DE3806762C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Siliziummembrane als Träger für Maskenstrukturen mit Justierfenstern geringerer Dicke und daraus folgender höherer optischer Transparenz als die Membrane, wobei die Justierfenster zur Justierung der Maske relativ zu einem Wafer dienen, der mit Röntgenlicht belichtet werden soll.The invention relates to a silicon membrane as a carrier for Mask structures with adjustment windows of lesser thickness and resulting in higher optical transparency than the Diaphragm, with the adjustment window for adjusting the mask relative to a wafer exposed to X-rays shall be.
Bei der Röntgenlithographie wird die Struktur der Maske unter Zuhilfenahme einer Übertragungsapparatur (Stepper) mit Röntgenstrahlen aus einer separaten Quelle (z. B. Synchrotron) auf den Wafer übertragen. Da häufig mehrere Strukturen übereinander angeordnet werden, müssen Maske und Wafer genau aufeinander ausgerichtet sein. Die Justierung erfolgt üblicherweise mit lichtoptischen Methoden, beispielsweise werden Justierstrukturen auf Maske und Wafer zur Deckung gebracht. Für eine präzise Justierung ist eine hohe optische Transparenz der Maske - in den meisten Fällen eine Siliziummembran - gefordert.In X-ray lithography, the structure of the mask with the aid of a transfer apparatus (stepper) with X-rays from a separate source (eg synchrotron) transferred to the wafer. As often several Structures must be superimposed, mask and Wafers should be exactly aligned. The adjustment usually takes place with light-optical methods, for example become adjustment structures on mask and wafer brought to cover. For a precise adjustment is a high optical transparency of the mask - in most cases a silicon membrane - required.
Aus der Veröffentlichung "B-Si Masks for Storage Ring X-Ray Lithography" in Solid State Technology, (1984), S. 205-208 ist eine Siliziummembrane mit Justierfenstern bekannt, bei der die Justierfenster eine geringere Dicke und damit eine höhere optische Transparenz als die Membrane aufweisen. Allerdings bedingt das Herstellungsverfahren dieser Membrane, daß der Bereich des eigentlichen Maskenträgers und die Bereiche der Justierfenster parallel und räumlich getrennt hergestellt werden. Die Justierung der Membrane erfolgt dadurch in einem Abstand von den zu übertragenden Strukturen, der gemessen an den Ausmaßen der Strukturen sehr groß ist. Die Genauigkeit der Justierung ist damit eingeschränkt.From the publication "B-Si Masks for Storage Ring X-Ray Lithography "in Solid State Technology, (1984) pp. 205-208 a silicon diaphragm with adjusting windows is known at the adjustment window a smaller thickness and thus a have higher optical transparency than the membrane. However, the manufacturing process of this membrane, that the area of the actual mask wearer and the areas of the adjustment windows parallel and spatially separated getting produced. The adjustment of the membrane takes place thereby at a distance from those to be transmitted Structures, measured by the dimensions of the structures is very big. The accuracy of the adjustment is so limited.
Insbesondere für sehr kleine Strukturen ist es wünschenswert, die Justierung der Membrane unmittelbar am Ort der Strukturen, also im Bereich des Maskenträgers vorzunehmen.Especially for very small structures it is desirable the adjustment of the membrane directly at the place of Structures, ie in the area of the mask wearer.
Nach der Schrift "X-Ray Lithography" in Solid State Technology, (1986), S. 93-101 wird die optische Transparenz der Membrane dadurch erhöht, daß die Reflexivität der Oberflächen durch Vergütungsschichten vermindert wird. Der von der Membrane absorbierte Anteil des Lichtes bleibt dabei jedoch nahezu unbeeinflußt.After the font "X-Ray Lithography" in Solid State Technology, (1986), pp. 93-101, the optical transparency the membrane increased by the fact that the reflectivity of the Surfaces is reduced by tempering layers. The remains absorbed by the membrane portion of the light remains but almost unaffected.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Siliziummembrane als Träger für Maskenstrukturen bereitzustellen, die in unmittelbarer Nähe der Strukturen Bereiche zur Justierung der Membrane aufweist, in denen der von der Membrane absorbierte Anteil des Lichtes möglichst gering ist.The invention is based on the object, a silicon membrane to provide as a support for mask structures, in the immediate vicinity of the structures areas for adjustment having the membrane in which of the membrane absorbed portion of the light is as low as possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Justierfenster durch partiellen Abtrag von Membranmaterial hergestellt werden und eine optisch glatte Oberfläche haben.This object is achieved in that the Adjusting window by partial removal of membrane material be prepared and have a visually smooth surface.
Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht darin, daß die Transparenz, die bei vergüteten Membranen etwa 50% beträgt (bei 633 nm) auf annähernd 100% gesteigert werden kann. An advantage achieved by the invention is that the transparency, which is about 50% for tempered membranes is (at 633 nm) increased to approximately 100% can.
Für extrem kritische Justiersignale der Waferjustiermasken ist jegliche Minderung der Signalhöhe durch die Membrane zu vermeiden und eine Transparenz von 100% ist gefordert. Diese Anforderung kann dadurch erfüllt werden, daß das Material aus den lokalen Bereichen durchgängig abgetragen, so daß eine Anordnung freitragender Justierstrukturen entsteht. Da der Abtrag von einer Oberfläche aus erfolgt, kann die Justierstruktur vor dem Ätzprozeß auf der gegenüberliegenden Oberfläche aufgebracht werden.For extremely critical alignment signals of wafer alignment masks is any decrease in the signal level through the membrane too avoid and a transparency of 100% is required. This requirement can be met by the material removed from the local areas throughout, so that an arrangement of cantilever Justierstrukturen arises. Since the removal takes place from a surface, can the Justierstruktur before the etching process on the opposite Surface to be applied.
Nach Anspruch 2 wird das Material günstigerweise mit Hilfe naßchemischer Ätzverfahren aus den lokalen Bereichen abgetragen, wobei die Struktur der Bereiche mit lithographischen Verfahren definiert wird.According to claim 2, the material is conveniently with the help wet chemical etching removed from the local areas, the structure of the areas with lithographic Procedure is defined.
Da die Siliziummembranen aufgrund ihres Herstellungsverfahrens einen hohen Anteil Bor (ca. 1,5×10²⁰ Boratome pro cm³) aufweisen, muß ein Ätzverfahren gefunden werden, das eine niedrige Ätzrate für bordotiertes Silizium besitzt. Gleichzeitig darf das Verfahren die Rauhigkeit der Oberfläche nicht erhöhen, da Unebenheiten zu Reflexionsverlusten und damit zu einer Verringerung der Transparenz führen.Because the silicon membranes due to their manufacturing process a high proportion of boron (about 1.5 × 10²⁰ boron atoms per cm³), an etching process must be found which has a low etch rate for boron-doped silicon. At the same time, the procedure allows the roughness of the surface do not increase, as unevenness leads to reflection losses and thus to a reduction in transparency to lead.
Unter den naßchemischen Ätzverfahren liefert ein Verfahren mit dem Einsatz einer modifizierten "Schäferätze" nach Anspruch 3 besonders gute Ergebnisse, wobei sich eine Zusammensetzung, die in Anspruch 4 gekennzeichnet ist, als optimal erweist. Mit dieser Zusammensetzung werden extrem glatte Oberflächen erzeugt, deren Rauhigkeit unterhalb von 10 nm und damit wesentlich unterhalb der Lichtwellenlänge liegt. Among the wet chemical etching processes provides a method with the use of a modified "shepherd sentences" after Claim 3 particularly good results, wherein a composition, which is characterized in claim 4, as optimal proves. With this composition will be extreme produces smooth surfaces whose roughness is below 10 nm and thus significantly below the wavelength of light lies.
Mit einer Ätzrate von etwa 1 µm pro Minute verläuft der Prozeß schnell genug um in vertretbaren Zeiträumen Ergebnisse zu erzielen, andererseits langsam genug, um ein kontrolliertes Abtragen zu ermöglichen. Nach Anspruch 5 erfolgt der Ätzprozeß gleichzeitig wenigstens in zwei Bereichen, um eine isolierte Ätzung der Bereiche zu gewährleisten. Insbesondere für die Herstellung freitragender Justierstrukturen eignet sich der Abtrag des Materials mit Hilfe eines Trockenätzverfahrens nach Anspruch 6. Dabei erweist sich nach Anspruch 7 das Gas SF₆ als besonders vorteilhaft, da es mittels eines chemischen Prozesses das Halbleitermaterial wegätzt, die Justierstrukturen (vorzugsweise aus Gold) jedoch nicht wesentlich angreift. Während der Anfangsphase des Ätzprozesses wird zur lokalen Beseitigung der Vergütungsschicht aus Siliziumnitrid dem Gas eine CHF₃-Komponente beigemischt.With an etch rate of about 1 micron per minute runs the Process fast enough to deliver results in reasonable time on the other hand slow enough to be a controlled To allow removal. According to claim 5 the etching process takes place simultaneously in at least two areas, to ensure an isolated etching of the areas. Especially for the production of self-supporting Justierstrukturen is the removal of the material with Aid of a dry etching process according to claim 6 proves to claim 7, the gas SF₆ as special advantageous, since it by means of a chemical process the Semiconductor material etched away, the Justierstrukturen (preferably gold) but does not significantly attack. During the initial phase of the etching process becomes the local Elimination of the silicon nitride tempering layer Gas mixed with a CHF₃ component.
Die üblichen naßchemischen Ätzverfahren verursachen entlang der Berandung der zu ätzenden Fläche durch erhöhte Ätzgeschwindigkeit eine Vertiefung. Durch diesen "Trenching-Effekt" wird die Reflexivität der Oberfläche in diesem Bereich erhöht und die mechanische Stabilität verringert. Der Trenching-Effekt hängt stark von dem verwendeten Ätzmedium ab, wobei die Zusammensetzung des Ätzmediums nach Anspruch 5 nur einen minimalen Trenching-Effekt aufweist. Der Trenching-Effekt kann mit der Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur lokalen Erhöhung der optischen Transparenz nach den Ansprüchen 8 und 9 weiter verringert werden.The usual wet chemical etching processes cause along the boundary of the surface to be etched by increased etching speed a depression. Through this "trenching effect" will the reflectivity of the surface in this Increased range and reduced mechanical stability. The trenching effect depends strongly on the etching medium used from, wherein the composition of the etching medium after Claim 5 has only a minimal trenching effect. The trenching effect can be achieved with the device for execution the method for locally increasing the optical Transparency according to claims 8 and 9 further reduced become.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Vorrichtung zur Ausführung der naßchemischen Ätzung und zwei Ausführungsbeispiele des Verfahrens zur lokalen Erhöhung der optischen Transparenz näher beschrieben. Es zeigtIn the following, with reference to the drawings the apparatus for performing the wet chemical etching and two embodiments of the method for local increase the optical transparency described in more detail. It shows
Fig. 1 Schematische Darstellung der Vorrichtung zur Ausführung der naßchemischen Ätzung Fig. 1 Schematic representation of the apparatus for performing the wet chemical etching
Fig. 2 Ätzprofile bei naßchemischem Abtrag
a) vor Optimierung des Ätzprozesses
b) nach Optimierung des Ätzprozesses Fig. 2 Etch profiles in wet chemical removal
a) before optimization of the etching process
b) after optimization of the etching process
Fig. 3 Schematische Darstellung freitragender Justierstrukturen. Fig. 3 Schematic representation of cantilever Justierstrukturen.
In einem mit einem Wasserzu- (1) und einem Wasserablauf (2) versehenen Auffanggefäß (3) ist eine Halterung (4) zur horizontalen Aufnahme eines Wafers (5) angebracht (Fig. 1). Über der Halterung sind zwei Büretten (6, 7) mit Vorratsgefäß (8) so angeordnet, daß sie über den zu ätzenden Bereichen justiert werden können. Mit Hilfe der Büretten können diese Bereiche lokal und gleichmäßig dem Ätzmedium ausgesetzt werden.In a collecting vessel ( 3 ) provided with a water inlet ( 1 ) and a water outlet ( 2 ), a holder ( 4 ) is mounted for horizontally receiving a wafer ( 5 ) ( FIG. 1). About the holder two burettes ( 6, 7 ) with storage vessel ( 8 ) are arranged so that they can be adjusted over the areas to be etched. With the help of the burets, these areas can be exposed locally and evenly to the etching medium.
Durch Zuführung von Wasser wird der Ätzprozeß gestoppt. Um zu verhindern, daß beim Ätzen eines Bereiches Ätzmedium in den anderen Bereich gelangt, werden beide Bereiche unter Zuhilfenahme beider Büretten gleichzeitig geätzt. Dadurch wird der Trenching-Effekt minimiert, wie in Fig. 2a, b dargestellt ist.By supplying water, the etching process is stopped. In order to prevent etching medium from entering the other area when etching one area, both areas are etched simultaneously with the aid of both burettes. Thereby, the trenching effect is minimized, as shown in Fig. 2a, b.
Das Verfahren zur lokalen Erhöhung der optischen Transparenz von Siliziummembranen, das in den Ansprüchen 2 bis 4 gekennzeichnet ist, kann in das in der Mikrostrukturtechnik übliche Verfahren zur Herstellung dünner Siliziummembranen integriert werden.The process for locally increasing the optical transparency of silicon membranes, that in claims 2 to 4 can be characterized in the in the microstructure technique usual method for the production of thin silicon membranes to get integrated.
Auf eine polierte Oberfläche eines Siliziumwafers wird aus der Gasphase eine ca. 0,5 bis einige Mikrometer dicke Schicht hochbordotiertes Silizium epitaktisch abgeschieden. Anschließend wird der Wafer beidseitig mit einer 50 bis 200 nm dicken Schutzschicht aus Siliziumnitrid überzogen. Auf der mit der Epitaxieschicht bedeckten Oberfläche wird die Nitridabdeckung naßchemisch oder mit Hilfe eines Trockenätzverfahrens an den abzutragenden Bereichen entfernt. Anschließend erfolgt die lokale Erhöhung der optischen Transparenz durch naßchemischen Abtrag in der beschriebenen Vorrichtung. Die Oberfläche bleibt dabei durch Verwendung des in Anspruch 4 gekennzeichneten Ätzmediums mit einer Rauhigkeit von weniger als 10 nm optisch spiegelnd.On a polished surface of a silicon wafer is made the gas phase is about 0.5 to a few microns thick Layer highly boron-doped silicon epitaxially deposited. Subsequently, the wafer on both sides with a 50 to 200 nm thick protective layer of silicon nitride coated. On the surface covered with the epitaxial layer becomes the Nitride cover wet chemical or by means of a dry etching process removed at the areas to be removed. Subsequently, the local increase of the optical Transparency by wet chemical removal in the described Device. The surface remains thereby by use of the etching medium characterized in claim 4 with a Roughness of less than 10 nm optically reflective.
Nach Entfernen des Siliziumnitrids von der Oberfläche der Epitaxieschicht wird die Prozessierung des Maskensubstrates nach üblichen Verfahren fortgesetzt.After removing the silicon nitride from the surface of the Epitaxial layer is the processing of the mask substrate continued according to usual procedures.
Ein Verfahren zur lokalen Erhöhung der optischen Transparenz, bei dem das Material aus den lokalen Bereichen durchgängig unter Verwendung eines Trockenätzprozesses abgetragen wird, wird im folgenden beschrieben. Zunächst wird die Röntgenmaske nach einem üblichen Verfahren fertiggestellt und anschließend folgenden Verfahrensschritten unterzogen:A method for locally increasing the optical transparency, in which the material from the local areas throughout removed using a dry etching process will be described below. First, the X-ray mask completed by a conventional method and then subjected to the following process steps:
- - Die vollständig prozessierte Maske wird rückseitig mit einem UV-empfindlichen Resist belackt und einer Temperung unterzogen. - The fully processed mask is back with a UV-sensitive resist and one Subjected to heat treatment.
- - Unter einem Lichtmikroskop erfolgt die Belichtung der wegzuätzenden Bereiche, nachdem diese zuvor mit eingeblendetem Rotfilter justiert wurden.- Under a light microscope, the exposure of the wegzusätzenden areas, after this vorblendes with Red filters were adjusted.
- - Der Photolack wird entwickelt und einem Postbake unterzogen und dient als Ätzmaske.- The photoresist is developed and subjected to a postbake and serves as an etching mask.
- - Von der Rückseite her wird das Silizium in einem SF₆- Plasma geätzt, das nach vollständigem Abtrag des Materials die Justierstrukturen aus Gold nicht angreift, so daß, wie in Fig. 3 gezeigt, in dem freigeätzten Bereich (9) freitragende Justierstrukturen (10) entstehen. Während der Anfangsphase des Ätzprozesses wird dem Ätzgas eine CHF₃-Komponente beigemischt, um durch den Ion-Milling-Effekt (physikalischer Abtrag durch Ionenbeschuß) die Vergütungsschicht lokal zu beseitigen.The silicon is etched from the rear side in an SF.sub.3 plasma which, after complete removal of the material, does not attack the alignment structures made of gold, so that, as shown in FIG. 3, self-supporting alignment structures ( 10 ) in the etched area ( 9 ). arise. During the initial phase of the etching process, a CHF₃ component is added to the etching gas in order to eliminate the coating layer locally by the ion-milling effect (physical removal by ion bombardment).
Claims (9)
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