DE102015211472A1

DE102015211472A1 - Mikro-elektromechanisches system und verfahren zum herstellen eines mikro-elektromechanischen systems

Info

Publication number: DE102015211472A1
Application number: DE102015211472.4A
Authority: DE
Inventors: Yanko Sarov
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2016-07-07

Abstract

Es wird ein mikro-elektromechanisches System (200) offenbart, aufweisend ein erstes Element (202), ein zweites Element (204), welches gegenüber dem ersten Element (202) beweglich ist, ein Kontaktelement (206) mit einem ersten Abschnitt (210) und einem zweiten Abschnitt (212), wobei das Kontaktelement (206) an dem ersten Abschnitt (210) mit dem ersten Element (202) verbunden ist und an dem zweiten Abschnitt (212) an dem zweiten Element (204) anliegt, und wobei das Kontaktelement (206) aufgrund einer Relativbewegung des ersten und zweiten Elements (202, 204) zueinander verformbar ist, und einen Sensor (208) zum Detektieren der Verformung des Kontaktelements (206).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikro-elektromechanisches System, einen Spiegel mit zumindest einem mikro-elektromechanischen System, ein Verfahren zum Herstellen eines mikro-elektromechanischen Systems und eine Lithographieanlage.
Die Lithographie wird zur Herstellung mikro- und nanostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise, angewendet. Der Lithographieprozess wird mit einer Lithographieanlage durchgeführt, welche ein Beleuchtungssystem und ein Projektionssystem aufweist. Das Bild einer mittels des Beleuchtungssystems beleuchteten Maske (Retikel) wird hierbei mittels des Projektionssystems auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionssystems angeordnetes Substrat (z. B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
Getrieben durch das Streben nach immer kleineren Strukturen bei der Herstellung integrierter Schaltungen werden derzeit EUV-Lithographieanlagen entwickelt, welche Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 0,1 nm bis 30 nm, insbesondere 13,5 nm verwenden. Bei solchen EUV-Lithographieanlagen müssen wegen der hohen Absorption der meisten Materialien von Licht dieser Wellenlänge reflektierende Optiken, das heißt Spiegel, anstelle von – wie bisher – brechenden Optiken, das heißt Linsen, eingesetzt werden.
Solche Spiegel können als System mit vielen Mikrospiegeln (Engl.: micro-mirror arrays, MMA) ausgebildet sein. Jeder Mikrospiegel weist dabei ein Mikro-elektromechanisches System (Engl.: micro electro mechanical system, MEMS) auf. Somit können etwa im Betrieb der Lithographieanlage auftretende Änderungen der optischen Eigenschaften, z. B. infolge von thermischen Einflüssen, mittels adaptiver Optik kompensiert werden. Aufgrund des begrenzten Bauraums kann es erforderlich sein, alle für die Sensorik, Aktorik und dergleichen nötigen Bauelemente unter dem jeweiligen Mikrospiegel anzuordnen.
Bei einem solchen Mikrospiegel mit mikro-elektromechanischem System kann ein bewegliches Element, welches eine Spiegelfläche aufweist, über ein Federelement mit einem Basiselement verbunden sein. Die Bewegung des beweglichen Elements kann mittels eines Piezowiderstands, welcher in das Federelement integriert ist, vermessen werden. Im Betrieb der Lithographieanlage können sich die einzelnen beweglichen Elemente stark aufheizen. Weiter kann es im Betrieb der Lithographieanlage zu einer starken elektrischen Aufladung der beweglichen Elemente kommen. Dadurch kann die Genauigkeit der Messung mittels des Piezowiderstands negativ beeinflusst werden.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes mikro-elektromechanisches System bereitzustellen, welches auch bei einer hohen thermischen Last und/oder elektrischen Ladung eines beweglichen Elements die Bewegung des beweglichen Elements zuverlässig messen kann. Weiter ist es eine Aufgabe einen verbesserten Spiegel mit einem solchen mikro-elektromechanischen System, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines mikro-elektromechanischen Systems und eine verbesserte Lithographieanlage mit einem solchen mikro-elektromechanischen System bereitzustellen.
Demgemäß wird ein mikro-elektromechanisches System bereitgestellt, aufweisend ein erstes Element, ein zweites Element, welches gegenüber dem ersten Element beweglich ist, ein Kontaktelement mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt, wobei das Kontaktelement an dem ersten Abschnitt mit dem ersten Element verbunden ist und an dem zweiten Abschnitt an dem zweiten Element anliegt, und wobei das Kontaktelement aufgrund einer Relativbewegung des ersten und zweiten Elements zueinander verformbar ist, und einen Sensor zum Detektieren der Verformung des Kontaktelements.
Dadurch, dass ein Kontaktelement (ggf. zusätzlich zu einem wärme- und/oder ladungsleitenden Element) vorgesehen ist, kann eine Messung der Bewegung des zweiten Elements von einem Wärmeabfluss und/oder von einem Abfluss elektrischer Ladung von dem zweiten Element getrennt erfolgen. Ein Sensor, der mit dem Kontaktelement verbunden ist, wird dadurch nicht durch einen Wärme- und/oder Stromfluss durch das Kontaktelement beeinflusst.
Das Kontaktelement liegt am zweiten Element an, d. h. es besteht keine stoffschlüssige Verbindung zu dem zweiten Element. Dadurch ist das Kontaktelement auch geeignet, einer Bewegung des zweiten Elements mittels einer Verformung des Kontaktelements zu folgen. Diese Verformung wird mittels des Sensors gemessen. Aus dem Signal des Sensors kann dann auf die Bewegung des zweiten Elements rückgeschlossen werden.
Dadurch, dass das Kontaktelement am zweiten Element anliegt, kann ein Wärmestrom und/oder ein elektrischer Strom durch das Kontaktelement minimiert werden.
Das Kontaktelement ist verformbar. Dies bedeutet insbesondere, dass das Kontaktelement gekrümmt werden kann, um einer Bewegung des zweiten Elements zu folgen.
Das Kontaktelement kann bei der Herstellung mit dem ersten und dem zweiten Abschnitt mit dem ersten Element verbunden sein. Zusätzlich kann das Kontaktelement bei der Herstellung ein Teil des ersten Elements an einer Oberfläche des ersten Elements sein, d.h. das Kontaktelement und das erste Element sind einstückig gebildet. Durch das Einbringen einer mechanischen Vorspannung, insbesondere einer transversalen mechanischen Vorspannung, in das Kontaktelement ist selbiges so ausgebildet, dass es sich verkrümmt, sobald es am zweiten Abschnitt nicht mehr mit dem ersten Element verbunden ist. Nach der Trennung der Verbindung zwischen dem zweiten Abschnitt des Kontaktelements und dem ersten Element, kann sich das Kontaktelement krümmen, bis es am zweiten Element anliegt. Dadurch kann das Kontaktelement dem zweiten Element in einem großen Bewegungsbereich, relativ zum ersten Element gesehen, folgen. Demnach erfolgt die Messung der Bewegung des zweiten Elements mittels des Kontaktelements außerhalb der Ebene der Oberfläche des ersten Elements.
Das zweite Element ist gegenüber dem ersten Element beweglich. Dies bedeutet insbesondere, dass sich das zweite Element um zwei orthogonale Achsen verkippen lässt.
Gemäß einer Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems weist das Kontaktelement an dem zweiten Abschnitt eine Spitze zum Erhöhen seines thermischen und/oder elektrischen Widerstands auf und das Kontaktelement liegt mit der Spitze gegen das zweite Element an. Vorteilhafterweise dient die Spitze dazu eine Kontaktfläche zwischen dem Kontaktelement und dem zweiten Element zu verringern. Dadurch kann der thermische und/oder elektrische Widerstand des Kontaktelements erhöht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems weist das erste Element ein Substrat, insbesondere ein Siliziumsubstrat, auf. Vorteilhafterweise kann damit die Standard CMOS-Technologie (Engl.: complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS) für die Herstellung verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems entspricht eine Länge des Kontaktelements mindestens zweimal, dreimal oder viermal einer Breite des Kontaktelements. Dadurch ergibt sich ein längliches Kontaktelement, welches sich geeignet verformen lässt. Dabei bedeutet verformen insbesondere, dass das Kontaktelement gebogen werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems weist das Kontaktelement eine mechanische Vorspannung auf, welche dazu eingerichtet ist, seinen zweiten Abschnitt gegen das zweite Element in Anlage zu halten. Vorteilhafterweise weist das Kontaktelement aufgrund der mechanischen Vorspannung eine geeignete Krümmung auf, so dass das Kontaktelement an dem zweiten Element anliegt und diesem bei einer Bewegung folgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems umfasst das Kontaktelement eine erste Schicht und eine zweite Schicht, wobei die zweite Schicht die mechanische Vorspannung aufweist. Dadurch, dass die zweite Schicht eine mechanische Vorspannung aufweist und die erste Schicht keine mechanische Vorspannung aufweist, krümmt sich das Kontaktelement.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems weist die zweite Schicht eine Druckspannung auf. Dadurch, dass die zweite Schicht eine Druckspannung aufweist, krümmt sich das Kontaktelement in Richtung der zweiten Schicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems weist die erste Schicht Silizium und/oder die zweite Schicht Siliziumnitrid auf. Dadurch, dass das Kontaktelement gekrümmt ist, liegt die zweite Schicht, also das Siliziumnitrid, an dem zweiten Element an. Vorteilhafterweise weist Siliziumnitrid einen hohen thermischen und elektrischen Widerstand auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems steht das Kontaktelement von einer Oberfläche des ersten Elements ab. Vorteilhafterweise steht das Kontaktelement vom ersten Element in Richtung des zweiten Elements ab und liegt daher am zweiten Element an.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems ist das Kontaktelement einstückig mit dem ersten Element gebildet. In einem Teil des ersten Elements, genauer in dem Kontaktelement, wird die mechanische Vorspannung gebildet. Genauer kann ein transversaler mechanische Vorspannungsgradient (Engl.: transversal stress gradient) im Bereich der Oberfläche des ersten Elements, also in dem Kontaktelement, gebildet werden. Sobald das Kontaktelement an dem zweiten Abschnitt nicht mehr mit dem ersten Element verbunden ist, kann sich das Kontaktelement an dem zweiten Abschnitt von dem ersten Element abheben. Durch die mechanische Vorspannung kann das Kontaktelement am zweiten Element anliegen und einer Bewegung des zweiten Elements folgen.
Weiter kann das Kontaktelement aufgrund der mechanischen Vorspannung von dem ersten Element in Richtung auf das zweite Element gerichtet sein. Dabei kann das Kontaktelement zwei oder mehrere Schichten, bevorzugt zwei, drei, vier oder fünf Schichten, mit unterschiedlicher mechanischer Vorspannung und/oder Dicke aufweisen. Deshalb kann ein transversaler mechanischer Vorspannungsgradient in dem Kontaktelement ausgebildet sein. Dieser mechanische Vorspannungsgradient kann die Krümmung des Kontaktelements aus der Ebene der Oberfläche des ersten Elements bewirken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems ist der Sensor mit dem Kontaktelement verbunden. Dadurch kann der Sensor eine Verformung des Kontaktelements detektieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems ist der Sensor in das Kontaktelement integriert. Vorteilhafterweise kann das Kontaktelement mit dem integrierten Sensor mittels der Standard CMOS-Technologie hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems weist der Sensor einen Widerstand auf, welcher von der Verformung des Kontaktelements abhängig ist. Damit kann über den Stromfluss durch den Sensor auf die Verformung des Kontaktelements geschlossen werden. Von der Verformung des Kontaktelements kann wiederum auf die Bewegung des zweiten Elements geschlossen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems weist der Sensor zumindest einen Piezowiderstand auf. Vorteilhafterweise ändert der Piezowiderstand bei einer Verformung des Kontaktelements seinen elektrischen Widerstand.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems weist der Sensor eine Wheatstone-Brücke mit vier Piezowiderständen auf. Die Anordnung der Piezowiderstände in der Konfiguration der Wheatstone-Brücke bewirkt erstens, dass der Sensor weniger temperaturabhängig ist, und zweitens, dass die Messsensitivität des Sensors steigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems weist das Kontaktelement eine Einkerbung und/oder eine Ausnehmung zum Definieren einer Biegestelle auf. Vorteilhafterweise wird sich das Kontaktelement bevorzugt bei der Einkerbung und/oder bei der Ausnehmung verformen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems ist eine Dicke des Kontaktelements bei der Biegestelle reduziert. Vorteilhafterweise wird sich das Kontaktelement bevorzugt in dem Bereich mit der geringsten Dicke verformen. Dies kann der Bereich mit der größten mechanischen Vorspannungskonzentration sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems weist das Kontaktelement bei der Biegestelle zumindest einen Piezowiderstand auf. Vorteilhafterweise wird der Piezowiderstand in dem Bereich des Kontaktelements angeordnet, an dem die größte Verformung des Kontaktelements erfolgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems ist das Kontaktelement mittels Biegungen zickzackartig ausgebildet. Vorteilhafterweise verschiebt sich dann der Kontaktpunkt zwischen dem Kontaktelement und dem zweiten Element bei einer Verformung des Kontaktelements nicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems sind die Biegungen mittels abwechselnder Zonen mit positiver und negativer mechanischer Spannung erzeugt, die bevorzugt auf ausschließlich einer Seite des Kontaktelements ausgebildet sind. Dadurch, dass Zonen mit positiver und negativer mechanischer Spannung verwendet werden, können sich die Zonen auf einer Seite des Kontaktelements befinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems sind die Biegungen mittels Zonen von positiver oder negativer mechanischer Spannung erzeugt, die bevorzugt in zumindest einem Bereich des Kontaktelements abwechselnd auf gegenüberliegenden Seiten des Kontaktelements ausgebildet sind. Dadurch, dass entweder Zonen von positiver mechanischer Spannung oder Zonen von negativer mechanischer Spannung verwendet werden, können sich die Zonen abwechselnd auf gegenüberliegenden Seiten des Kontaktelements befinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems ist in zumindest einer Biegung des zickzackartig ausgebildeten Kontaktelements zumindest ein Piezowiderstand angeordnet. Vorteilhafterweise ist ein Piezowiderstand im Bereich einer Biegung angeordnet, da die Verformung des Kontaktelements im Bereich der Biegung am größten ist. Werden mehrere Piezowiderstände in mehreren Biegungen angeordnet, dann kann das Messsignal aufsummiert werden. Damit lässt sich die Sensitivität der Messung verbessern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems ist das Kontaktelement elastisch verformbar. Vorteilhafterweise kann das Kontaktelement damit der Bewegung des zweiten Elements folgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems weist das zweite Element eine erste Seite umfassend eine Spiegelfläche und eine zweite Seite für das Kontaktieren des Kontaktelements auf. Dabei ist die Spiegelfläche geeignet, die Strahlung einer Lithographieanlage zu reflektieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems weist dieses ferner mehrere Kontaktelemente, insbesondere zwei oder vier Kontaktelemente, auf. Ist ein Kontaktelement stark vorgespannt, dann drückt das Kontaktelement mit einer gewissen Kraft gegen das zweite Element. In diesem Fall wird das Kontaktelement dem zweiten Element auch dann folgen, wenn sich das zweite Element an dem Kontaktpunkt zwischen Kontaktelement und zweitem Element von dem ersten Element weg bewegt. Ist das Kontaktelement dagegen nur so stark vorgespannt, dass es am zweiten Element bei Ruhelage des zweiten Elements anliegt, aber keine Kraft auf das zweite Element ausübt, dann wird das Kontaktelement einer Bewegung des zweiten Elements nicht folgen, wenn die Bewegung des zweiten Elements am Kontaktpunkt vom ersten Element wegführt. In diesem Fall sind mehrere Kontaktelemente an verschiedenen Positionen erforderlich, um die Bewegung des zweiten Elements vollständig zu detektieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems liegen sich die Kontaktelemente bezogen auf eine Symmetrieachse, die in einem Zentrum des mikro-elektromechanischen Systems liegt, paarweise gegenüber. Dadurch, dass sich die Kontaktelemente bezogen auf die Symmetrieachse paarweise gegenüberliegen, kann sichergestellt werden, dass immer ein Kontakt-element der Bewegung des zweiten Elements folgen kann, egal wie stark die Kontaktelemente vorgespannt sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems umfasst dieses ferner ein Federelement zum beweglichen Verbinden des zweiten Elements mit dem ersten Element, wobei bevorzugt ein thermischer Widerstand des Federelements geringer ist als ein thermischer Widerstand des Kontaktelements und/oder wobei ein elektrischer Widerstand des Federelements geringer ist als ein elektrischer Widerstand des Kontaktelements. Dadurch kann erreicht werden, dass die Wärme von dem zweiten Element und/oder die elektrische Ladung von dem zweiten Element über das Federelement abfließen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems ist das Federelement mit einem in dem ersten Element zentral angeordneten Stabelement verbunden. Weiter ist das Stabelement mit einem Verbindungsstummel des zweiten Elements verbunden. Auf diese Weise ist das zweite Element beweglich mit dem ersten Element verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems ist das Federelement ein elektrischer Isolator und/oder das Kontaktelement weist eine Metallbeschichtung zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Element auf. Poly- oder nano-Diamantfedern mit hoher Wärmeleitfähigkeit (> 1000 W/Km) und hohem Elastizitätsmodul (~1200 GPa) sind geeignete Materialien für Federelemente. Da sie zudem elektrische Isolatoren sind, wird die elektrische Ladung des zweiten Elements über die Metallbeschichtung des Kontaktelements abgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems entspricht eine Anzahl von Federelementen einer Anzahl von Kontaktelementen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des mikro-elektromechanischen Systems ist das zweite Element relativ zu dem ersten Element um zwei orthogonale Achsen verkippbar. Vorteilhafterweise kann das zweite Element mittels Aktoren gegenüber dem ersten Element verkippt werden.
Weiter wird ein Spiegel für eine Lithographieanlage mit zumindest einem mikro-elektromechanischen System, wie beschrieben, bereitgestellt.
Weiter wird ein Verfahren zum Herstellen eines mikro-elektromechanischen Systems bereitgestellt, aufweisend die Schritte: a) Bereitstellen eines ersten Elements, b) Bereitstellen eines zweiten Elements, welches gegenüber dem ersten Element beweglich ist, c) Bereitstellen eines Kontaktelements mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt, wobei das Kontaktelement an dem ersten Abschnitt mit dem ersten Element verbunden ist und an dem zweiten Abschnitt an dem zweiten Element anliegt, und wobei das Kontaktelement aufgrund einer Relativbewegung des ersten und zweiten Elements zueinander verformbar ist, und d) Bereitstellen eines Sensors zum Detektieren der Verformung des Kontaktelements.
Vorteilhafterweise kann mit einem so hergestellten mikro-elektromechanischen System ein Wärmefluss und/oder ein Stromfluss durch das Kontaktelement vermieden werden. Deswegen kann eine Detektion der Verformung des Kontaktelements nicht durch einen Wärmefluss und/oder einen Stromfluss beeinträchtigt werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens werden das erste Element und das zweite Element separat hergestellt und anschließend zusammengefügt. Diese Vorgehensweise erlaubt die Verwendung der Standard CMOS-Technologie zur Herstellung des ersten und des zweiten Elements.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Schicht unterhalb des Kontaktelements abgeätzt, so dass sich das Kontaktelement zum zweiten Element hin verbiegt. Vorteilhafterweise ist das Kontaktelement vorgespannt, so dass es sich nach dem Abätzen der Schicht unterhalb des Kontaktelements von alleine zum zweiten Element hin verbiegt. Die Schicht ist unterhalb des Kontaktelements meint dabei, dass die Schicht auf der Seite des Kontaktelements, die nicht zum zweiten Element hin zeigt, angeordnet ist.
Ferner wird eine Lithographieanlage, insbesondere EUV- oder DUV-Lithographieanlage, mit einem mikro-elektromechanischen System, wie beschrieben, oder mit einem Spiegel, wie beschrieben, oder mit einem nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten mikro-elektromechanischen System bereitgestellt. EUV steht für „extreme ultraviolet“ und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 0,1 und 30 nm. DUV steht für „deep ultraviolet“ und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 und 250 nm.
Die für das vorgeschlagene mikro-elektromechanische System beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für den vorgeschlagenen Spiegel, das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Lithographieanlage entsprechend und umgekehrt.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
1A zeigt eine schematische Ansicht einer EUV-Lithographieanlage;
1B zeigt eine schematische Ansicht einer DUV-Lithographieanlage;
2 zeigt eine Schnittansicht eines mikro-elektromechanischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3A zeigt eine Draufsicht des in 2 dargestellten mikro-elektromechanischen Systems, wobei von dem zweiten Element lediglich das Verbindungselement zu sehen ist;
3B zeigt ein Kontaktelement aus 3A in einer vergrößerten Ansicht;
3C zeigt eine Schnittansicht des in 3B dargestellten Kontaktelements;
4 zeigt ein Kontaktelement mit einer Metallbeschichtung;
5A zeigt ein Kontaktelement mit Zonen negativer mechanischer Spannung;
5B zeigt das Kontaktelement aus 5A mit den sich ergebenden Biegungen;
6A zeigt ein Kontaktelement mit Zonen positiver und negativer mechanischer Spannung;
6B zeigt das Kontaktelement aus 6A mit den sich ergebenden Biegungen; und
7A bis 7O zeigen ein Verfahren zum Herstellen eines mikro-elektromechanischen Systems.
Falls nichts anderes angegeben ist, bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Figuren gleiche oder funktionsgleiche Elemente. Ferner sollte beachtet werden, dass die Darstellungen in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind.
1A zeigt eine schematische Ansicht einer EUV-Lithographieanlage 100A, welche ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und ein Projektionssystem 104 umfasst. Dabei steht EUV für „extremes Ultraviolett“ (Engl.: extreme ultraviolet, EUV) und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 0,1 und 30 nm. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und das Projektionssystem 104 sind jeweils in einem Vakuum-Gehäuse vorgesehen, wobei jedes Vakuum-Gehäuse mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Evakuierungsvorrichtung evakuiert wird. Die Vakuum-Gehäuse sind von einem nicht näher dargestellten Maschinenraum umgeben, in welchem die Antriebsvorrichtungen zum mechanischen Verfahren bzw. Einstellen der optischen Elemente vorgesehen sind. Ferner können auch elektrische Steuerungen und dergleichen in diesem Maschinenraum vorgesehen sein.
Die EUV-Lithographieanlage 100A weist eine EUV-Lichtquelle 106A auf. Als EUV-Lichtquelle 106A kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder ein Synchrotron vorgesehen sein, welche Strahlung 108A im EUV-Bereich (extrem ultravioletten Bereich), also z.B. im Wellenlängenbereich von 0,1 nm bis 30 nm aussenden. Im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108A gebündelt und die gewünschte Betriebswellenlänge aus der EUV-Strahlung 108A herausgefiltert. Die von der EUV-Lichtquelle 106A erzeugte EUV-Strahlung 108A weist eine relativ niedrige Transmissivität durch Luft auf, weshalb die Strahlführungsräume im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und im Projektionssystem 104 evakuiert sind.
Das in 1A dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 weist fünf Spiegel 110, 112, 114, 116, 118 auf. Nach dem Durchgang durch das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108A auf die Photomaske (Engl.: reticle) 120 geleitet. Die Photomaske 120 ist ebenfalls als reflektives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104 angeordnet sein. Weiter kann die EUV-Strahlung 108A mittels eines Spiegels 136 auf die Photomaske gelenkt werden. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 104 verkleinert auf einen Wafer 122 oder dergleichen abgebildet wird.
Das Projektionssystem 104 weist sechs Spiegel M1–M6 zur Abbildung der Photomaske 120 auf den Wafer 122 auf. Dabei können einzelne Spiegel M1–M6 des Projektionssystems 104 symmetrisch zur optischen Achse 124 des Projektionssystems 104 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Spiegel der EUV-Lithographieanlage 100A nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Spiegel vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel i.d.R. an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
1B zeigt eine schematische Ansicht einer DUV-Lithographieanlage 100B, welche ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und ein Projektionssystem 104 umfasst. Dabei steht DUV für „tiefes Ultraviolett“ (Engl.: deep ultraviolet, DUV) und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 und 250 nm. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und das Projektionssystem 104 sind von einem nicht näher dargestellten Maschinenraum umgeben, in welchem die Antriebsvorrichtungen zum mechanischen Verfahren bzw. Einstellen der optischen Elemente vorgesehen sind. Die DUV-Lithographieanlage 100B weist ferner eine Steuereinrichtung 126 zum Steuern verschiedener Komponenten der DUV-Lithographieanlage 100B auf. Dabei ist die Steuereinrichtung 126 mit dem Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102, einer DUV-Lichtquelle 106B, einer Halterung 128 der Photomaske 120 (Engl.: reticle stage) und einer Halterung 130 des Wafers 122 (Engl.: wafer stage) verbunden.
Die DUV-Lithographieanlage 100B weist eine DUV-Lichtquelle 106B auf. Als DUV-Lichtquelle 106B kann beispielsweise ein ArF-Excimerlaser vorgesehen sein, welcher Strahlung 108B im DUV-Bereich bei 193 nm emittiert.
Das in 1B dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 leitet die DUV-Strahlung 108B auf eine Photomaske 120. Die Photomaske 120 ist als transmissives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104 angeordnet sein. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 104 verkleinert auf einen Wafer 122 oder dergleichen abgebildet wird.
Das Projektionssystem 104 weist mehrere Linsen 132 und/oder Spiegel 134 zur Abbildung der Photomaske 120 auf den Wafer 122 auf. Dabei können einzelne Linsen 132 und/oder Spiegel 134 des Projektionssystems 104 symmetrisch zur optischen Achse 124 des Projektionssystems 104 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Linsen und Spiegel der DUV-Lithographieanlage 100B nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Linsen und/oder Spiegel vorgesehen sein. Insbesondere weist das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 der DUV-Lithographieanlage 100B mehrere Linsen und/oder Spiegel auf. Des Weiteren sind die Spiegel i.d.R. an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
Der Spiegel 110 des Strahlformungs- und Beleuchtungssystems 102 der EUV-Lithographieanlage 100A ist als System mit mehreren Mikrospiegeln ausgebildet. Jedoch kann ein Spiegel, der ein System mit mehreren Mikrospiegeln aufweist, auch bei allen anderen Spiegeln der EUV-Lithographieanlage 100A oder der DUV-Lithographieanlage 100B eingesetzt werden. Dabei weist jeder Mikrospiegel ein mikro-elektromechanisches System auf.
2 zeigt eine Schnittansicht eines solchen mikro-elektromechanischen Systems 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das mikro-elektromechanische System 200 weist ein erstes Element 202, ein zweites Element 204, ein Kontaktelement 206 und einen Sensor 208 auf. Das zweite Element 204 ist gegenüber dem ersten Element 202 beweglich. Insbesondere kann das zweite Element 204 gegenüber zwei orthogonalen Achsen verkippt werden. Die mittlere Schnittansicht zeigt das mikro-elektromechanische System 200 in Ruhelage. Die rechte Schnittansicht zeigt das mikro-elektromechanische System 200 mit einem nach links verkippten zweiten Element 204. Dagegen zeigt die linke Schnittansicht das mikro-elektromechanische System 200 mit einem nach rechts verkippten zweiten Element 204.
Das Kontaktelement 206 umfasst einen ersten Abschnitt 210 und einen zweiten Abschnitt 212. Der erste Abschnitt 210 ist mit dem ersten Element 202 verbunden. Der zweite Abschnitt 212 liegt an dem zweiten Element 204 an. Dadurch ist das Kontaktelement 206 aufgrund einer relativen Bewegung zwischen dem ersten Element 202 und dem zweiten Element 204 verformbar. Der Sensor 208 kann eine solche Verformung des Kontaktelements 206 detektieren.
Das in 2 dargestellte zweite Element 204 weist eine erste Seite 214 mit einer Spiegelfläche 216 und eine zweite Seite 218 auf. Das Kontaktelement 206 liegt mit dem zweiten Abschnitt 212 an der zweiten Seite 218 an. Weiter kann das mikro-elektromechanische System 200 ein Federelement 220 aufweisen, um das zweite Element 204 beweglich mit dem ersten Element 202 zu verbinden. Das in 2 dargestellte mikro-elektromechanische System 200 weist ein in dem ersten Element 202 zentral angeordnetes Stabelement 222 auf. Das Stabelement 222 ist über zumindest ein Federelement 220 mit dem ersten Element 202 und über ein Verbindungselement 224 mit dem zweiten Element 204 verbunden. Dabei umfasst das erste Element 202 das Verbindungselement 224.
Im Betrieb der Lithographieanlage 100 kann das zweite Element 204 durch die Strahlung der Lithographieanlage 100 stark aufgeheizt werden. Dabei kann die absorbierte Strahlungsleistung im Bereich von 10–60 kW/m² liegen. Zudem kann es zu Temperaturzyklen (Engl.: thermal cycling) und zur thermischen Drift (Engl.: thermal drifts) in einer Umgebung mit niedrigem Druck (3–5 Pa, H₂ Atmosphäre) kommen. Außerdem kann das zweite Element 204 im Betrieb der Lithographieanlage 100 aufgeladen werden (Emission von Sekundärelektronen, Plasma-Austausch-Ströme).
Der thermische Widerstand des Federelements 220 ist geringer als der thermische Widerstand des Kontaktelements 206. Deswegen wird die Wärme vom zweiten Element 204 über das Federelement 220 abfließen und nicht über das Kontaktelement 206. Der elektrische Widerstand des Federelements 220 ist geringer als der elektrische Widerstand des Kontaktelements 206. Deswegen wird die elektrische Ladung vom zweiten Element 204 über das Federelement 220 abfließen und nicht über das Kontaktelement 206. Dadurch wird ein mit dem Kontaktelement 206 verbundener bzw. in das Kontaktelement 206 integrierter Sensor 208 nicht durch thermische Ströme oder Ladungsströme beeinflusst.
Der Sensor 208 ist geeignet, einen Stromfluss durch den Sensor 208 zu variieren. Dabei hängt der elektrische Widerstand des Sensors 208 von der Verformung des Kontaktelements 206 ab. Über die Verformung des Kontaktelements 206 kann auf die Bewegung des zweiten Elements 204 rückgeschlossen werden.
Das erste Element 202 weist ein Substrat 226 auf. Dabei kann das Substrat 226 ein Siliziumsubstrat sein. Das Kontaktelement 206 weist eine mechanische Vorspannung auf. Dadurch ist das Kontaktelement 226 zum zweiten Element 204 hin gebogen und liegt an diesem an. Weiter ist das Kontaktelement 226 elastisch verformbar. Damit kann das Kontaktelement 206 einer Bewegung des zweiten Elements 204 folgen. Das Kontaktelement 206 steht von einer Oberfläche 228 des ersten Elements 202 ab.
3A zeigt eine Draufsicht des in 2 dargestellten mikro-elektromechanischen Systems 200, wobei von dem zweiten Element 204 lediglich das Verbindungselement 224 zu sehen ist. 2 stellt demnach eine Schnittansicht von 3A dar. Das Verbindungselement 224 ist über eine Goldschicht 300 mit dem Stabelement 222 verbunden. Das Stabelement 222 ist wiederum über Federelemente 220 mit dem ersten Element 202 bzw. dem Substrat 226 verbunden.
Das dargestellte mikro-elektromechanische System 200 zeigt vier Kontaktelemente 206. Alternativ können auch zwei, sechs oder acht Kontaktelemente 206 vorgesehen werden. Das mikro-elektromechanische System 200 weist in seinem Zentrum 300 eine Symmetrieachse 302 auf. Bevorzugt sind die Kontaktelemente 206 paarweise symmetrisch zur Symmetrieachse 300 angeordnet.
Bevorzugt sind genauso viele Federelemente 220 wie Kontaktelemente 206 vorgesehen. In den Bereichen 304, 306, 308, 310 sind Aktoren (nicht gezeigt) vorgesehen. Die Aktoren sind mit dem ersten und dem zweiten Element 202, 204 in Kontakt. Damit kann das zweite Element 204 relativ zu dem ersten Element 202 bewegt werden.
3B zeigt ein Kontaktelement 206 aus 3A in einer vergrößerten Ansicht. Dabei ist die Länge 312 des Kontaktelements 206 größer als dessen Breite 314. Dabei kann die Länge 312 mindestens zweimal, dreimal oder viermal so lang sein wie die Breite 314.
Das mikro-elektromechanische System 200 weist zumindest einen Piezowiderstand 316 auf. Der in 3B dargestellte Sensor 208 weist vier Piezowiderstände 316A, 316B, 316C, 316D auf. Der erste Piezowiderstand 316A, der zweite Piezowiderstand 316B, der dritte Piezowiderstand 316C und der vierte Piezowiderstand 316D sind in der Konfiguration einer Wheatstone-Brücke 318 angeordnet. Dabei wird an einen ersten Kontakt 320 und an einen dritten Kontakt 324 eine elektrische Spannung angelegt. An einem zweiten Kontakt 322 und an einem vierten Kontakt 326 wird eine elektrische Spannung gemessen. Durch die Anordnung der Piezowiderstände 316A, 316B, 316C, 316D in der Konfiguration einer Wheatstone-Brücke 318 kann erreicht werden, dass der Sensor 208 weniger temperaturabhängig wie ein Sensor 208 mit nur einem Piezowiderstand 316 ist. Weiter kann die Wheatstone-Brücke 318 die Messsensitivität des Sensors 208 erhöhen, im Vergleich zu einem Sensor 208 mit nur einem Piezowiderstand 316.
Die Temperaturstabilität im Messbereich des Sensors 208 sollte möglichst hoch sein. Demnach sollte die Temperatur des Sensors 208, also im Messbereich des Sensors, d.h. bei den Piezowiderständen 316A, 316B, 316C, 316D, um nicht mehr als 0,1 K schwanken.
Dies kann erreicht werden, indem möglichst die gesamte Wärme des zweiten Elements 204 über ein oder mehrere Federelemente 220 abgeleitet wird. Um die Wärmemenge die durch das Kontaktelement 206 abfließt zu minimieren, kann am zweiten Abschnitt 212 des Kontaktelements 206 eine Spitze 328 angebracht werden. Damit kann die Kontaktfläche zwischen Kontaktelement 206 und zweitem Element verringert werden. Dabei kann die Spitze 328 eine Länge von 5 μm, eine Breite von 1,5 μm und eine Dicke von 0,2 μm aufweisen.
Weiter kann das Kontaktelement 206 zwei Schichten umfassen, wobei die erste Schicht 330 Silizium und die zweite Schicht 332 Siliziumnitrid oder ein anderes Material mit einer hohen Druckspannung aufweist (siehe 3C). Dabei kommt die zweite Schicht 332 mit dem zweiten Element 204 in Kontakt. Siliziumnitrid ist ein Wärmeisolator mit einer Wärmeleitfähigkeit von 16–33 W/mK. Damit ist die Wärmeleitfähigkeit ca. 5–8 mal niedriger als die von Silizium.
Eine noch bessere Wärmeisolation kann erreicht werden, wenn der Bereich der Spitze mit Siliziumdioxid bedeckt ist (Wärmeleitfähigkeit 1,3–1,5 W/mK).
Außerdem kann die Temperatur im Bereich des Sensors durch ein Wärmereservoir konstant oder nahezu konstant gehalten werden. Als solches Wärmereservoir können die Kontakte 320, 322, 324, 326 dienen, die Gold, Aluminium oder ein anderes gut elektrisch und/oder wärmeleitendes Material aufweisen. Im Bereich der Piezowiderstände 316A, 316B, 316C, 316D kann die Temperatur dann mit einer Genauigkeit von besser als 0,1 K gehalten werden.
Das in 3B dargestellte Kontaktelement 206 weist zwei Einkerbungen 334 und ein Ausnehmung 336 auf. Der Sensor 208 wird vorzugsweise im Bereich einer Biegestelle 338 angeordnet, da hier das Messsignal am größten ist. Mittels der Einkerbungen 334 und der Ausnehmung 336 wird die Biegestelle 338 definiert.
3C zeigt eine Schnittansicht des in 3B dargestellten Kontaktelements 206. Zu sehen sind die erste Schicht 330 und die zweite Schicht 332 des Kontaktelements 206. Im Bereich des Piezowiderstands 316D, also im Bereich der Biegestelle 338, ist eine Dicke 340 geringer als eine Dicke 342 in einem anderen Bereich. Die erste Schicht 330 weist vorzugsweise Silizium auf und die zweite Schicht 332 weist vorzugsweise Siliziumnitrid auf. Über dem Piezowiederstand 316D befindet sich ebenfalls die zweite Schicht 332. Darüber befinden sich der dritte Kontakt 324 und der vierte Kontakt 326 zum Kontaktieren des Piezowiderstands 316D.
Die zweite Schicht 332 weist eine mechanische Vorspannung auf, so dass sich das Kontaktelement 206 krümmt (in 3C nicht gezeigt). Dabei hängt die Stärke der Krümmung unter anderem von dem Verhältnis der Dicke 344 der ersten Schicht 330 zu der Dicke 346 der zweiten Schicht 332 ab.
Die zweite Schicht 332 kann eine Druckspannung (Engl.: compressive stress) aufweisen. Die Druckspannung kann dabei durch die Technik und Bedingung der Ablagerung des Materials beeinflusst werden. Die Krümmung des Kontaktelements 206 kann auch durch die Stärke der Druckspannung beeinflusst werden.
4 zeigt ein zu dem in 3B gezeigten Kontaktelement 206 analoges Kontaktelement 206 mit dem Unterschied, dass das in 4 dargestellte Kontaktelement 206 eine Metallbeschichtung 400 aufweist. Falls die Federelemente 220 als elektrische Isolatoren ausgebildet sind, kann die elektrische Ladung des zweiten Elements 204 über die Metallbeschichtung 400 zum ersten Element 202 abfließen.
5A zeigt ein Kontaktelement 206 von der Seite mit Zonen 500 negativer mechanischer Spannung. Eine genaue Detektion der Bewegung des zweiten Elements 204 mit dem Kontaktelement 206 ist nur möglich, wenn sich der Kontaktpunkt zwischen Kontaktelement 206 und zweitem Element 204 nicht verschiebt. Eine Verschiebung des Kontaktpunkts kann verhindert werden, wenn ein Kontaktelement 206 verwendet wird, welches zickzackartig ausgebildet ist.
Das in 5A dargestellte Kontaktelement 206 weist in einem Bereich 502 Zonen 500 mit negativer mechanischer Spannung auf, welche abwechselnd auf der ersten Seite 504 und der zweiten Seite 506 angeordnet sind. An den Zonen 500 mit negativer mechanischer Spannung wird das Kontaktelement 206 gebogen, wenn es nicht mehr gerade gehalten wird.
5B zeigt das Kontaktelement 206 aus 5A mit den sich ergebenden Biegungen 508. In zumindest einer Biegung 508 des zickzackartig ausgebildeten Kontaktelements 206 ist zumindest ein Piezowiderstand 316 angeordnet. Vorteilhafterweise werden jedoch in mehreren Biegungen 508 Piezowiderstände 316 angeordnet, um die einzelnen Messsignale der Piezowiderstände 316 aufzusummieren.
Alternativ könnten statt der Zonen 500 mit negativer mechanischer Spannung auch Zonen 510 mit positiver mechanischer Spannung verwendet werden.
6A zeigt ein Kontaktelement 206 mit Zonen 510, 500 positiver und negativer mechanischer Spannung. Dabei sind die Zonen 510, 500 positiver und negativer mechanischer Spannung in einem Bereich 502 abwechselnd auf der Seite 504 ausgebildet.
6B zeigt das Kontaktelement 206 aus 6A mit den sich ergebenden Biegungen 508. Alternativ könnten die Zonen 510, 500 positiver und negativer mechanischer Spannung auch auf der Seite 506 ausgebildet werden.
7A bis 7O zeigen eine Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines mikro-elektromechanischen Systems 200. Zunächst wird ein Bauteil hergestellt aus welchem später das zweite Element 204 gebildet wird. In einem ersten Schritt S1 (siehe 7A) wird ein SOI-Wafer 700 (Engl.: silicon-on-isolator (SOI) wafer) bereitgestellt. Der SOI-Wafer 700 weist eine erste Siliziumschicht 702, eine Siliziumdioxidschicht 704 und eine zweite Siliziumschicht 706 auf.
In einem zweiten Schritt S2 (siehe 7B) wird eine Siliziumdioxidschicht 708 auf die erste Schicht 702 aufgebracht und strukturiert, um die Fläche des Verbindungselements 224 zu definieren. Ein Photolack 710 wird aufgebracht, um einen Rahmen um den späteren Spiegel freizulegen. Dabei ist die Spiegelfläche 216 von der Siliziumdioxidschicht 704 bedeckt. Das Siliziummaterial am Rand 712 wird weggeätzt (mittels reaktivem Ionentiefenätzen (Engl.: deep reactive ion etching, DRIE)).
In einem dritten Schritt S3 (siehe 7C) wird der Photolack 710 mittels O₂-Plasma und das Silizium mittels SF₆-Plasma an den Stellen abgeätzt, welche nicht durch die Siliziumdioxidschicht 708 geschützt sind, bis die gewünschte Dicke 714 erreicht ist. Anschließend wird die Siliziumdioxidschicht 708 mittels CHF₃/Ar oder CHF₃/CF₄-Plasma abgeätzt.
Parallel dazu oder nacheinander kann das Bauteil hergestellt werden aus welchem später das erste Element 202 gebildet wird. In einem vierten Schritt S4 (siehe 7D) wird ein SOI-Wafer 716 (Engl.: silicon-on-isolator (SOI) wafer) bereitgestellt. Der SOI-Wafer 716 weist eine erste Siliziumschicht 718, eine Siliziumdioxidschicht 720 und eine zweite Siliziumschicht 722 auf. Die ganze Aktorik, Aufhängung und Sensorik wird mit dem SOI-Wafer 716 realisiert. Die zweite Siliziumschicht 722 hat eine Dicke, die der Dicke der Federelemente 220 und der Kontaktelemente 206 entspricht. Die Siliziumschicht 722 weist eine n-Dotierung auf. Im Gegensatz dazu weisen die Piezowiderstände 316 eine p-Dotierung auf.
In einem fünften Schritt S5 (siehe 7E) werden die vertikalen elektrischen Durchkontaktierungen 724 (Engl.: through silicon via-holes, TSV) in der ersten Siliziumschicht 718 hergestellt. Dazu wird eine Siliziumdioxidschicht 726 auf der Rückseite 728 der Siliziumschicht 718 aufgetragen und die elektrischen Durchkontaktierungen 724 werden lithographisch definiert. Anschließend wird die Siliziumdioxidschicht 726 lokal abgeätzt und das darunter liegende Silizium der Siliziumschicht 718 wird bis zur Siliziumdioxidschicht 720 mittels reaktivem Ionentiefenätzen abgeätzt. Danach wird der SOI-Wafer 716 nochmals oxidiert, so dass sich auch am Rand 730 der elektrischen Durchkontaktierungen 724 zur elektrischen Isolation eine Siliziumdioxidschicht 732 befindet. Schließlich werden die elektrischen Durchkontaktierungen 724 mit dotiertem polykristallinem Silizium oder einem anderen Leitfähigen Material gefüllt. Nach dem Füllen der elektrischen Durchkontaktierungen 724 wird der SOI-Wafer 716 poliert, wobei bei der Siliziumdioxidschicht 726 gestoppt wird.
In einem sechsten Schritt S6 (siehe 7F) werden die Piezowiderstände 316 hergestellt. Die Position der Piezowiderstände 316 wird durch einen lithographisch strukturierten Photolack 734 definiert. Das freigelegte Silizium kann optional in der Dicke reduziert werden, um eine geringere Dicke 340 bei der Biegestelle 338 zu erreichen (siehe 3C). Die Piezowiderstände 316 werden durch Implantation oder Diffusion von Bor in ausreichender Konzentration, um den Leitungstyp von n auf p zu ändern und um den gewünschten Widerstand im Bereich von 2 bis 10 kΩ pro Piezowiderstand 316 zu erreichen, hergestellt. Anschließend wird der Photolack 734 abgetragen und die Bor-Atome werden mittels thermischer Behandlung aktiviert.
In einem siebten Schritt S7 (siehe 7G) werden Öffnungen 736 als Kontakte zu den elektrischen Durchkontaktierungen 724 hergestellt. Die Kontaktbereiche 738 werden lithographisch mittels eines Photolacks 740 definiert. Das Silizium der Siliziumschicht 722 wird bei den Kontaktbereichen 738 mittels reaktivem Ionentiefenätzen bis zur Siliziumdioxidschicht 720 abgeätzt. Danach wird das Siliziumdioxid der Siliziumdioxidschicht 720 bis zu den elektrischen Durchkontaktierungen 724 abgeätzt. Anschließend wird der Photolack 740 entfernt.
In einem achten Schritt S8 (siehe 7H) wird eine Siliziumnitridschicht 742 mit interner Druckspannung (Engl.: compressive internal stress) von ca. 1 GPa mittels eines plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungs-Reaktors (Engl.: plasma-enhanced chemical vapour deposition reactor, PECVD reactor) aufgebracht.
In einem neunten Schritt S9 (siehe 7I) wird ein Photolack 744 lithographisch strukturiert, um Öffnungen in den Bereichen zu schaffen, wo die Siliziumnitridschicht 742 mittels CHF3 + Ar Plasma-Ätzen entfernt wird.
In einem zehnten Schritt S10 (siehe 7J) werden die elektrischen Leitungen mittels Ablagern von Metall 746, mittels lithographischer Strukturierung und Ätzung oder mittels einer Abhebung von Metall (Engl.: lift-off of metal) hergestellt.
In einem elften Schritt S11 (siehe 7K) werden die vertikalen Seitenwände 748 von den Strukturen in der Siliziumschicht 722 hergestellt, die sich später bewegen können (Federelemente 220 und Kontaktelemente 206). Dazu wird ein Photolack 750 lithographisch strukturiert. Danach werden die Siliziumnitridschicht 742 und die Siliziumschicht 722 bis zur Siliziumdioxidschicht 720 an den entsprechenden Stellen abgeätzt. Ein kurzer konsequenter isotropischer Silizium Plasma-Ätzvorgang entfernt zusätzlich 1 bis 2 zusätzliche μm Silizium der Siliziumschicht 722 in einer lateralen Richtung. Dadurch werden die thermisch und elektrisch isolierenden Spitzen 328 hergestellt. Danach wird der Photolack 750 entfernt.
In einem zwölften Schritt S12 (siehe 7L) wird der SOI-Wafer 700 auf den SOI-Wafer 716 gebondet. Der zentrale Metallkreis 752, insbesondere aus Gold oder Aluminium, kann mit dem Verbindungselement 224 bei einer moderten Temperatur von 300 bis 400 °C verbunden werden.
In einem dreizehnten Schritt S13 (siehe 7M) werden die Bereiche 754 unterhalb der Kontaktelemente 206 und der Federelemente 220 abgeätzt.
In einem vierzehnten Schritt S14 (siehe 7N) wird die komplette Siliziumschicht 706 abgeätzt.
In einem fünfzehnten Schritt S15 (siehe 7O) wird die Siliziumdioxidschicht 704 mittels HF-Dampf (Engl.: hydrofluoric acid, HF) abgeätzt, so dass die Spiegelfläche 216 frei liegt. Weiter wird die Siliziumdioxidschicht 720 abgeätzt, so dass die Federelemente 220 und die Kontaktelemente 206 nicht mehr durch die Siliziumdioxidschicht 720 gehalten werden. Aufgrund der mechanischen Vorspannung der Siliziumnitridschicht 742 werden sich die Kontaktelemente 206 nach oben krümmen, bis sie in Kontakt mit der Siliziumschicht 702 kommen.
Obwohl die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf keineswegs beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar.
Bezugszeichenliste

100: Lithographieanlage
100A: EUV-Lithographieanlage
100B: DUV-Lithographieanlage
102: Strahlformungs- und Beleuchtungssystem
104: Projektionssystem
106A: EUV-Lichtquelle
106B: DUV-Lichtquelle
108A: EUV-Strahlung
108B: DUV-Strahlung
110: Spiegel
112: Spiegel
114: Spiegel
116: Spiegel
118: Spiegel
120: Photomaske
122: Wafer
124: optische Achse des Projektionssystems
126: Steuereinrichtung
128: Halterung der Photomaske
130: Halterung des Wafers
132: Linse
134: Spiegel
136: Spiegel
200: mikro-elektromechanisches System
202: erstes Element
204: zweites Element
206: Kontaktelement
208: Sensor
210: erster Abschnitt
212: zweiter Abschnitt
214: erste Seite des zweiten Elements
216: Spiegelfläche
218: zweite Seite des zweiten Elements
220: Federelement
222: Stabelement
224: Verbindungsstummel
226: Substrat
228: Oberfläche
300: Zentrum
302: Symmetrieachse
304: Bereich mit Aktor
306: Bereich mit Aktor
308: Bereich mit Aktor
310: Bereich mit Aktor
312: Länge des Kontaktelements
314: Breite des Kontaktelements
316: Piezowiderstand
316A: erster Piezowiderstand
316B: zweiter Piezowiderstand
316C: dritter Piezowiderstand
316D: vierter Piezowiderstand
318: Wheatstone-Brücke
320: erster Kontakt
322: zweiter Kontakt
324: dritter Kontakt
326: vierter Kontakt
328: Spitze
330: erste Schicht des Kontaktelements
332: zweite Schicht des Kontaktelements
334: Einkerbung
336: Ausnehmung
338: Biegestelle
340: Dicke bei der Biegestelle
342: Dicke
344: Dicke der ersten Schicht
346: Dicke der zweiten Schicht
400: Metallbeschichtung
500: Zone mit negativer mechanischer Spannung
502: Bereich
504: erste Seite des Kontaktelements
506: zweite Seite des Kontaktelements
508: Biegung
510: Zone mit positiver mechanischer Spannung
700: SOI-Wafer
702: erste Siliziumschicht
704: Siliziumdioxidschicht
706: zweite Siliziumschicht
708: Siliziumdioxidschicht
710: Photolack
712: Rand
714: Dicke
716: SOI-Wafer
718: erste Siliziumschicht
720: Siliziumdioxidschicht
722: zweite Siliziumschicht
724: elektrische Durchkontaktierung
726: Siliziumdioxidschicht
728: Rückseite
730: Rand der elektrischen Verbindung
732: Siliziumdioxidschicht
734: Photolack
736: Öffnung
738: Kontaktbereich
740: Photolack
742: Siliziumnitridschicht
744: Photolack
746: Metall
748: vertikale Seitenwand
750: Photolack
752: zentraler Metallkreis
754: Bereich
M1–M6: Spiegel

Claims

Mikro-elektromechanisches System (200), aufweisend ein erstes Element (202), ein zweites Element (204), welches gegenüber dem ersten Element (202) beweglich ist, ein Kontaktelement (206) mit einem ersten Abschnitt (210) und einem zweiten Abschnitt (212), wobei das Kontaktelement (206) an dem ersten Abschnitt (210) mit dem ersten Element (202) verbunden ist und an dem zweiten Abschnitt (212) an dem zweiten Element (204) anliegt, und wobei das Kontaktelement (206) aufgrund einer Relativbewegung des ersten und zweiten Elements (202, 204) zueinander verformbar ist, und einen Sensor (208) zum Detektieren der Verformung des Kontaktelements (206).
Mikro-elektromechanisches System nach Anspruch 1, wobei das Kontaktelement (206) an dem zweiten Abschnitt (212) eine Spitze (328) zum Erhöhen seines thermischen und/oder elektrischen Widerstands aufweist und wobei das Kontaktelement (206) mit der Spitze (328) gegen das zweite Element (204) anliegt.
Mikro-elektromechanisches System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Element (202) ein Substrat (226), insbesondere ein Siliziumsubstrat, aufweist.
Mikro-elektromechanisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Länge (312) des Kontaktelements (206) mindestens zweimal, dreimal oder viermal einer Breite (314) des Kontaktelements (206) entspricht.
Mikro-elektromechanisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kontaktelement (206) eine mechanische Vorspannung aufweist, welche dazu geeignet ist, seinen zweiten Abschnitt (212) gegen das zweite Element (204) in Anlage zu halten.
Mikro-elektromechanisches System nach Anspruch 5, wobei das Kontaktelement (206) eine erste Schicht (330) und eine zweite Schicht (332) umfasst, und wobei die zweite Schicht (332) die mechanische Vorspannung aufweist.
Mikro-elektromechanisches System nach Anspruch 6, wobei die zweite Schicht (332) eine Druckspannung aufweist.
Mikro-elektromechanisches System nach Anspruch 6 oder 7, wobei die erste Schicht (330) Silizium und/oder die zweite Schicht (332) Siliziumnitrid aufweist.
Mikro-elektromechanisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Kontaktelement (206) von einer Oberfläche (228) des ersten Elements (202) absteht.
Mikro-elektromechanisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Kontaktelement (206) einstückig mit dem ersten Element (202) gebildet ist.
Mikro-elektromechanisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Sensor (208) mit dem Kontaktelement (206) verbunden ist.
Mikro-elektromechanisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Sensor (208) in das Kontaktelement (206) integriert ist.
Mikro-elektromechanisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Sensor (208) einen Widerstand aufweist, welcher von der Verformung des Kontaktelements (206) abhängig ist.
Mikro-elektromechanisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Sensor (208) zumindest einen Piezowiderstand (316) aufweist, wobei der Sensor (208) insbesondere eine Wheatstone-Brücke (318) mit vier Piezowiderständen (316A, 316B, 316C, 316D) aufweist.
Mikro-elektromechanisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Kontaktelement (206) eine Einkerbung (334) und/oder eine Ausnehmung (336) zum Definieren einer Biegestelle (338) aufweist, wobei insbesondere eine Dicke (340) des Kontaktelements (206) bei der Biegestelle (338) reduziert ist.
Mikro-elektromechanisches System nach Anspruch 15, wobei das Kontaktelement (206) bei der Biegestelle (338) zumindest einen Piezowiderstand (316) aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines mikro-elektromechanischen Systems (200) mit den Schritten: a) Bereitstellen eines ersten Elements (202), b) Bereitstellen eines zweiten Elements (204), welches gegenüber dem ersten Element (202) beweglich ist, c) Bereitstellen eines Kontaktelements (206) mit einem ersten Abschnitt (210) und einem zweiten Abschnitt (212), wobei das Kontaktelement (206) an dem ersten Abschnitt (210) mit dem ersten Element (202) verbunden ist und an dem zweiten Abschnitt (212) an dem zweiten Element (204) anliegt, und wobei das Kontaktelement (206) aufgrund einer Relativbewegung des ersten und zweiten Elements (202, 204) zueinander verformbar ist, und d) Bereitstellen eines Sensors (208) zum Detektieren der Verformung des Kontaktelements (206).
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das erste Element (202) und das zweite Element (204) separat hergestellt und anschließend zusammengefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei eine Schicht (720) unterhalb des Kontaktelements (206) abgeätzt wird, so dass sich das Kontaktelement (206) zum zweiten Element (204) hin verbiegt.
Lithographieanlage (100) mit einem mikro-elektromechanischen System (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder mit einem nach einem der Ansprüche 17 bis 19 hergestellten mikro-elektromechanischen System (200).