DE3624566C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Maske für Röntgenstrahl-Litho­ graphie, mit einem ringförmigen Träger, der mindestens an seiner Vorderfläche aus Silizium besteht, und einer an dessen Vorderfläche gehaltenen Membran aus für Röntgenstrahlung durch­ lässigem Material, die ein strahlungsabsorbierendes Muster trägt, wobei die Vorderfläche des Trägers einen an dessen innere Umfangsfläche angrenzenden inneren Bereich und einen gegenüber diesem zurückgesetzten äußeren Bereich aufweist.

Bei der Röntgenstrahl-Lithographie wird üblicherweise eine Röntgenstrahl-Quelle verwendet, die Röntgenstrahlen von einem Punkt oder einer kleinen Fläche einer Anode aussendet, auf die ein Elektronenstrahl auftrifft. Dies bedeutet, daß die weichen Röntgenstrahlen, die von der kleinen Fläche der Anode ausgehen und durch die Maske hindurch auch einen großen Flächenbereich der photolack­ beschichteten Oberfläche des Halbleiterscheibchens auf­ treffen sollen, in einem Winkel zur Flächennormalen ver­ laufen und dadurch Halbschatten bzw. verwischte Kontu­ ren und geometrische Verzerrungen verursachen können. Dies wird näher beschrieben von Stephen E. Bernacki et. al. in IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL.ED-22, No. 7, July 1975, S. 421 bis 428. Um dieser nachteili­ gen Erscheinung entgegenzuwirken, wird der Abstand, d.h. der Spalt zwischen der Maske und der photolack­ beschichteten Halbleiteroberfläche so klein wie mög­ lich gehalten, und zwar durch Verwendung eines Zweifach­ fokus-Mikroskops. Es ist jedoch bisher nicht möglich, diesen Abstand auf 20 Mikrometer oder darunter zu ver­ kleinern, da sonst die Gefahr besteht, daß der Umfangs­ bereich der Maske mit dem Photolack in Berührung kommt. Deshalb ergeben sich Schwierigkeiten bei der präzisen Ausrichtung der Maske, wobei diese Ausrichtung sowohl vertikal zum Einstellen des Abstandes, als auch horizon­ tal zum Ausrichten eines Markierungsmusters auf der Maske auf ein Markierungsmuster auf dem Halbleiterscheib­ chen erfolgen muß.

Aus DE-OS 34 35 177 ist eine Maske für Röntgenstrahl-Litho­ graphie bekannt, die eine ringförmige Basisplatte aufweist, auf der ein Makenmaterialhaltefilm so aufgeklebt ist, daß durch den Kleber bedingte Unebenheiten des Maskenmaterial­ haltfilms verringert werden sollen. Bei einer solchen Maske erstreckt sich der Maskenmaterialhaltefilm über die gesam­ te Basisplatte und ist nur an deren ringförmigen Umfangs­ bereich aufgeklebt. Da der Maskenmaterialhaltefilm nicht nur über die Öffnung der Basisplatte gespannt ist, sondern auch auf großen Bereichen derselben nur lose aufliegt und lediglich am Rand der Basisplatte durch eine Verkle­ bung fixiert ist, besteht die Gefahr, daß durch Verar­ beitungsfehler beim Verklebungsvorgang und durch Be­ schädigungen am Rand der Basisplatte am Maskenmaterial­ haltefilm Unebenheiten auftreten können, die einer opti­ male Reduzierung des Abstandes zwischen Maske und Halb­ leiteroberfläche entgegenwirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgen­ strahlmaske für die Lithographie mit weichen Röntgen­ strahlen zu schaffen, die sehr nahe an einem mit röntgen­ strahl-photolackbeschichteten Halbleiterscheibchen ange­ ordnet werden kann und mit der ein sehr genaues Belich­ tungsmuster auf dem Lackfilm erzeugt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Breite der Rückfläche und des äußeren Bereichs der Vorderfläche von jeweils 7-30 mm die Breite des inneren Bereichs der Vorderfläche 50 µm-2 mm und sein Höhenunterschied H zum äußeren Bereich 20-500 µm beträgt, und daß die Membran sich nicht über den äußeren Bereich erstreckt und auf dem inneren Bereich ohne Zwi­ schenfügung einer Klebeschicht durch direktes Aufbringen auf das Siliziummaterial gebildet wird.

Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Maske für Röntgenstrahl-Lithographie wird die Gefahr einer Konturenunschärfe durch Halbschattenbildung und einer geometrischen Verzerrung des in der Fotolack­ schicht gebildeten Musters wesentlich verringert. Zudem gewährleistet das direkte Aufbringen der Mem­ bran auf den inneren Bereich des Trägers eine deut­ liche Verbesserung bei der Erzielung einer möglichst ebenen Ausrichtung der Membran sowie eine Verringe­ rung des diesbezüglich auftretenden Verarbeitungsfeh­ ler.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Maske für Rönt­ genstrahl-Lithographie gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung für Röntgenstrahl-Lithographie mit einer Maske gemäß Fig. 1 und einem in der Vorrichtung angeordneten Halbleiter­ scheibchen;

Fig. 3A und 3A′ Draufsichten auf zwei Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Maske;

Fig. 3B einen Schnitt nach der Linie B-B′ in Fig. 3A oder Fig. 3A′;

Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung für Röntgenstrahl-Lithographie mit der in Fig. 3 dargestellten Maske und einem in der Vorrichtung angeordneten Halbleiterscheibchen;

Fig. 5A bis 5G Querschnitte zur Veranschaulichung der Verfahrensschritte für die Herstellung der Maske nach Fig. 3.

Gemäß Fig. 1 umfaßt die Röntgenstrahlmaske 100 einen Träger 10, eine von diesem gehaltene Membran 11 und ein auf der Membran angeordnetes Röntgenstrahl-Absorptions­ muster 12. Der ring- oder rahmenförmige Träger 10 umfaßt einen Körper 15 aus Silizium, eine Siliziumoxidschicht 16 und eine Siliziumnitridschicht 17 und hat eine flache Frontfläche 13 und Rückfläche 14, die sich von der Innen­ seite 18 zur Außenseite 19 erstrecken. Im dargestellten Fall ist die flache Frontfläche 13 die Oberfläche des Siliziumkörpers 15, und die flache Rückfläche 14 ist die Oberfläche der Siliziumnitridschicht 17. Die Silizium­ nitridschicht 17 und die Siliziumoxidschicht 16 können zum Schluß auch entfernt werden. In diesem Fall ist die flache Rückfläche des Trägers die Oberfläche des Silizium­ körpers. Die für Röntgenstrahlen durchlässige Membran 11 besteht aus Siliziumnitrid, Siliziumoxid oder einem Verbundfilm aus Siliziumnitrid und Siliziumoxid und ist an der gesamten flachen Frontfläche 13 des Trägers 10 befestigt. Das Absorptionsmuster 12 zum Absorbieren der Röntgenstrahlen ist z.B. aus Gold hergestellt und auf der Membran 11 aufgebracht. Die Röntgenstrahlmaske 100 wird in einer Vorrichtung 200 für Röntgenstrahl-Lithographie eingebaut, wie in Fig. 2 dargestellt. Hierbei wird der Träger 10 der Maske mit seiner flachen Rückfläche 14 an einer Halterung 21 der Vorrichtung befestigt mittels Unterdruck, der in in der Halterung 21 vorgesehenen Vakuumkanälen 22 erzeugt wird, d.h. der Träger 10 wird mit seiner flachen Rückfläche 14 durch Vakuumkraft an der Halterung 21 gehalten. In diesem Fall ist eine Breite (W ₁) der flachen Rückfläche 14 von mindestens 7 mm erforderlich, um eine zuverlässige Anlage zu er­ halten. Dies bedeutet, daß die Breite (W ₂) (vgl. Fig. 1) der flachen Frontfläche 13 zwangsläufig mindestens 7 mm oder mehr beträgt. Gemäß Fig. 2 wird ein Halbleiter­ substrat, d.h. ein Halbleiterscheibchen 22 (wafer), das mit einem Röntgenstrahl-Photolackfilm 23 beschichtet ist, auf einer entsprechenden Halterung 24 der Vorrich­ tung 22 installiert. Danach wird der Abstand, d.h. der Spalt L zwischen der Maske 100 und der photolackbe­ schichteten Oberfläche des Halbleiterscheibchens 22 mittels eines Doppelfokus-Mikroskops 25 beobachtet und durch Vertikalbewegung des Waferhalters 24 auf einen vorgegebenen Wert eingestellt. Nach der Einstellung des Abstandes wird das Mikroskop 25 von seinem in Fig. 2 dargestellten Platz entfernt, und es wird die Muster­ bildung mittels Röntgenstrahlen durchgeführt einschließ­ lich der dabei erforderlichen horizontalen Einstellungen durch Bewegung des Waferhalters 24. Da die flache Front­ fläche 13 des Trägers 10 zwangsläufig eine große Breite (W ₂) haben muß, wie erwähnt, kommt es zu Unebenheiten im äußeren Bereich 26 der flachen Front­ fläche 14 und in dem entsprechenden Oberflächenbereich der daran befestigten Membran, und zwar durch den Bimetalleffekt zwischen der Membran und dem Silizium­ träger und durch Staubteilchen, die sich in diesem äußeren Oberflächenbereich ansetzen. Aufgrund dieser Unebenheiten konnte der Abstand L bisher nur auf 40 µm oder mehr eingestellt werden, wodurch sich zwangsläufig eine mangelnde Konturenschärfe durch Halbschattenbildung sowie geometrische Verzerrungen ergeben.

Bei der in Fig. 3A, 3A′ und 3B sowie Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind entsprechende Teile wie in Fig. 1 und 2 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Gemäß Fig. 3A kann ein Siliziumscheibchen als Rohmaterial für den Siliziumkörper 35 des Trägers 40 verwendet werden. Der Außenumriß des Siliziumkörpers 35 kann aber auch rechteckig sein, wie in Fig. 3A′ dargestellt. In beiden Fällen wird funktionsmäßig die gleiche Maske erhalten, wie in Fig. 3B und Fig. 4 dargestellt. Die Maske 300 ge­ mäß der Ausführungsform umfaßt den Träger 40, der in Draufsicht entsprechend Fig. 3A und 3A′ ringförmig bzw. rahmenförmig ist, so daß man eine Mittelöffnung 45 erhält, sowie ferner die röntgenstrahldurchlässige Membran 31 und das darauf angebrachte Absorptions­ muster 12 zum Absorbieren der Röntgenstrahlen. Der Träger 40 hat eine Frontfläche 34 und eine Rückfläche 14.

Die Frontfläche 34 umfaßt einen inneren Bereich 34, der in Draufsicht ring- oder rahmenförmig ist, und einen ebenfalls ring- oder rahmenförmigen äußeren Bereich 33. Die flache Rückfläche 14 liegt der Frontfläche 34 gegen­ über. Der Außenbereich 33 der Frontfläche 34 liegt tiefer als der Innenbereich 32, an dem die Membran 31 anhaftet. Mit anderen Worten, der Außenbereich 33 ist gegenüber dem Innenbereich 32 vertieft oder zurückgestuft. Der Höhenunterschied H zwischen dem inneren und äußeren Bereich beträgt vorzugsweise 20 µm oder mehr, um die Vorteile der Erfindung zu erhalten, und sollte nicht mehr als 500 µm betragen, um den Träger nicht zu sehr zu schwächen. Die Breite W ₃ des Innenbereiches 32 der Frontfläche 34 sollte vorzugsweise 50 µm oder mehr betragen, um eine ausreichend zuverlässige Haftverbin­ dung zwischen diesem Bereich und der Membran zu erhal­ ten, und sie sollte vorzugsweise nicht mehr als 2 mm betragen, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu verwirklichen. Die Breite W ₁ der flachen Rückseite 14 beträgt normalerweise 7 mm oder mehr, damit beim Ein­ setzen in die beschriebene Vorrichtung eine ausreichen­ de Vakuum-Haltekraft erzielt wird, und andererseits sollte bei der praktischen Ausführung diese Breite nicht mehr als 30 mm betragen. Die Außenseite 19 des Trägers verläuft im wesentlichen rechtwinklig und die Innenseite 18 geneigt gegenüber der Hauptebene des Trägers. Unter praktischen Gesichtspunkten liegt die Breite W ₄ des Außenbereichs 33 der Frontfläche 34 vorzugsweise im Bereich von 7 mm bis 30 mm. Wenn gemäß Fig. 4 die Maske 300 in die Vorrichtung 200 eingesetzt wird, wie anhand von Fig. 2 beschrieben wurde, kann der Abstand oder Spalt L′ auf 20 µm oder weniger, z.B. 15 µm, eingestellt werden, ohne daß sich eine unerwünschte Berührung zwischen der Maske und dem Halbleiterscheibchen ergibt, wie beim Stand der Technik, da der Außenbereich 33 der Front­ fläche 34 der Maske 300 zurückgesetzt ist. Deshalb wird die Gefahr einer Konturenunschärfe durch Halbschatten­ bildung und einer geometrischen Verzerrung des in der Photolackschicht gebildeten Musters wesentlich verringert. Wenn z.B. der Abstand auf 15 µm eingestellt wird, wird die Halbschatten-Unschärfe auf ein Drittel des Wertes reduziert, der bisher bei einem Abstand von mindestens 40 µm auftrat.

Ein Verfahren zur Herstellung der Maske gemäß Fig. 3 wird im folgenden anhand der Fig. 5A bis 5G erläutert, in denen entsprechende Teile wie in Fig. 3 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Auf einem monokristallinen Siliziumsubstrat 50, mit z.B. einem etwa 1 mm dicken Siliziumscheibchen, das in der (100) Kristallebene orientiert ist, werden zunächst auf beiden Hauptflächen jeweils ein Siliziumoxidfilm von etwa 0,1 bis 0,3 mm Dicke ausgebildet. Dann wird der Siliziumoxidfilm auf der einen Hauptfläche durch Ätzen entfernt, so daß nur auf der anderen Hauptfläche ein Siliziumoxidfilm 51 ge­ mäß Fig. 5A verbleibt. Dann wird auf dem Siliziumoxid­ film 51 nach dem CVD-Verfahren ein Siliziumnitridfilm 52 (Si₃N₄) von 0,1 bis 0,2 mm Dicke abgeschieden. Dann wird auf der freiliegenden anderen Oberfläche des Silizium­ substrats 50 ein Siliziumnitridfilm 53 (SiN_x) von einigen 100 nm bis einigen µm Dicke nach dem Plasma-CVD-Verfahren abgeschieden (Fig. 5B). Dabei werden die Parameter des Plasma-CVD-Verfahrens so eingestellt, daß die innere Spannung in dem Siliziumnitridfilm 52 etwa 10 N/mm² bis 100 N/mm² beträgt. Danach werden gemäß Fig. 5C Photolackmuster 54, 55 auf beiden Seiten nach der üblichen Photobelichtungsmethode ausgebildet. Dann werden unter Verwendung der Photolackmuster 54 als Maske der Silizium­ nitridfilm 52 und der Siliziumoxidfilm 51 bereichsweise weggeätzt, so daß ein Siliziumnitridfilmmuster 16 und ein Silziumoxidfilmmuster 17 entsteht. Ferner wird unter Verwendung des Photolackmusters 55 als Maske der Siliziumnitridfilm 53 bereichsweise weggeätzt, um die Membran 51 zu bilden (Fig. 5D). Danach werden gemäß Fig. 5E die freiliegenden Bereiche an beiden Ober­ flächen des Substrats 50 in einer Tiefe von z.B. 20 µm bis 100 µm durch anti-isotropes Ätzen weggeätzt. Hier­ zu kann eine erhitzte Kalium-Hydroxyd-Lösung oder Hydrazide verwendet werden. Dann wird auf dem Membran 31 ein Röntgenstrahl-Absorptionsmuster 12 aus Gold oder Wolfram gebildet (Fig. 5F). Danach wird gemäß Fig. 5G unter Verwendung der Filme 16, 17 als Maske eine bis zur Membran 31 reichende Öffnung 45 in dem Siliziumsub­ strat durch ein anti-isotropes Ätzverfahren ausgebildet, um den Siliziumkörper 35 in der endgültigen Trägerform zu erhalten. Hierbei werden das Röntgenstrahl-Absorp­ tionsmuster 12, die Membran 31 und der freiliegende Außenbereich 33 der Frontfläche durch ein Maskenmaterial (nicht dargestellt) geschützt. Als Membran kann auch ein Bornitridfilm oder ein Siliziumkarbidfilm ebenso wie ein Siliziumnitridfilm oder Siliziumoxidfilm verwen­ det werden.

Claims (3)

1. Maske für Röntgenstrahl-Lithographie, mit einem ring­ förmigen Träger (40), der mindestens an seiner Vorder­ fläche (34) aus Silizium besteht, und einer an dessen Vorderfläche gehaltenen Membran (31) aus für Röntgen­ strahlung durchlässigem Material, die ein strahlungs­ absorbierendes Muster (12) trägt, wobei die Vorderflä­ che (34) des Trägers (40) einen an dessen innere Um­ fangsfläche (18) angrenzenden inneren Bereich (32) und einen gegenüber diesem zurückgesetzten äußeren Bereich (33) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer Breite der Rückfläche (14) und des äußeren Bereichs (33) der Vorderfläche (34) von jeweils 7 bis 30 mm die Breite des inneren Bereichs (32) der Vorderfläche 50 µm bis 2 mm und sein Höhenunterschied (H) zum äußeren Bereich 20 bis 500 µm beträgt, und
daß die Membran (31) sich nicht über den äußeren Bereich (33) erstreckt und auf dem inneren Bereich (32) ohne Zwischen­ fügung einer Klebeschicht durch direktes Aufbringen auf das Siliziummaterial gebildet wird.

2. Maske nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Träger (40) einen Körper (35) aus monokristallinem Silizium und einen an dessen Rückseite an­ gebrachten isolierenden Film (16, 17) aufweist.

3. Maske nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Träger (40) aus monokristalli­ nem Silizium besteht.