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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet der Herstellung von Mikrostrukturen, etwa von integrierten Schaltungen, und betrifft insbesondere Analysetechniken, die für die Prozessüberwachung und/oder Prozesssteuerung eingesetzt werden.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Bei der Herstellung von Mikrostrukturen, etwa von integrierten Schaltungen, mikromechanischen Bauelementen, optoelektronischen Komponenten, und dergleichen, werden die Bauteilstrukturelemente, etwa die Schaltungselemente, typischerweise auf einem geeigneten Substrat hergestellt, indem Oberflächenbereiche einer oder mehrerer Materialschichten, die zuvor auf dem Substrat hergestellt wurden, strukturiert werden. Da die Abmessungen, d. h. die Länge, die Breite und die Höhe der einzelnen Strukturelemente, stetig verringert wird, um das Leistungsvermögen zu erhöhen und die Kosten zu reduzieren, müssen diese Abmessungen innerhalb eines eng begrenzten Toleranzbereiches festgelegt werden, um die erforderliche Funktionsfähigkeit des fertig gestellten Bauelements zu garantieren. Für gewöhnlich wird eine große Anzahl an Prozessschritten ausgeführt, um eine Mikrostruktur fertigzustellen, und daher müssen die Abmessungen der Strukturelemente während der diversen Fertigungsphasen gründlich überwacht werden, um die Prozesssteuerung in geeigneter Weise aufrecht zu erhalten und um weitere kostenintensive Prozessschritte zu vermeiden, die durch Prozessanlagen hervorgerufen würden, die die Spezifikationen in den diversen Fertigungsphasen nicht einhalten.
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Beispielsweise muss in komplexen CMOS-Bauelementen eine sehr große Anzahl an Transistoren, etwa von n-Kanaltransistoren und p-Kanaltransistoren, in und über einer Halbleiterschicht hergestellt werden, wobei diese Transistoren kritische Bauteilstrukturelemente, etwa Gateelektroden und dergleichen aufweisen, die eine kritische Abmessung von ungefähr 50 nm und weniger in aktuell verfügbaren Produkten besitzen. Zusätzlich zu dem stetigen Verringern der kritischen Abmessungen der Bauteilstrukturelemente müssen auch neue Materialien und Prozessstrategien häufig eingerichtet werden, um die Zuverlässigkeit, das Leistungsvermögen und die Kosten effizient zu steigern. Generell erfordert das Herstellen komplexer Feldeffekttransistoren ggf. neue Technologien auf Grund der Beschränkungen, die zunehmend für konventionelle ebene Transistorstrukturen angetroffen werden, die auf einem Gatedielektrikumsmaterial in Form von Siliziumdioxid, Siliziumoxinitrid oder anderen „konventionellen” dielektrischen Materialien beruhen, da diese Materialien typischerweise deutlich höhere Leckströme hervorrufen, wodurch sich eine unerwünschte Wärmeerzeugung ergibt, die nicht mehr mit den Erfordernissen vieler Arten von Halbleiterbauelementen verträglich ist. Die Einschränkungen der gut etablierten und gut bewährten dielektrischen Materialien in Gateelektrodenstrukturen haben zu neuen Technologieverfahren Anlass gegeben, etwa zu nicht planaren Transistorkonfigurationen und/oder komplexen Gateelektrodenstrukturen. Beispielsweise kann die Skalierbarkeit ebener Transistorkonfigurationen beträchtlich erweitert werden, indem komplexe Gateelektrodenstrukturen auf der Grundlage von dielektrischen Materialien mit großem ε verwendet werden, wobei diese als Materialien mit einer Dielektrizitätskonstante von 10,0 oder höher zu verstehen sind, und wobei diese in Verbindung mit metallenthaltenden Gateelektrodenmaterialien verwendet werden. Folglich müssen neue Materialien, etwa dielektrische Materialien mit großem ε und dergleichen, in den gesamten Fertigungsablauf integriert werden, wozu geeignete Fertigungstechniken zum Abscheiden und Strukturieren dieser Materialien erforderlich sind. Aus diesem Grunde können auch viele neue Arten von Nebenprodukten während der Bearbeitung dieser Materialien anfallen, die ebenfalls eine gründliche Überwachung und Untersuchung im Hinblick auf Wechselwirkungen mit anderen Materialien und Fertigungsprozessen erfordern.
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In noch anderen Vorgehensweisen zur Verbesserung des gesamten Transistorleistungsvermögens komplexer integrierter Schaltungen werden verformungsinduzierende Mechanismen in den Gesamtprozessablauf zur Herstellung von Feldeffekttransistoren eingebunden, da ein verformtes Kanalgebiet eines siliziumbasierten Transistors ein höheres Transistorleistungsvermögen auf Grund einer modifizierten Ladungsträgerbeweglichkeit bieten, die durch das verformte siliziumbasierte Material hervorgerufen wird. Zu diesem Zweck werden verformungsinduzierende Halbleiterlegierungen, etwa Silizium/Germanium, Silizium/Kohlenstoff, und dergleichen häufig in aktive Gebiete in lokaler Weise eingebaut, wodurch selektiv eine gewünschte Art an Verformung in individuelle Transistorelementen hervorgerufen wird. Auch in diesem Falle sind komplexe Strukturierungs- und Abscheidetechniken erforderlich, die innerhalb sehr eng festgelegter Prozesstoleranzen anzuwenden sind, um damit die gesamte Bauteilvariabilität auf einem geringen Niveau zu halten.
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In ähnlicher Weise muss nach der Fertigstellung der Schaltungselemente in dem Halbleitermaterial komplexer integrierter Schaltungen eine Kontaktebene hergestellt werden, die als eine Schnittstelle zwischen den Schaltungselementen in dem Halbleitermaterial und einem komplexen Metallisierungssystem zu verstehen ist, wobei das Metallisierungssystem als ein Verdrahtungsnetzwerk dient, um die einzelnen Transistoren und andere Schaltungselemente gemäß der erforderlichen Schaltungsfunktion miteinander zu verbinden. Da zumindest einige Bauteilgebiete eine sehr hohe Dichte an einzelnen Schaltungselementen aufweisen, muss auch die Kontaktebene auf der Grundlage extrem komplexer Abscheide- und Strukturierungstechniken hergestellt werden, um geeignete dielektrische Zwischenschichtmaterialien bereitzustellen und um diese in geeigneter Weise so zu strukturieren, dass Kontaktöffnungen hergestellt und diese mit einem geeigneten metallenthaltenden Material gefüllt werden. Beispielsweise ist die Herstellung von Kontaktöffnungen in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial eine äußerst herausfordernde Fertigungsphase in komplexen integrierten Schaltungen, die beispielsweise dicht gepackte Speicherbereiche und dergleichen enthalten, da dicht liegende Kontaktöffnungen mit einem hohen Aspektverhältnis mit kritischen Abmessungen von ungefähr 100 nm und deutlich weniger in zuverlässiger und vorhersagbarer Weise herzustellen sind. Folglich können die Wechselwirkungen der unterschiedlichen Materialien und Prozesse einen wesentlichen Einfluss auf die gesamte Herstellungsausbeute in modernen Halbleiterfertigungsstätten ausüben.
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Des weiteren sind typischerweise sehr komplexe Metallisierungssysteme in modernen Halbleiterbauelementen erforderlich, wobei die Komplexität des Metallisierungssystems in der Tatsache begründet ist, dass eine Vielzahl von Metallisierungsschichten aufeinander herzustellen ist, wobei auch komplexe Materialsysteme in jeder der Metallisierungsschicht zu verwenden sind. Beispielsweise werden in modernen integrierten Schaltungen, die eine sehr große Anzahl an Schaltungselementen aufweisen, typischerweise Kupfer und komplexe dielektrische Materialien, sogenannte dielektrische Materialien mit kleinem ε, oder Materialien mit sehr kleinem ε (ULK) verwendet, um die Signalausbreitungsverzögerung in dem Metallisierungssystem zu reduzieren. Auf Grund der Eigenschaft des Kupfers, im Wesentlichen keine flüchtigen Ätzprodukte auf der Grundlage der meisten gut etablierten plasmaunterstützten Ätzchemien zu erzeugen, wird typischerweise Prozesstechnik angewendet, in der ein dielektrisches Material zunächst strukturiert wird, so dass es entsprechende Öffnungen, etwa Gräben und Kontaktlöcher, erhält, die nachfolgend mit dem Kupfermaterial durch elektrochemische Abscheidetechniken gefüllt werden. Auf Grund der Tatsache, dass Kupfer jedoch effizient in Siliziumdioxid, Silizium, einer Vielzahl an dielektrischen Materialien mit kleinem ε und dergleichen diffundiert, ist ein zuverlässiger Einschluss des Kupfers erforderlich, das selbst geringste Mengen an Kupfer, die in Bauteilgebiete, etwa aktive Gebiete von Transistoren, diffundieren würden, zu einer ausgeprägten Änderung der gesamten Bauteileigenschaften führen würden. Aus diesem Grunde werden komplexe Barrierenmaterialsysteme vorgesehen, beispielsweise in Form von Tantal, Tantalnitrid, Ruthenium, Titan, Titannitrid, und dergleichen, die eine gewünschte diffusionshindernde Wirkung besitzen und die mechanische und chemische Integrität des Kupfermaterials bewahren. Obwohl Verbindungsstrukturen auf Kupferbasis einen deutlich geringeren elektrischen Widerstand im Vergleich zu beispielsweise Aluminium besitzen, führen die geringen Abmessungen der Verbindungsstrukturen dennoch zu sehr hohen Stromdichten, wodurch auch starke Grenzflächen zwischen dem Kupfermaterial und dem umgebenden dielektrischen Material erforderlich werden, wobei diese Grenzflächen durch das Barrierenmaterial und entsprechende Deckmaterialien bereitzustellen sind, um damit das erforderliche Leistungsverhalten im Hinblick auf die Elektromigration zu erreichen. Folglich müssen in der komplexen Fertigungssequenz zur Herstellung von Metallisierungsschichten empfindliche dielektrische Materialien auf der Grundlage geeigneter plasmaunterstützter Ätzprozesse strukturiert werden, wodurch ebenfalls eine Vielzahl an Ätznebenprodukten erzeugt wird, die eine ausgeprägte Wirkung auf die weitere Bearbeitung des Bauelements ausüben können.
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Es ist gut bekannt, dass in komplexen plasmaunterstützten Ätzprozessen eine komplexe reaktive Prozessatmosphäre einzurichten ist, die nicht nur reaktive Radikale, die auf der Grundlage von Fluor, Chlor, Sauerstoff und dergleichen, erzeugt werden, enthält, sondern auch eine Vielzahl an molekularer Substanzen, die während der komplexen Wechselwirkung der diversen in den reaktiven Atmosphären enthaltenen Sorten Polymere bilden. Beispielsweise kann durch die Zugabe von geeigneten wasserstoff- und kohlenstoffenthaltenden Prozessgasen der Grad der Polymerisierung so gesteuert werden, dass das allgemeine Ätzverhalten während des plasmaunterstützten Prozesses entsprechend eingestellt wird. Die Polymere lagern sich vorzugsweise an Seitenwänden entsprechender Öffnung ab und sammeln sich daher dort an, wodurch die laterale Ätzrate verringert wird, was zu einem effizienten Mechanismus führt, um den Seitenwandwinkel von kritischen Öffnungen zu steuern. Wie zuvor erläutert ist, müssen insbesondere bei der. Herstellung der Kontaktebene oder komplexer Metallisierungssysteme Öffnungen, etwa Kontaktöffnungen und Kontaktdurchgangslöcher mit einem hohen Aspektverhältnis (Tiefe/Breite) von 5 und deutlich größer hergesellt werden, wobei eine laterale Abmessung der Öffnungen 100 nm oder 50 nm und weniger in komplexen Halbleiterbauelementen beträgt. In einigen anspruchsvollen Vorgehensweisen wird der Polymerisierungsmechanismus während des plasmaunterstützten Ätzprozesses auch vorteilhaft ausgenutzt, um die laterale Abmessung kritischer Öffnungen zu verringern, wodurch Skalierbarkeit gegenwärtig verfügbarer Lithographie- und Ätztechniken ausgedehnt wird. D. h., durch Hinzufügen von polymerisierenden Gaskomponenten kann eine Schicht aus Polymermaterialien auf Seitenwänden kritischer Öffnungen hergestellt werden, wodurch zunehmend eine Schicht aus Polymermaterialien erzeugt wird, die somit effizient die laterale Breite verringert. Auf Grund des komplexen Reaktionsmechanismus ist jedoch eine genaue Kenntnis der Zusammensetzung der Polymermaterialien und ihrer chemisch-physikalischen Eigenschaften zu erlagen, um in effizienter Weise den Einfluss des Polymermaterials auf das Halbleiterbauelement zu bewerten. Wie beispielsweise zuvor erläutert ist, werden in komplexen Metallisierungssystemen empfindliche dielektrische Materialien, die etwa in Form von Dielektrika mit kleinem ε oder porösen Dielektrika mit kleinem ε (ULK) vorgesehen sind, zumindest in kritischen Metallisierungsebenen verwendet, wobei jedoch ein zusätzliches Polymermaterial nachfolgende Prozesse wesentlich beeinflussen kann und auch das schließlich erreichte elektrische Leistungsvermögen des Metallisierungssystems beeinflusst. Ein wichtiger Aspekt bei der Herstellung komplexer Metallisierungssysteme ist das Abscheiden eines geeigneten Barrierenmaterials vor dem Abscheiden des eigentlichen Füllmetalls, etwa des Kupfers, da das Barrierenmaterial für eine ausreichende Haftung und die Diffusionsblockiereigenschaften zu sorgen hat, während gleichzeitig dieses Material die geeigneten Grenzflächeneigenschaften im Hinblick auf die Elektromigration bereitstellen muss. Die Anwesenheit von Polymermaterialien, die während des vorhergehenden komplexen Ätzprozesses erzeugt werden, kann daher wesentlich das Abscheiden der leitenden Barrierenmaterialien beeinflussen. Wenn ferner effiziente Reinigungsprozesse vor dem Abscheiden des Metallmaterialsystems angewendet werden, muss die Wechselwirkung der Polymermaterialien mit der Reinigungschemie im voraus bekannt sein, um in geeigneter Weise die resultierenden Eigenschaften des dielektrischen Materials abzuschätzen. Während der plasmaunterstützten Ätzprozesse werden ferner typischerweise die empfindlichen dielektrischen Materialien geschädigt, da offene Siliziumbindungen an den freiliegenden Oberflächenbereichen nach den plasmaunterstützten Ätzprozessen vorhanden sein können, die nachfolgend effizient mit anderen Komponenten, etwa Polymerresten und dergleichen, reagieren, wobei die endgültigen Oberflächeneigenschaften wesentlich von den gesamten Prozessbedingungen abhängen. Typischerweise haften Wassermoleküle und dergleichen an der Oberfläche und können somit schließlich die dielektrischen Eigenschaften wesentlich ändern, was wiederum zu einer größeren Dielektrizitätskonstante der betrachteten Metallisierungsschicht führt.
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Somit ist während der diversen Phasen beim Herstellen komplexer Halbleiterbauelemente und Mikrostrukturbauelemente die Überwachung von Oberflächenbedingungen nach dem Ausführen eines komplexen Strukturierungsprozesses auf der Grundlage von plasmaunterstützten Ätzrezepten ein wichtiger Aspekt. D. h., Materialeigenschaften auf strukturierten Oberflächenbereichen, etwa die Anwesenheit von Polymermaterialien und Ätzresten kann überwacht werden, um das Prozessergebnis der diversen Fertigungsphasen innerhalb der eingesetzten Toleranzbereiche zu halten. Aus diesem Grunde wurden zahlreiche komplexe Inspektions- und Analysetechniken entwickelt, um das physikalische und chemische Verhalten von Polymermaterialien und Ätzresten, die in strukturierten Halbleiterbauelementen erzeugt werden, zu bewerten. Da ein direkter Zugriff auf die Polymer- und Ätzreste auf der strukturierten Oberfläche des Halbleiterbauelements schwer erreichbar ist, werden diese Materialien häufig durch eine chemische Wechselwirkung entfernt, beispielsweise durch Anwenden geeigneter Plasmaatmosphären oder nasschemischer Ätzchemien, um die Fragmente in der Plasmaatmosphäre oder in der nasschemischen Lösung zu analysieren. In diesem Falle müssen die Polymer- und die Ätzreste jedoch chemisch in gewisser Weise mit der Plasmaatmosphäre oder der nasschemischen Ätzchemie in Wechselwirkung treten, so dass die entsprechenden Analyseergebnisse die Materialeigenschaften wiedergeben, nachdem eine Reaktion mit dem Plasma oder der Nasschemie stattgefunden hat. Folglich sind die Analysetechniken weniger zuverlässig im Hinblick auf das Bereitstellen authentischer Ergebnisse für die Polymermaterialien und Ätzreste, die anfänglich in dem Halbleiterbauelement bei der Herstellung der strukturierten Oberfläche erzeugt wurden. Ferner behindern unter Umständen diese „Messproben”, die durch diese konventionellen Prozessstrategien gewonnen werden, das Anwenden effizienter fortschrittlicher Analysetechniken, etwa der AES (Auger-Elektronenspektroskopie), SIMS S(Sekundärionenmassenspektroskopie), IR (Infrarotspektroskopie) und dergleichen. Da viele dieser sehr effizienten Analysetechniken eine spezielle Probenpräparation erfordern oder zumindest speziell gestaltete Messbedingungen benötigen, die nicht auf der Grundlage des Plasmas oder einer chemischen Lösung bereitgestellt werden können, können die Oberflächenbedingungen, die nach komplexen plasmaunterstützten Ätzprozessen angetroffen werden, nicht effizient überwacht und gesteuert werden auf der Grundlage gegenwärtig verfügbarer Analysetechniken, insbesondere wenn Oberflächentopographien betrachtet werden, in denen kritische Abmessungen von 50 nm und weniger angetroffen werden.
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Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Erfindung Techniken zum Überwachen und/oder Steuern von Oberflächenbedingungen in komplexen Mikrostrukturbauelementen, etwa integrierten Schaltungen nach dem Ausführen komplexer plasmaunterstützter Strukturierungsprozesse, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest in der Auswirkung reduziert wird.
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Überblick über die Erfindung
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Generell betrifft die vorliegende Erfindung Techniken, in denen Ätzreste und Polymermaterialien, die typischerweise in diesen Bauelementen nach dem Ausführen komplexer plasmaunterstützter Ätzprozesse erzeugt werden, effizient entfernt werden, zumindest von einem Teil der strukturierten Oberfläche auf der Grundlage einer physikalischen Einwirkung mittels eines geeigneten Sondierungsmaterials, ohne dass im Wesentlichen eine chemische Wechselwirkung hervorgerufen wird. In einigen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten werden die Polymersubstanzen und die Ätzreste, die physikalisch an dem Sondierungsmaterial anhaften, nachfolgend der weiteren Analyse unterzogen, wobei günstigere Probenpräparationsbedingungen auf der Grundlage des Sondierungsmaterials geschaffen werden. Das Sondierungsmaterial wird als ein beliebiges geeignetes Material aufgebracht, das die strukturierte Oberfläche des Halbleiterbauelements kontaktiert und damit die Polymersubstanz und die Ätzreste physikalisch kontaktiert, ohne dass tatsächlich eine chemische Reaktion mit diesen Substanzen auftrifft. Das Sondierungsmaterial kann somit effizient kritische Öffnungen auffüllen, etwa Öffnungen mit lateralen Abmessung von 100 nm und weniger, oder auch 50 nm und weniger, wodurch auch effizient kritische Bauteilbereiche „sondiert” werden, in denen die Anwesenheit von Polymermaterialien und Ätzresten einen starken Einfluss auf die gesamten Bauteileigenschaften ausüben. Die Sondierungsmaterialschicht wird dann „als Ganzes” ggf. entfernt, d. h. als ein zusammenhängendes Materialstück, was so zu verstehen ist, dass die Sondierungsmaterialschicht beim Entfernen eine kontinuierliche Schicht bildet, die laterale Abmessungen besitzt, die deutlich größer sind im Vergleich zu den kritischen lateralen Abmessungen der strukturierten Oberfläche. Beispielsweise besitzt die Sondierungsmaterialschicht in Form eines zusammenhängenden Materialstücks laterale Abmessungen von mehreren 100 μm, während in anderen Fällen signifikant größere Bereiche von der sondierenden Materialschicht abgedeckt werden. In einigen Fällen wird die sondierende Materialschicht auch als Ganzes auf eine gesamte Scheibe aufgebracht und von dieser abgetragen, die eine Vielzahl von Halbleitergebieten aufweist.
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Nach dem Entfernen der sondierenden Materialschicht wird somit ein „Negativbild” des strukturierten Oberflächenbereichs erhalten, wodurch somit das Ermitteln einer genauen Korrelation zwischen Messergebnissen, die auf der Grundlage der Sondierungsmaterialschicht gewonnen werden, und der Position auf der Mikrostruktur möglich ist. Ferner können die Polymersubstanzen und die Ätzreste, die physikalisch an der Sondierungsmaterialschicht anhaften, effizient analysiert werden, beispielsweise durch Reparieren von Proben aus der Sondierungsmaterialschicht oder durch Verwenden der Sondierungsmaterialschicht als Trägermaterial, ohne dass eine zusätzliche Probenpräparation mit Ausnahme der Positionierung der Sondierungsmaterialschicht in einer geeigneten Analyseanlage erforderlich sind. Beispielsweise wird die eigentliche Analyse ohne wesentliche Modifizierung der Sondierungsmaterialschicht ausgeführt, die das daran anhaftende interessierende Material aufweist, so dass viele effiziente Analysetechniken angewendet werden können, etwa Fourier-transformierte Infrarotspektroskopie (FTIR), in der viele chemische Eigenschaften der betrachteten Sorte in Anwesenheit gut definierter Messbedingungen bestimmt werden können. D. h., die Eigenschaften der sondierenden Materialschicht können im Voraus festgelegt werden und damit als Referenzdaten im Hinblick auf die Sondierungsmaterialschicht dienen, die darauf ausgebildet die interessierende Materialsubstanz aufweist. In anderen Fällen kann die Sondierungsmaterialschicht effizient so präpariert werden, dass diese in anderen fortschrittlichen Analysetechniken verwendet werden kann, etwa bei EAS, SIMS und dergleichen, ohne dass die Zerstörung des Mikrostrukturbauelements erforderlich ist, woraus sich eine „zerstörungsfreie” Analysetechnik zum Analysieren von Polymersubstanzen und Ätzresten ergibt.
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In anderen Fallen ergibt sich das Entfernen der Polymersubstanzen und der Ätzreste mittels einer Sondierungsmaterialschicht unter Anwendung der physikalischen Wechselwirkung der Sondierungsmaterialschicht und einer interessierenden Substanz somit verbesserte Oberflächenbedingungen für die weitere Bearbeitung des Bauelements, während gleichzeitig bessere Analysebedingungen geschaffen werden.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft die Analyse von interessierenden Materialresten, die auf einer strukturierten Oberfläche eines Mikrostrukturbauelements ausgebildet sind. Das Verfahren umfasst das Bilden einer Sondierungsmaterialschicht derart, dass diese in physikalischen Kontakt mit der strukturierten Oberfläche ist. Das Verfahren umfasst ferner das Entfernen der Sondierungsmaterialschicht als Ganzes von der strukturierten Oberfläche. Des weiteren umfasst das Verfahren das Ausführen eines Analyseprozesses mit Materialresten, die an der Sondierungsmaterialschicht haften.
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Ein weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden mehrerer Öffnungen in einer oder mehreren Materialschichten in einem Halbleiterbauelement, wobei die mehreren Öffnungen zumindest eine laterale Abmessung von ungefähr 100 nm oder weniger besitzen. Des weiteren umfasst das Verfahren das Bilden einer Sondierungsmaterialschicht über der einen oder der mehreren Material in den Öffnungen, wobei die Sondierungsmaterialschicht physikalische Ätzreste kontaktiert, die in den mehreren Öffnungen ausgebildet sind. Des weiteren wird ein Abhebeprozess ausgeführt, um die Sondierungsmaterialschicht zu entfernen.
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Ein noch weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft die Analyse von Polymersubstanzen und Ätzresten, die an einer strukturierten Oberfläche eines Halbleiterbauelements anhaften. Das Verfahren umfasst das Beschichten der strukturierten Oberfläche mit einem Sondierungsmaterial, das physikalisch mit zumindest einigen der Polymersubstanzen und der Ätzreste in Kontakt kommt. Das Verfahren umfasst ferner das Entfernen zumindest eines Bereichs des Sondierungsmaterials als zusammenhängendes Materialstück. Ferner umfasst das Verfahren das Ausführen eines Analyseprozesses auf der Grundlage von Polymersubstanzen und Ätzresten, die an dem zusammenhängenden Materialstück haften.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
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1a schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements zeigt, das eine strukturierte Oberfläche aufweist, die auf der Grundlage eines plasmaunterstützten Ätzprozesses erfolgt ist, wodurch Polymersubstanzen und/oder Ätzreste erzeugt werden;
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1b schematisch das Bauelement in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase zeigt, in der eine Sondierungsmaterialschicht so hergestellt wird, dass diese mit der strukturierten Oberfläche gemäß anschaulicher Ausführungsformen in Kontakt ist;
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1c schematisch das Bauelement während eines Abhebeprozesses zeigt, in welchem zumindest ein Bereich der Sondierungsmaterialschicht als Ganzes entfernt wird, d. h. als ein zusammenhängendes Materialstück, gemäß anschaulicher Ausführungsformen;
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1d schematisch eine Querschnittsansicht nach der Trennung der Schicht und des Bauelements zeigt, wobei mehrere Polymersorten und/oder Ätzreste an der Sondierungsmaterialschicht gemäß anschaulicher Ausführungsformen haften;
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1e und 1f schematisch Querschnittsansichten des Halbleiterbauelements und geeignete Prozessanlagen zeigen, um die Sondierungsmaterialschicht und das Mikrostrukturbauelement gemäß anschaulicher Ausführungsformen zu trennen;
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1g schematisch eine Querschnittsansicht der Sondierungsmaterialschicht oder zuminderst eines Teils davon zeigt, wenn dieses einem oder mehreren Analyseprozessen gemäß anschaulicher Ausführungsformen unterzogen wird;
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1h schematisch eine Querschnittsansicht eines Bereichs der Sondierungsmaterialschicht zeigt, wenn diese von einer Sonde zum Ausführen von Analyseprozessen und/oder zum Vorbereiten von Proben für eine weitere Analyse gemäß anschaulicher Ausführungsformen kontaktiert wird; und
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1i schematisch eine Querschnittsansicht des Mikrostrukturbauelements zeigt, das darauf ausgebildet die Sondierungsmaterialschicht aufweist, die mittels einer Abhebeanlage entfernt wird, während gleichzeitig diverse „Stimuli”, etwa mechanische Schwingungen, ein elektrisches Feld und dergleichen, angewendet werden, um die Haftung der interessierenden Materialsorte an der Sondierungsmaterialschicht zu verbessern und/oder um das Trennen der Sondierungsmaterialschicht von der strukturierten Oberfläche des Mikrostrukturbauelements gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen zu vereinfachen.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte beachtet werden, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen anschaulichen offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt allgemein Techniken bereit, um interessierende Materialreste von einer strukturierten Oberfläche eines Mikrostrukturbauelements, etwa einer integrierten Schaltung, während diverser Phasen der Herstellung abzutragen, ohne eine wesentliche chemische Wechselwirkung zu erfordern, so dass die Materialreste, etwa Polymersubstanzen und Ätzreste, in ihrem ursprünglichen Zustand analysiert werden können, d. h. in einem Zustand, der im Wesentlichen den Zustand dieser Materialsubstanzen auf der strukturierten Oberfläche des Mikrostrukturbauelements wiedergibt. Dazu wird ein geeignetes „Sondierungsmaterial” auf der strukturierten Oberfläche so ausgebildet, dass dieses auch kritische Öffnungen füllt, die darin ausgebildet sind, so dass entsprechende Polymersubstanzen und Ätzreste durch das Sondierungsmaterial kontaktiert werden. Das Sondierungsmaterial wird dann entfernt, d. h. abgehoben oder von der strukturierten Oberfläche separiert, wodurch ein Negativbild der strukturierten Oberfläche geschaffen wird, wobei zusätzlich zumindest einige der Polymersubstanzen und interessierenden Ätzreste an der sondierenden Materialschicht haften. D. h., in den gemäß hierin offenbarten Prinzipien wird ein Negativbild der strukturierten Oberfläche auf der Grundlage eines geeigneten Füllmaterials erzeugt, das im Weiteren auch als Sondierungsmaterial bezeichnet wird, da dieses Material die strukturierte interessierende Oberfläche sondiert, während gleichzeitig eine Wechselwirkung mit Ätzresten und Polymersubstanzen so stattfindet, dass zumindest ein Teil davon ein Trennen der strukturierten Oberfläche und des Sondierungsmaterials daran haften bleibt. In dieser Weise kann der Oberflächenzustand der strukturierten Oberfläche verbessert werden, beispielsweise in dem unerwünschte Ätzreste entfernt werden, während gleichzeitig diese Materialsorten für den Zugriff fortschrittlicher Analysetechniken verfügbar sind, ohne dass eine weitere Modifizierung der betrachteten Mikrostruktur erforderlich ist. Auf diese Weise können beliebige fortschrittliche Analysetechniken in einer „zerstörungsfreien” Weise im Hinblick auf das betrachtete Mikrostrukturbauelement angewendet werden, da nach dem Trennen der Sondierungsmaterialschicht der Mikrostruktur jede gewünschte Probenpräparierungstechnik angewendet werden kann, etwa die Präparation von Querschnittsfugen für die Transmissionselektronenmikroskopie, das Vorbereiten geeigneter Bereiche der Sondierungsmaterialschicht ausführen beliebiger gewünschter Analysiertechniken, etwa Infrarotsspektroskopie, AES, SIMS und dergleichen, wobei auch die Oberflächentopographie des Mikrostrukturbauelements selbst überwacht werden kann, da die sondierende Materialschicht das Negativbild davon repräsentiert.
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Das Sondierungsmaterial kann in Form eines Materials mit geringer Viskosität bereitgestellt werden, etwa in Form eines Polymermaterials, eines Lackmaterials und dergleichen, das so aufgebracht wird, dass eine im Wesentlichen ebene Oberfläche geschaffen wird, wobei zuverlässig selbst kritische Öffnungen in der strukturierten Oberfläche gefüllt werden. Dazu ist eine Vielzahl an optischen Einebnungsmaterialien verfügbar, deren speziellen Eigenschaften angepasst werden können, indem spezielle Additive hinzugefügt werden, um beispielsweise für die gewünschten physikalischen Wechselwirkungseigenschaften mit den Materialsorten und betrachteten Ätzresten zu sorgen. Beispielsweise können gewisse Komponenten hinzugefügt werden, um dem Sondierungsmaterial elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, es kann die Viskosität in geeigneter Weise eingestellt werden, während in an deren Fällen der Grad an Elastizität und dergleichen so eingestellt wird, dass ein effizientes Ablösen, beispielsweise nach dem Aushärten des Sondierungsmaterials, wenn es auf der strukturierten Oberfläche des Mikrostrukturbauelements ausgebildet ist, möglich ist. Das Entfernen der Sondierungsmaterialschicht kann somit als Ganzes erfolgen, indem Sinne, dass zumindest ein Bereich der Sondierungsmaterialschicht als ein zusammenhängendes Materialstück abgetragen wird, das eine geeignete Größe für die weitere Handhabung besitzt, beispielsweise für eine geeignete Probenpräparation für eine oder mehrere Analysetechniken. Beispielsweise wird typischerweise der Begriff „als Ganzes” eine Schicht verwendet, die laterale Abmessungen von mindest 100 μm × 100 μm besitzt. Beispielsweise kann die Sondierungsmaterialschicht in der lateralen Größe auf geeignete Abmessungen reduziert werden, indem ein geeigneter Strukturierungsprozess ausgeführt wird, beispielsweise unter Anwendung von Lithographietechniken und Ätzprozessen, durch Bewegen eines Laserstrahls über die Sondierungsmaterialschicht, um unerwünschte Bereiche „verdampfen”, und dergleichen. Daraufhin kann ein Ablöseprozess an dem verbleibenden Bereich der Sondierungsmaterialschicht angewendet werden. In anderen Fällen wird der Ablöseprozess auf die Schicht angewendet, wenn diese noch die gesamte Scheibe bedeckt, über der eine Vielzahl an Mikrostrukturbauelementen ausgebildet ist.
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Nach dem Entfernen zumindest einiger der Polymersubstanzen und der interessierenden Ätzreste mittels der sondierenden Materialschicht kann folglich die allgemeine Oberflächentopographie überwacht und es können auch die Eigenschaften der interessierenden Substanzen, die an der Sondierungsmaterialschicht anheften, analysiert werden, indem eine Vielzahl an Messtechniken, etwa AES, SIMS, FTIR, Raman-Spektroskopie, TEM (Transmissionselektronenmikroskopie) und dergleichen, angewendet werden, während in anderen Fällen die Analysetechniken und/oder die Präparation geeigneter Proben bewerkstelligt wird, indem die Sondierungsmaterialschicht mit einer geeigneten Probe, d. h. einer Nanoprobe, und dergleichen in Kontakt gebracht wird.
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Mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben.
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1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Mikrostrukturbauelements 100, das ein Substrat 101 aufweist, über welchem eine oder mehrere Materialschichten, etwa Materialschichten 102, 110 ausgebildet sind, in denen Bauteilstrukturelemente gemäß den Entwurfsregeln herzustellen sind. In einigen anschaulichen Ausführungsformen repräsentiert das Bauelement 100 ein komplexes Halbleiterbauelement, in welchem Schaltungselemente auf der Grundlage kritischer Abmessungen von 100 nm und weniger vorzusehen sind. Z. B. umfasst die Schicht 102 ein Halbleitermaterial über welchem Schaltungselemente, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen, vorgesehen sind, wovon einige kritische Abmessungen, beispielsweise im Hinblick auf die Gatelänge und dergleichen, von 50 nm und weniger besitzen. Der Einfachheit halber sind derartige Schaltungselemente in 1a nicht gezeigt. Es sollte ferner beachtet werden, dass das Substrat 101 in Verbindung mit der einen oder der mehreren Materialschichten 102 einen geeigneten Aufbau besitzt, etwa eine Vollsubstratkonfiguration, eine SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Konfiguration und dergleichen. Ferner kann die Materialschicht 110 eine einzelne Materialschicht oder ein System aus Materialschichten abhängig von den Bauteilerfordernissen repräsentieren. In der gezeigten Fertigungsphase ist die Materialschicht 110 eine Oberflächenschicht, die mehrere Öffnungen 111 aufweist, wodurch eine strukturierte Oberfläche des Bauelements 100 gebildet oder definiert wird. Die Öffnungen 111 besitzen zumindest eine laterale Abmessung 111w, die ungefähr 100 nm und weniger sein kann. Beispielsweise sind die Öffnungen 111 Kontaktlöcher einer Metallisierungsschicht, oder sie sind Kontaktöffnungen, die in einer Kontaktebene eines Halbleiterbauelements herzustellen sind, oder diese repräsentieren Gräben für schmale Metallleitungen und dergleichen. Wie zuvor erläutert ist, enthält die Schicht 110 empfindliche Materialien, etwa dielektrische Materialien mit kleinem ε, ULK-Materialien und dergleichen, in denen die Anwesenheit von Polymersubstanzen und Ätzresten, die durch 103r angegeben sind, wesentlich die Materialeigenschaften des Materials der Schicht oder Schichten 113 zumindest in der Nähe der Öffnungen 111 beeinflussen kann, wie dies auch zuvor erläutert ist. In anderen Fällen sind andere Materialien in der Schicht 110 vorgesehen, etwa Hartmaskenmaterialien, ARC-(antireflektierende Beschichtungs-)Materialien und dergleichen, die zum Strukturieren von tiefer liegenden Materialschichten 102 verwendet werden können, wobei die Anwesenheit der Polymersubstanzen und der Ätzreste 103r auch wesentlich die weitere Bearbeitung des Bauelements 100 beeinflussen kann. In wiederum anderen Fällen umfasst die Schicht 110 ein Halbleitermaterial, das entsprechende Öffnungen und dergleichen erhält.
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Das in 1a gezeigte Bauelement 100 kann auf der Grundlage einer beliebigen geeigneten Prozessstrategie hergestellt werden. Beispielsweise werden komplexe Schaltungselemente, etwa Feldeffekttransistoren und dergleichen, in und über einem geeigneten Halbleitermaterial, etwa einem Teil der Schicht 102, hergestellt, und daraufhin werden geeignete Materialien abgeschieden, um die entsprechenden Schaltungselemente zu passivieren. Daraufhin werden eine oder mehrere Materialschichten 110 aufgebracht, beispielsweise durch eine beliebige geeignete Abscheidetechnik, wobei in einigen Fälle eines oder mehrere der Materialien in der Schicht 110 in Form von stark verspannten Materialien bereitgestellt werden können, um damit das elektrische Leistungsvermögen von halbleiterbasierten Schaltungselementen zu modifizieren, die in der Schicht 102 ausgebildet sind. Dazu können geeignet thermisch aktivierte CVD-(chemische Dampfabscheidung), plasmaunterstützte CVD-Techniken und dergleichen angewendet werden. Daraufhin werden die eine oder die mehreren Schichten 110 strukturiert, was auf Basis geeigneter Ätzmasken, etwa einer Lackmaske, einem Hartmaskenmaterial, und dergleichen bewerkstelligt wird. Dazu werden komplexe Lithographietechniken angewendet. Daraufhin wird ein plasmaunterstützter Ätzprozess 103 ausgeführt, so dass in die Schicht 110 geätzt wird, wobei, wie zuvor erläutert ist, typischerweise Polymermaterialien und Ätzreste erzeugt werden, die an frei liegenden Oberflächenbereichen des Materials 110 anhaften. D. h., die Reste 103r werden innerhalb der Öffnungen 111 ebenfalls erzeugt. Abhängig von dem Ätzrezept und den Prozessbedingungen sowie von der Materialzusammensetzung der Schicht oder Schichten 110 und 107 werden unterschiedliche Arten an Polymermaterialien und Ätzresten in Form der Reste 103r erzeugt und diese scheiden sich in den Öffnungen 111 ab.
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1b zeigt schematisch das Bauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase. Wie gezeigt wird die Ätzmaske 107 (siehe 1a) auf der Grundlage eines beliebigen geeigneten plasamunterstützten Ätzprozesses und dergleichen entfernt, was wiederum zur Erzeugung oder Modifizierung der Reste 103 beitragen kann. In anderen Fällen wird die Ätzmaske 107 aus 1a beibehalten, wenn eine Analyse der Reste 103r oder generell ein Abtragen davon vor dem Entfernen der entsprechenden Ätzmaske als geeignet erachtet wird. Ferner wird ein Abscheideprozess 104 ausgeführt, um eine Sondierungsmaterialschicht 105 über der Schicht, die die ausgeprägte Oberflächentopographie besitzt, etwa die Schicht 110, zu erzeugen, wobei auch die Öffnungen 111 zuverlässig gefüllt werden. Der Abscheideprozess 104 umfasst ggf. gut etablierte Aufschleuderprozesse, in denen das Material der Schicht 105 auf die Schicht 110 in einem Zustand geringer Viskosität aufgebracht wird, wodurch eine im Wesentlichen ebene Oberflächentopographie geschaffen wird, wobei eine Dicke der Schicht 105 so gewählt ist, dass eine ausreichende mechanische Stabilität während der weiteren Bearbeitung des Bauelements 100 gewährleistet ist. Es sollte beachtet werden, dass viele gut etablierte Polymermaterialien und dergleichen in einem Zustand geringer Viskosität abgeschieden und nachfolgend so behandelt werden können, beispielsweise durch Strahlungsaushärtung, Wärmebehandlung und dergleichen, um ein festes Material mit speziellen Eigenschaften etwa im Hinblick auf die Elastizität zu erhalten. Beispielsweise ist nach dem Aufbringen des Materials 105 der Übergang von einem flüssigen Zustand in eine festen Zustand mit einem gewissen Grad an Schrumpfung in einigen anschaulichen Ausführungsformen verbunden, beispielsweise durch den Einbau einer speziellen Substanz, die beim Aushärten des Materials 105 entweicht, wodurch die physikalische Haftung der Reste 103 an das Material der Schicht 105 erhöht wird, da während der Schrumpfung die Sorte 103r umschlossen und somit mechanisch an dem Material 105 befestigt wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen werden die Materialeigenschaften so gewählt, dass generell die physikalische Haftung zwischen der Substanz 103 und dem Material 105 größer ist als die Haftung zwischen der Substanz 103 und der Materialschicht 110. Dazu können entsprechende Experimente und dergleichen ausgeführt werden, um eine geeignete Materialzusammensetzung zu erhalten.
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1c zeigt schematisch das Bauelement 100 in einem weiter fortgeschrittenen Fertigungsstadium. Wie zuvor erläutert ist, wurde die Sondierungsmaterialschicht 105 so behandelt, dass sie in einem festen Zustand ist, wobei jedoch die gewünschten mechanischen Eigenschaften bereitgestellt werden, beispielsweise im Hinblick auf die Elastizität und dergleichen. Des weiteren wird eine Prozessanlage 150 mit dem Bauelement 100, d. h. die Schicht 105, in Kontakt gebracht, um einen Abscheideprozess abzuführen, so dass die Schicht 105 als Ganzes, d. h. als zusammenhängendes Materialstück abgetragen wird, wie dies auch zuvor erläutert ist. Dazu wird eine beliebige geeignete Prozessanlage verwendet, wie sie auch typischerweise in Nano-Einprägetechniken und dergleichen verwendet wird, in denen ein geeigneter Stempel mit dem Material 105 in Verbindung gebracht wird und nachfolgend so abgezogen wird, dass die Materialschicht 105 mechanisch entfernt wird. Es sollte beachtet werden, dass die Haftung zwischen der Schicht 105 und der Prozessanlage 150 verbessert werden kann, indem eine Haftschicht (nicht gezeigt) ausgeführt wird, indem die Schicht 105 mechanisch modifiziert wird, beispielsweise durch Vorsehen einer „stecker- und buchsenartigen” Konfiguration, so dass ein geeigneter mechanischer Eingriff der Anlage 150 in die Schicht 105 mittels Vakuum und dergleichen gewährleistet ist.
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1d zeigt schematisch die Sondierungsmaterialschicht 105 und das Bauelement 100 in einem getrennten Zustand. Folglich besitzt die Schicht 105 eine strukturierte Oberfläche 105s, die somit das „Negativbild” der Oberflächentopographie der Schicht 110 darstellt. Wie ferner gezeigt ist, haften zumindest einige der Reste 103r physikalisch an der strukturierten Oberfläche 105s, wobei auf Grund der physikalischen Wechselwirkung zwischen der Schicht 105 und den Resten 103 eine markante Modifizierung vermieden wird, insbesondere eine chemische Modifizierung beim Entfernen der Reste 103r in dem Bauelement 100 im Wesentlichen unterdrückt werden. Wie zuvor erläutert ist, besitzt die Schicht 105 eine Größe derart, dass eine effiziente Weiterbearbeitung möglich ist, beispielsweise im Hinblick auf das Ausführen von Analysetechniken, die einen gewissen Grad an Probenpräparation und dergleichen erfordern. In diesem Sinne wird die Sondierungsmaterialschicht 105 als ein zusammenhängendes Materialstück betrachtet, wobei jedoch zu beachten ist, dass gewisse Bereiche davon während des Trennungsvorgangs auf Grund jeglicher mechanischer Wechselwirkungen mit einer Prozessanlage „verloren” werden können, solange die strukturierte Oberfläche 105s eine ausreichende laterale Größe besitzt.
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1e zeigt schematisch das Bauelement 100 mit der Sondierungsmaterialschicht 105 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen. Wie gezeigt, ist das Substrat 101 weiterhin als Scheibe vorhanden, auf der viele Halbleiter- oder Mikrostrukturbauelemente 100 vorgesehen sind, beispielsweise in Form eines Arrays aus Halbleiterchips und dergleichen. In der gezeigten Ausführungsform wird die Materialschicht 105 über der gesamten Scheibe 101 aufgebracht, wobei die vielen Bauelemente 100 die strukturierte Oberfläche 110 aufweisen, wie dies auch zuvor beschrieben ist. Ferner kann die Abhebeanlage 150 geeignet so gestaltet sein, dass mehrere Stempel 150a, 150b oder andere geeignete Mittel vorgesehen sind, um die Schicht 105 als Ganzes von der Scheibe 101 abzulösen. Beispielsweise kann ein entsprechender Stempel so vorgesehen werden, dass im Wesentlichen die gesamte Größe und die Form der Scheibe 101 abgedeckt ist. Beim Ablösen der Schicht 105 als Ganzes wird somit ein Negativbild der strukturierten Oberfläche jedes der mehreren Strukturbauelemente 100 erhalten, wobei auch Randgebiete, Schneidelinien und dergleichen enthalten sind.
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1f zeigt schematisch die Scheibe 101 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen Bereich der Schicht 105, der als 105r angegeben ist, vor dem Ausführen des Ablöseprozesses auf der Grundlage der Prozessanlage 150 entfernt wird. Dazu wird ein geeigneter Abtragungsprozess 106 angewendet, beispielsweise ein Ätzprozess auf der Grundlage einer geeigneten Ätzmaske (nicht gezeigt), während in anderen Fällen ein Laserstrahl über die Scheibe 101 verfahren wird, um damit einen unerwünschten Bereich 105r und dergleichen zu verdampfen. Auf diese Weise kann das Aufbringen des Materials 105 auf der Grundlage gut etablierter Fertigungstechniken erfolgen, etwa Aufschleudertechniken und dergleichen. Andererseits ist der Ablöseprozess auf spezielle Bereiche der Scheibe 101 beschränkt werden kann, wodurch der Abtragungsprozess vereinfacht wird. Andererseits kann der verbleibende Bereich der Schicht 105, der von der Anlage 150 zu entfernen ist, weiterhin eine ausreichend laterale Größe besitzen, wie dies auch zuvor erläutert ist.
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1g zeigt schematisch die Sondierungsmaterialschicht 105, wenn sie weiteren Prozessen unterzogen wird, um damit Information im Hinblick auf die Oberflächentopographie des Mikrostrukturbauelements 100 (siehe 1d) und/oder über die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Reste 103r, die an der Oberfläche 105s anhaften, zu erhalten. Zu diesem Zweck werden ein oder mehrere Analyseprozesse 160 ausgeführt, um die gewünschte Information zu erhalten. Beispielsweise wird die Oberflächentopographie der Oberfläche 150s auf der Grundlage von AFM (Mikroskopie der atomaren Bindungskräfte) Techniken und dergleichen durch Elektronenmikroskopie und dergleichen untersucht, wobei die Probenpräparation das eigentliche Mikrostrukturbauelement nicht beeinflusst. In anderen Fällen enthalten die einen oder mehreren Analyseprozesse Prozesstechniken zum Gewinnen von Information über die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Sorte 103r. Beispielswiese können FTIR-Techniken effizient eingesetzt werden, in denen ein interferenzmodulierter Infrarotstrahl auf die Oberfläche 105s gelenkt wird oder auf einen Teil davon, und wobei nach der Wechselwirkung des eintreffenden Infrarotstrahls mit dem Material der Schicht 10d5, das die Sorte 103r enthält, der Strahl dann in ein Spektrum effizient umgewandelt werden kann mittels Fourier-Transformation, wobei das Spektrum dann wieder in Bezug auf die chemischen Eigenschaften analysiert werden kann. FTIR ist eine sehr zeiteffiziente und effektive Analysetechnik, in der chemische Eigenschaften der Sorte 103r erfasst werden können, beispielsweise durch geeignetes Ermitteln des Einflusses des Materials der Schicht 105. Beispielsweise können Referenzdaten erzeugt werden, indem das Material der Schicht 105 einer FTIR-Analyse unterzogen wird, um damit Ergebnisse ohne die darin gebildete Sorte 103r zu erhalten.
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In anderen Prozesstechniken wird eine geeignete Probenpräparation auf der Grundlage des Materials 105 bewerkstelligt, beispielsweise das Vorbereiten von Querschnittsproben und dergleichen, das Vorbereiten von Proben für geeigneter Größe von AES, SIMS, und dergleichen, was auf der Grundlage effizienter Prozesse bewerkstelligt werden kann, da das Material der Schicht 105 auf Grund seiner guten mechanischen Eigenschaften einfach bearbeitet werden kann, beispielsweise im Vergleich zu mechanischen Eigenschaften eines komplexen Schichtstapels von Halbleiterbauelementen. Folglich können der eine oder die mehreren Analyseprozesse als „zerstörungsfreie” Prozesse im Hinblick auf die das ursprüngliche Mikrostrukturbauelement 100 (siehe 1d) ausgeführt werden.
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1h zeigt schematisch eine Querschnittsansicht der Materialschicht 105 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, wobei die Oberfläche 105s mit einer geeigneten Nano-Sonde 161 in Kontakt gebracht wird, beispielsweise um einige der Reste 103 zu isolieren. Beispielsweise besitzt die Sonde 161 geeignete Abmessungen, so dass ein Kontaktieren der Reste 103r möglich ist, wodurch die weitere Analyse einer oder mehrerer isolierter Reste 103r möglich ist. Dazu kann die Sonde 161 ein physikalisches Anhaften der Reste 103r an der Sonde 161 in Gang setzen, ohne dass eine chemische Modifizierung hervorgerufen wird, um nicht in unerwünschter Weise die schließlich ermittelten Messergebnisse zu beeinflussen. Dazu kann die Sonde 161 physikalisch über die Oberfläche 105s schaben, während in anderen Fällen zusätzlich zu dem mechanischen Kontakt auch elektrische Felder und dergleichen angewendet werden können, um das Anhaften der Sorte 103r an der Sonde 161 zu verbessern.
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1i zeigt schematisch das Bauelement 100 in Kombination mit der Sondierungsmaterialschicht 105 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen. Wie gezeigt, wird beim Entfernen, d. h. beim Trennen der Schicht 105 und des Bauelements 100 durch die Prozessanlage 150 der Entfernungsvorgang verbessert, und/oder die Haftung der Sorte 103r an der Schicht 105 wird verbessert, indem ein elektrisches Feld, beispielsweise mittels einer Spannungsquelle 101 in Verbindung mit einem geeigneten Kontaktschema, angelegt wird. Beispielsweise besitzt das Material 105 darin eingebaut eine leitende Substanz, um damit der Schicht 105 einen gewissen Grad an Leitfähigkeit zu verleihen. Somit kann die Spannungsquelle 151 mit der Schicht 105, etwa direkt oder über die Prozessanlage 150, verbunden werden, und auch das Bauelement 100 kann mit der Spannungsquelle 151 verbunden werden, um damit eine gewisse Spannung zu legen, um damit ein elektrisches Feld zu erzeugen, das das Anhaften gewisser Beiträge der Sorte 103r verbessert. In anderen anschaulichen Ausführungsformen werden zusätzlich oder alternativ zu der über der Schicht 105 angelegten Spannung andere Stimuli angelegt, beispielsweise in Form mechanischer Schwingungen 142, die auf die Schicht 105 und schließlich auf die Sorte 103 zumindest während des eigentlichen Ablöseprozesses ausgeübt werden. Dazu wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen ein Ultraschallgenerator (nicht gezeigt) in der Anlage 150 eingerichtet, beispielsweise in Form einer piezoelektrischen Materialschicht und es wird eine entsprechende elektronische Treiberschaltung vorgesehen, um damit die Schicht 105 und somit die Schicht 110, die die Sorte 102r enthält, mechanisch anzuregen. Prozessparameter, etwa Energiedichte der Ultraschallenergie, die Frequenz und dergleichen, können effizient auf der Grundlage von Experimenten ermittelt werden.
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Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt Techniken zum Entfernen von Polymersorten und Ätzresten von einer strukturierten Oberflächenschicht von einem Halbleiterbauelement oder einem Mikrostrukturbauelement bereit, indem eine Materialschicht aufgebracht wird, die die interessierende Sorte physikalisch kontaktiert, wodurch ein effizientes Entfernen dieser Sorte beim Abheben der Materialschicht möglich ist. Folglich wird ein Negativbild der strukturierten Oberflächenschicht erzeugt, das zumindest einige der interessierenden Polymersorten und Ätzreste aufweist, die dann der weiteren Analyse unterzogen werden können, ohne dass die eigentliche Mikrostruktur beeinflusst wird. Auf diese Weise kann sogar eine ausgeprägte Oberflächentopographie mit Öffnungen mit 100 nm und deutlich weniger überwacht werden. Die Analyseergebnisse der Oberflächentopographie und/oder der Polymersorten und Ätzreste können verwendet werden, um die gesamte Prozesssteuerung zu verbessern, etwa durch geeignetes Auswählen von Prozessparametern plasmaunterstützter Ätzprozesse und dergleichen.
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Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher dient diese Beschreibung lediglich anschaulichen Zwecken und soll dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der hierin offenbarten Prinzipien vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.
