DE1522525B2 - Verfahren zum Herstellung einer Photolackmaske - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Photoiackmaske auf der Oberfläche einer Halbleiterscheibe, bei dem eine auf die Halbleiterscheibe aufgebrachte Schicht aus Photolack in identischer Weise an diskreten Stellen zur Erzeugung einer Anzahl von identischen Belichtungsstrukturen selektiv belichtet und dann durch Entwickeln in die gewünschte Photolackmaske übergeführt und bei dem zur Belichtung der Photolackschicht mittels eines Energiestrahles dessen Auftrefffleck über die gewünschten Stellen der Photolackschicht pantographisch nach Maßgabe der Bewegung eines das Urbild der Belichtungsgeometrie abtastenden Stcuerorgans geführt wird.

Ein solches Verfahren ist in der Literaturstelle »Microelectronics and Reliability« (1965) Vol. 4, pp. 117 bis 122 beschrieben. Dabei wird ein elektronischer Pantograph mit einem gesteuerten Elektronenstrahl beschrieben, während andererseits die Anwendung eines Elektronenstrahls zum selektiven Belichten einer Photolackschicht ebenfalls zum Stand der Technik zählt. Schließlich war es auch bekannt, zur Vervielfachung der Abbildung sogenannte optische Vielfachlinsen, die in ihrer Wirkungsweise etwa der eines Fliegenauges entsprechen, anzuwenden.

Nun ist die Beschaffung eines elektronischen Pantographen sowie die Anwendung von Mitteln, welche

ίο als Energiestrahl einen Elektronenstrahl verwenden, kompliziert und aufwendig. Ein solcher Strahl muß in komplizierter Weise getastet und über die zu belichtende Photolackschicht geführt werden. Zudem kann ein solcher Strahl die Belichtungsstrukturen nur sukzessive nacheinander schreiben. Will man dann hohe Schreibgeschwindigkeiten erzielen, so muß man mit einem erheblichen Aufwand an elektronischen Mitteln rechnen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, hier mit einfacheren Mitteln zum Ziele zu kommen, wobei außerdem angestrebt ist, Beugungserscheinungen und die durch sie bedingte Unscharfe der Abbildung weitgehend zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung ist zur Erreichung dieser Ziele vorgesehen, daß der für die Belichtung der Photolackschicht verwendete Energiestrahl aus einem Lichtbündel mittels einer- eine der Zahl der zu erzeugenden diskreten Belichtungsstrukturen entsprechende Anzahl Öffnungen aufweisenden — Lochblende geformt und über ein die Lochblende auf die Photolackschicht abbildendes Objektiv der Photolackschicht zugeführt und daß außerdem die Bewegung der Auftreffflecken der belichtenden durch die Lochblende ausgeblendeten Strahlen auf der Photolackschicht durch die pantographisch gesteuerte Bewegung der Lochblende erzeugt wird.

Es empfiehlt sich dabei, die pantographisch gesteuerte Bewegung der die die Photolackschicht belichtenden Strahlen ausblendenden Lochblende mittels einer punktförmigen und das Urbild der Geometrie der Belichtungsstruktur infolge einer entsprechenden _ Führung abtastenden Marke abzutasten und die Bewegung dieser Marke über einen pantographischen Mechanismus auf die Stellung eines die Lochblende tragenden Kreuztisches zu übertragen. Ferner kann die das Urbild der Belichtungsstruktur auf die Bewegung der Lochblende übertragende Bewegung der Kontrollmarke sowohl die Umrisse als auch eine dichte Schraffur der Details der Belichtungsstruktur nachfahren. Die Kontrollmarke wird von einem Führungsgerät, z. B. einem Wagen, getragen, das einerseits den Pantographen steuert, andererseits alle Bewegungen der Kontroll- oder Abtastmarke mitmacht. Die Lochblende wird zweckmäßig mit monochromatischem Licht, z. B. Laserlicht, beaufschlagt, dessen Wellenlänge der Empfindlichkeit des Photolacks angepaßt ist.

In der Figur ist eine zur Durchführung der Erfindung geeignete Apparatur dargestellt. Das Urbild der vervielfältigt auf die Photoiackmaske abzubildenden Belichtungsstruktur 15 (z. B. eine einfache Bleistiftzeichnung) ist auf einem Beleuchtungskasten 16 angeordnet und besitzt beispielsweise im Vergleich zu der auf der Photolackschicht zu erzeugenden einzelneu Belichtungsstruktur den Maßstab 500:1. Der Träger der Abtast- oder Kontrollmarke A ist ein in der Ebene des Urbildes 15 bewegter Wagen 14, der mit dem Bedienungsarm des Pantographen 13 ver-

bunden ist. Er trägt außerdem die Kontrollmarke A. Diese wird im Beispielsfalle mit einem Zielfernrohr erzeugt, das als telezentrisches System aufgebaut und aus dem System der Objektive 17, einem Fadenkreuz mit Kreis 18 und einem Okular 19 besteht, welches so eingestellt ist, daß das Fadenkreuz - durch das Okular gesehen - in die Ebene des Urbildes fällt. Zu diesem Zweck ist der Umlenkspiegel 20 vorgesehen, der- ebenso wie das Zielfernrohr - mit dem Wagen 14 und damit mit dem Bedienungsarm des Pantographen 13 fest verbunden ist.

Zur Erleichterung der Führung des Wagens 14, die manuell erfolgt, kann dieser mit einem elektrischen Antrieb versehen sein.

Die Bewegung des Wagens 14 überträgt sich mittels eines pantographischen Gelenkmechanismus 13 mechanisch einstellbar untersetzt - auf einen Präzisionskreuztisch 6, der als Lochblende eine Platte 5 mit definierten Löchern führt, die zweckmäßig im Step- und Repeatverfahren hergestellt sind, aber auch gestanzt sein können. Es kann aber auch der Pantograph 13 durch eine vollautomatische Abtastvorrichtung, wie beispielsweise eine Photozelle, einen Multiplier, Lochkarten oder Programmsteuerung beaufschlagt werden. Die Abtastbewegung kann auch durch elektrische Steuerung auf den Präzisionstisch 6 übertragen werden. Die Löcher in der Platte 5 auf dem Kreuztisch 6, die beispielsweise im Maßstab 500: 1 vergrößert in beliebiger Rasteranordnung angeordnet sind, werden mit monochromatischem Licht aus einer Strahlungsquelle 2, eventuell mit Laserlicht ausgeleuchtet und durch das Objektiv 7 abgebildet. Diese dienen als Schreibflecken oder Belichtungsmarken B, die entsprechend der Anordnung der Löcher in der Platte 5 die Figur, die der Motorwagen 14 abfährt, vielfach und verkleinert auf der lichtempfindlichen Schicht 9 einer auf einem Justiertisch 10 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 richtige Belichtungszeit wird durch die Abtastgeschwindigkeit, die Filterkombination 4 und die Blende 8 eingestellt. Hat man z. B. die Konturen mit langsamer Abtastgeschwindigkeit nachgezeichnet, so wird man sie im Inneren des Bildes wegen der weniger großen Genauigkeitsforderung mit höherer Abtastgeschwindigkeit, dafür aber um so stärkerer Ausleuchtung belichten. Bei allen nicht zu belichtenden Gebieten ist es möglich, Strukturen herzustellen, die praktisch unabhängig von der Größe der Schreibflekken sind, so, wie man mit einem groben Schwarzstift nur grobe schwarze Gebiete, aber sehr kleine weiße Gebiete, z. B. Schlitze, Stege oder Wellenlinien herstellen kann.

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

Durch Auswechseln der Platte 5 kann jede beliebige Rasteranordnung bis zu einem einzigen System gestaltet werden. Für große, grobe Systeme ist es zweckmäßig, den Durchmesser der Löcher zu vergrößern oder eine geringere optische Verkleinerung

ίο (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 oft wiederholen, dafür eine größere Fläche bedecken und doch sehr feine Unterstrukturen aufweisen, wie beispielsweise integrierte Schaltungen, als Ätzmasken auszubilden, ohne daß eine genaue Zeichnung im Maßstab 1000: 1 angefertigt werden muß und verschiedene diffizile Verkleinerungsstufen mit Retuschierungen notwendig sind.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß dieses Einschritt-Verfahren vollautomationsfähig gestaltet werden kann und sehr anpassungsfähig an große und kleine, grobe und feine Strukturen ist. Selbst feinste Strukturen können kleiner hergestellt werden, als das Auflösungsvermögen des abbildenden Objektivs es als geschlossenes Bild zulassen würde. Mit Spezialobjektiven können auf einer Kreisfläche von 25 mm 0 Löcher von 2 μΐη 0 mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens abgebildet werden.

Die vorliegende Erfindung schafft somit die Möglichkeit, auf einer einzigen Siliciumeinkristallscheibe mit einem Durchmesser von 2,5 cm gleichzeitig etwa 1000 Systeme mit 6 μΐη breiten Emitterstreifen zu erzeugen. Der Abstand der nächstfolgenden Geometrie ist dabei abhängig von der Auflösungsschärfe des Objektivs. Dabei können sämtliche in der Planartechnik erforderlichen Ätzmasken aus fotoempfindlichem Material zur Herstellung von Fenstern in der Oxidhaut der Siliciumoberfläche 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 Untersetzungsverhältnis c:d = 1:100 gewählt wird. (Siehe entsprechende Pfeile in der Figur!)

Beispiel

Der Lochdurchmesser in der mit 5 bezeichneten Platte beträgt 30 μπι, das Raster 2,5 mm. Bei der optisehen Verkleinerung a:b = 1:5 ergibt sich der Durchmesser einer Belichtungsmarke auf der lichtempfindlichen Schicht 9 mit 6 μπι, das Raster beträgt 0,5 mm auf einer Kreisfläche von 25 mm 0. Daraus errechnet sich die Zahl der auf einer Siliciumeinkristallscheibe von 25 mm 0 enthaltenen Systeme zu 1000.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Photolackmaske auf der Oberfläche einer Halbleiterscheibe, bei dem eine auf die Halbleiterscheibe aufgebrachte Schicht aus Photolack in identischer Weise an diskreten Stellen zur Erzeugung einer Anzahl von identischen Belichtungsstrukturen selektiv belichtet und dann durch Entwickeln in die gewünschte Photolackmaske übergeführt und bei dem zur Belichtung der Photolackschicht mittels eines Energiestrahls dessen Auftrefffleck über die gewünschten Stellen der Photolackschicht pantographisch nach Maßgabe der Bewegung eines das Urbild der Belichtungsgeometrie abtastenden Steuerorgans geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Belichtung der Photolackschicht verwendete Energiestrahl aus einem Lichtbündel mittels einer — eine der Zahl der zu erzeugenden diskreten Belichtungsstrukturen entsprechende Anzahl Öffnungen aufweisenden — Lochblende geformt und über ein die Lochblende auf die Photolackschicht abbildendes Objektiv der Photolackschicht zugeführt und daß außerdem die Bewegung der Auftreffflecken der belichtenden durch die Lochblende ausgeblendeten Strahlen auf der Photolackschicht durch die pantographisch gesteuerte Bewegung der Lochblende erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Pantographen mittels einer punktförmigen und über das Urbild der Belichtungsstruktur geführten Marke gesteuert und die Bewegung der Marke über den Pantographen auf einen die Lochblende tragenden Kreuztisch übertragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die punktförmige Marke mittels eines Zielfernrohrs mit Fadenkreuz erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die belichtenden Strahlen aus einem monochromatischen Lichtbündel ausgeblendet werden.