DD154405A1

DD154405A1 - EXPOSURE MASK FOR THE DUENSCHICHTTECHNIK

Info

Publication number: DD154405A1
Application number: DD80225254A
Authority: DD
Inventors: Helmut Bollinger; Bernd Buecken; Ruediger Wilberg
Original assignee: Helmut Bollinger; Bernd Buecken; Ruediger Wilberg
Priority date: 1980-11-17
Filing date: 1980-11-17
Publication date: 1982-03-17
Also published as: JPS57122440A; JPS57116344A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Belichtungsmaske fuer die Duennschichttechnik, insbesondere fuer die Strukturierung von Halbleiterbauelementen. Ziel der Erfindung ist die Herstellung von Halbleiterstrukturen mit hoher Strukturgenauigkeit und Bauelementedichte sowie geringem Aufwand. Erfindungsgemaess wird vorgeschlagen, die die Struktur bestimmende Schicht einer Belichtungsmaske fuer die Duennschichttechnik aus amorphen Kohlenstoff herzustellen. Die Herstellung der amorphen Kohlenstoffschicht erfolgt dabei nach bereits vorgeschlagenen Verfahren der ionengestuetzten Vakuumbeschichtung. Der Vorteil der erfinderischen Loesung besteht darin, dass die Kohlenstoffschicht ein guenstiges Transmissions- und Sperrverhalten fuer sichtbares Licht bzw. UV-Licht aufweist. Des weiteren ist die Struktur ausserordentlich abriebfest und es werden Linienbreiten bis 1 Mikrometer realisiert.The invention relates to an exposure mask for the Duennschichttechnik, in particular for the structuring of semiconductor devices. The aim of the invention is the production of semiconductor structures with high structural accuracy and component density and low cost. According to the invention, it is proposed to produce the structure-determining layer of an exposure mask for the thin-layer technique from amorphous carbon. The production of the amorphous carbon layer is carried out according to already proposed methods of ion-supported vacuum coating. The advantage of the inventive solution is that the carbon layer has a favorable transmission and blocking behavior for visible light or UV light. Furthermore, the structure is extremely resistant to abrasion and line widths up to 1 micrometer are realized.

Description

Belichtungsmaske für die DünnschichttechnikExposure mask for thin-film technology

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Belichtungsmaske für die Dünn-Bchichttechnik, insbesondere für die Strukturierung von Halbleiterbauelementen. Diese Maske besitzt eine Struktur, die in positiver oder negativer Ausbildung auf das Halbleiterbauelement übertragen werden soll. Dazu ist das Halbleiterbauelement mit einem fotoempfindlichen Lack beschichtet, der durch UV-Strahlen mittels der Belichtungsmaske des Erfindungsgegenstandes strukturell belichtet wird und später durch Entwicklungs- und Ätzschritte zu einer selbständigen Struktur weiterbearbeitet wird.The invention relates to an exposure mask for the thin-film technique, in particular for the structuring of semiconductor devices. This mask has a structure that is to be transmitted in positive or negative training on the semiconductor device. For this purpose, the semiconductor component is coated with a photosensitive lacquer which is exposed structurally by UV radiation by means of the exposure mask of the subject invention and is further processed by development and etching steps to form an independent structure.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Nach dem Stand der Technik ist die Hauptmaskenart für Linienbreiten gröber 5 дт die Fotomaske, d. h. Glasscheibe mit Fotoschicht und belichtet wie ein Fotofilm· Für feinere Strukturen unter 5 pm Linienbreite sind nach dem Stand der Technik mehrere Maskenarten bekannt. Die verbreitetste Belichtungsmaske nach der üblichen Fotomaske für Halbleiterbauelemente ist derzeit die Chrommaske oder "Chromschablone". Diese Maske besitzt einen hochebenen Substratträger, z. B. aus Borosilikatglas, und eine darauf aufgebrachte Struktur aus einer Chromschicht. Die Chromschicht wurde dabei flächig mittels Vakuum-Bedampfungs-According to the state of the art, the main mask type for line widths is coarser than the photomask, ie glass plate with photo layer and exposed like a photo film. For finer structures under 5 pm line width, several mask types are known in the prior art. The most common exposure mask after the conventional photomask for semiconductor devices is currently the chrome mask or "chrome mask". This mask has a high level substrate carrier, z. B. borosilicate glass, and a structure applied thereon of a chromium layer. The chromium layer was surface-coated by means of vacuum vapor deposition.

technik oder der chemischen Dampfphasenabscheidung aufgebracht und nachfolgend durch verschiedene Verfahren strukturiert· Chrommasken werden durch Ätzen nach Beschichtung mit Fotolack und Strukturierung durch Belichtung über Negativ oder durch Strukturierung mit Ladungsträgerstrahlen hergestellt·or by chemical vapor deposition and subsequently structured by various methods · chrome masks are produced by etching after coating with photoresist and structuring by exposure via negative or by structuring with charged-particle beams.

Die Chrommasken gestatten die Herstellung von Linienbreiten auf dem Halbleiterbauelement bis zu 1 um· Die mechanische Festigkeit, insbesondere die Abriebfestigkeit, ist relativ gut, ein Verschleiß tritt dennoch insbesondere bei der Verwendung im Maskensatz auf und führt zur Unbrauchbarkeit· Nachteilig ist bei der Chrommaske die Lichtundurchlässigkeit der Chromschicht für das sichtbare Licht· In der Praxis besitzt die Chromschicht bei 550 nm Lichtwellenlänge etwa eine Transparenz von 2 %· Dieser geringe Lichtwert erschwert beim Einsatz im Maskensatz das Justieren der Masken untereinander bzw· das genaue Anpassen der Maskenetruktur an die Halbleiterstrukturen bei integrierten Schaltkreisen mit mehreren Strukturierungsarbeitsgängen, die durch andere technologische Schritte unterbrochen sind·The chromium masks allow the production of line widths on the semiconductor device up to 1 micron · The mechanical strength, in particular the abrasion resistance, is relatively good, but wear occurs especially when used in the mask set and leads to uselessness · A disadvantage of the chrome mask is the opacity In practice, the chromium layer has a transparency of about 2 % at 550 nm light wavelength. When used in the mask set, this low light value makes it difficult to align the masks with each other or to precisely adapt the mask structure to the semiconductor structures in integrated circuits with several structuring operations interrupted by other technological steps ·

Bei feinen Strukturen mit Linienbreiten unter 5 pm tritt bei den Chrommasken ein weiterer Nachteil auf· Aufgrund der guten Reflexion von Licht an der Chromschicht kommt es zur Reflexion und Mehrfachreflexion des Belichtungslichtes im Randbereich der Maskenstruktur zwischen Chromschicht und Halbleitersubstrat, wodurch die Kanten unscharf werden, was bei geringen Linienbreiten um 1 um die Herstellung eines technisch einwandfreien Leiterzuges verhindert·In fine patterns with line widths less than 5 pm in the chromium masks, a further drawback occurs · Due to the good reflection of light on the chromium layer, it comes to the reflection and multiple reflection of the exposure light in the edge region of the mask pattern between the chromium layer and the semiconductor substrate, whereby the edges are blurred, which with small line widths of 1 to prevent the production of a technically faultless conductor

Eine weitere Art der Belichtungsmaske ist die Eisenoxidmaske. Bei dieser Maske wird die bei 550 nm Lichtwellenlänge weitgehende Lichtundurchlässigkeit der Chrommaske umgangen· Die Eisenoxidmaske besitzt hier ein gutes Transmissions- und Sperrverh'alten· Das heißt, die Eisenoxidschicht weist für sichtbares Licht eine gute Transparenz auf· UV-Licht, als allgemein verwendetes Belichtungslicht, wird dagegen gut gesperrt· Dieses Verhalten gestattet eineAnother type of exposure mask is the iron oxide mask. In this mask, the opacity of the chromium mask is largely bypassed at 550 nm wavelength of light. Here, the iron oxide mask has a good transmission and blocking behavior. That is, the iron oxide layer has good transparency to visible light, namely UV light, as commonly used exposure light , however, is well locked · This behavior allows one

gute Positioniermöglichkeit der einzelnen Masken untereinander oder zu Strukturen auf der Siliziumscheibe· Nachteilig ist Jedoch bei der Eisenoxidmaske die geringe mechanische Stabilität der Schicht und eine Vergrößerung der Linienbreiten gegenüber der Chrommaske um den Paktor 2-5 durch die zur Sicherung des ausreichenden Sperrverhaltens erforderliche Schichtdicke, die die der Chromschicht um das 3 - 5fache übersteigt. Die Strukturierung der Eisenoxidmaske erfolgt ebenso wie bei der Chrommaske durch Ätzen nach Fotolackbeschichtung und Strukturierung über ein Negativ·However, a disadvantage of the iron oxide mask is the low mechanical stability of the layer and an enlargement of the line widths with respect to the chromium mask around the factor 2-5 by the layer thickness required to secure the sufficient blocking behavior which exceeds the chromium layer 3 to 5 times. The structuring of the iron oxide mask takes place just as in the chrome mask by etching after photoresist coating and structuring via a negative.

Eine weitere Maskenart wird durch die Anwendung von Siliziumverbindungen realisiert. Diese hat ein schlechteres Transmissions-Sperrverhalten und die Herstellung einer fehlerfreien Struktur ist nur mit unvertretbarem technischen Aufwand möglich.Another type of mask is realized by the use of silicon compounds. This has a worse transmission blocking behavior and the production of a faultless structure is possible only with unreasonable technical effort.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung hat das Ziel, Strukturen der Dünnschichttechnik, insbesondere auf Halbleitermaterialien und -bauelementen, mit hoher Strukturgenauigkeit und Bauelementedichte sowie geringem Aufwand herzustellen.The invention has the goal to produce structures of thin-film technology, in particular on semiconductor materials and components, with high structural accuracy and component density and low cost.

Darlegung des V/esens der ErfindungStatement of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Belichtungsmaske für die Dünnschichttechnik, insbesondere für die Strukturierung von Halbleiterbauelementen, zu entwickeln, die eine geringe Schichtdicke aufweist, eine hohe mechanische Festigkeit besitzt und ein gutes Positionieren der Einzelmasken gestattet.The invention has for its object to develop an exposure mask for thin-film technology, in particular for the structuring of semiconductor devices, which has a small layer thickness, has a high mechanical strength and allows a good positioning of the individual masks.

Zur Lösung der Aufgabe wurde gefunden, daß eine transparente amorphe Kohlenstoffschicht ein günstiges Transmissions- und Sperrverhalten aufweist. Erfindungsgemäß wirdTo achieve the object has been found that a transparent amorphous carbon layer has a favorable transmission and blocking behavior. According to the invention

vorgeschlagen, die die Struktur bestimmende Schicht einer Belichtungsmaske für die Dünnschichttechnik aus amorphen Kohlenstoff herzustellen. Die Herstellung der amorphen Kohlenstoffschicht erfolgt dabei nach bereits vorgesehlagenen Verfahren der ionengestützten Vakuumbeschichtung. Die Strukturierung erfolgt in gleicher Weise wie bei den bekannten Chrommasken.proposed to produce the structure-determining layer of an exposure mask for the thin-film technique of amorphous carbon. The preparation of the amorphous carbon layer is carried out according to already vorgesehlagenen method of ion-assisted vacuum coating. The structuring takes place in the same way as in the known chrome masks.

Erfindungsgemäß beträgt die Schichtdicke des amorphen Kohlenstoffs 50 bis 500 nm, vorzugsweise 150 bis 200 mn. Diese Schicht ist ausreichend gleichmäßig, das heißt, es treten keine Fehlstellen auf und das Transmissions- und Sperrverhalten besitzt günstige Werte. Für sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 550 bis 650 nm, weist die Schicht eine gute Transparenz von etwa 85 % auf. Damit ist eine ausgezeichnete Positionierung der Maske zum Substrat bzw. zwischen den Masken möglich. Für ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von etwa 50 bis 400 nm, z. B. das Licht einer Hg-Ag-Lampe mit 436 nm Hauptwellenlänge, ist diese Schicht dagegen nicht transparent, das heißt, die Kohlenstoffschicht ist für das in der Regel zur Beschichtung des Fotolacks verwendete UV-Licht undurchlässig.According to the invention, the layer thickness of the amorphous carbon is 50 to 500 nm, preferably 150 to 200 nm. This layer is sufficiently uniform, that is, there are no defects and the transmission and blocking behavior has favorable values. For visible light with a wavelength of 550 to 650 nm, the layer has a good transparency of about 85 % . This makes an excellent positioning of the mask to the substrate or between the masks possible. For ultraviolet light having a wavelength of about 50 to 400 nm, z. On the other hand, this layer is not transparent, that is, the carbon layer is opaque to the UV light typically used to coat the photoresist.

Als besonderer Vorteil der erfinderischen Lösung ist die mechanische Festigkeit der amorphen Kohlenstoffschicht zu beachten, die weit über den bisher zur Maskenherstellung verwendeten Materialien liegt. Die Abriebfestigkeit und damit die Lebensdauer einer Belichtungsmaske mit einer amorphen Kohlenstoffschicht ist gegenüber einer Chrommaske etwa um den Faktor 3 höher. Außerdem ermöglicht das Verschmutzung abweisende Verhalten der Kohlenstoffschicht einen wesentlich vereinfachten Reinigungszyklus, der die Wiederverwendung der neuartigen Maske weiterhin erhöht. Die Strukturgenauigkeit, insbesondere die Strukturdichte mit Linienbreiten um 1 um wird gegenüber der Chrommaske weiter erhöht. Das ergibt* sich aus dem schlechten Reflexionsverhalten von amorphen Kohlenstoff. Das heißt, die negativen Reflexionsbelichtungen bei Chrommasken werden weitgehend unterdrückt.A particular advantage of the inventive solution is the mechanical strength of the amorphous carbon layer to consider, which is far beyond the materials previously used for mask production. The abrasion resistance and thus the life of an exposure mask with an amorphous carbon layer is about a factor of 3 higher compared to a chromium mask. In addition, the contamination-repellent behavior of the carbon layer allows a much simplified cleaning cycle, which further increases the reuse of the novel mask. The structural accuracy, in particular the structure density with line widths of 1 μm, is further increased compared to the chrome mask. This results * from the poor reflection behavior of amorphous carbon. That is, the negative reflection exposures in chrome masks are largely suppressed.

Die Art der Struktur, ob negativ oder positiv, ist völlig beliebig und hängt ausschließlich von den verwendeten Fotolacktypen, positiv oder negativ, ab.The type of structure, whether negative or positive, is completely arbitrary and depends exclusively on the type of photoresist used, positive or negative.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachfolgend an'einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below an'einem embodiment.

Auf einem hochebenen Substratträger aus Borosilikatglas mit einer Planität von 1 χ 10 ist eine transparente Maske aus amorphen Kohlenstoff abgeschieden. Dies geschieht über eine ionengestützte Vakuumtechnologie. Die Schichtdicke beträgt etwa 150 nm. Die Transparenz beträgt dabei für sichtbares Licht etwa 85 %* Die Struktur der Schicht wurde mit bekannten Ladungsträger-Technologien in die Schicht eingeätzt. Diese Maske wird mit der Strukturschicht direkt auf dem mit Fotolack versehenen Substrat positioniert, Zur Belichtung des Substrates wird dieses über die Maske dem Licht einer Quecksilberdampf- oder Jod-Quarz-Lampe ausgesetzt. Aufgrund des Transmissions-Sperr-Verhaltens der Kohlenstoffstrukturschicht gelangt an den freien Strukturstellen die UV-Strahlung, die die Lampen aussenden, ungehindert auf den Fotolack, mit dem das Halbleiterbauelement beschichtet ist, während die mit Kohlenstoff bedeckten Flächen die UV-Strahlung absorbiert und dadurch der Fotolack nicht belichtet wird.On a high-level substrate carrier made of borosilicate glass with a planarity of 1 × 10, a transparent mask made of amorphous carbon is deposited. This is done via an ion-based vacuum technology. The layer thickness is approximately 150 nm. The transparency amounts to approximately 85 % for visible light. The structure of the layer was etched into the layer using known charge carrier technologies. This mask is positioned with the structure layer directly on the substrate provided with photoresist, To expose the substrate this is exposed via the mask to the light of a mercury vapor or iodine-quartz lamp. Due to the transmission barrier behavior of the carbon structure layer, at the free structure sites, the UV radiation emitted by the lamps passes unhindered onto the photoresist with which the semiconductor device is coated, while the carbon-covered surfaces absorb the UV radiation and thereby the UV radiation Photoresist is not exposed.

Die weitere Behandlung des Substrates liegt außerhalb der Erfindung.The further treatment of the substrate is outside the invention.

Die Masken selbst können solange wiederverwendet werden, wie die zwangsläufig' eintretenden mechanischen Belastungen der Struktur, insbesondere durch Abrieb, keine Fehler ver-Ursachen.The masks themselves can be reused as long as the inevitably occurring mechanical stresses on the structure, in particular due to abrasion, do not cause any errors.

Dabei ist es unerheblich, ob die Maske einzeln mit dem Substrat positioniert wird* oder jeweils mehrere Masken als Maskensatz mit dem Substrat positioniert werden.It is irrelevant whether the mask is positioned individually with the substrate * or in each case several masks are positioned as a mask set with the substrate.

Claims

claim

1. Exposure mask for the thin-film technique, in particular for the structuring of semiconductor devices, wherein the mask structure is mounted on a glass substrate carrier and the exposure is effected by means of UV radiation, characterized in that the mask structure of an amorphous carbon layer having a thickness of 50 to 5oo nm , preferably 150 to 200 nm is constructed ·

2. Exposure mask according to item 1, characterized in that the masks are positioned with respect to each other and to the substrate using visible light.