DE1772680A1

DE1772680A1 - Verfahren zur photographischen Herstellung von Masken

Info

Publication number: DE1772680A1
Application number: DE19681772680
Authority: DE
Inventors: Nirmal Chand
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1967-07-03
Filing date: 1968-06-19
Publication date: 1971-04-08
Also published as: BE716951A; SE355422B; US3567447A; GB1210949A; NL162215B; NL6807307A; FR1571723A; CH474159A; NL162215C; ES355285A1; DE1772680B2

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 18. Juni 1968 ru-hn

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket FI 9-67-088 Verfahren zur photographischen Herstellung von Masken

Die Erfindung betrifft ein photo graphisches Verfahren zum Herstellen von Masken, insbesondere von solchen Masken, die bei der Belichtung von photo sensitive η polymeren Überzügen oder Photolackschichten bei der Herstellung von mikro-elektronischen Halbleitervorrichtungen, wie integrierten Schaltungen oder einzelnen Bauteilen, z.B. Transistoren, verwendet werden.

Die Halbleiter te chnik gestaltet ihre Bauteile und Schaltungen immer kleiner, um bei niedrigeren Kosten dauerhafte Einheiten mit hoher elektronischer . Leistungsfähigkeit bei großen Geschwindigkeiten zu erhalten. Die einzelnen Schaltelemente werden dadurch gleichzeitig hergestellt, daß auf einem Siliziumplättchen, da· ca. 2 biß 3 cm Durchmesser hat, und weniger als

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0,3 mm dick ist, zwischen 100 und 500 integrierte Elemente aufgebracht werden. Bei diesen Herstellungsverfahren müssen verschiedene Herstellungsgänge, wie Verunreinigungsdiffusion, epitaktisches Aufwachsen, Metallisierung usw. in kleinsten ausgewählten Bereichen auf dem ganzen Grundplättchen durchgeführt werden, ohne daß die übrigen Bereiche des Plättchens davon beeinflußt werden. Um diese kleinsten Bereiche genau abzugrenzen, in denen ein bestimmter Herstellungsgang durchgeführt werden soll, werden photoempfindliche polymere Überzüge oder Photo lackschichten über das gesamte Grundplättchen gezogen und mit ultraviolettem Licht und mit Hilfe einer Kontaktmaske belichtet. Nach erfolgter Entwicklung können die Bereiche, die in dem gegebenen Fabrikationsgang bearbeitet werden sollen, durch Entfernen der Photolackschicht und Ätzen freigelegt werden. Die übrigen Bereiche bleiben von der unbelichteten Photolackschicht bedeckt.

Für jeden Arbeitsgang ist bei der Halbleiterfabrikation mindestens eine Maske erforderlich. Diese Masken werden ebenfalls durch bekannte photographische Techniken hergestellt. Das vielfältige Muster aus kleinsten Figuren, das eine Maske für ein Grundplättchen bildet, wird von Hauptzeichnungen, die im Format von etwa 1 m Größe hergestellt wurden, durch Objektive mit hohem Auflösungsvermögen und geringer Verzerrung verkleinert und photographiech wiedergegeben.

Es ist bekannt, Masken durch Belichtung herkömmlicher photo graphischer

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Platten mit hohem Auflösungsvermögen, z.B. von Silbersalz-Emulsionen in Gelatineüberzügen auf transparenten Unterlagen, wie Glas, mit den verkleinerten Bildern der Hauptzeichnung herzustellen. Die Maske muß ein sehr hohes Auflösungsvermögen, in der Größenordnung von 400 Zeilenpaaren pro mm haben. Die belichteten Platten werden wie üblich entwickelt und fixiert und. ergeben dann Masken mit einem undurchsichtigen oder schwarzen Silberbild in der Gelatineschicht und durchscheinenden, nicht belichteten Bereichen. Die Hauptgesichtspunkte der photo graphischen Maskenherstellung sind auf den Seiten 150 bis 154 der Veröffentlichung "Integrated Circuits, Design Principles and Fabrication", herausgegeben von R.M. Warner, Jr., Mc Graw-Hill 1965, beschrieben.

Ein Problem der photographischen Maskenherstellung für mikro-elektronische Bauteile bilden die Fehler in der Gelatine schicht, da wegen der Kleinheit und Komplexität der Strukturen nur sehr kleine Toleranzen zugelassen werden können. Jeder Fehler im transparenten Bereich der Maske kann zu einem unterbrochenen oder kurzgeschlossenen Stromkreis in der herzustellenden Vorrichtung führen. Einige mögliche Fehler in der Gelatine sind Gelatineklümpchen, Glassplitter, Emulsions splitter und faserähnliche Partikeln. Obwohl die Gelatine so fehlerfrei wie mög lich gehalten wird, treten durch minimale Fehler doch Produktions stö rungen auf. Trotz schärfster Überwachung der Gelatineemulsionen ist bei dem steten Bedarf noch kleinerer Abbildungen die Fehlertoleranz

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für die Gelatine bei den Fabrikationsverfahren nur schwer einzuhalten.

Die vorliegende Erfindung soll dieses Problem durch ein Herstellungsverfahren lösen, das eine Maske mit hohem Auflösungsvermögen liefert, in der die Gelatine aus den nicht belichteten transparenten Bereichen entfernt wird, ohne daß das Auflösungsvermögen der Maske dadurch beeinträchtigt wird.

Das einzige bisher bekannte Verfahren, bei dem die Gelatine von den nicht belichteten Bereichen eines photographischen Bildes entfernt wurde, beruht auf dem Härten photographischer Schichten. Zur Herstellung von Druckplatten und zum Farbdruck wird eine Relief-Bildmatrix erzeugt, die ihrerseits entweder auf eine Metalldruckplatte übertragen wird, wo die Matrix beim nachfolgenden Ätzen der Metalldruckplatte als Maske dient oder mit einer bestimmten Farbe eingefärbt, die dann auf eine Unterlage übertragen wird, wo sie eine Farbkomponente bei einem Mehrfarbendruck darstellt. Das Härteverfahren arbeitet mit Entwicklern, die Oxydationsmittel erzeugen, die die Gelatine in den BiIdbereichen gerben oder härten. In den nicht belichteten Bereichen tritt auch keine Härtung auf. Dann werden die nicht belichteten Bereiche mit heißem Wasser entfernt und die Relief-Bildmatrix bleibt übrig. Die durch das Härte- oder Gerbverfahren hergestellten Relief-Bilder weisen

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jedoch nicht das Auflösungsvermögen und die Bildkantenschärfe sowie die -genauigkeit auf, die bei der Herstellung von photographischen Masken für mikro-elektronische Anlagen erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur photo graphischen Herstellung von Masken zu schaffen, das die vorstehend angegebenen Nachteile beseitigt.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht in einem Verfahren zur photographischen Herstellung von Masken mit einer auf einem durchsichtigen Träger aufgebrachten, lichtempfindliche Substanz enthaltenden Gelatine schicht, die nach erfolgter Belichtung entwickelt wird, das dadurch charakterisiert ist, daß anschließend die Gelatine schicht vorübergehend auf eine Temperatur von wenigstens 250 C erwärmt wird und sodann in einem Gelatine-Lösungsmittel während eines Zeitraumes behandelt wird, der ausreicht, um die Gelatine aus den nicht belichteten Bereichen zu entfernen, in den belichteten Bereichen jedoch im wesentlichen unversehrt zu lassen.

Der Vorteil dieses erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine Maske mit sehr hohem Auflösungsvermögen hergestellt werden kann, in der die Gelatine von den nicht belichteten transparenten Bereichen durch •in Verfahren entfernt wird, zu dem die Herstellung eines entwickelten

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Silberbildes in einer Schicht aus herkömmlicher Gelatineemulsion auf einer transparenten Unterlage gehört.

Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den Zeichnungen bedeuten:

Fig. 1-5: Querschnitte eines Teiles einer Maskenstruktur, die in

^ Diagramform die bei der Herstellung von zwei nach vor

liegendem Verfahren erzeugten Masken durchzuführenden Arbeitsgänge zeigen.

Um das wesentliche der Erfindung erkennen zu können, sollen im nachfolgenden mehrere Ausführungsbeispiele beschrieben werden.

Beispiel 1:

ψ Eine handelsübliche photographische Platte mit hohem Auflösungsvermögen (z.B. Kodak High Resolution Plate) mit einer etwa 5 Mikron dicken Schicht aus einer negativen Gelatineemulsion aus Silbersalz, vorherrschend Silber br omit mit Spuren von Silberchlorid, und einer Korngröße in der Größenordnung von 0,01 bis 0,1 Mikron Durchmesser, die aui eine Glasplatte aufgebracht ist, wird mit dem das Muster der <Maake gemäß Fig. 1 darstellenden Bild belichtet. Der Gelatineüberzug 10 erhalt dadurch belichtete Bereiche 11 und unbelichtete transparent· Bereiche ' Anschließend wird das Bild auf die herkömmliche Art entwickelt und Hadert und so ein st&äf zee Silberbild in der Gelatine schicht gebildet, Der *er«

90 gr dehydriertes Natriumsulfit, 8g Hydrochinon, 52, 5g monohydriertes Natrium-Carbonat, 5g Calium-Bromid und 2g p-Methylaminophenoleulfat in 1500 ml Wasser. Diese Zusammensetzung entspricht dem "Kodak HRP" Entwickler. Die Platte wird dann in einem Ofen bei einer Temperatur von ungefähr 300 C eine Stunde erwärmt. Während dieser Zeit dunkelt der Gelatineüberzug in den nicht belichteten Bereichen zu einer transparenten rötlichen Farbe nach,und die belichteten Bereiche nehmen einen reflektierenden metallischen Schein an. Dio Platte wird dann in eine 5-prozentige wässrige Lösung aus Natrium-Hypochlorit getaucht, bis in den nicht belichteten Bereichen der Gelatineüberzug gerade entfernt ist, so dass die in Fig. 2 gezeigte Struktur entsteht. Das ist dann der Fall, wenn die rötliche Färbung verschwindet. Die dazu benötigte Zeit beträgt etwa 10 Minuten. Anschliessend wird die Platte zur Entfernung des- Natrium-Hypochlorits mit Wasser abgewaschen, getrocknet und dann mikroskopisch auf die letzten Gelatinespuren in den nicht belichteten Bereichen untersucht. Die belichteten Bereiche tragen das Silberbild in fehlerfreien, unverletzten Ueberzügen.

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Diese belichteten Bereiche sind die abdeckenden Flächen in der Endmaske und erhalten ihre abdeckende Kraft· Sie haben ein Lichtabsorptionsvermögen von mindestens 95 %, was für die richtige Funktion der Masken erforderlich ist. In den nicht belichteten durchsichtigen Bereichen zeigen sich keine der bei herkömmlicher Gelatine auftretenden Fehler.

Zur Entfernung der Gelatine kann statt Natrium-Hypochlorit mit demselben Ergebnis auch eine 5-prozentige wässrige alkalische Lösung von Natrium-Permanganat mit 2, 5 % Natrium Hydroxyd, eine 5-prozentige wässrige alkalische Lösung von Wasserstoff-Peroxyd mit 2, 5 % Natrium-Hydroxyd oder konzentrierte S al ζ säure dämpfe verwendet werden.

Beispiel 2: '

Das im Beispiel 1 gezeigte Verfahren wird genauso wiederholt, jedoch wird die Platte anstatt eine Stunde lang auf 300 am Anfang 8 Minuten lang in einem Ofen mit einer umlaufenden Schutzgasatmosphäre, ζ. B. Stickstoff, auf 400⁰C erwärmt, bevor in den nicht belichteten Bereichen die Gelatineschicht entfernt und anechlieeeend

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die Maske in demselben Ofen wieder auf 400 C erwärmt wird. Die sichergebende Maske zeigt alle Eigenschaften der Maske des Beispieles 1 und ist ausserdem haltbarer und fester als' diese.

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Beispiel 3: ·

Das Verfahren der Beispiele 1 und 2 kann genauso wiederholt werden, jedoch wird diese smal eine Platte verwendet, in deren Emulsion Silberchlorid vorherrscht, z. B. "Kodalith Type III", ein Entwickler, der 90 g dehydriertes Natriumsulfit, 45 g Hydrochinon, 37, 5 g Natrium-Hydroxyd und 30 g Calium-Bromid in 1750 ml Wasser enthält, z.B. "Kodak D-8". Die Ergebnisse . sind ähnlich denen des Beispiels 1 bzw. 2.

Beispiel 4:

Zur Herstellung der in Fig. 2 gezeigten Struktur wird das Verfahren des Beispieles 1 wiederholt. Gemäss der Darstellung in Fig. 3 wird nun durch herkömmliche Vakuum-Sprühtechnik eine

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dünne Chromschicht 14 von etwa 1000 A Dicke auf die Platte aufgetragen.

Dann wird die Platte in eine chromentfernende Flüssigkeit, wie

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ζ. B. eine wässrige Natrium-Hypochloritlösung für einen Zeitraum getaucht, der gerade ausreicht, um das Chrom von den.belichteten Bereichen zu entfernen. Das Chrom haftet auf den nicht belichteten Bereichen der Glasplatte wesentlich besser, als auf den mit Gelatine überzogenen belichteten Bereichen. Aus diesem Grund wird das Chrom wesentlich schneller von der Gelatine als vom Glas entfernt. Die Entfernung des Chroms aus den nicht belichteten Bereichen lässt sich am Wiedererscheinen der dunklen Bildbereiche gemäss der Darstellung in Fig. 4 erkennen. Die Platte wird dann in 10-prozentige Salpetersäure getaucht, die das Gelatinebild von den belichteten Bereichen entfernt und so die in Fig. 5 gezeigte Chrommaske ergibt. Die Salpetersäurelösung wurde hier an Stelle der Natrium-Hypochloritlösung zur Entfernung des Gelatinebildes verwendet, da das Natrium-Hypochlorit, wie oben gezeigt, auch Chrom entfernt. Die sich er- ' gebende Chrommaske ist bei der Halbleiterfabrikation als Maske mit hohem Auflösungsvermögen verwendbar, da sie natürlich nicht durch Unvollkommenheiten in der Gelatine behindert wird. Sie trägt eine Abbildung, die zu derjenigen· der.Tig. 2 negativ ist. . .' · "■■■..·'■■ . ·'·.·'..'

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Zu s amme nfa s sung:

Zur Erzielung beseerer Ergebnisse der Erfindung sollte die Platte im ersten Arbeitsgang auf mindestens 250 C erwärmt werden. Für optimale Ergebnisse sind Temperaturen über 300 C, vorzugsweise zwischen 375 und 425 C erwünscht. Die Erwärmung ist vorzugsweise in einem Ofen mit Schutzgasatmosphäre wie Stickstoff oder dergleichen durchzuführen. Ausserdem wurde,festgestellt, dass eine zweite Erwärmung nach Entfernen der Gelatine aus den nicht belichteten Bereichen eine dauerhaftere Maske ergibt. Der zweite Erwärmungsgang ist vorzugsweise im selben Temperaturbereich und auch in demselben Ofen durchzuführen wie die erste Erwärmung. .

Die Basis für das Verfahren der vorliegenden Erfindung bildet die wahlweise Entfernung der Gelatine aus den nicht belichteten Bereichen. Die erste Erwärmung verleiht den belichteten Bereichen eine gröesere Widerstandsfähigkeit gegen die die Gelatine lösende Flüssigkeit. Da die Lösbarkeit der Gelatine in den nicht belichteten Bereichen wesentlich niedriger liegt, kann sie durch-

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geführt werden, bevor die abdeckende oder maskierende Kraft in den belichteten Bereichen beeinträchtigt wird. Wenn auch zufällig etwas Gelcitine aus den Bildbereichen entfernt wird, so bleiben die Ueberzüge dieser Bereiche im wesentlichen doch unversehrt, d.h. zusammenhängend und ohne Unterbrechungen in den Bildbereichen. .

Zur Entfernung von Gelatine eignen sich besonders gut wässrige Salzlösungen von Hypochloriten, Hypobromiden und Hypojoditen sowie allgemein Salzlösungen des Natrium, C al ium, Kalzium und Lithium. Als Flüssigkeiten zur Entfernung der Gelatine eignen, sich besonders gut wässrige alkalische Lösungen oxydierender Agenzien. Ausser den oben genannten Lösungen gehören hiezu auch wässrige alkalische Lösungen von Calium-Permanganat und Wasserstoff-Peroxyd.

Während in obiger Beschreibung als Material für die Unterlage Glas bevorzugt wurde, kann auch transparentes Plastikmaterial verwendet werden, das durch die Flüssigkeit zur Entfernung der Gelatine und die anschliessend angewandten Temperaturen nicht beeinflusst wird.

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Bei der Herstellung der Metallmasken können auch andere Metalle wie Nickel, Zinn,, Aluminium und Gold an Stelle von Chrom niedergeschlagen werden. Die Metalle weisen eine grössere Haftung auf Glas als auf den Gelatine-Bildbereichen auf und können somit aus diesen leicht entfernt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur photographischen Herstellung von Masken mit einer

auf einem durchsichtigen Träger aufgebrachten, lichtempfindliche Substanz enthaltenden Gelatine schicht, die nach erfolgter Belichtung entwickelt wird, insbesondere solcher Masken, die bei der Belichtung von photosensitiven polymeren überzügen oder Photolackschichten bei der Herstellung von mikroelektronischen Halbleiter schaltungen, wie integrierten Schaltungen oder einzelnen Bauteilen, z.B. Transistoren, verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die Gelatine schicht vorübergehend auf eine Temperatur von wenigstens- 250 C erwärmt wird und sodann in einem Gelatine-Lösungsmittel während eines Zeitraumes behandelt wird, der ausreicht, um die Gelatine aus den nicht belichteten Bereichen zu entfernen, in den belichteten Bereichen jedoch im wesentlichen unversehrt zu lassen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ge-

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latineüberzug auf eine Temperatur von 375 bis 425 C erwärmt und anschließend mit einem Gelatinelösungemittel, vorzugsweise mit einer wässrigen Salzlösung, während eines Zeitraumes be· handelt wird, der ausreicht, um die Gelatine aus den nicht be-

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lichteten Bereichen zu entfernen, in den belichteten Bereichen jedoch im wesentlichen unversehrt zu lassen.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis Z, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel eine 5-prozentige wässrige Lösung von Natrium-Permanganat mit 2, 5 % Natrium-Hydroxyd verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Salz Natrium-Hypo chlor it verwendet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel eine 5-prozentige wässrige Lösung von Wasserstoff-Peroxyd mit 2, 5 % Natrium-Hydroxyd verwendet wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel konzentrierte Salzsäuredämpfe verwendet werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske ein zweites Mal erwärmt und auf eine Temperatur von wenigstens 300 C gebracht wird.

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8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung in einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas Stickstoff verwendet wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtempfindliche Substanz eine vorwiegend Silberbromid enthaltende Emulsion verwendet wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtempfindliche Substanz eine vorwiegend Silberchlorid enthaltende Emulsion verwendet wird.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Maskenfläche eine Metallschicht aufgebracht wird, daß diese Metallschicht dort, wo sie auf Gelatine liegt, selektiv wieder entfernt wird und daß die Gelatine daraufhin völlig entfernt wird.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß metallisches Chrom etwa 1000 A dick durch Vakuum-Sprühtechnik aufgebracht wird.

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14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metall aus der Gruppe Nickel, Zinn, Aluminium, Gold aufgebracht wird.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelatine in den vom Metall freigelegten Bereichen mit Salpetersäure aufgelöst wird.

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