WO2001016653A1 - Reinigung von stencilmasken mit hilfe einer durch maskenöffnungen hindurchtretenden gasströmung - Google Patents

Reinigung von stencilmasken mit hilfe einer durch maskenöffnungen hindurchtretenden gasströmung Download PDF

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Albrecht Ehrmann
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    • G03F1/20—Masks or mask blanks for imaging by charged particle beam [CPB] radiation, e.g. by electron beam; Preparation thereof
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    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
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    • G03F1/82—Auxiliary processes, e.g. cleaning or inspecting

Definitions

  • the invention relates to a method for cleaning with a lithographic mask contaminated with microparticles, which has a membrane with structure-forming membrane openings, for the production of preferably semiconductor structures.
  • Stencil masks essentially consist of a few ⁇ m thick semiconductor membrane, which is produced by a bulk etching on the back and is interspersed with numerous openings. In the area of these membrane openings, the mask is permeable to impinging ions; the openings thus form the semiconductor structure to be imaged.
  • Stencil masks with the structurally formed membrane openings are more difficult to clean compared to masks with smooth surfaces or flat recesses on their surface. It is precisely inside the membrane openings, where microparticles are the most difficult to reach or where they are easily deposited during normal cleaning processes, where the particles are most harmful because the ions to be projected are hidden or scattered there.
  • the method should also be inexpensive to perform and, if possible, be able to be carried out in the context of an existing method step without great expenditure on equipment.
  • a flow of a fluid through the membrane is brought about in such a way that a supply of fluid under a uniform pressure is provided on one side of the membrane and the entire surface of the membrane is thereby exposed to the fluid , so that the fluid passes through the structure-forming membrane openings and emerges on the other side of the membrane and thereby removes the microparticles at least from the structure-forming membrane openings.
  • the fluid is enclosed on one side of the membrane, but can escape through the structural openings in the membrane and entrain microparticles located in or near the membrane openings.
  • the fluid is discharged on the other side of the membrane, while a corresponding amount of the fluid is supplied to the reservoir on the first side of the membrane.
  • the method according to the invention can easily be combined with existing method steps by the choice of the absolute pressures, in particular the method can be carried out in a vacuum lock by using the difference between atmospheric pressure and a smaller pressure or vacuum to clean the membrane.
  • a preferred embodiment provides that the flow of the fluid is generated by pumping the fluid on at least one side of the membrane. It can be fed continuously to the supply or, as in the case of the evacuation chamber, can be removed on the other side of the membrane
  • An alternative embodiment provides that the membrane is introduced between two partial spaces and that a constant pressure of the fluid is set in each partial space.
  • valve which, depending on the strength of the flow of the fluid, can be opened in a metered manner through the membrane openings ⁇ m thick membrane is protected.
  • a further development serves to protect the membrane, according to which the valve is opened when a differential pressure critical for the stability of the membrane is exceeded.
  • Further embodiments in particular directed towards an evacuation chamber, provide that the pressure on one side of the membrane is atmospheric pressure and the fluid on the other side is evacuated.
  • the valve can be opened after cleaning
  • the fluid is a gas, in particular air, nitrogen or a rare gas.
  • the fluid is chemically active with respect to the microparticles. By choosing the fluid so that it reacts chemically with the microparticles or loosens or loosens their binding to the membrane, the cleaning effect of the flow can be supported by chemical cleaning
  • the membrane consists predominantly of silicon, that the membrane in the region of the structure-opening membrane openings is 0.1 to 10 ⁇ m thick and the structure-forming membrane openings are 0.1 to 10 ⁇ m wide, and the mask is a stencil mask for the Ion projection lithography is
  • Figure 1 shows a membrane mask contaminated with microparticles
  • Figure 2 is a two-part cleaning chamber for performing the inventive method
  • the lithographic mask shown in FIG. 1 and produced from a semiconductor substrate has a membrane 2 obtained by backing the substrate, which is typically 3 ⁇ m thick and is therefore surrounded by a stabilizing substrate edge, for example 675 ⁇ m thick.
  • the membrane has a large number of openings 3, which together form the structure to be imaged.
  • ions pass through the openings 3, provided they are not hidden by microparticles 4 located there. Since the membrane does not let the ions pass between its openings, there are impurities present there or microparticles 5 without effects on the structure shown. In contrast, microparticles located in or above the membrane openings must be removed in any case.
  • the cleaning chamber shown can already be obtained by inserting a partition into a conventional evacuation chamber into which stencil masks are inserted shortly before exposure to ions.
  • the stencil mask is cleaned in the two-part evacuation chamber during evacuation.
  • a pump P can also feed air or a chemically active gas over a longer period of time.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Reinigen einer mit Mikropartikeln verunreinigten lithographischen Maske, die eine Membran mit strukturbildenden Membranöffnungen aufweist, für die Fertigung von vorzugsweise Halbleiterstrkturen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine Strömung eines Fluids durch die Membran hindurch in der Weise hervorgerufen wird, daß auf einer Seite der Membran ein unter einem einheitlichen Druck stehender Vorrat eines Fluids bereitgestellt wird und dabei die Membran ganzflächig dem Fluid ausgesetzt wird, so daß das Fluid durch die strukturbildenden Membranöffnungen hindurchtritt und auf der anderen Seite der Membran aus dieser austritt und dabei die Mikropartikel zumindest aus den strukturbildenden Membranöffnungen entfernt. Durch dieses Verfahren wird eine für Stencilmasken äußerst effiziente Reinigungsmethode bereitgestellt.

Description

Reinigung von Stencilmasken mit Hilfe einer durch Maskenöff- nungen hindurchtretenden Gasströmung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen mit einer mit Mikropartikeln verunreinigten lithographischen Maske, die eine Membran mit strukturbildenden Membranöffnungen aufweist, für die Fertigung von vorzugsweise Halbleiterstrukturen.
Im Zuge der fortschreitenden Miniaturisierung von Halbleiter- Schaltungen wird an Stelle optischer 'Belichtungsverfahren zu-1 nehmend die Ionenprojektionslithographie angewandt, bei der Elektronen oder ionisierte Atome durch sogenannte Stencilmasken hindurch auf eine ionenempfindliche Schicht projiziert werden. Stencilmasken bestehen im wesentlichen aus einer durch eine rückseitige Bulk-Ätzung erzeugten, wenige μ dik- ken Halbleitermembran, die mit zahlreichen Öffnungen durchsetzt ist. Im Bereich dieser Membranöffnungen ist die Maske für auftreffende Ionen durchlässig; die Öffnungen bilden somit die abzubildende Halbleiterstruktur .
Stencilmasken mit den strukturbilden Membranöffnungen sind im Vergleich zu Masken mit glatten Oberflächen oder allenfalls flachen Ausnehmungen an ihrer Oberfläche schwieriger zu reinigen. Gerade innerhalb der Membranöffnungen, wo Mikroparti- kel am schwierigsten zu erreichen sind oder sich während üblicher Reinigungsverfahren leicht ablagern, ist die Wirkung der Partikel am schädlichsten, weil dort die zu projizieren- den Ionen ausgeblendet oder gestreut werden.
Neben herkömmlichen Reinigungstechniken wie mechanischem Mischen bzw. Bürsten, Ätzen oder der Anwendung von Ultraschall werden neuerdings auch Laserstrahlen zum Entfernen von Mikropartikeln von Stencilmasken eingesetzt. Diese Technik ist jedoch aufwendig und erfordert ebenso wie die zuvor genannten Reinigungsmethoden einen eigenen Verfahrensschritt, der Zeit- und Kostenaufwand in der Halbleiterfertigung erhöht. Vor al-
» lern jedoch ist die Reinigungswirkung auf der Oberfläche der Membran meist am größten, nicht aber innerhalb der Membranöffnungen, wo Mikropartikel zu allererst zu Abbildungs- fehlem führen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Reinigen lithographischer Masken bereitzustellen, das Verunreinigungen wie beispielsweise Mikropartikel bevor- zugt aus den strukturbildenden Membranöffnungen entfernt und - daher die Membran besonders wirkungsvoll reinigt. Das Verfahren soll ferner kostengünstig durchzuführen sein und möglichst im Rahmen eines bestehenden Verfahrensschrittes ohne großen apparativen Aufwand durchführbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Strömung eines Fluids durch die Membran hindurch in der Weise hervorgerufen wird, daß auf einer Seite der Membran ein unter einem einheitlichen Druck stehender Vorrat eines Fluids be- reitgestellt wird und dabei die Membran ganzflächig dem Fluid ausgesetzt wird, so daß das Fluid durch die strukturbildenden Membranöffnungen hindurchtritt und auf der anderen Seite der Membran aus dieser austritt und dabei die Mikropartikel zumindest aus den strukturbildenden Membranöffnungen entfernt. Erfindungsgemäß wird das Fluid auf einer Seite der Membran eingeschlossen, kann aber durch die Strukturöffnungen in der Membran entweichen und dabei in den Membranöffnungen oder in deren Nähe befindliche Mikropartikel mitreißen. Auf der anderen Seite der Membran wird das Fluid abgeführt, während eine entsprechende Menge des Fluids dem Vorrat auf der ersten Seite der Membran zugeführt wird. Durch den von selbst einsetzenden Konzentrationsausgleich von Gasen (bzw. den instanta- nen Druckausgleich von Flüssigkeiten) wird eine gleichmäßige und kontrollierte Strömung des Fluids durch die Öffnungen der Membran erzeugt, die die Partikel sehr effizient aus den strukturbildenden Offnungen beseitigt. Die Starke der Strömung des Fluids durch die Membran wird durch die Differenz zwischen den Drücken auf beiden Seiten der Membran gesteuert. Durch die Wahl der Absolutdrücke läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren leicht mit bestehenden Verfahrensschritten kombinieren, insbesondere kann das Verfahren m einer Vakuum- schleuse durchgeführt werden, indem die Differenz zwischen Atmospharendruck und einem kleineren Druck oder Vakuum zum Reinigen der Membran genutzt wird.
Eine bevorzugte Ausfuhrungsform sieht vor, daß die Strömung des Fluiαε dadurch erzeugt wird, daß das Fluid auf zumindest einer Seite αer Membran gepumpt wird Es kann dem Vorrat kontinuierlich zugeführt oder, wie im Falle der Evakuierungskam- mer, auf der anderen Seite der Membran abgeführt wird
Eine alternative Ausfuhrungsform sieht vor, daß die Membran zwischen zwei Teilraume eingebracht wird und m jedem Teil- raum ein konstanter Druck des Fluids eingestellt wird.
Weiterbildungen sehen vor, daß zwischen den Teilraumen außer dem Membran auch noch em Ventil vorgesehen wird, das j e nach Stärke der Strömung des Fluids durch die Membranöffnungen dosiert geöffnet werden kann Dadurch läßt sich die Starke der Strömung bei hohem Druckunterschied verringern, wodurch die typischerweise nur wenige μm dicke Membran geschont wird. Dem Schutz der Membran dient auch eine Weiterbildung, der zufolge das Ventil bei Überschreiten eines für die Stabilität der Membran kritischen Differenzdrucks geöffnet wird. Weitere insbesondere auf eine Evakuierungskammer gerichtete Ausfuh- rungsform sehen vor, daß der Druck auf einer Seite der Membran Atmosjpharendruck ist und das Fluid auf der anderen Seite evakuiert wird Zum schnellen Evakuieren beidseitig der Membran kann nach deren Reinigung das Ventil geöffnet werden Bevorzugte Ausfuhrungsarten sehen vor, daß das Fluid ein Gas, insbesondere Luft, Stickstoff oder ein Edelgas ist Eine alternative, besonders bevorzugte Ausfuhrungsform sieht vor, daß das Fluid in bezug auf die Mikropartikel chemisch aktiv ist. Indem das Fluid so gewählt wird, daß es mit den Mikropartikeln chemisch reagiert oder ihre Bindung an die Membran lost oder lockert, kann die Reinigungswirkung der Strömung durch eine chemische Reinigung unterstutzt werden
Weitere Aus uhrungsarten sehen vor, daß die Membran überwiegend aus Silizium besteht, daß die Membran im Bereich der strukturbiiαenden Membranoffnungen 0,1 bis 10 μm dick und die strukturbildenden Membranoffnungen 0,1 bis 10 μm breit sind, und αaß die Maske eine Stencilmaske für die Ionenprojektions- lithographie ist
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 und 2 erläutert .
Figur 1 zeigt eine mit Mikropartikeln verunreinigte Membranmaske und
Figur 2 eine aus zwei Teilraumen bestehende Reinigungskammer zur Durchfuhrung des erf dungsgemaßen Verfahrens
Die m Figur 1 abgebildete, aus einem Halbleitersubstrat hergestellte lithographische Maske weist eine durch rückseitige Substratatzung gewonnene Membran 2 auf, die typischerweise 3 μm dick ist und daher von einem stabilisierenden Substratrand von beispielsweise 675 μm Dicke umgeben ist Die Membran be- sitzt eine Vielzahl von Offnungen 3, die insgesamt die abzubildende Struktur bilden. Bei der Ionenprojektionslithograhie treten Ionen durch die Offnungen 3 hindurch, sofern sie nicht durch dort befindliche Mikropartikel 4 ausgeblendet werden. Da die Ionen von der Membran zwischen ihren Offnungen nicht durchgelassen werden, sind dort vorhandene Verunreinigungen bzw. Mikropartikel 5 ohne Auswirkungen auf die abgebildete Struktur. Demgegenüber müssen in oder über den Membranöffnungen befindlichen Mikropartikel auf jeden Fall entfernt werden.
Dies geschieht in der in Figur 2 dargestellten Reinigungskammer in der Weise, daß die Stencilmaske 1 zwischen zwei Teilräumen Rl und R2 in eine Trennwand 7 eingebracht wird. Unterschiedliche Drücke Pl und P2 in beiden Teilräumen führen zu einer durch einen Pfeil angedeuteten Strömung des Fluids durch die Maskenöffnungen hindurch, die dort vorhandene Mikropartikel in den Teilraum R2 mitführt. Die Stärke der Strömung kann durch die Einstellung der Drücke Pl und P2 und ferner durch die Öffnung oder teilweise Öffnung eines Ventils 6 in der Trennwand 7 gesteuert werden. Aufgrund des geringen Querschnitts der Membranöffnungen ist dort die Strömungsgeschwindigkeit und damit die Reinigungskraft am stärksten.
Die abgebildete Reinigungskammer erhält man bereits durch Einführen einer Trennwand in eine herkömmliche Evakuierungs - kammer, in die Stencilmasken kurz vor der Belichtung mit Ionen eingebracht werden. Die Stencilmaske wird in der zweigeteilten Evakuierungskammer während des Evakuierens gereinigt. Bei Bedarf kann auch eine Pumpe P über längere Zeit Luft oder auch ein chemisch aktives Gas nachführen.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird also eine kostengünstige, zeitsparende und dennoch sehr effiziente Reinigung von Stencilmasken ermöglicht. Weitere Ausfuhrungsarten neben den bereits beschriebenen ergeben sich bei Anwendung der
Kenntnisse und Fähigkeiten des Fachmanns.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Reinigen einer mit Mikropartikeln (4) verunreinigten lithographischen Maske (1) , die eine Membran (2) mit strukturbildenden Membranöffnungen (3) aufweist, für die Fertigung von vorzugsweise Halbleiterstrukturen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Strömung eines Fluids durch die Membran hindurch in der Weise hervorgerufen wird, daß auf einer Seite der Membran ein unter einem einheitlicher! Druck stehender Vorrat eines Fluids bereitgestellt wird und dabei die Membran ganzflächig dem Fluid ausgesetzt wird, so daß das Fluid durch die strukturbildenden Membranöffnungen hindurchtritt und auf der anderen Seite der Membran aus die- ser austritt und dabei die Mikropartikel (4) zumindest aus den strukturbildenden Membranöffnungen (3) entfernt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzei chnet , daß die Strömung des Fluids dadurch erzeugt wird, daß das Fluid auf zumindest einer Seite der Membran gepumpt wird.
3. Verfahren nach nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Membran zwischen zwei Teilräume (Rl, R2 ) eingebracht wird und in jedem Teilraum ein konstanter Druck (Pi ,P2) des Fluids eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Teilräumen ferner ein Ventil (6) vorgesehen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil je nach Stärke der Strömung des Fluids durch die Membranöffnungen dosiert geöffnet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil bei Überschreiten eines für die Stabilität der Membran kritischen Differenzdrucks (Px - P2) geöffnet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß Pi Atmosphärendruck ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Teilraum R2 evakuiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil nach dem Reinigen geöffnet wird und beide Teilräume evakuiert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Fluid ein Gas ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß ein Gas Luft oder Stickstoff ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennze i chnet , daß das Gas ein Edelgas ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennze i chne t , daß das Fluid in bezug auf die Mikropartikel chemisch aktiv ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran überwiegend aus Silizium besteht.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennze i chnet , daß die Membran im Bereich der strukturbildenden Membranöffnungen 0,1 - 10 μm dick ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturbildenden Membranöffnungen 0,1 - 10 μm breit sind.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske eine Stencilmaske für die Ionenprojektionslithographie ist.
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