DE68928352T2

DE68928352T2 - Gefüllte Rastermaske

Info

Publication number: DE68928352T2
Application number: DE68928352T
Authority: DE
Inventors: John N Randall
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1988-02-26
Filing date: 1989-02-06
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2009-02-07
Also published as: EP0330330A3; JPH027510A; DE68928352D1; KR0134378B1; EP0330330B1; EP0330330A2; KR890013717A; US4827138A

Description

[Technisches Gebiet der Erfindung]

Die vorliegende Erfindung beziehl sich allgemein auf lithographische Techniken, die bei der Herstellung integrierter Schaltungen verwendet werden. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Masken, die in Verbindung mit dem parallelen Drucken von Mustern auf integrierten Schaltungen verwendet werden.

[Hintergrund der Erfindung]

Die Hersteller integrierter Schaltungen benötigen lithographische Techniken, die gedruckte Muster mit hoher Auflösung erreichen. Eine herkömmliche lithographische Technik ist die Photolithographie. Die gedruckten Muster, die mit den aktuellen herkömmlichen photolithographischen Techniken erzeugt werden, erreichen jedoch eine Auflösung im Submikronbereich nur mit großen Schwierigkeiten, da das natürliche Phänomen der Beugung eine schlechte Bildqualität und eine kleine Schärfentiefe bewirkt.
Es wurden andere Techniken entwickelt, die die von den photolithographischen Techniken erreichbaren Auflösungen verbessern. Zum Beispiel kann die Röntgenstrahl-Lithographie Submikron-Auflösungen erreichen. Jedoch ist die Röntgenstrahl- Lithographie besonders teuer und leidet unter Problemen, die sich auf die Erzeugung von Röntgenstrahlen mit ausreichender Helligkeit beziehen, um ein Resist wirksam zu belichten.
Die Elektronenstrahl-Lithographie verbessert ebenfalls die Auflösung, die mit photolithographischen Techniken erreicht werden kann, wenn sie in einem seriellen Schreibmodus verwendet wird. Jedoch ist diese Technik für die praktische Verwendung in der Massenproduktion zu langsam. Obwohl das parallele Drucken mit der Elektronenstrahl-Lithographie eine hohe Auflösung erreichen kann, weist es aufgrund eines Nah-Effekts, der eine Eigenheit des Elektronenstrahlprozesses ist, kritische Abmessungssteuerprobleme auf. Dieser Nah-Effekt kann durch eine lokale Dosisänderung im seriellen Schreibmodus korrigiert werden, jedoch ist das Problem schwierig zu kontrollieren, wenn parallel gedruckt wird.
Die Ionenstrahl-Lithographie ist eine weitere Technik. Die Ionenstrahl-Lithographie leidet nicht unter den Beugungseffekten, wie sie bei der Photolithographie auftreten. Außerdem leidet die Ionenstrahl-Lithographie nicht unter dem Nah-Effekt, wie er bei der parallelen Elektronenstrahl-Lithographie auftritt. Außerdem sind Quellen zum Erzeugen stark parallelgerichteter Hochenergie-Ionenstrahlen im Handel erhältlich. Solche Quellen kosten typischerweise viel weniger als die hellsten Röntgenstrahlquellen. Ferner belichten solche Quellen ein Resist viel effektiver als die hellsten derzeit verfügbaren Röntgenstrahlquellen.
Die Ionenstrahl-Lithographie leidet jedoch unter den Problemen, die sich auf das Herstellen geeigneter Masken für die Verwendung in Paralleldruck-Operationen beziehen. Ionenstrahlen können leicht abgeschirmt werden. Beinahe jedes beliebige Feststoffmaterial mit einer Dicke von mehr als 1 µm blockiert die Transmission eines Hochenergie-Ionenstrahls. Dementsprechend besitzen Masken, die in der Ionenstrahl-Lithographie verwendet werden, in durchlässigen Bereichen entweder Aussparungen oder sehr dünne Abschnitte des Materials der Maske.
Wenn eine in der Ionenstrahl-Lithographie verwendete Maske in den durchlässigen Bereichen der Maske dünne Materialien verwendet, tritt ein unerwünschtes Ergebnis auf. Aufgrund der Kernstreueffekte neigt dieser Typ von Maske dazu, einen stark parallelgerichteten Ionenstrahl zu veranlassen, zu divergieren. Im allgemeinen sind die Masken von einer Oberfläche, auf der ein Muster gedruckt wird, beabstandet. Der Abstand verhindert eine Beschädigung der Oberfläche oder der Maske.
Aufgrund dieses Abstands und der durch eine solche Maske verursachten Divergenz können keine hochgenauen gedruckten Merkmale erreicht werden.
Die Verwendung von Aussparungen in den durchlässigen Bereichen einer Maske ist somit wünschenswert, da ein stark parallelgerichteter Ionenstrahl, der durch eine Aussparung in einer Maske fällt, stark parallelgerichtet bleibt. Viele Muster können jedoch nicht unter Verwendung einfacher Aussparungen für die durchlässigen Bereiche der Maske erzeugt werden. Zum Beispiel läßt ein ringförmiger durchlässiger Bereich keine mechanische Unterstützung für einen undurchlässigen "Ringloch"-Bereich übrig. Folglich kann eine solche Form nicht unter Verwendung einer einfachen Aussparung für den durchlässigen Bereich gedruckt werden. Außerdem sind viele Strukturen, die unter Verwendung von ausgesparten durchlässigen Bereichen konstruiert werden können, in den Abmessungen zu instabil, um von praktischem Wert zu sein. Mit anderen Worten, einige feste Abschnitte der Maske können nicht gezwungen werden, eine genaue Position bezüglich anderer fester Abschnitte der Maske einzuhalten.
Um diese Probleme der ausgesparten durchlässigen Bereiche in Ionenstrahlmasken zu lösen, sind zwei herkömmliche Lösungen bekannt. Eine Lösung verwendet mehrfache, komplementäre, Schablonenmuster, die in mehreren, sequentiellen Ausrichtungs- und Belichtungsschritten verwendet werden, um ein einziges gedrucktes Muster zu erzeugen. Eine weitere Lösung verwendet für die durchlässigen Bereiche der Maske ein Gitter, wie z. B. ein Netz, ein Sieb oder dergleichen. Diese beiden Lösungen neigen dazu, unter ernsthaften Nachteilen zu leiden, wenn sie in der Ionenstrahl-Lithographie verwendet werden. Insbesondere leidet die Technik der mehrfachen, komplementären Schablonenmasken unter einer übermäßigen Verkomplizierung, die durch die mehrfachen Belichtungsschritte und die mehrfachen Ausrichtungen der Masken verursacht wird. Beide Lösungen leiden unter einer übermäßigen Verkomplizierung der Herstellung der Maske. Außerdem leiden beide Lösungen unter einer verminderten Abmessungsstabilität, die sowohl während der Maskenherstellung als auch als Ergebnis der während des Belichtungsschritts erwärmten Maske verursacht wird.
In einem Material, aus dem eine Maske hergestellt wird, ist eine Zugspannung erforderlich, um die Maske glatt und flach zu halten und um eine Verzerrung zu minimieren. Die Spannung wird dort abgebaut, wo Aussparungen oder Gitter ausgebildet sind. Die Ungleichmäßigkeit eines gedruckten Musters bewirkt, daß die Spannungsentlastung in einigen Bereichen größer ist als in anderen. Folglich verzerrt sich das Muster in dem Bestreben, die Ungleichmäßigkeiten in der Spannung auszugleichen.
Außerdem wird während des Belichtungsschritts die Ionenstrahlung, die nicht durch die Maske hindurchtritt, von der Maske absorbiert. Somit nimmt die Temperatur der Maske während des Belichtungsschritts zu. Die Erwärmung der Maske verringert einen Teil der Zugspannung der Maske und bewirkt, daß sich feste Abschnitte der Maske ausdehnen.
Folglich wird durch nichts verhindert, daß der Temperaturanstieg ein Ausdehnen der festen Abschnitte der Maske in der Nähe der Grenzen zwischen den festen und ausgesparten Bereichen bewirkt. Diese Ausdehnung reduziert die Genauigkeit, die ansonsten unter Verwendung der Ionenstrahlung erreicht werden könnte.
Somit wird eine Maske benötigt, die während der Herstellung und während des Gebrauchs in ihren Abmessungen stabil ist. Außerdem muß eine solche Maske ausgesparte durchlässige Bereiche verwenden, um die Ionenstrahldivergenz zu minimieren, die durch Kernstreuung verursacht werden kann.
Im Journal of Vacuum Science and Technology B, Bd. 3, Nr. 1, Februar 1985, befindet sich auf den Seiten 58-61 ein Artikel mit dem Titel "Masked ion beam resist using grid support stencil masks" von J. N. Randall u. a. In diesem Artikel wird eine Maske aus Siliciumnitrid für die Ionenstrahl-Lithographie beschrieben, bei der die durchlässigen Bereiche der Maske mit einem rechtwinkligen Unterstützungsgitter aus Siliciumnitrid versehen sind. Die Maske selbst wird durch Atzen einer Schicht aus Siliciumnitrid gebildet, das auf einer Schicht aus Siliciumdioxid auf der Oberfläche eines zu verarbeitenden Silicium-Wafers abgeschieden worden ist.

[Zusammenfassung der Erfindung]

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Maske zu schaffen, die in ihren Abmessungen stabil bleibt, wenn sie in Verbindung mit der Ionenstrahl- Lithographie verwendet wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine verbesserte Maske geschaffen wird, die Aussparungen für die durchlässigen Bereiche der Maske verwendet, so daß aus der Kernstreuung keine signifikante Strahldivergenz resultiert.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine verbesserte Maske geschaffen wird, die nicht übermäßig kompliziert herzustellen ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Maske geschaffen für die Verwendung beim parallelen Drucken von Mustern auf eine integrierte Schaltungsvorrichtung durch wahiweises Durchlassen von aus einer vorgegebenen Richtung darauf auftreffender Strahlung, wobei die Durchlaßbereiche der Maske ein Unterstützungsgitter mit gleichmäßig beabstandeten Öffnungen besitzen, die senkrecht durch das Gitter verlaufen und sich über diese Bereiche erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske enthält:
ein erstes Material, das unter internen Zugbeanspruchungen als ein im allgemeinen ebenes Sieb konfiguriert ist und eine obere und eine untere Fläche sowie mehrere gleichmäßig beabstandete Öffnungen besitzt, die sich zwischen der oberen Fläche und der unteren Fläche erstrecken,
ein zweites Material, das weniger starr als das erste Material ist und sich in ausgewählten Öffnungen befindet, wobei das erste Material und das zweite Material den Durchgang der Strahlung durch sie hindurch im wesentlichen blockieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum selektiven Bestrahlen vorgegebener Abschnitte einer Fläche einer integrierten Schaltung mit einer Strahlung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:
Anordnen eines Siebes, das aus einem unter einer internen Zugbeanspruchung stehenden ersten Material hergestellt ist, zwischen der Fläche und einer Strahlungsquelle, wobei das Sieb mehrere gleichmäßig beabstandete Öffnungen durch es hindurch besitzt, wobei die Öffnungen Wände besitzen, die im wesentlichen geradlinig und zu der oberen Fläche und zu der unteren Fläche des Siebes senkrecht sind;
Befüllen wenigstens eines Teils der Öffnungen mit einem zweiten Material, das weniger starr als das erste Material ist, so daß die Öffnungen, die nicht mit dem zweiten Material gefüllt sind, den vorgegebenen Abschnitten der Flächen entsprechen, wobei das erste Material und das zweite Material so beschaffen sind, daß sie die Strahlung blockieren; und
Aktivieren der Strahlungsquelle.

[Kurzbeschreibung der Zeichnungen]

Ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung kann erreicht werden unter Bezugnahme auf die genaue Beschreibung und die Ansprüche in Verbindung mit den Figuren, in welchen ähnliche Bezugszeichen sich auf ähnliche Elemente beziehen; und:
Fig. 1 ein Substrat und eine Epitaxialschicht schematisch zeigt, die in der Herstellung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Fig. 2 zusätzliche Schichten schematisch zeigt, die der Struktur der Fig. 1 in der vorliegenden Erfindung hinzugefügt werden;
Fig. 3 ein Muster schematisch zeigt, das auf der in Fig. 2 gezeigten Struktur der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird;
Fig. 4 die Ergebnisse der Ätzschritte zeigt, die auf der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Struktur der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden;
Fig. 5 das Hinzufügen eines Füllmaterials zu der in Fig. 4 gezeigten Struktur der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
Fig. 6 das Ausbilden eines Musters in der in Fig. 5 dargestellten Struktur der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt; und
Fig. 7 die vorliegende Erfindung in einem Ionenstrahl-Lithographie-Paralleldruck-Prozeß darstellt.

[Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maske, die beim parallelen Drucken von Mustern auf integrierten Schaltungen nützlich ist. Das parallele Drucken bezieht sich sowohl auf das Nah-Drucken als auch auf das Projektionsdrukken. Beim Nah-Drucken befindet sich die Maske sehr dicht an einer Oberfläche, auf der ein Muster gedruckt wird, wobei eine 1:1-Entsprechung zwischen dem Maskenmuster und dem gedruckten Muster vorliegt. Beim Projektionsdrucken wird ein Bild von einer Maske projiziert, die sich von einer Oberfläche, auf der ein Muster gedruckt wird, weit entfernt befindet, wobei üblicherweise eine bestimmte Verkleinerung zwischen der Maske und den gedruckten Mustern auftritt. Außerdem soll die Maske der vorliegenden Erfindung für die Ionenstrahl-Lithographie verwendet werden. Fachleute werden jedoch erkennen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung in der Ionenstrahl-Lithographie oder auf das Drucken von Mustern auf integrierten Schaltungen beschränkt ist. Zum Beispiel kann die vorliegende Lehre auch auf die Elektronenstrahl-Lithographie, die Photolithographie, die Röntgenstrahl-Lithographie oder dergleichen angewendet werden. Außerdem kann die vorliegende Lehre auf jeden beliebigen Drucktyp angewendet werden, unabhängig davon, ob ein solches Drucken auf einem integrierten Schaltungsbaustein oder auf einer anderen Struktur erfolgt.
Die Figur 1 zeigt ein Substrat 10, das bei der Herstellung der Maske der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet ein kristallines Siliciumgitter als Material, aus dem die Maske hergestellt wird. Somit stellt in der bevorzugten Ausführungsform das Substrat 10 ein monokristallines Siliciumsubstrat dar, wie z. B. dasjenige, das üblicherweise bei der Herstellung integrierter Schaltungen verwendet wird. Die kristalline Orientierung des Substrats 10 ist in der vorliegenden Erfindung unwichtig, kann jedoch von Fachleuten so gewählt werden, daß verschiedene anwendungsspezifische Anforderungen erfüllt werden. Außerdem ist die Dicke des Substrats in der vorliegenden Erfindung nicht kritisch, wird jedoch vorzugsweise so dünn wie möglich gewählt. Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrachtet eine Maskefläche bis zu ungefähr 1 cm². Dementsprechend ist die Fläche des Substrats 10 größer als 1 cm².
Fig. 1 zeigt außerdem das Aufwachsen einer Epitaxialschicht 12 auf einer Oberfläche des Substrats 10. Jn der bevorzugten Ausführungsform wächst die Epitaxialschicht 12 in einer hohen Borkonzentration von z. B. 5 1019 Atome/cm³. Die Boratome werden ersatzweise in das Kristallgitter der Epitaxialschicht 1 integriert. Da Boratome kleiner sind als Siliciumatome, verursacht das Bor eine interne Zugspannung im Gitter der Epitaxialschicht 12. Außerdem erzeugt die mit Bor dotierte Epitaxialschicht 12 eine Ätzstoppschicht zur Unterscheidung der Epitaxialschicht 12 vom Substrat 10 in einem späteren Schritt, der das Substrat 10 von der Epitaxialschicht 12 entfernt. Das Aufwachsen der Epitaxialschicht 12 erzeugt ein kristallines Gitter, das ein im wesentlichen ebenes, über der Membran liegendes Substrat 10 ausbildet.
Die Dicke der Epitaxialschicht 12 reicht aus, um den Durchgang der Ionenstrahlung zu unterdrücken. Bei der vorliegenden Erfindung empfiehlt sich die Verwendung von Ionenstrahlung mit Energien von weniger als ungefähr 200 keV. Somit reicht eine minimale Dicke der Epitaxialschicht 12 von ungefähr 2 µm aus, um diese Strahlung ausreichend abzuschirmen.
Andererseits hängt die maximale Dicke der Epitaxialschicht 12 von den Einschränkungen ab, die von einer Fähigkeit zum Ätzen vertikaler Öffnungen durch die Epitaxialschicht 12 auferlegt werden. Ein späterer Ätzschritt ätzt solche Löcher durch die gesamte Dicke der Schicht 12. Die derzeitigen Ätztechniken begrenzen die Strecken, über die vertikale Öffnungen geätzt werden können. Somit ist die Epitaxialschicht 12 vorzugsweise ausreichend dünn, so daß solche vertikalen Öffnungen erfolgreich durch die Epitaxialschicht 12 geätzt werden können. Trotzdem ist die Epitaxialschicht 12 innerhalb dieser Einschränkungen so dick wie möglich, so daß eine resultierende Maske, die aus der Epitaxialschicht 12 hergestellt wird, so fest wie möglich ist und eine möglichst große Kapazität aufweist, um der Erwärmung in einem Ionenstrahl-Lithographieprozeß standzuhalten. Genauer ist die Schicht 12 günstigerweise mehr als 2 µm dick und vorzugsweise 4 bis 8 µm dick.
Fig. 2 zeigt schematisch das Hinzufügen der Schichten 14 und 16, die über der Epitaxialschicht 12 liegen. Die Schicht 14 stellt eine Schutzschicht dar. Ein Oxid, das auf der Epitaxialschicht 12 aufwächst, oder ein Oxid, ein Metall oder eine Nitridschicht, die unter Verwendung herkömmlicher chemischer Aufdampfungstechniken abgeschieden wird, können als Schutzschicht 14 dienen. Die Schicht 16 stellt eine gewöhnliche Resistbeschichtung dar, die über der Schicht 14 aufgetragen wird. Die Schicht 14 verhindert, daß ein späterer Ätzschritt die Epitaxialschicht 12 beschädigt.
Die Resistschicht 16 wird anschließend der Strahlung ausgesetzt, so daß ein gitterähnliches Muster entsteht. Die Fig. 3 zeigt einen kleinen Abschnitt des Gitters. In der bevorzugten Ausführungsform wird das Gitter ausgebildet durch Belichten kleiner quadratischer Flächen, die durch die Längslinien 18 und die Breitenlinien 20 voneinander beabstandet sind. Die Längslinien 18 verlaufen senkrecht zu den Breitenlinien 20.
Die in Fig. 3 gezeigten Quadratformen werden bei der Konstruktion dieses gitterähnlichen Musters bevorzugt. In einem späteren Ätzschritt werden diese Quadrate zu Öffnungen, die sich durch die Epitaxialschicht 12 erstrecken (siehe Fig. 2). Diese Öffnungen neigen dazu, einen Teil der internen Zugspannung abzubauen, die in der Epitaxialschicht 12 vorhanden ist.
Jedoch wird diese Spannung sowohl in der Längen- als auch in der Breitenabmessung über die gesamte Oberfläche der Epitaxialschicht 12 durch die Verwendung der Quadrate des Gittermusters gleichmäßig abgebaut. Da die Spannung gleichmäßig abgebaut wird, werden die durch die Herstellung hervorgerufenen Abmessungsverzerrungen minimiert. Außerdem wird das in Fig. 3 gezeigte Quadratmuster bevorzugt, da die Strahlung durch die Öffnungen durchgelassen wird, wenn die Maske in einem Druckprozeß verwendet wird. Somit erlaubt die Verwendung von Quadraten im Gegensatz zu einer unsymmetrischen Form eine äquivalente Auflösung sowohl in Längen- als auch in Breitenrichtung eines zu druckenden Musters. Trotzdem werden Fachleute erkennen, daß andere symmetrische geometrische Formen als die in Fig. 3 gezeigten Quadrate in einem regelmäßigen Muster verwendet werden können, wie z. B. Kreise oder Sechsecke, wobei nur eine geringe Verschlechterung der Leistungsfähigkeit auftritt.
Außerdem betrachtet die bevorzugte Ausführungsform ein Muster mit hoher Auflösung. Zum Beispiel verwendet die bevorzugte Ausführungsform Längs- und Breitenlinien 18 und 20 mit einer Dicke von jeweils ungefähr 800 Å im Abstand von ungefähr 3000 Å. Da eine resultierende Maske ungefähr 1 cm² groß ist, erfordern die obenbeschriebenen Abmessungen die Belichtung von Millionen von Quadraten über die gesamte Oberfläche der Schicht 16. Die Fig. 2 zeigt nur einige der Längslinien 18 und der Breitenlinien 20.
Die Elektronenstrahl-Lithographie kann in einem seriellen Schreibmodus verwendet werden, um die hohe Auflösung zu erreichen, die von der bevorzugten Ausführungsform verwendet wird. Die Verwendung der Elektronenstrahl-Lithographie zum Belichten dieser großen Menge von Quadraten kann eine lange Zeitspanne erfordern. Wenn jedoch die Maske hergestellt worden ist, kann die erste Maske als Vorlage für alle zukünftigen Masken dienen. Diese zukünftigen Masken werden wie in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben unter Verwendung der Ionenstrahl-Lithographie belichtet. Selbstverständlich können Fachleute vorteilhaft andere Techniken entwerfen, um das obenbeschriebene Muster mit hoher Auflösung auf der Oberfläche 16 zu strukturieren.
Nachdem die gesamte Oberfläche der Schicht 16 belichtet worden ist, entfernt ein Entwicklungsschritt die belichteten Abschnitte der Schicht 16. Als nächstes entfernt ein Ätzschritt die Abschnitte der Schicht 14, die durch das Entfernen der Abschnitte der Schicht 16 freigelegt worden sind. Anschließend ätzt ein weiterer Ätzschritt vertikal durch die gesamte Dicke der Epitaxialschicht 12 in den Bereichen, die durch die entfernten Abschnitte der Schicht 14 definiert sind. Die bevorzugte Ausführungsform betrachtet die Verwendung herkömmlicher Ionenstrahl- oder Reaktivionen-Ätztechniken zur Ausführung dieses vertikalen Ätzens.
Nach dem Ätzen durch die Schicht 12 wird ein Zurückätzschritt verwendet, um das Substrat 10 vollständig von der Epitaxialschicht 12 unterhalb des Abschnitts der Epitaxialschicht 12, die als Maske nach den anschließenden Verarbeitungsschritten (im folgenden beschrieben) dient, vollständig wegzuätzen. Somit kann ein (nicht gezeigter) Siliciumrahmen übrigbleiben, der diese Maske umgibt. Wie oben beschrieben, erzeugt die Dotierung mit Bor in der Epitaxialschicht 12 eine Ätzstoppschicht, die von herkömmlichen Ätztechniken verwendet wird, um das Substrat 10 von der Epitaxialschicht 12 zu unterscheiden.
Die Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht der Struktur, die nach diesem Zurückätzschritt entsteht. Diese resultierende Struktur bildet ein Sieb 22, das aus dem Material der Epitaxialschicht 12 und der Schutzschicht 14 besteht. Das Sieb 22 stellt eine im wesentlichen ebene Membran dar, die eine einer unteren Fläche 26 gegenüberliegende obere Fläche 24 besitzt. Außerdem bewirken die obenerwähnten Herstellungsschritte, daß die obere Fläche 24 im wesentlichen parallel zur unteren Fläche 26 liegt. Ferner enthält das Sieb 22 mehrere Öffnungen oder Maschen 28. Die Maschen 28 erstrecken sich durch die gesamte Dicke des Siebes 22 von der oberen Fläche 24 zur unteren Fläche 26. Die Maschen 28 sind zusätzlich dadurch gekennzeichnet, daß sie Maschenwände 30 besitzen, die im wesentlichen gerade sind und die sich im wesentlichen senkrecht zu den oberen und unteren Flächen 24 und 26 erstrecken.
Die geraden Wände 30 ermöglichen, daß die Breitenlinien 20 so weit wie möglich durch die gesamte Dicke des Siebes 22 verlaufen. In ähnlicher Weise verlaufen die Längslinien 18 (siehe Fig. 3) so weit wie möglich durch die gesamte Dicke des Siebes 22. Somit wird die Gesamtfestigkeit des Siebes 22 maximiert. Wenn außerdem das Sieb 22 in einer Maske ausgebildet wird und in einem Paralleldruck-Prozeß verwendet wird, tritt die Strahlung an den Öffnungen oder Maschen 28 durch die Maske. Diese Strahlung kann durch Materialien hindurchtreten, die weniger als 1 µm dick sind. Folglich verhindern die geraden Wände 30 der Öffnungen, daß die Strahlung auf irgendwelche Abschnitte des Siebes 22 fällt, die weniger als 1 µm dick sind.
Die in Fig. 4 dargestellte resultierende Struktur kann vorteilhaft als Vorlagemaske 32 dienen, die zur Herstellung weiterer Masken verwendet wird, die mit dem Sieb 22 in der vorliegenden Stufe der Herstellung identisch sind. Die vorliegende Erfindung betrachtet jedoch zusätzlich die Verwendung des Siebes 22 in Verbindung mit verschiedenen einzigartigen Mustern, die in eine Maske unter Verwendung der im folgenden beschriebenen Schritte programmiert werden können.
Die Fig. 5 zeigt das Einbringen eines Füllmaterials 34 in die Maschen 28 des Siebes 22. Das spezielle Material, das als Füllmaterial 34 verwendet wird, ist für die Operation der vorliegenden Erfindung nicht kritisch. Jedoch wird das Füllmaterial 34 so gewählt, daß es im Vergleich zu den mechanischen Eigenschaften der kristallinen Siliciumgitterstruktur der Breitenlinien 20 und der Längslinien 18 (siehe Fig. 3) günstige mechanische Eigenschaften aufweist. Außerdem wird das Füllmaterial 34 so gewählt, daß ein späterer Ätzschritt für das Füllmaterial 34 im Vergleich zu den Längslinien 18 (siehe Fig. 3) und den Breitenlinien 20 sehr selektiv ist. Die günstigen mechanischen Eigenschaften bewirken, daß das Füllmaterial 34 wenig oder keinen Einfluß auf die gesamten mechanischen Eigenschaften des Siebes 22 hat. Somit ist das Füllmaterial 34 im wesentlichen weniger starr als das kristalline Siliciumgitter der Längslinien 18 (siehe Fig. 3) und der Breitenlinien 20 und übt im wesentlichen keinen Einfluß auf die internen Spannungen des Siebes 22 aus, wenn es der Strahlung ausgesetzt wird. Die bevorzugte Ausführungsform betrachtet die Verwendung verschiedener organischer Polymere für das Füllmaterial 34. Genauer ist für die Verwendung als Füllmaterial 34 ein Resist-Material besonders vorteilhaft, das belichtet werden kann, indem es einer Elektronenstrahlung ausgesetzt wird, sofern das Resist die obenerwähnten günstigen mechanischen Eigenschaften aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrachtet irgendeine von mehreren unterschiedlichen Techniken zum Einbringen des Füllmaterials 34 in den Maschen 28 des Siebes 22. Das Füllmaterial 34 muß die Maschen 28 nicht vollständig von der oberen Fläche 24 durch die gesamte Dicke des Siebes 22 bis zur unteren Fläche 26 ausfüllen. Wie oben beschrieben, ist das Sieb 22 günstigerweise mehr als 2 µm dick und vorzugsweise 4 bis 8 µm dick. Ferner wird die Ionenstrahlung durch ungefähr 1 µm irgendeines Feststoffmaterials effektiv abgeschirmt. Dementsprechend wird eine ausreichende Menge an Füllmaterial 34 in die Maschen 28 des Siebes 22 eingebracht, so daß eine Dicke des Füllmaterials 34 innerhalb der Maschen 28 von wenigstens 1 µm erreicht wird.
Das Füllmaterial 34 kann unter Verwendung herkömmlicher Schleuderauftragungstechniken aufgeschleudert werden. Wenn ein Füllmaterial mit einer ausreichend geringen Viskosität gewählt wird, bewirkt dann die Kapillar-Wirkung, daß das Füllmaterial 34 in die Maschen 28 gezogen wird. Alternativ kann das Füllmaterial unter Verwendung chemischer Aufdampfungstechniken aufgetragen werden. Unabhängig von der Auftragungstechnik wird das Füllmaterial 34 auf die gesamte Fläche des Siebes 22 aufgetragen. Somit bilden zu diesem Zeitpunkt der Herstellung das Sieb 22 und das Füllmaterial 34 gemeinsam einen Maskenrohling 36, der in großen Mengen hergestellt werden kann, so daß bestimmte einzigartige Muster später in den Maskenrohling 36 programmiert werden können, indem das Füllmaterial 34 von ausgewählten Abschnitten des Maskenrohlings 36 entfernt wird. Diejenigen, die eine Maske für die Verwendung in einer speziellen Anwendung herstellen wollen, müssen nur einen Maskenrohling 36 erwerben, der bis zu der in Fig. 5 gezeigten Herstellungsstufe in großen Mengen hergestellt werden kann. Anschließend kann der Maskenrohling 36 unter Verwendung der relativ unkomplizierten Schritte, die im folgenden beschrieben werden, programmiert werden, so daß er ein bestimmtes einzigartiges Muster enthält.
Die Fig. 6 zeigt das Entfernen des Füllmaterials 34 von ausgewählten Abschnitten des Siebes 22, um eine programmierte Maske 38 auszubilden, die für eine einzigartige Anwendung speziell ausgelegt ist. Wie oben beschrieben, kann ein Resist-Material vorteilhaft als Füllmaterial 34 dienen. Somit kann mit diesem Typ des Füllmaterials 34 die programmierte Maske 38 erzeugt werden, indem der Maskenrohling 36 (siehe Fig. 5) unter Verwendung der Elektronenstrahl-Lithographie mit einem bestimmten Muster belichtet wird. Die Techniken für die Belichtung eines solchen Musters sind Stand der Technik und werden hier nicht weiter beschrieben. Als nächstes wird das Füllmaterial 34 von den ausgewählten Abschnitten des Maskenrohlings 36 entfernt, indem einfach die belichteten Abschnitte des Füllmaterials 34 entwickelt werden. Selbstverständlich beschädigt die Entwicklung eines Resists nicht das Silicium, aus dem das Sieb 22 aufgebaut ist. Nach der Entwicklung der belichteten Abschnitte des Füllmaterials 34 können vorteilhaft einige 100 Å einer Schutzschicht, wie z. B. eines Oxids oder eines Nitrids, auf die gesamte Oberfläche der programmierten Maske 38 aufgetragen werden, um das restliche Resist zu stabilisieren.
Wenn für das Füllmaterial 34 ein Material verwendet wird, das kein Resist ist, kann eine (nicht gezeigte) dünne Metallschicht aufgetragen werden, die die gesamte Oberfläche des Maskenrohlings 36 bedeckt (siehe Fig. 5). Als nächstes kann eine (nicht gezeigte) Resist-Beschichtung aufgetragen werden, die die dünne Metallschicht bedeckt, woraufhin die Resistschicht unter Verwendung der Elektronenstrahl-Lithographie wie oben beschrieben belichtet werden kann. Die belichteten Abschnitte des Resists können entfernt werden, wobei ein Ätzschritt dieses Muster auf das Metall übertragen kann und ein anschließender Ätzschritt, typischerweise ein Sauerstoffplasmaätzschritt, wenn ein organisches Polymer für das Füllmaterial 34 verwendet wird, verwendet wird, um das Füllmaterial 34 von den ausgewählten Abschnitten des Maskenrohlings 36 zu entfernen. Das in diesem Schritt verwendete Ätzmittel ist für das Füllmaterial 34 in bezug auf das Sieb 22 selektiv, so daß das Sieb 22 nicht beschädigt wird.
Eine resultierende programmierte Maske 38 enthält einen lichtundurchlässigen Bereich 40, in dem das Füllmaterial 34 nicht aus den Maschen 28 im Sieb 22 entfernt worden ist. Die programmierte Maske 38 enthält ferner einen durchlässigen Bereich 42, in dem das Füllmaterial 34 aus den Maschen 28, die in den ausgewählten Abschnitten des Siebes 22 angeordnet sind, entfernt worden ist. Selbstverständlich erkennen Fachleute, daß auf der gesamten Fläche der Maske 36 ein kompli- ziertes Muster aus vielen undurchlässigen Bereichen 40 und durchlässigen Bereichen 42 ausgebildet werden kann.
In der programmierten Maske 38 neigt die Zugspannung der Maske 38 dazu, sich gleichmäßig über die gesamte Fläche der Maske 38 zu verteilen. Dies liegt daran, daß das Sieb 22 ohne das Füllmaterial 34 über die gesamte Oberfläche des Siebes 22 ein gleichmäßiges Muster enthält. Die Eigenschaften des Füllmaterials 34 werden so gewählt, daß das Füllmaterial 34 die Spannungen des Siebes 22 im wesentlichen nicht erhöht oder senkt. Folglich hat das Vorhandensein oder das Fehlen des Füllmaterials 34 wenig Einfluß auf die Gesamtspannung und die Verteilung der Spannung innerhalb der programmierten Maske 38. Folglich werden die Abmessungsverzerrungen minimiert, die durch die Herstellung und die Erwärmung verursacht werden.
Fig. 7 zeigt die Verwendung der programmierten Maske 38 in einem Ionenstrahl-Lithographie-Nah-Paralleldruck-Prozeß. Die Struktur 44 in Fig. 7 stellt eine integrierte Schaltung dar. Die Struktur 44 besitzt eine Oberfläche 46, auf die ein gewünschtes Muster gedruckt werden soll. Die programmierte Maske 38 ist von der Oberfläche 46 der Struktur 44 so weit beabstandet, daß eine Beschädigung der Oberfläche 46 oder der Maske 38 im Druckprozeß minimiert wird. Die Maske 38 läßt die darauf auftreffende Strahlung selektiv hindurchtreten. Mit anderen Worten, die durchlässigen Bereiche 42 der Maske 38 erlauben den Durchgang der Strahlung durch die Maske 38, während die undurchlässigen Bereiche 40 der Maske 38 den Durchgang der Strahlung durch die Maske 38 verhindern.
Die Strahlung 48 stellt einen stark parallelgerichteten Ionenstrahl dar, vorzugsweise aus Wasserstoffionen, der über die gesamte Fläche der Maske 38 verteilt wird. In der bevorzugten Ausführungsform trifft die Strahlung 48 aus einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Maske 38 liegt, mit einer Energie von weniger als ungefähr 200 keV auf die Maske 38 auf. Die Strahlung 48 wird von einer Strahlungsquelle 50 erzeugt. Die Strahlungsquelle so ist den Ionenstrahlquellen ähnlich, die in der Ionenstrahlimplantierungstechnik verwendet werden und Fachleuten wohlbekannt sind und hier nicht weiter beschrieben werden. Die Aktivierung der Strahlungsquelle 50 bewirkt, daß die Quelle 50 die Strahlung 48 erzeugt, wobei ausgewählte Abschnitte der Oberfläche 46 dieser Strahlung ausgesetzt werden.
Da die durchlässigen Bereiche 42 der Maske 38 eine Gitterstruktur enthalten, kann diese Gitterstruktur auf die Oberfläche 46 der Struktur 44 übertragen werden, sofern nicht spezielle Schritte unternommen werden, um die Gitterlinien zu entfernen. Die Gitterlinien werden von den Längs- und Breitenlinien 18 und 20 gebildet (siehe Fig. 3), die in der bevorzugten Ausführungsform ungefähr 800 Å breit sind. Folglich besteht das Gittermuster auf der Oberfläche 46, das entfernt werden muß, aus senkrechten Linien mit einer Breite von ungefähr 800 Å. Dieses Gitter kann beseitigt werden, indem die von der Strahlungsquelle 50 erzeugte Strahlung leicht dekollimiert wird. Die leichte Dekollimierung bewirkt, daß ein Teil der Strahlung 48 aus unterschiedlichen Winkeln, die sich vom obenbeschriebenen senkrechten Winkel etwas unterscheiden, auf die Maske 38 auftrifft. Da die Maske 38 von der Oberfläche 46 beabstandet ist, bewirkt diese Verschiedenheit der Winkel, daß die Strahlung, die durch die durchlässigen Bereiche 42 der Maske 38 hindurchtritt, die auf die Oberfläche 46 projizierten Gitterlinien belichtet.
Alternativ können diese Gitterlinien entfernt werden, indem entweder die Maske 38, die Struktur 44 oder die Strahlungsquelle 50 relativ zu den jeweils beiden anderen etwas verschoben werden. Diese leichte Verschiebung kann in einer gut kontrollierten Technik ausgeführt werden, so daß die auf die Oberfläche 46 der Struktur 44 auftreffende Ionenstrahlung wenigstens um ungefähr 400 Å von ihrer Position, in der weder die Maske 38, die Strahlungsquelle 50 noch die Struktur 44 relativ zueinander bewegt werden, verschoben wird. Diese Technik der leichten Verschiebung wird gegenüber der Dekollimierungstechnik bevorzugt, da sie leichter kontrolliert werden kann und nicht die Auflösung verschlechtert, die unter Verwendung einer Maske 38, die gemäß der Technik der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, erreicht werden kann.
Zusammengefaßt schafft die vorliegende Erfindung eine in den Abmessungen stabile, programmierte Maske 38 für die Verwendung in der Ionenstrahl-Lithographie. Die Maske 38 leidet nicht unter den in der Herstellung bewirkten Abmessungsverzerrungen, da in der Epitaxialschicht 12 ein gleichmäßiges Gitter ausgebildet wird und das gleichmäßige Gitter die Spannung gleichmäßig über die gesamte Fläche der Maske 38 abbaut. Außerdem erzeugt die Erwärmung der Maske 38, die während des Paralleldruck-Prozesses auftritt, eine gleichmäßige Spannungsänderung über die gesamte Maske 38. Da die Spannungsänderung gleichmäßig ist, behalten die undurchlässigen Bereiche 40 der Maske 38 ihre Position relativ zu den anderen undurchlässigen Bereichen 40 der Maske 38 bei. Da das Füllmaterial 34 weniger starr ist als das Sieb 22 und nicht beschränkt ist, kann die Erwärmung des Füllmaterials 34 bewirken, daß sich das Füllmaterial 34 vertikal ausdehnt und die Spannung, der die Maske 38 in den undurchlässigen Bereichen 40 der Maske 38 unterliegt, nicht nachteilig beeinflußt. Außerdem ist die Maske 38 im Vergleich zu anderen Masken, die in der Ionenstrahl-Lithographie verwendet werden, einfach herzustellen. Diejenigen, die ein einzigartiges Muster in eine Maske programmieren möchten, können einen Maskenrohling 36 erhalten und herkömmliche Ätztechniken verwenden, um aus dem Maskenrohling 36 die programmierte Maske 38 herzustellen. Außerdem können Fehler in der Maskenherstellung z. B. unter Verwendung herkömmlicher Ionenstrahlabscheidungs- und/oder Ätztechniken repariert werden.
Die vorangegangene Beschreibung beschreibt bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die verändert oder modifiziert werden können, ohne vom beanspruchten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann das Sieb 22 hergestellt werden, indem das Substrat 10 in einer früheren Stufe in der Herstellung des Siebes 22 von der Epitaxialschicht 12 entfernt wird, als oben beschrieben worden ist. Außerdem ergibt sich im wesentlichen dieselbe programmierte Maske 38, unabhängig davon, ob die undurchlässigen Bereiche 40 zur Vorlagenmaske 32 hinzugefügt werden oder die durchlässigen Bereiche 42 vom Maskenrohling 36 entfernt werden, wie oben in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist.

Claims

1. Maske für die Verwendung beim parallelen Drucken von Mustern auf eine integrierten Schaltungsvorrichtung durch wahlweises Durchlassen von aus einer vorgegebenen Richtung darauf auftreffender Strahlung, wobei die Durchlaßbereiche der Maske ein Unterstützungsgitter mit gleichmäßig beabstandeten Öffnungen besitzen, die senkrecht durch das Gitter verlaufen und sich über diese Bereiche erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske enthält:

ein erstes Material, das unter internen Zugbeanspruchungen als ein im allgemeinen ebenes Sieb (22) konfiguriert ist und eine obere und eine untere Fläche (24, 26) sowie mehrere gleichmäßig beabstandete Öffnungen (28) besitzt, die sich zwischen der oberen Fläche und der unteren Fläche erstrecken,

ein zweites Material (34), das weniger starr als das erste Material ist und sich in ausgewählten Öffnungen befindet, wobei das erste Material und das zweite Material den Durchgang der Strahlung durch sie hindurch im wesentlichen blockieren.

2. Maske nach Anspruch 1, bei der die Strahlung eine Ionenstrahlung ist.

3. Maske nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der das erste Material kristallines Silicium enthält.

4. Maske nach Anspruch 3, bei der das erste Material zusätzlich eine Substanz enthält, die substituierend in ein Gitter des kristallinen Siliciums eingebaut ist, um in dem Gitter eine Zugbeanspruchung zu erzeugen.

5. Maske nach Anspruch 4, bei der die Substanz Bor ist.

6. Maske nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der ein Querschnitt jeder der Öffnungen parallel zum ebenen Sieb des ersten Materials angenähert eine quadratische Form besitzt.

7. Maske nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der das zweite Material relativ zum ersten Material unter Verwendung eines vorgegebenen Ätzmittels selektiv geätzt werden kann.

8. Maske nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der das zweite Material für die mechanischen Eigenschaften des Siebs des ersten Materials im wesentlichen keinen Beitrag liefert.

9. Maske nach Anspruch 7, bei der das zweite Material sich in im wesentlichen sämtlichen Öffnungen befindet, so daß ein vorgegebenes Maskenmuster durch Entfernen des zweiten Materials aus einem Teil der Öffnungen an vorgegebenen Stellen der Maske, die dem vorgegebenen Maskenmuster entsprechen, gebildet werden kann.

10. Maske nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Zugbeanspruchung im gesamten Sieb im wesentlichen gleichmäßig ist.

11. Verfahren zum selektiven Bestrahlen vorgegebener Abschnitte einer Fläche einer integrierten Schaltung mit einer Strahlung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:

Anordnen eines Siebs, das aus einem unter einer internen Zugbeanspruchung stehenden ersten Material hergestellt ist, zwischen der Fläche und einer Strahlungsquelle, wobei das Sieb mehrere gleichmäßig beabstandete Öffnungen durch es hindurch besitzt, wobei die Öffnungen Wände besitzen, die im wesentlichen geradlinig und zu der oberen Fläche und zu der unteren Fläche des Siebs senkrecht sind;

Befüllen wenigstens eines Teils der Öffnungen mit einem zweiten Material, das weniger starr als das erste Material ist, so daß die Öffnungen, die nicht mit dem zweiten Material gefüllt sind, den vorgegebenen Abschnitten der Flächen entsprechen, wobei das erste Material und das zweite Material so beschaffen sind, daß sie die Strahlung blockieren; und

Aktivieren der Strahlungsquelle.

12. Verfahren nach Anspruch 11, in dem die Strahlung aus einer vorgegebenen Richtung in bezug auf das Sieb ankommt und das Verfahren zusätzlich den Schritt des Bildens des Siebs in der Weise, daß die Wände der Öffnungen zu der vorgegebenen Richtung im wesentlichen parallel bleiben, enthält.

13. Verfahren nach Anspruch 11, in dem die Strahlungsquelle ein im wesentlichen paralleles Strahlungsbündel erzeugt und das Verfahren zusätzlich den Schritt des Bewegens entweder der Strahlungsquelle oder der Maske oder der Flächen relativ zu den beiden jeweils anderen enthält, so daß die Strahlung auf die unter der Oberfläche liegenden Linien des ersten Materials auftrifft, die zwischen den nicht gefüllten Öffnungen verbleiben.

14. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die Strahlung ein Ionenstrahlenbündel ist.