DE3730642C2

DE3730642C2 -

Info

Publication number: DE3730642C2
Application number: DE19873730642
Authority: DE
Inventors: Lutz-Martin Dr.-Ing. 1000 Berlin De Buchmann; Laszlo Dr.-Ing. 8000 Muenchen De Csepregi; Karl Paul Dipl.-Ing. 1000 Berlin De Mueller
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1987-09-11
Filing date: 1987-09-11
Publication date: 1993-07-08
Also published as: DE3730642A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Lochmaske entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Eine derartige Lochmaske ist aus der EP 00 78 336 bekannt. Die hieraus bekannte Lochmaske umfaßt eine Siliciumunterlage, die im Bereich der Maskenoberfläche auf 1-4 µm gedünnt ist. In diesem gedünnten Siliciumbereich sind die Lochmaskenöffnungen ausgebildet, deren Flankenwinkel durchgehend 90° betragen. Durch diesen Verlauf der Flankenwinkel der Lochmaskenöffnungen erfolgt bei divergentem Teilcheneinfall eine unerwünschte Abschattung des Strahls.

Aus "J. Vac. Sci. Technol. B", Bd. 1, Nr. 4, Oktober bis Dezember 1983, Seiten 1152 bis 1155 ist eine Lochmaske bekannt, die für das sog. "Ionen Proximity Printing" ausgelegt ist, also einem Verfahren, das absolut senkrechte Flanken erfordert. Demnach weist diese bekannte Lochmaske lediglich einen einschichtigen Aufbau aus Siliciumnitrit auf. Das darunterliegende Silicium ist nur im Randbereich und dort in der ursprünglichen Waferdicke vorhanden. In diesem Bereich beträgt der Flankenwinkel genau 54°. Dieser Winkel ergibt sich zwangsläufig aus dem gewählten naßchemischen Ätzverfahren, das bei der Herstellung von Lochmasken allgemein verwendet wird, jedoch nicht im transparenten Maskenbereich, sondern lediglich im Bereich der Maskenränder.

Aus "IEEE Transactions on Electron Devices", Bd. ED-22, Nr. 7. Juli 1975, Seiten 401 bis 409 ist eine Maske bekannt, deren Herstellungsverfahren einen ganzflächig arbeitenden Ätzprozeß auf der Rückseite einschließt, der zwangsweise zu einem Flankenwinkel von 54° im transparenten Maskenbereich führt. Dieser Ätzprozeß ist notwendig, um die vorderseitig bereits vorstrukturierten Maskenöffnungen auf der Rückseite zu realisieren, da das angewendete Verfahren keine deckungsgleiche rückseitige Lithographie mit der Vorderseite gestattet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lochmaske sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben, die es ermöglichen, die Lochmaske so auszubilden, daß bei ihrer Verwendung bei einem divergenten Teilcheneinfall keine Abschattung des Strahls bewirkt wird, sondern bei der zur mustererzeugenden Ausblendung lediglich eine Siliciumnitritschicht vorgesehen ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 und 3. Ein Verfahren zur Herstellung der Lochmaske ist im Anspruch 4 angegeben.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lochmaske kommt somit in erster Linie dadurch zustande, daß der auf beide Seiten einer dünnen Folie aufgetragene photoempfindliche Lack (Resist) mittels einer Röntgenquelle in nur einem einzigen Schritt belichtet wird, wobei wegen der hohen Transparenz der Menbram für Röntgenstrahlung nach der Resist-Entwicklung das auf beiden Seiten entstehende Abbild der Arbeitsmaske völlig deckungsgleich ist, d. h. daß in einem einzigen Schritt zwei völlig identische Masken erhalten werden, so daß die Öffnung der Membran durch diskrete Ätzprozesse von der Vorder- und der Rückseite aus erfolgen kann, ohne daß ein Versatz der Strukturen auftritt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit der beige fügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Lochmaske gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für eine Lochmaske gemäß Fig. 1.

Bei der Lochmaske gemäß der Erfindung wird von einer Scheibe beliebigen Durchmessers ausgegangen. Die Lochmaske besteht aus einem zentralen aktiven Bereich, in dem sie zur Membran gedünnt und mit den gewünschten Öffnungen versehen ist, und aus einem Stützrand in der ursprünglichen Dicke. Über diesen Rand kann die Kontaktierung zu einem stabilen Glassubstrat erfolgen. Fig. 1 zeigt einen solchen mehrschichtigen Aufbau der Lochmaske. Die eigentliche Struktur ist dabei durch eine etwa 100 nm dicke Deckschicht 3 aus Siliciumnitrid definiert, während die darunter befindliche aus Silicium bestehende Unterlage 1 nur Stütz- und Wärmeableitfunktionen hat. Zur Verhinderung einer elektrostati schen Aufladung während des Teilchenbeschusses kann die gesamte Lochmaske mit einer dünnen Metallschicht 8 besputtert sein.

Aus der Darstellung der Lochmaske in Fig. 1 geht deutlich her vor, daß der Flankenwinkel (α) der Öffnungen in der Lochmaske im Bereich der Deckschicht 3 ein rechter Winkel ist, während der Flankenwinkel (α′) der Öffnungen in der Lochmaske im Bereich der Unterlage 1 etwa 80° beträgt. Damit ist nicht nur die Deckschicht 3 hochpräzise ausgebildet, sondern der Flanken winkel der Unterlage 1, der auch im Randbereich der Folie keine Strahlverengung durch Schattenwurf bewirkt, ist der jeweiligen Strahlgeometrie angepaßt. Damit eignet sich die erfindungs gemäße Lochmaske insbesondere für die Ionenprojektionslitho graphie. Die Ionen werden bei solchen Anlagen von einer Plasmatronquelle mit festgelegter Strahldivergenz emittiert. Durch die Maske wird das zu übertragende Muster erzeugt und das Abbild der Maske, von einer Ionenprojektionslinse verklei nert, auf einem Target abgebildet. Diese Lithographiemethode ermöglicht gleichzeitig eine hohe Strukturauflösung und Pixel übertragungsgeschwindigkeit.

Eine solche erfindungsgemäß ausgebildete Lochmaske mit der artiger Präzision ist durch das Verfahren nach der Erfindung herstellbar, dessen Ablauf in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Es wird hierbei von (A) einem aus Silicium bestehenden Standard-4-Zoll-Wafer 1 ausgegangen, auf dem eine 1,5 bis 3,5 µm, vorzugsweise 2,5 µm, dicke Siliciumschicht 2 epitaktisch aus der Gasphase abgeschieden wird (B). Das hierbei eingesetzte Silicium weist eine Borkonzentration von 1,3×10²⁰ cm^-3 und eine Germaniumkonzentration von 1,3×10²¹ cm^-3 auf. Durch den Borgehalt kann nämlich bei der späteren Dünnung zur Folie die Ätzung abgestoppt werden, während das Germanium der Spannungs minderung gegenüber der Unterlage dient.

Im nächsten Schritt (C) wird mittels Gasphasenreaktion bei niedrigem Druck an der Oberfläche des nach (B) erhaltenen Körpers eine Siliciumnitridschicht 3 in einer Dicke von ca. 100 nm erzeugt. Um die Spannung auch dieser Schicht zu kompensie ren, wird sie in Stufe (D) Ionen hoher Energie 4 (Bor 200 keV) ausgesetzt. Die Anpassung erfolgt dabei durch Platzwechsel vorgänge im Nitrid, die durch die energiereichen Ionen ausge löst werden.

Sodann wird der Wafer 1 in Stufe E zur Folie gedünnt, und zwar wird zunächst eine isotrop ätzende Säuremischung verwendet, um einen verrundeten Übergang am Fensterrand zu schaffen; darauf wird mit einer anisotrop abtragenden Ethylendiamin-Brenzkatechin- Mischung die Membran erhalten. Die Ätzrate der bordotierten Siliciumschicht 2 ist so gering, daß letztere als Folie beste hen bleibt.

Darauf wird in Stufe F durch beidseitiges Aufschleudern eines photoempfindlichen Lackes 5 der Lithographieschritt vorbe reitet. Für diesen wird das Muster einer Absorbermaske, die sich im Proximityabstand von 25 bis 40 µm vor dem Wafer 1 befindet, mit Hilfe von Röntgenstrahlen, beispielsweise Syn chrotronstrahlung, deckungsgleich und gleichzeitig auf Vorder- und Rückseite projiziert. Lack und Belichtungszeit sind der jeweiligen Strahlintensität anzupassen. Danach wird der Resist entwickelt; die Güte der auf beiden Seiten der Membran erhal tenen Strukturen kann bereits im lichtoptischen Mikroskop beurteilt werden.

In Stufe G wird dann die Siliciumnitridschicht 3 unter Anwen dung eines reaktiven Trockenätzprozesses mit einer CHF₃/O₂- Gasmischung 6 strukturiert. Die Strukturübertragung von der Lackmaske ins Nitrid erfolgt dabei mit hoher Genauigkeit und ohne unerwünschte Abscheidung von Polymeren aus der Gasphase. Anschließend wird in einem zweiten Ätzschritt (Stufe H) von der Rückseite aus das Silicium geätzt und die Membran somit geöffnet. Als Reaktivgas dient hierbei eine SF₆/CHF₃-Mischung 7, die es ermöglicht, die Prozeßparameter gerade so zu wählen, daß die Flanken der Strukturen im Silicium keinen Schattenwurf bewirken, d. h. die Strahlausblendung nur durch die vorderseitige Nitridschicht erfolgt. Dazu muß sich ein Gleichgewicht zwischen dem Ätzabtrag, der einen deutlich isotropen Anteil aufweist, und der Seitenwandpassivierung durch Polymerabtrag einstellen. Es wird ein Flankenwinkel α′ von ca. 75 bis 85°, vorzugsweise von ca. 80°, erzielt und somit bei einer minimalen Strukturbreite von 1 µm die Folienstärke von 2,5 µm aufrechterhalten werden (Stufe I). Die im Schritt C auf gedampfte Nitridschicht ist bei Schritt H auf der Unterseite dem Ionenbeschuß ausgesetzt und wird hierbei weitgehend abgetragen.

Abschließend werden die verbliebenen Lackreste in einem Plasma verascher entfernt (Stufe K). Die gesamte Maske kann dann zur Verhinderung der elektrostatischen Aufladung noch mit einer (in Fig. 2 nicht dargestellten) Metallschicht versehen werden.

Die auf diese Weise erhaltene Maske kann je nach Anlageart in eine spezielle Halterung eingesetzt oder mit einem Glasträger verbunden werden.

Claims

1. Lochmaske für die Verwendung bei ionen- oder elektronen optischen Verfahren, mit einer aus Silicium bestehenden und im Bereich der Öffnungen in der Lochmaske ausgenommenen Unterlage, wobei der Flankenwinkel der Öffnungen in der Lochmaske im Bereich der Maskenoberfläche 90° beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskenoberfläche von einer Siliciumnitrid-Deckschicht (3) einer Schichtdicke von 80 bis 120 nm gebildet ist, und daß der Flankenwinkel (α′) der Öffnungen in der Lochmaske im Bereich der Siliciumunterlage (1) ca. 75° bis 85° beträgt.

2. Lochmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel (α′) 80° beträgt.

3. Lochmaske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Siliciumnitrid-Deckschicht (3) 100 nm beträgt.

4. Verfahren zur Herstellung einer Lochmaske gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) auf einem Siliciumwafer (1) mit einer an sich bekannten Dotierung von etwa 10¹⁰ Fremdatomen/cm³ bor- und germaniumdotiertes Silicium (2) in einer Stärke von 1,5 bis 3,5 µm epitaktisch aus der Gasphase abscheidet,
b) auf der Oberfläche des erhaltenen Körpers eine Siliciumnitridschicht (3) mit einer Schichtdicke von 80 bis 120 nm erzeugt,
c) auf beide Seiten des zu einer Siliciummembran mit einer Deckschicht aus Siliciumnitrid gedünnten Körpers einen photoempfindlichen Lack (5) aufträgt und auf diesen von einer Seite des Körpers aus und durch die Siliziummembran mit der Deckschicht aus Siliciumnitrid hindurch mittels Röntgenstrahlen das Muster einer Absorbermaske in einem Schritt deckungsgleich und gleichzeitig auf Vorder- und Rückseite projiziert und danach den Lack entwickelt, und
d) die Siliciumnitridschicht (3) durch einen reaktiven Ionenätzprozeß in einem Parallelplattenreaktor mittels eines CHF₃/O₂-Plasmas strukturiert und sodann die Siliciumschicht von der nitridfreien Seite her im gleichen Reaktor mit Hilfe eines CHF₃/SF₆-Plasmas so lange abträgt, bis durchgehende Öffnungen mit den im Anspruch 1 genannten Flankenwinkeln entstanden sind.