DE3215316A1 - Vorrichtung zur belichtung strahlungsempfindlicher substrate - Google Patents
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Description
-
- Beschreibung
- "Vorrichtung zur Belichtung strahlu#empfindlicher Substrate" Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Belichtung strahlungsempfindlicher Substrate nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Die Erfindung betrifft insbesondere die Herstellung von Halbleiterbauelementen, bei der ein strahlungsempfindliches Halbleitersubstrat, ein sogenannter belackter Wafer, durch eine Maske belichtet wird. Diesem Belichtungsvorgang folgen beispielsweise Atz- und Diffusionsvorgänge zur Herstellung der gewünschten Halbleiterstrukturen. Diese sollen eine möglichst geringe Fläche einnehmen, um eine möglichst große Packungsdichte zu erreichen. Sind diese Halbleiterstrukturen, und damit auch die entsprechenden geometrischen Strukturen auf der Maske, beispielsweise kleiner als 2 ßm, so ist es zweckmäßig, für den Belichtungsvorgang eine elektromagnetische Strahlung zu verwenden, deren Wellenlänge wesentlich kleiner als die des sichtbaren Lichtes ist, z.B. Röntgenstrahlung. Während bei UV-Licht ein stabiler Träger aus (Quarz-)Glas verwendet wird, kann eine semitransparente Maske für die Röntgenlithographie nur auf dünnen Trägerfolien verwirklicht werden.
- Eine für Röntgenstrahlung geeignete semitransparente Belichtungsmaske, im folgenden Röntgenmaske genannt, besteht im allgemeinen aus einer für Röntgenstrahlung nahezu durchlässigen Trägerfolie, z.B. aus einem Polymer, auf der ein geometrisch strukturierter Absorber angebracht ist. Dieser Absorber besteht üblicherweise aus Schwermetallen, z.B. Gold und/oder Wolfram und wird durch Schattenprojektion im Röntgenlicht auf das Halbleitersubstrat übertragen. Derartige Röntgenmasken haben insbesondere den Nachteil, daß die Absorber einen großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen von ungefähr 14 10 6K 1 für Gold. Die während des Belichtungsvorgangs absorbierte Strahlung erwärmt die Röntgenmaske ungleichmäßig, so daß diese sich derart mechanisch verzieht, daß unerwünschte Strukturfehler auftreten können.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß in reproduzierbarer Weise insbesondere möglichst kleine Halbleiterstrukturen herstellbar sind, die zumindest bei den geometrischen Strukturen und ihrer Lage zueinander eine möglichst geringe Toleranz aufweisen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
- Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert.
- Die Figur zeigt eine Röntgenstrahlungsquelle 1, z.B. ein sogenanntes Synchrotron, dessen elektromagnetische Strahlung 2 in eine Belichtungskammer 3 gelangt. Die Strahlung 2 gelangt zunächst auf eine Röntgenmaske 4, die im wesentlichen aus einem Träger 5, z.B. einer ungefähr 2 ßm dicken Siliziumschicht, besteht, und einem darauf angebrachten Absorber 6, der entsprechend des zu erzeugenden Belichtungsmusters strukturiert ist, z.B. durch Atzen.
- Unmittelbar unterhalb der Röntgenmaske 4 befindet sich ein zu bearbeitendes Substrat 7, z.B. ein kreisförmiger Wafer aus Silizium mit ungefähr 100 mm Durchmesser, das mit einer strahlungsempfindlichen Schicht 8, z.B. einem Röntgenlack beschichtet ist.
- Es ist zweckmäßig, einen derartigen Belichtungsvorgang bei reduziertem Druck, in He-Atmosphäre oder in Vakuum vorzunehmen, was den Wärmeaustausch durch Konvektion vermindern kann. Durch Absorbtion der Strahlung 2 kann sich die Röntgenmaske 4, abhängig vom Bedeckungsgrad des Absorbers, erwärmen, es entsteht ein thermisch bedingter Maskenverzug, der die lateralen Strukturtoleranzen überschreiten kann.
- Erfindungsgemäß sind der Träger 5 und der Absorber 6 derart auf die Strahlung 2 abgestimmt, daß durch Erwärmung bedingte mechanische Veränderungen der Röntgenmaske 4 vernachlässigbar sind. Dieses wird dadurch erreicht, daß der Träger 5 aus einem Material besteht, das zumindest im Arbeitstemperaturbereich (273 K bis 373 K) der Röntgenmaske einen sehr kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Als Träger ist beispielsweise eine Siliziumschicht von 2 ßm Dicke geeignet, da Silizium im Arbeitstemperaturbereich einen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr 2,5 ~ 10 6K 110#6K#1 besitzt. Der auf dem Träger angebrachte Absorber 6 besitzt einen daran angepaßten Ausdehnungskoeffizienten. Das Absorbermaterial ist dabei vorteilhafterweise eine Legierung vom sogenannten Invar-Typ. Eine Invarlegierung besitzt einen verschwindenden, zum Teil sogar negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten innerhalb eines begrenzten Temperaturbereiches.
- Innerhalb dieses Temperaturbereiches ist der Ausdehnungskoeffizient wählbar, und daher einstellbar, durch eine entsprechende Wahl der Legierungsanteile. Als Absorbermaterial ist dabei vorteilhafterweise beispielsweise eine Eisen- und/oder Nickel-Legierung geeignet, durch deren Zusammensetzung der Ausdehnungskoeffzient einstellbar ist.
- Eine Eisen-Nickel-Legierung, bestehend aus ungefähr 65 Gewichtsprozent (Gew.%) Eisen und 35 Gew. Nickel, hat überraschenderweise den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie Silizium. Träger und Absorber dehnen sich daher gleichmäßig aus, so daß störende lokale Maskenverzüge vermieden werden. Durch den kleinen Ausdehnungskoeffizient wird außerdem erreicht, daß Maskenverzüge vermieden werden, die infolge von Schichtdickenänderungen des Trägers und/oder des Absorbers auftreten.
- Als Absorber sind außerdem die folgenden Eisenlegierungen geeignet, bei denen der Ausdehnungskoeffzient ebenfalls einstellbar ist durch eine Wahl der Zusammensetzung: - eine FeCoCr-Legierung, bestehend im wesentlichen aus 35 Gew.% Eisen (Fe), 55 Gew.% Kobalt (Co) und 10 Gew.% Chrom (Cr), - eine FeNiCo-Legierung, bestehend im wesentlichen aus 63 Gew.% Eisen (Fe), 32 Gew. Nickel (Ni) und 5 Gew.% Kobalt (Co).
- Die genannten Legierungen besitzen im Arbeitstemperaturbereich der Röntgenmaske ebenfalls einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr 2,5 ~ 10 6K-1. Die genannten Legierungen sind vorteilhafterweise technologisch gut verarbeitbar, z.B. aufdampfbar, und/oder galvanisch abscheidbar sowie ätzbar.
- Gegenüber den eingangs erwähnten Schwermetallabsorbern haben die erfindungsgemäßen Absorbermaterialien den scheinbaren Nachteil, daß der Absorptionskoeffizient für eine kurzwellige Röntgenstrahlung, kleiner als 0,5 nm, gering ist. Dieser Nachteil wird dadurch vermieden, daß die Röntgenstrahlungsquelle 1 lediglich eine langwellige Strahlung 2 aussendet. Dieses ist beispielsweise durch entsprechende Röntgenstrahlungsfilter und/oder -monochromatoren erreichbar. Außerdem ist es möglich, eine Röntgenstrahlungsquelle zu verwenden, deren Strahlung ein absolutes Intensitätsmaximum besitzt, dessen wellenlängenabhängige Lage einstellbar ist. Eine derartige Röntgenstrahlungsquelle ist beispielsweise ein Synchrotron (Speicherring). Bei einer Elektronenenergie von beispiels- weise 0,8 GeV und einer magnetischen Feldstärke von 1,5 T liegt das Intensitätsmaximum der ausgesandten Strahlung bei einer Wellenlänge von ungefähr 0,8 nm. Eine konventionell aufgebaute Röntgenstrahlungsquelle, die eine Aluminium-K -Strahlung von 0,83 nm aussendet, liegt ebenfalls im genannten Wellenlängenbereich. Dieser ist bei der Röntgenlithographie ein optimaler Kompromiß zwischen hohem Kontrast und gutem Durchdringungsvermögen des Trägers, das genügend geringe Belichtungszeit des belackten Wafers ergibt. Bei dieser Wellenlänge besitzen die Metalle Nickel sowie Eisen einen überraschend hohen Absorptionskoeffizienten. Für die Berechnung der Dicke der Absorberschicht ist das Produkt aus spezifischer Dichte und Absorptionskoeffizient maßgebend. Dieses Produkt hat für Nickel bei der genannten Wellenlänge von 0,8 nm einen überraschend 1 hohen Wert von ungefähr 5 (#m) 1. Dieser Wert ist für einen guten Kontrast bei der Belichtung ausreichend.
- Der Erfindungsgedanke ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern auf weitere Materialkombinationen des Trägers und des Absorbers anwendbar. Beispielsweise haben Schwermetallegierungen, insbesondere eine Platin-Iridium-Legierung, einen durch die Wahl der Legierungszusammensetzung einstellbaren thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der an das Material des Trägers anpaßbar ist.
Claims (14)
- Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Belichtung strahlungsempfindlicher Substrate, bestehend aus einer Röntgenstrahlungsquelle sowie einer Maske für die Röntgenlithographie, die aus einem im wesentlichen strahlungsdurchlässigen Träger besteht, auf dem ein geometrisch strukturierter Absorber angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägers (5) und des Absorbers (6) derart aufeinander abgestimmt sind, daß eine durch die Belichtung entstehende Erwärmung der Maske lediglich vernachlässigbare laterale Verzüge des Trägers (5) und/oder des Absorbers (6) verursacht, und daß der Absorber (6) im wesentlichen aus einer Legierung vom Invar-Typ besteht, die Röntgenstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 0,5 nm bis 1,5 nm absorbiert und in Verbindung mit dem Träger (5) einen für die Belichtung ausreichenden Kontrast liefert.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der absolute Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten in einem Bereich zwischen 0 und 3 ' liegt, zumindest in dem Arbeitstemperaturbereich der Maske, der zwischen 273 K und 373 K liegt.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (5) zumindest aus einer Silizium enthaltenden Schicht besteht.
- 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (6) eine Legierung aus Nickel und/oder Eisen enthält.
- 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (6) im wesentlichen aus einer binären Eisen- und/oder Nickellegierung besteht.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die binäre Eisenlegierung im wesentlichen aus Nickel und Eisen besteht, das einen Gewichtsanteil von ungefähr 65 °b besitzt.
- 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (6) im wesentlichen aus einer ternären Eisen- und/oder Nickellegierung besteht.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ternäre Eisenlegierung im wesentlichen aus 35 Gew.% Eisen, 55 Gew.% Kobalt und 10 Gew.% Chrom besteht.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ternäre Eisenlegierung im wesentlichen aus 63 Gew.% Eisen, 32 Gew.% Nickel und 5 Gew.% Kobalt besteht.
- 10. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Träger (5) und/oder Absorber (6) eine Schichtdicke im Bereich von 0,3 bis 3 zm besitzen.
- 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahlungsquelle eine elektromagnetische Strahlung erzeugt, die ein absolutes Intensitätsmaximum besitzt in einem Wellenlängenbereich zwischen 0,6 nm und 1 nm.
- 12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Röntgenstrahlungsquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich liegt, der im wesentlichen der Aluminium K -Linie entspricht.
- 13. Vorrichtung zur Belichtung strahlungsempfindlicher Substrate, bestehend aus einer Röntgenstrahlungsquelle sowie einer Maske für die Röntgenlithographie, die aus einem im wesentlichen strahlungsdurchlässigen Träger besteht, auf dem ein geometrisch strukturierter Absorber angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägers (5) und des Absorbers (6) derart aufeinander abgestimmt sind, daß eine durch die Belichtung entstehende Erwärmung der Maske lediglich vernachlässigbare laterale Verzüge des Trägers (5) und/oder des Absorbers (6) verursacht, und daß der Absorber (6) im wesentlichen aus einer Schwermetalllegierung besteht, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient durch eine Wahl der Legierungszusammensetzung an den Träger (5) anpaßbar ist, die Röntgenstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 0,5 nm bis 1,5 nm absorbiert und in Verbindung mit dem Träger (5) einen für die Belichtung ausreichenden Kontrast liefert.
- 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwermetallegierung Platin und/oder Iridium enthält.
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Cited By (2)
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1982
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