CH621890A5

CH621890A5 -

Info

Publication number: CH621890A5
Application number: CH1237176A
Authority: CH
Inventors: Robert L Seliger
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Priority date: 1975-10-28
Filing date: 1976-09-30
Publication date: 1981-02-27
Also published as: JPS5255382A; NL7611919A; NL170189C; JPS5428267B2; NL170189B; DE2643811A1; FR2330036B1; GB1554420A; FR2330036A1; DE2643811C2; US4101782A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maske zur Absorption geladener Teilchen, ein Verfahren zur Herstellung dieser Maske sowie auf eine Verwendung der Maske zur Herstellung eines Musters in einer Photolackschicht.

In der Technik der Photolithographie, die seit mehreren Jahren bei der Herstellung von integrierten Halbleiter-Bauelementen und -Schaltungen angewendet wird, wurde Ultraviolettstrahlung zum Belichten und Entwickeln einer Vielzahl bekannter und handelsüblicher Photolacke benutzt. Infolge der Streuung, die das ultraviolette Licht bei den üblichen photolithographischen Maskenverfahren erleidet, ist mit den bekannten Verfahren eine bessere Auflösung als etwa 1 |i.m nicht erzielbar.

Um die bei der Verwendung von Ultraviolettstrahlung bestehende Beschränkung der bekannten photolithographischen Verfahren zu vermeiden, wurden zwei andere Verfahren entwickelt. Das eine Verfahren ist als «Röntgen-Lithographie» bekannt und beispielsweise in einem Aufsatz von Henry I. Smith: «Fabrication Techniques For Surface Acoustic Wave and Thin Film Optical Devices» in Proc. IEEE, Bd. 62 Nr. 10, Oktober 1974, Seiten 1361-1387 beschrieben. Das zweite Verfahren, das ebenfalls eine alternative Lösung zur UV-Photolithographie bei der Maskenherstellung bildet, ist als «Elektro-nen-Projektionslithographie» bekannt. Ein Verfahren dieser Art ist beispielsweise in der US-PS 3 672 987 beschrieben.

Die beiden genannten Verfahren weisen zwar als Verfahren zur Maskenherstellung gewisse Vorteile gegenüber der UV-Photolithographie auf und können in manchen Fällen die auf Streuung zurückzuführenden Beschränkungen und das Auflösungsvermögen des UV-Verfahrens überwinden.

Sowohl die Röntgen-Lithographie als auch die Elektronen-Projektionslithographie sind jedoch sehr zeitraubend und daher nicht dazu geeignet, bei der Massenfabrikation eingesetzt zu werden. Beispielsweise ist die Zeit, die zur Belichtung von Mustern in einem positiven Photolack benötigt wird, für diese Zwecke viel zu lang und kann zum Erzielen einer vollständigen Belichtung mehrere Stunden betragen. Weiterhin treten häufig störende Nahwirkungen ein, wenn Photolackschichten mit dicht benachbarten Elektronenstrahlen belichtet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maske zur Absorption geladener Teilchen, die sich zur Belichtung einer Photolackschicht mit geladenen Teilchen eignet, sowie ein einfaches Verfahren zur Herstellung der Maske zu schaffen.

Erfindungsgemäss weist die Maske die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale auf. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung dieser Maske weist die im Patentanspruch 3 angeführten Merkmale auf. Vorzugsweise besteht hierbei die Metallschicht aus Gold.

Bei der erfindungsgemässen Verwendung zur Herstellung eines Musters in einer Photolackschicht wird diese durch die teilchendurchlässigen Stellen der Maske hindurch, also durch diejenigen Bereiche der Oxidschicht der Membran hindurch, die nicht von der teilchenabsorbierenden Metallschicht bedeckt sind, mit geladenen Teilchen bestrahlt, um eine Belichtung der Photolackschicht zu bewirken.

Mit der erfindungsgemässen Maske und der erfindungsgemässen Verwendung ist eine hohe Auflösung erzielbar, die weder durch Beugungserscheinungen noch durch Nahwirkungen begrenzt ist, ohne dass lange Belichtungszeiten erforderlich wären.

Ausführungsbeispiele der Erfindungsgegenstände werden nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 bis 5 einen Querschnitt durch einen Aluminiumträger allein oder mit einer oder mehreren aufgebrachten Schichten während aufeinanderfolgender Schritte des Verfahrens zur Herstellung der ionenabsorbierenden Maske und

Fig. 6 und 7 die Verwendung der gemäss den Fig. 1 bis 5 hergestellten Maske bei der Herstellung eines Musters in einer Photolackschicht.

Wie aus den Fig. 1 bis 5 ersichtlich, wird als Ausgangsmaterial ein aus Aluminium bestehendes Substrat 10 verwendet, das eine typische Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm aufweist. Das Aluminium-Substrat 10 wird zunächst nach in der Metallverarbeitung bekannten Verfahren gereinigt und poliert. Das Substrat 10 wird danach einem nicht dargestellten elektrolytischen Bad zugeführt, das als Elektrolyt beispielsweise zweibasisches Ammoniumeitrat enthält und durch das während einer vorbestimmten Zeit ein Strom geleitet wird, damit auf der gesamten Oberfläche des Aluminium-Substrats eine dünne Schicht auf Aluminiumoxid A1203 gebildet wird.

Das anodisch oxidierte Substrat 10, das in Fig. 2 dargestellt ist, wird dann in eine übliche Vorrichtung zum Aufbringen einer Goldmaske gebracht. Hier wird unter Anwendung üblicher Maskierungs- und Aufdampfverfahren eine Goldmaske 14 auf der oberen Fläche der Oxidschicht 12 aufgebracht. Die Goldmaske 14 weist eine Anzahl vorbestimmter Öffnungen 16 auf, die dazu geeignet sind, Ionen hoher Energie passieren zu lassen. Die mit der Maske versehene Struktur nach Fig. 3 wird dann in eine Ionenstrahlkammer gebracht, in der ein Strahl 18 aus Ionen geringer Energie, wie beispielsweise Argonionen, dazu benutzt wird, durch Zerstäuben einen Teil der Aluminiumoxidschicht von der Rückseite des Aluminium-Substrats 10 im Bereich 20 zu entfernen, wie es Fig. 4 zeigt. Bei diesem Verfahrensschritt wird auf die Rückseite der Aluminiumoxidschicht 12 eine nicht dargestellte Ionenstrahl-Bearbeitungs-maske aufgelegt, die eine Öffnung aufweist, welche genau der gewünschten Öffnung 22 in der Aluminiumoxidschicht 12 entspricht. Die von der Bearbeitungsmasse durchgelassenen Ionen treffen auf die Aluminiumoxidschicht 12 auf und erzeugen dort die Öffnung 22. Eine für diese Ionenstrahl-Bearbeitung geeignete Vorrichtung ist beispielsweise in der US-PS 3 659 510 beschrieben.

Die in Fig. 4 dargestellte Struktur wird dann einer normalen Ätzstation zugeführt, in der die Struktur einem chemischen Ätzmittel ausgesetzt wird, wie beispielsweise Salzsäure. Die

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Salzsäure greift vornehmlich das Aluminium-Substrat 10 an,

das in der Öffnung 22 der Aluminiumoxidschicht 12 freiliegt.

Nach einer gewissen Zeit hat die Salzsäure das Aluminium des Substrats 10, das sich unterhalb der Goldmaske befindet, vollständig entfernt, wie es Fig. 5 zeigt. Es bleibt so eine dünne 5 Membran 25 aus Aluminiumoxid zurück, deren Dicke in der Grössenordnung von 0,2 um liegt. Diese Aluminiumoxid-Membran 25 trägt in gespanntem Zustand die Goldmaske 14 und ermöglicht es Ionen, die Öffnungen 26 in der Goldmaske 14 zu durchdringen, wenn die Maske einem Ionenstrahl 28 ausgesetzt io wird, wie es Fig. 6 zeigt.

Das in den Fig. 6 und 7 veranschaulichte Verfahren ist das Verfahren zur Herstellung eines Musters in einer Photolackschicht, das darin besteht, Protonen aus einer Protonenquelle 30, die sich in einem geeigneten Beschleunigungsfeld befindet, 15 durch die freiliegenden Abschnitte 32 der aus Aluminiumoxid bestehenden Membran 25 in eine Photolackschicht 34 zu projizieren. Die Photolackschicht 34 wurde zuvor auf einem geeigneten Substrat 36 aufgebracht und kann beispielsweise aus einem handelsüblichen Polymethylmethacrylat-Lack (PMMA) 20 bestehen. In der Anordnung nach Fig. 6 wird ein positiver Photolack 34 benutzt, so dass die Abschnitte 38 der Photolackschicht 34, die mit dem Protonenstrahl 28 beschossen werden, von den Protonen belichtet und anschliessend von der Oberfläche des Substrats mittels eine handelsüblichen Entwicklers 25 entfernt werden können, beispielsweise mit einer Mischung aus

60% Isopropylalkohol und 40% Methylisobutylketon.

Bei einer typischen Anwendung des Verfahrens zur Erzeugung eines Musters hoher Auflösung, nämlich von 0,5 (j,m breiten Linien in einem PMMA-Lack, können die folgenden Parameter verwendet werden. Es kann ein Protonenstrahl von 120 keV dazu benutzt werden, eine PMMA-Schicht von 0,35 um Dicke auf einem Scheibchen zu bestrahlen. Es wird dabei eine Dosis von etwa 1013 Ionen/cm2 in etwa 10 s benutzt. Der Protonen-Strahlstrom sollte etwa 2 |iA und der Strahldurchmesser etwa 1 cm betragen. Dieser Protonenstrahl 28 sollte nach einem Raster über die ionenabsorbierende Maske hinwegggeführt werden und den PMMA-Lack mit einer Rate von etwa 1 cm2/s belichten. Die ionenabsorbierende Maske nach Fig. 5 sollte aus einer 0,2 |xm dicken Membran 25 aus Aluminiumoxid bestehen, die eine Goldschicht 14 von 0,25 |im Dicke trägt. Die Goldschicht 14 ist mit Öffnungen 26 versehen, die auf diese Weise in der Photolackschicht 34 abgebildet werden. Der Abstand D (Fig. 6) der Maske von der Lackschicht 34 sollte etwa 25 Jim betragen.

Es können auch andere leichte Ionen, insbesondere Heliumionen, anstelle von Protonen bei der Bildung ausgewählter Muster im Photolack verwendet werden. Weiterhin kann die beschriebene Absorptionsmaske bei anderen Bestrahlungsverfahren mit beschleunigten Teilchen verwendet werden, wie beispielsweise bei der Dotierung durch Ionenimplantation.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Maske zur Absorption geladener Teilchen, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine dünne gespannte Membran (25) aus Aluminiumoxid aufweist, welche auf ihrer einen Seite mit einer gemäss einem Muster ausgebildeten Metallschicht (26) bedeckt ist, derart, dass die geladenen Teilchen durch das Metallschicht-Muster (26) absorbiert werden und durch das von der Metallschicht (26) nicht bedeckte Aluminiumoxid der Membran (25) hindurchtreten können.
2. Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (26) aus Gold besteht.
3. Verfahren zur Herstellung der Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eines aus Aluminium bestehenden Substrats (10) anodisch oxidiert wird, dass auf einer Fläche der gebildeten Oxidschicht (12) eine Metallmaske (14) abgeschieden wird und dass dann ein Teil des Substrats (10), der sich unterhalb der die Metallmaske (14) tragenden Oxidschicht(12) befindet, entfernt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallmaske (14) aus Gold abgeschieden wird.
5. Verwendung der Maske nach Anspruch 1 zur Herstellung eines Musters in einer Photolackschicht, wobei die Photolackschicht durch die teilchendurchlässigen Stellen der Maske hindurch mit geladenen Teilchen bestrahlt wird, um eine Belichtung der Photolackschicht zu bewirken.