DE1522525A1

DE1522525A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von fotolithographischen Strukturen,insbesondere auf Halbleiterkristalloberflaechen

Info

Publication number: DE1522525A1
Application number: DE19651522525
Authority: DE
Inventors: Touchy Dipl-Phys Dr Wolfgang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-12-06
Filing date: 1965-12-06
Publication date: 1969-09-11
Also published as: CH465243A; DE1522525B2; GB1159570A; DE1522525C3; SE348683B; AT263088B; FR1508408A; NL6615154A; US3518083A

Description

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■ Darf nicht geändert werden I

SIBCBNS AKTIBtoBSlLISOHAPU) 1522525 München 2,

Wittelsbaoherplatz

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Verfahren und Vorrichtung zur HerStellung von fotolithographiachen Strukturen» insbesondere auf Halbleiterkristalloberflachen _____

Zur Herstellung von für Hochfrequenz-Transistoren und integrierte Schaltungen erforderlichen Mesa- und Planaratrukturen werden die Elektroden mit sehr kleinen Geometrien und in extrem geringen Abständen auf der Halbleiterkristalloberflache durch lokale Ätz-, Aufdampf-, Legierungs- und Diffuaionsproseese erzeugt. Dabei ist es erforderlich, die Halbleiter-

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kristalloberflache an bestimmten Bereichen, die dem jeweiligen Fertigungsprozeß nicht unterliegen, durch'entsprechende Masken oder Schablonen abzudecken. Solche Masken werden mit Hilfe der bekannten Fotolacktechnik hergestellt, wobei die relativ dünne, etwa 0,5 - T /um starke fotoempfindliche Schicht auf die Halbleiterkristalloberfläche aufgebracht und entsprechend der gewünschten Geometrie belichtet wird. Durch die Entwicklung wird dann die Halbleiterkriotalloberfläche an den für die Fertigungsprozesse erforderlichen Stellen von der Fotolackschicht befreit.

Ba die für die Planarstrukturen erforderlichen Geometrien in der Größenordnung von nur wenigen /um liegen, muß auf der gewünschten Struktur, beispielsweise einer Emitterstruktur mit kleiner als 10 /um Streifenbreite, ein Urbild in einem bequem zu handhabenden Maßstab angefertigt werden, welches dann in sehr verkleinerter Form auf die auf der Halbleiterkristalloberfläche befindliche Fotolackschicht projiziert wird. .

Da bei der Herstellung von.Planar-.oder Mesastrukturen enthaltenden Halbleiterbauelementen gleichzeitig eine Vielzahl von Bauelnent-Systenen auf einer einzigen Halbleiterkristallscheibe erzeugt werden, ist es wünschenswert, zugleich mit der Verkleinerung des zu übertragenden Urbildes auch eine Vervielfältigung der gewünschten Abbildung zu erhalten.

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer fotolithographischen, insbesondere an der Oberfläche eines scheibenförmigen Halbleiterkristalls aufgebrachten Struktur, bei dem eine, auf die .fotolithographisch zu behandelnde Oberfläche aufgebrachte lichtempfindliche Schicht nach einein der au erzeugenden Geometrie entsprechenden Urbild belichtet und anschließend entwickelt wird, so daß ein dem Urbild entsprechendes, vorzugsweise verkleinertes Abbild auf der fotoempfindlichen Schicht entsteht. Das auf der Erfindung beruhende Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Urbild mittels einer Vorrichtung abgetastet und die damit verbundene Bahn der Abtastvorrichtung auf dem Urbild zur Erzeugung einer Bewegung einer Belichtungsmarke eine der Abtastvorrichtung geometrisch ähnliche, insbesondere verkleinerte Bahn auf der lichtempfindlichen Schicht beschreibt.

In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, die Abtastvorrichtung längs der Umrißlinien des Urbildes zu führen. Dies kann mittels eines Zielfernrohres durchgeführt werden. Für eine gleichmäßige Abtastgeschwindigkeit sorgt ein von Hand gelenkter Motorwagen. Es können aber auch vollautomatische Abtastvorrichtungen, wie· beispielsweise Fotozellen, Multiplier, Lochkarten oder Programmsteuerungen verwendet werden.

Bei einer auf dem Erfindungsgedanken beruhenden Ausführungsform wird mindestens eine von einer Umrißlinie umschlossenen

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Fläche des Urbildes derart dicht von der Abtastvorrichtung überstrichen, daß auf der lichtempfindlichen Schicht ein in· sich belichtetes Gebiet entsteht.

Es ist besonders vorteilhaft, die Bewegung der Abtastvorrichtung mit der Bewegung mindestens zweier, insbesondere beliebig vieler Beliehtungsmarken derart au koppeln, daß siqh die auf der zu belichtenden Schicht zu beschreibenden, einander kongruenten, beim vollständigen Abtasten deo Urbildes entstehenden Bahnen nicht schneiden, Dabei wird die Bewegung der Belichtungsmarken elektronisch mit der Bewegung der Ab-^ tastvorrichtung gekoppelt· Es kann aber auch eine solche An-Ordnung gewählt -werden, bei der die Bewegung der Belichtungsmarken mit der Bewegung der Abtastvorrichtung über einen Gelenkmechanismus, beispielsweise über einen Pantographen, gekoppelt ist.

Pie Verwendung sowohl einer punktföraigen Abtastvorrichtung •als auch punktförmigen Belichtungsmarke hat sich wegen der Schärfe der abgebildeten Struktur als sehr zweckmäßig erwiesen,

Zur besseren Ausleuehtung einer abgebildeten Blendenöffnung wird zur Erzeugung der Belichtungsmarken das aus einer mono-chromatischen Strahlungsquelle, entstehende Ment verwendet und da3 auf diesQ Weise entstehende Bild auf die lichtempfindliche

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Schicht projiziert. Dabei wird die zu verwendende lichtquelle in ihrer. Wellenlänge so gewählt, daß sie für die lichtempfindliche Schicht am günstigsten ist, evtl. kann auch · Laserlicht verwendet werden. '

Bs liegt im Rahmen der Erfindung, zur Erzeugung der Bewegung der Belichtungsmarke mindestens die abzubildende Blendenöffnung mit der Bewegung der Abtastvorrichtung so zu koppeln, daß die infolge einer Bewegung der Abtastvorrichtung auf dem Urbild entstehende Bewegung der Blendenöffnung eine der Bewegung der Abtastvorrichtung entsprechende Bewegung des Bildes der Blendenöffnung auf der lichtempfindlichen Schicht ohne Verminderung der Schärfe des Bildes bewirkt.

Pur die Durchführung dos erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung benutzt, die dadurch·gekennzeichnet ist, daß zwischen einer Abtastvorrichtung und einer Belichtungsmarke aus monochromatischem Licht zur Erzeugung einer der Bahn der Abtastvorrichtung geometrisch ähnlichen, verzugsweise verkleinerten Bahn der Belichtungsmarke eine Kopplung vorhanden ist. Bei einer besonders günstigen Ausführungsform ist die Kopplung mechanischer Art und besteht aus einem pantographischen Gclenkmechanismus.

Bei einer auf dem Erfindungsgedanken beruhenden Anordnung der Vorrichtung wird ein mit einem optischen Abbildungssystem gekoppeltes monochromatisches Licht lieferndes Beieuehtü'ngs-' '-■''< ''■'■>■"■' system verwendet.' Zwischen Beleuchtungssystem und Abbildungs-

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system ist senkrecht zur Hauptachse des Strahlenganges eine bewegbare Lochblende angeordnet, die auf einem mit der Abtastvorrichtung gekoppelten Kreuztisch befestigt ist.

Durch das folgende Ausführungsbeispiel soll das erfindungsgemäße Verfahren, sowie die der Erfindung augrunde liegende Vorrichtung näher erläutert werden. » ^ .

Auf einer als Urbild dienenden und auf einem Durchleuchtungskasten 16 angeordneten einfachen Bleistiftzeichnung 15 ₅ beispielsweioe im Maßstab 500 ; 1 größer als die gewünschte Abbildung auf der fotoempfindlichen Schicht 9 werden die Linien mittels einer punktförraigen Abtastvorrichtung A und einem Zielfernrohr bestehend aus einem $elezentrischen Linsensystem 17, einem Fadenkreuz 18 mit Kreis von der maßstäblichen Größe einer einzelnen Belichtungsmarke und einem Okular 19 nachgefahren. Für gleichmäßige Abtastgeschwindigkeit sorgt der von Hand gelenkte Motorwagen 14· An dieser Stelle können auch vollautomatische Abtastvorrichtungen, wie beispielsweise Fotozellen, Multiplier, Lochkarten oder Programmsteuerungen verwendet v/erden.

Die Abtastbewegung wird mittels eines pantοgraphischen Gelenkmechanismus'13 mechanisch einstellbar untersetzt, auf einen Präzisionskreuzticch 6 übertragen, der eine Platte 5 mit Löchern führt, die zweckmäßig im Step- und Repeatverfahren hergestellt sind, aber auch gestanzt werden können. Die Abtast-

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■bewegung kann auch durch elektrische Steuerung auf den Präaisions t is eh 6 übertragen werden. Me Löcher in der Platte 5 auf den Kreuztisch 6', die beispielsweise im Maßstab 500 s ] vex^roßert in beliebiger Jiasteranordnung angeordnet sind, werden mit mono chromatischem Lieht aus einer Strahlungsejuelle 2, evtl. mit laserlieht ausgeleuchtet und durch das Objektiv 7 abgebildet. Diese dienen als Sehreibflecken oder Belichtungsmarken B, die entsprechend der Anordnung der Locher in der Platte 5 die Figur, die der Motorwagen 14 abfährt, vielfach und verkleinert auf der lichtempfindlichen Schicht 9einer auf einen Justiertisch TO angeordneten Fotoplatte aufzeichnen, Zur besseren Ausnutzung der Strahlungsquelle 2 und einer gleichmäßigen Ausleuchtung der abzubildenden Blendenöffnung dient ein Kondensorsystem 3 und ein Hohlspiegel 1. Die richti£e Belichtungszeit wird durch die Abtastgeschwindigkeit, die FilterkQiabinatlon 4 und die Blende 8 eingestellt, Hat man z.B. die Konturen mit langsamer Abtastgeschwindigkeit nachgezeichnet, so uird man sie im Inneren des Bildes wegen der weniger großen Genauigkeitsforderung mit höherer Abtastgeschwindigkeit dafür aber umso stärkerer Ausleuchtung belichten. Bei allen nicht zu belichtenden ßefeieten ist es möglich, Strukturen herzustellen^, die praktisch unabhängig von der Größe der S ehre ibfl ecke η sind, sq, wie man jgit einem groben gehwarzstift nur grobe schwarze GebieAe, aber, sehr kleine 'weiße Gebiete, z.B. Sehlitze, gteg-e. ofer Wellenlinien hersteilen kann.

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Lot es erforderlich, Folgemasken auf eine vorhandene Geometrie gleichen Rasters auf zu justieren, so werden die Tjöcherbilder in einer-Nullstellung des Motorwagens 14 als Justierpunkte benutzt und der Maskenträger wird auf dem Justiertisch 10. über einen IQappspiegel 11 scharf eingestellt und justiert. Dabei kann man für größte Genauigkeit dUs Bild 12 mit einem Mikroskop betrachten und mit Servomotoren und Sekundärelektronenvervielfachern in bekannter Weise automatisieren.

Durch Auswechseln der Platte 5 kann jede beliebige .Hasteranordnung bis zu einem einzigen System gestaltet werden=. Pur große, grobe Systeme ist es zweckmäßig, den Durchmesser der ' löcher zu vergrößern oder eine geringere "optische Verkleinerung (a:b) zu wählen»

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine variable, schnelle und billige Möglichkeit gegeben, feinste Geometrien, die sich vielfach wiederholen oder solche, die sich weniger. ,^.,_v oft wiederholen,' dafür eine größere Fläche bedecken und doch sehr feine Unterstrukturen aufweisen, wie beispielsweise integrierte Schaltungen, als Ätzmasken auszubilden, ohne daß eijic genaue Zeichnung im Maßstab 1000 ι 1 angefertigt v/erden . ,, muß und verschiedene difficile Verkleinerungsstufen mit Retuschierungen notwendig sind»

Ein weiterer .Vor.toil des erfindungsgemäßen Verfahrens iüt darin au Gehen, daß dieces Binschritt-Verfahren vollautomationsfähig

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gestaltet v/er den kann und sehr anpassungsfähig an große und kleine, grobe und feine Strukturen ist. Selbst feinste Strukturen können kleiner." hergestellt werden als das Auflösungsvermögeri des abbildenden Objektivs es als geschlossenes Bild zulassen würde. Mit Spezialobjektiven können auf einer Kreisfläche von 25 mm 0 Löcher von 2 /um 0 mit Hilfe des erfindungsgeinäß'en Verfahrens abgebildet werden.

Die vorliegende Erfindung schafft Somit die Möglichkeit, auf einer einzigen Siliciümeinkristallscheibe mit einem Durch-, messer von 2,5 cm gleichzeitig ca. 100OVSysteme mit 6/um breiten Emitterstreifen zu erzeugen. Der Abstand der nächstfolgenden Geometrie iat dabei abhängig von der Aufib'Bungssehärfe des Objektives. Dabei können sämtliche in der Planartechnik erforderlichen Ätzmasken aus fotoempfindlichem Material zur Herstellung von Penstern in der Oxidhaut der Siliciumober- :fläche zwecks Eindiffusion und Metallisierung hergestellt werden. Außerdem läßt sich das Verfahren in sehr vorteilhafter Weise auch zur Herstellung von gedruckten Schaltungen verwenden.

Eine Gesamtverkleinerung von 500 ; 1 wird erreicht, wenn das Verhältnis der optischen= Verkleinerung a:b = 1:5 und das mechanische irntorsetzungsverhältnis c:d -1:100 gewählt wird. (Siehe entsprechende Pfeile in der Figur!)

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Der IiQchdurchraesser in der mit 5 bezeichneten Platte beträgt 30 /um, das Raster 2,5 mm· Bei der optischen Verkleinerung a:b = 1:5 ergibt sich der Durchmesser einer Belichtungsmarke auf der lichtempfindlichen Schicht 9 mit 6 /um, das Raster beträgt 0,5 mm auf einer Kreisfläche von 25 mm 0. Daraus errechnet sich die Zahl der auf einer S ilieiuiaeinkrd stall scheibe von 25 mm ja enthaltenen Systeme zu 1000.

11 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

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Pat ent ansprüche

--*v'^{: ν}'ί.ϊ :>" ' .~ ^; .-. '■-".--■·!■ -■!.-■-.' -.,-.■ - . ".· ■ - , .... 1.) Verfahren 'zur Herstellung einer fotolithograpliischen, ins- -■besondere aiä. der Cberflache .eines sclieibenförmigen Halbleiteriiristalls aufgehrachten Struktur, bei dem eine auf ν die ^otolitliographiseh zu behandelnde Oberfläche auf gebraehte^läeMeiapfindliche Schicht nach einem der zu-er- . , zeugenden Geoiaetrie enttSpreehenden Urbild belichtet und anschließend entwickelt wird, so daß ein dem Urbild "entsprechendes, vorzugsweise verkleinertes Abbild auf der fotoeEipfindlieiien Schicht entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Urbild mittels einer Vorrichtung (A) abgetastet und die damit verbundene Bahn der Abtastvorrichtung (A) auf dem "Urbild sur Erzeugung einer Bewegung einer Belichtungsmarke (B) derart verwendet wird, daß die BelichtungsBiarke (B) eine der Abtastvorrichtung -(A) geometrisch ähnliche, insbesondere verkleinerte Bahn auf der lichtempfindlichen Schicht beschreibt.
2.) Verfahren naeli Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung längs der Umrißlinien des Urbildes gcführt v/ird-
3«) Verfahren nach Anspruch 1. und/oder 2, dadurch gekenn-zeichnet, daß mindestens eine von einer Uinrißlinie um-, schlofjser.o Fläche des Urbildes derart dicht von der Ab-

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testvorrichtung überstrichen wird, daß auf der lichtempfindlichen Schicht ein in sich dicht belichtetes Gebiet entsteht.
4.) Vorfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Abtastvorrichtung mit der Bewegung mindestens zweier, insbesondere beliebig violer Belichtungsmarken derart gekoppelt wird,* daß sich die auf der zu belichtenden Schicht zu beschreibenden, einander kongruenten, beim vollständigen Abtasten des Urbildes entstehenden Bahnen nicht schneiden.
5.), Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Belichtungsmarken elektronisch mit der Bewegung der Abtastvorrichtung gekoppelt wird.'
6.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Belichtungsmarken mit der Bewegung der Abtastvorrichtung über einen Gelenkmechanismus, insbesondere über einen Pantographen, gekoppelt wird.
7.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, gekennzeichnet durch, die Verwendung einer punktförnigen Abtastvorrichtung und Belichtungomarkc.

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8.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Belichtungsmarke das aus einer monochromatischen Strahlungsquelle entstammende Licht.zur Ausleuchtung einer abzubildenden Blendenöffnung verwendet und das auf dieself-ifeise entstehende Bild auf die lichtempfindliche Schicht projeziert wird.
9.) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ,zur Erzeugung der Bewegung der Belichtungsmarke mindestens die abzubildende Blendenöffnung mit der Bewegung der Abtastvorrichtung derart gekoppelt wird, daß die infolge einer Bewegung der Abtastvorrichtung auf dem

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Urbild entstehende Bewegung der Blendenöffnung eine der Bewegung der Abtastvorrichtung entsprechende Bewegung des Bildes der Blendenöffnung auf der lichtempfindlichen Schicht ohne Verminderung der Schärfe dos Bildes bewirkt.
10.!Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 9, gekennzeichnet durch eine,zwischen

'"■'■"■■- " " " ' -" " ' - ' - ~:r- -einer Abtastvorrichtung und einer Belichtungsmarke aus monochromatischem Licht vorhandene Kopplung, z.B.einen pantοgraphischen Gclenkmechanismuo, zur Erzeugung einer -ucT Bahn der Abtastvorrichtung geometrisch ähnlichen, vorzugsweise verkleinerten Bahn der Belichtungsmarke»
11.) Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein 'mit einem optischen Abbildungssystem gekoppeltes, mono~

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monochromatisches Licht lieferndes Beleuchtungssystem, sowie eine zwischen Beleuchtungssystem und Abbildungssystem senkrecht zur Hauptachse des Strahlungsganges
bewegbare Lochblende, die auf .einem mit der Abtastvorrichtung gekoppelten Kreuztisch befestigt ist.

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