrieb abstützt, während für eine zuverlässige elektrische Isolierung gegenüber der Oberseitenschicht 653 gesorgt ist.
Im nächsten Schritt werden elektrische Kontakte für die Elektrodengebiete 655 gebildet. Flächen einer Isolatorschicht 141 und darauf Kontaktflächen 133 werden abgeschieden und verbunden, sodass sie elektrische Kontakte für die zukünftigen Elektroden bilden. Es ist von Bedeutung, dass die Kontaktflächen sich an einer gegenüber dem Ort der Elektroden seitlich weit verschobenen Stelle befinden können. Zugleich werden die Massekontaktflächen 143 (13) erzeugt. Das Ergebnis dieses Verfahrensstadiums zeigt 15.5.
Danach wird die Rückseite 651 bis zur Ätzstoppschicht 652 gedünnt. 15.6 stimmt mit 15.5 überein, jedoch umgedreht da nun die Rückseite BS bearbeitet wird. Das Dünnen wird vorzugsweise nur in Membranbereichen ausgeführt. Zugleich werden die Ausnehmungen 657 zur Rückseite geöffnet (da die Ätzstoppschicht dort entfernt ist), wodurch die Öffnungen 140 entstehen. Durch diesen Schritt, gezeigt in 15.7, ergibt sich die fertige Platte 131 (die Komponenten der Platte 131 sind der Deutlichkeit mit anderen Maßen als in 13 gezeigt).
Die korrespondierende Platte 132 kann mittels bekannter CMOS-Bearbeitungstechniken erzeugt werden. Die Auslegung der elektronischen Schaltkreise ist nicht Teil der Erfindung, der Leser wird für Details über die DAP-Elektronik auf die bereits genannten Veröffentlichungen verwiesen. Die Platte 132 ist mit einer Vielzahl von Löchern ausgestattet, die den Öffnungen der Platte 131 entsprechen, und weist außerdem passende Bondingflächen auf, um die elektrischen Kontakte für die Platte 131 zu liefern.
Die Ausrichtung zwischen der Platte 131 und der CMOS-Platte 132 wird mittels Ausrichtungsmarken 160 hergestellt, die zugleich mit den Öffnungen 130 erzeugt werden; im Übrigen wird die Ausrichtung nach Verfahren aus dem Stand der Technik erstellt.
Schließlich wird die Platte 131 mit der Platte 132 durch Bonden verbunden, beispielsweise mittels der Technik des eutektischen Bonding. Ein Dünnen der Platte 132 kann vor oder nach den Bonding-Vorgang geschehen.
Selbstverständlich sind zusätzlich zu den bereits erwähnten Abwandlungen weitere Varianten des oben beschriebenen Ablaufs möglich. Beispielsweise können anstelle eines SOI-Wafer 650 andere Wafer-Typen mit einer verborgenen Schicht, die als Ätzstoppschicht dienen kann, verwendet werden. Falls die Ätzstoppschicht nicht isolierend ist, kann ein zusätzlicher Schritt, um eine Isolatorschicht zu erzeugen, nach dem Dünnätzschritt auf der Rückseite eingefügt werden. Außerdem kann in einem zusätzlichen Ätzschritt, der vor oder nach dem Schritt des Einfüllens des Stützmaterials eingefügt wird, die Größe der Elektroden 135 reduziert werden, um Elektroden 135, deren Höhe kleiner als die Dicke des umgebenden Materials 144 ist, zu erzeugen.
In einer beachtenswerten Variante des Herstellungsverfahrens hinsichtlich der Schritte der 15.2 bis 15.3, kann die in die Oberseitenschicht 653 geätzte Ausnehmung eine ringförmige oder bevorzugt A-förmige Gestalt haben, wie in der Aufsicht der 17 mit dem Bezugszeichen 654 gezeigt (anstatt der Form 656 der 16). Somit wird die Form der Elektrode 135 schon in diesem Schritt definiert, als eine Insel 655' der Oberflächenschicht. Sodann werden, wie oben zur 15.3 erläutert, die Seiten der Ausnehmungen 654 mit einer isolierenden Deckschicht ausgestattet, und die Ausnehmung wird mit dem Stützmaterial gefüllt. Danach wird der Prozessablauf geradeso wie oben erläutert fortgesetzt (die Ausnehmung für die Öffnung 140 wird erzeugt usw.) Im Falle, dass Verfahren zum teilweisen Auffüllen eines Raumbereichs mit einem Material zur Verfügung stehen, könnten diese Verfahren eingesetzt werden, um das Stützmaterial zu liefern, ohne die Ausnehmung zu verstellen, was ein neuerliche Ätzen der Ausnehmung 140 erübrigen würde.
Selbstverständlich können die beiden Herstellungsprozesse auch auf zweckmäßige Weise kombiniert werden; die Hauptstufen des Herstellungsverfahrens sind das Ausbilden der Ausnehmungen auf der Oberseite, mit dem Erzeugen von Strukturen in der Oberflächenschicht an den Orten der Aperturen, wobei die Vertiefung mit den darin befindlichen Elektrodenstrukturen gebildet wird, und die Behandlung der Rückseite, die die Aperturen öffnet, die sich hindurch zu den vorher strukturierten, entsprechenden Ausnehmungen erstrecken. Beispielsweise könnte der erste Herstellungsprozess (9) für ein Zwei-Platten-DAP dadurch abgewandelt werden, dass die Verfahrensschritte zur Erzeugung der CMOS-Schicht auf dem SOI-Wafer-Rohling ausgelassen werden und stattdessen Verfahrensschritte zur Erzeugung von Kontaktfeldern wie im zweiten Herstellungsprozess (15.5) eingefügt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5369282 [0004]
- US 6768125 [0005, 0050, 0057]
- US 2005/0242302 A1 [0007, 0020]
- US 5801388 [0009, 0015]
- US 6326632 [0009, 0015]
- GB 2389454 A [0050]

Claims

Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung (502, 311, 321, 331, 700, 130) zur Verwendung in einer Teilchenstrahl-Belichtungsvorrichtung, die mit einem Strahl (lb) geladener Teilchen arbeitet, wobei die Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung eine insgesamt plattenartige Gestalt mit einem Membranbereich aufweist, welcher aufweist: – eine dem eintreffenden Teilchenstrahl (lb) zugewandte erste Seite (504) und eine dieser gegenüber liegende zweite Seite (504), – ein Array von Aperturen, die jeweils den Durchtritt eines entsprechenden, aus dem Teilchenstrahl geformten Strahlelements zulassen, – eine Anzahl von Vertiefungen (512), die jeweils in einer der Seiten des Membranbereichs gebildet und zumindest einer der Aperturen zugeordnet sind, und – ein Array von Elektroden (511), wobei jede Apertur zumindest einer der Elektroden (511) zugeordnet ist und sich jede Elektrode in einer der Vertiefungen (512) befindet, und die Elektroden dazu eingerichtet sind, einen nicht-ablenkenden Zustand, worin sich die durch die Aperturen hindurchtretenden Teilchen längs einer gewünschten Bahn vorwärtsbewegen können, und einen ablenkenden Zustand, worin die Teilchen von der gewünschten Bahn weg abgelenkt werden, zu realisieren.
Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen auf der ersten Seite (504) ausgebildet sind.
Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen auf der zweiten Seite (503) ausgebildet sind.
Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine auf der ersten Seite des Membranbereichs vorgesehene Strahl-gestaltende Schicht (330), in der eine Vielzahl retrograder Stencil-Öffnungen (333) geformt sind, welche jeweils mit einer nachfolgenden Apertur koinzidieren und jeweils eine innere Weite haben, die kleiner als die innere Weite der zugehörenden Apertur ist.
Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranbereich aus einem halbleitendem Substratmaterial (505, 507), vorzugsweise Silizium, besteht.
Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine verborgene isolierende Schicht (506) zwischen den Elektroden (511) und einer Schicht (508), die Elektronik zur Steuerung der Elektroden (511) enthält.
Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die verborgene isolierende Schicht (506) sich über den gesamten Membranbereich erstreckt.
Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranbereich aus einem halbleitendem Substratmaterial besteht, sowie mit einer verborgenen isolierenden Schicht (506) aus Siliziumoxid zwischen den Elektroden (511) und einer Schicht (508), die Elektronik zur Steuerung der Elektroden (511) enthält.
Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (511) aus demselben Material wie das Substratmaterial des Membranbereichs bestehen.
Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (511) mit einem metallischen Material (440) umgeben sind.
Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (511) nicht aus dem Oberflächenniveau der Membranbereich-Seite (503, 504) hinausragen, in der die Vertiefungen (512) gebildet sind.
Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkelektroden (511) von der Membranbereich-Seite (503, 504) aus kontaktiert sind, die gegenüber zu der Membranbereich-Seite liegt, in der die Vertiefungen (512) gebildet sind.
Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (512) einen Durchmesser haben, der kleiner ist als der Abstand zwischen der ersten (504) und zweiten Seite (503) des Membranbereichs.
Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratmaterial (505) dazu eingerichtet ist, als Massenelektrode für die Ablenkelektrode (511) zu wirken.
Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jede Apertur mit seiner zumindest einen Ablenkelektrode (415) zumindest einer Masseelektrode (414) zugeordnet ist, die sich in der die Apertur umgebenden Vertiefung (413) befindet.
Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseelektrode (415) und die Ablenkelektrode (414) nicht aus dem Oberflächenniveau der Seite der Membranregion hinausragen, in der die Vertiefungen ausgebildet sind.
Verfahren zum Herstellen einer Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung zur Verwendung in einem Projektions-Lithographie-System, nämlich einer Teilchenstrahl-Belichtungsvorrichtung, aus einem SOI-Wafer-Rohling (600) mit einer Grundmaterial-Schicht (601), einer verborgenen Isolatorschicht (602) bedeckt von einer Siliziumschicht (603) auf einer Oberseite (TS) des SOI-Wafer-Rohlings, gegenüber einer Rückseite (BS) des Waferrohlings (600), gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Strukturieren von Ausnehmungen (604, 605) auf der Oberseite (TS) des SOI-Wafer-Rohlings (600), durch die Siliziumschicht (603) und die verborgene Isolatorschicht (602) in die Grundmaterialschicht (601) reichend, b) Erzeugen einer CMOS-Schicht (606) auf der Oberseite (TS) des SOI-Wafer-Rohlings (600) über die Siliziumschicht (603), c) Abscheiden einer isolierenden Schutzschicht (608) auf der Oberseite (TS) des SOI-Wafer-Rohlings (600), d) Strukturieren der Rückseite (BS) des SOI-Wafer-Rohlings (600) unter Verwendung lithographischer Verfahren und Formen von Elektroden (612) sowie von Aperturen (614), die sich zu den entsprechenden, in einem vorhergehenden Schritt strukturierten Ausnehmungen (604, 605) auf der Oberseite (TS) hindurch erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt b) auf der Oberseite (TS) eine isolierende Schicht abgeschieden wird, die die Oberseite (TS) des SOI-Wafer-Rohlings (600) bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt c) bei ausgewählten in Schritt a) erzeugten Ausnehmungen (605) auf der Oberseite (TS) metallische Durchkontakte (607) aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt d) die Rückseite (BS) des SOI-Wafer-Rohlings (600) im Membranbereich gedünnt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt d) eine metallische Schutzschicht (611) auf die Strukturen auf der Oberseite (TS) abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) die verborgene Isolatorschicht (602) während der Verwendung lithographischer Verfahren unterschnitten wird (610).
Verfahren zum Herstellen einer Vielstrahl-Ablenkarray-Einrichtung zur Verwendung in einem Projektions-Lithographie-System, nämlich einer Teilchenstrahl-Belichtungsvorrichtung, aus einem SOI-Wafer-Rohling (650) mit einer Grundmaterial-Schicht (651), einer verborgenen Isolatorschicht (652) bedeckt von einer Siliziumschicht (653) auf einer Oberseite (TS') des SOI-Wafer-Rohlings, gegenüber einer Rückseite (BS') des Waferrohlings (650), gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Strukturieren von Ausnehmungen (656) auf der Oberseite (TS') des SOI-Wafer-Rohlings (650), durch die Siliziumschicht (653) zumindest an die verborgene Isolatorschicht (652) reichend, wobei die Ausnehmungen jeweils ein Teilgebiet in der Siliziumschicht zumindest zum Teil umgeben, b) zumindest teilweises Auffüllen der Ausnehmungen (656) mit einem Stützmaterial (145), c) Wiederstrukturieren der Ausnehmungen (657) auf der Oberseite (TS), durch die Siliziumschicht (653) zumindest an die verborgene Isolatorschicht (652) reichend, wobei jede Ausnehmung (657) in eine Gestalt geformt wird, in der die sich ergebende Ausnehmung – einschließlich von mit Stützmaterial (145) gefüllten Teilgebieten – das jeweilige Teilgebiet (655) in der Siliziumschicht umgibt, wodurch diese Teilgebiete von der übrigen Siliziumschicht (653) elektrisch getrennt sind, d) Herstellen elektrischer Kontaktmittel für besagte Teilgebiete (655), wobei die elektrischen Kontaktmittel gegenüber der übrigen Siliziumschicht elektrisch isoliert sind, und e) Strukturieren der Rückseite (BS) des SOI-Wafer-Rohlings (650) unter Formen von Aperturen (140), die sich zu den entsprechenden, in einem vorhergehenden Schritt strukturierten Ausnehmungen (657) auf der Oberseite (TS') hindurch erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) auf die Oberseite in festgelegten Gebieten zumindest den Stellen der Teilgebiete angrenzend eine isolierende Schicht (655) gebildet wird, auf die die elektrischen Kontaktmittel in Form von Kontaktfeldern (133) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) die Rückseite (BS') in dem Membranbereich gedünnt wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass beim Dünnen der Rückseite die Isolatorschicht (652) entfernt wird.