DE1772680C - Verfahren zur photographischen Her stellung von Masken - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein photographisches Ver- der herzustellenden Schaltung führen. Einige mögfahren zum Herstellen von Masken, insbesondere von liehe Fehler in der Gelatine sind Gelatineklümpchen, solchen Masken, die bei der Relichtung von photo- Glassplitter, Emulsionssplitter und faserähnliche Parsensitiven polymeren Überzügen oder Photolack- tikel. Obwohl die Gelatine so fehlerfrei wie möglich schichten bei der Herstellung von mikro-elektro- 5 gehalten wird, treten durch minimale Fehler doch nischen Halbleitervorrichtungen, wie integrierten Produktionsstörungen auf. Trotz schärfster ÜberSchaltungen oder einzelnen Bauteilen, z. B. Tran- wachung der Gelatineemulsionen ist bei dem steten sistoren, verwendet werden. Bedarf noch kleinerer Abbildungen die Fehlertole-

Die Halbleitertechnik gestaltet ihre Bauteile und ranz für die Gelatine bei den Fabrikationsverfahren

Schaltungen immer kleiner, um bei niedrigeren io nur schwer einzuhalten.

Kosten dauerhafte Einheiten mit hoher elektronischer Die vorliegende Erfindung soll dieses Problem Leistungsfähigkeit bei großen Geschwindigkeiten zu durch ein Herstellungsverfahren lösen, das eine erhalten. Die einzelnen Schaltelemente werden d.;- Maske mit hohem Auflösungsvermögen liefert, in der durch gleichzeitig hergestellt, daß auf einem Silizium- die Gelatine aus den nicht belichteten transpaplättchen, das ca. 2 bis 3 cm Durchmesser hat, und 15 renten Bereichen entfernt wird, ohne daß das Aufweniger als 0,3 mm dick ist, zwischen 100 und 500 lösungsvermögen der Maske dadurch beeinträchtigt integrierte Elemente aufgebracht werden. Bei diesen wird.

Herstellungsverfahren müssen verschiedene Prozesse, Das einzige bisher bekannte Verfahren, bei dem wie Verunreinigungsdiffusion, epitaktisches Auf- die Gelatine von den nicht belichteten Bereichen eines wachsen, Metallisierung usw. in kleinsten ausgewähl- 20 photographischen Bildes entfernt wurde, beruht auf ten Bereichen auf dem ganzen Grundplättchen durch- dem Härten photographischer Schichten. Zur Hergeführt werden, ohne daß die übrigen Bereiche des stellung von Druckplatten und zum Farbdruck wird Plättchens davon beeinflußt werden. Um diese eine Relief-Bildmatrix erzeugt, die ihrerseits entweder kleinsten Bereiche genau abzugrenzen, in denen ein auf eine Metalldruckplatte übertragen wird, wo die bestimmter Prozeß durchgeführt werden soll, werden 25 Matrix beim nachfolgenden Ätzen der Metalldruckphotoempfindliche polymere Überzüge oder Photo- platte als Maske dient oder mit einer bestimmten lackschichten auf das gesamte Grundpläuchen aufge- Farbe eingefärbt, die dann auf eine Unterlage überbracht und durch eine KontaKtmaske mit ultra- tragen wirü, wo sie eine Farbkomponente bei einem violettem Licht belichtet. Nach erfolgter Entwicklung Mehrfarbendruck darstellt. Das Härteverfahren arbeikönnen die Bereiche., die L. folgenden Fabrikations- 30 tet mit Entwicklern, die Oxydationsmittel erzeugen, gang bearbeitet werden sollen, durch Entfernen der die die Gelatine in den Bildbereichen gerben oder Photolackschicht und Atzen freigelegt werden. Die härten. In den nicht belichteten Bereichen tritt auch übrigen Bereiche bleiben von der unbelichteten keine Härtung auf. Dann werden die nicht belich-Photolackschicht bedeckt. teten Bereiche mit heißem Wasser entfernt und die

Für jeden Arbeitsgang ist bei der Halbleiterfabri- 35 Relief-Bildmatrix bleibt übrig. Die durch das Härtekation mindestens eine Maske erforderlich. Diese oder Gerbverfahren herges'iHten Relief-Bilder weisen Masken werden ebenfalls durch bekannte photo- jedoch nicht das Auflösungsvermögen und die Bildgraphische Techniken hergestellt. Das vielfältige kantenschärfe sowie die -genauigkeit auf, die bei der Muster aus kleinsten Figuren, das eine Maske für ein Herstellung von photographischen Masken für mikro-Crundplättchen bildet, wird von Hauptzeichnungen, 40 elektronische Anlagen erforderlich sind,
die im Format von etwa 1 m² Größe hergestellt Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ver- «vurden, durch Objektive mit hohem Auflösungsver- bessertes Verfahren zur photographischen Herstelmögen und geringer Verzerrung verkleinert und lung von Masken zu scharten, das die für mikroelekphotographisch wiedergegeben. tronische Halbleiterschaltungen erforderliche BiId-

Es ist bekannt, Masken durch Belichtung herkömm- 45 kantenschärfe und Genauigkeit der Maskenstrukturen

licher photographischer Platten mit hohem Auflö- gewährleistet.

■ungsvermögen, z. B. von Silbersalz-Emulsionen in Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht Celatineüberzügen auf transparenten Unterlagen, wie in einem Verfahren zur photographischen Herstellung Glas, mit den verkleinerten Bildern der Hauptzeich- von Masken mit einer auf einem durchsichtigen ■ung herzusteilen. Die Maske muß ein sehr hohes 50 Träger aufgebrachten, lichtempfindliche Substanz entAuflösungsvermögen, in der Größenordnung von haltenden Gelatineschicht, die nach erfolgter Belich-400 Zeilenpaaren pro Millimeter haben. Die belich- tung entwickelt wird, das dadurch charakterisiert ist, •eten Platten werden wie üblich entwickelt und fixiert daß anschließend die Gelatineschicht vorübergehend •nd ergeben dann Masken mit einem undurchsich- auf eine Temperatur von wenigstens 250° C erwärmt igen oder schwarzen Silberbild in der Gelatineschicht 55 wird und sodann in einem Gelatine-Lösungsmittel und durchscheinenden, nicht belichteten Bereichen. während eines Zeitraumes behandelt wird, der aus-Die Hauptgesichtspunkte der photographischen Mas- reicht, um die Gelatine aus den nicht belichteten Bekenherstellung sind auf den Seiten 150 bis 154 der reichen zu entfernen, in den belichteten Bereichen je-Veröffentlichung »Integrated Circuits, Design Prin- doch im wesentlichen unversehrt zu lassen,
ciples and Fabrication«, herausgegeben von R. M. 60 Der Vorteil dieses erfindungsgemäßen Verfahrens Warner, Jr., McGraw-Hill 1965, beschrieben. besteht darin, daß eine Maske mit sehr hohem Auf-

Ein Problem der photographischen Maskcnhcrstcl- lösungsvermögen hergestellt werden kann, in der die

lung für mikro-elektronische Bauteile bilden die Feh- Gelatine von den nicht belichteten transparenten Be-

ler in der Gelatiiieschicht, da wegen der Kleinheit reichen durch ein Verfahren entfernt wird, zu dem

und Komplexität der Strukturen nur sehr kleine ToIe- ⁶S die Herstellung eines entwickelten Silberbildes in

ranzen zugelassen werden können. Jeder Fehler im einer Schicht aus herkömmlicher Gelatineemulsion

transparenten Bereich der Maske kann zu einem ntif einer transparenten Unterlage gehört,

unterbrochenen oder kurzgeschlossenen Stromkreis in Die Erfindung wird an Hand von in den Zeichnun-

gen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den Zeichnungen bedeuten

F i g. 1 bis 5 Querschnitte eines Teiles einer Maskenstruktur, die in Diagrammform die bei der Herstellung von zwei nach vorliegendem Verfahren erzeugten Masken durchzuführenden Arbeitsgänge zeigen.

Beispiel 1

wieder auf 400° C erwärmt wird. Die sich ergebende Maske zeigt alle Eigenschaften der Maske des Beispieles 1 und ist außerdem haltbarer und fester als diese.

Beispiel 3

Das Verfahren der Beispiele I und 2 kann genauso wiederholt werden, jedoch wird diesmal eine Platte verwendet, in deren Emulsion Silberchlorid vor-

Eine handelsübliche photographische Platte mit in herrscht, sowie 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. Die Ergebnisse sind ähnlich denen des Beispiels 1 bzw. 2.

Beispiel 4

Zur Herstellung der in Fig. 2 gezeigten Struktur wird das Verfahren des Beispiels 1 wiederholt. Gemäß der Darstellung ir. Fig. 3 wird nun durch her-

und so ein schwarzes Silberbild in der Gelatineschicht gebildet. Der verwendete Entwickler beispielsweise hat folgende Zusammensetzung: 90 g dehydriertes Natriumsulfit, 8 g Hydrochinon, 52,5 g monohydrierles Natrium-Carbonat, 5 g Calium-Bromid und 2 g p-Methylaminophenolsulfat in 1500 ml Wasser. Die Platte wird dann in einem Ofen bei einer Temperatur von ungefähr 300° C 1 Stunde erwärmt. Während

hohem Auflösungsvermögen mit einer etwa 5 Mikron dicken Schicht aus einer negativ arbeitenden Gelatineemulsion aus Silbersalz, vorherrschend Silberbromid mit Spuren von Silberchlorid, und einer Korngröße in der Größenordnung von 0,01 bis 0,1 Mikron Durchmesser, die auf eine Glasplatte aufgebracht ist, wird mit dem das Muster der Maske gemäß F i g. 1 darstellenden Bild belichtet. Der Gelatineüberzug 10 erhält dadurch belichtete Bereiche 11 und unbelich-

tete transparente Bereiche 12. ArschlieiSend wird das 20 kömmliche Vakuum-Sprühtechnik eine dünne Chrom-Bild auf die herkömmliche Art entwickelt und fixiert schicht 14 von etwa 1000 A Dicke auf die Platte aufgetragen. Dann wird die Platte in eine chromentfernende Flüssigkeit, wie z. B. eine wäßrige Natrium-Hypochloritlösung für einen Zeitraum getaucht, der 15 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

dieser Zeit dunkelt der Gelatineüberzug in den nicht 30 wesentlich schneller von der Gelatine als vom Glas belichteten Bereichen zu einer transparenten rötlichen entfernt. Die Entfernung des Chroms aus den nicht Farbe nach, und die belichteten Bereiche nehmen belichteten Bereichen läßt sich am Wiedererscheinen einen reflektierenden, metallischen Schein an. Die der dunklen Bildbereiche gemäß der Darstellung in Platte wird dann in eine 5°/oige wäßrige Lösung aus Fig. 4 erkennen. Die Platte wird dann in lO°/oige Natrium-Hypochlorit getaucht, bis in den nicht be- 35 Salpetersäure getaucht, die das Gelatinebild von den lichteten Bereichen der Gelatineüberzug gerade ent- belichteten Bereichen entfernt und so die in Fig. 5 fe-nt ist, so daß die in F i g. 2 gezeigte Struktur ent- gezeigte Chrommaske ergibt. Die Salpetersäurelösung steht. Das ist dann der Fall, wenn die rötliche Fär- wurde hier an Stelle der Natrium-Hypochloritlösung bung verschwindet. Die dazu benötigte Zeit beträgt zur Entfernung des Gelatinebildes verwendet, da das etwa 10 Minuten. Anschließend wird die Platte zur 40 Natrium-Hypochlorit, wie oben gezeigt, auch Chrom Entfernung des Natrium-Hypochlorits mit Wasser ab- entfernt. Die sich ergebende Chrommaske ist bei der gewaschen, getrocknet und dann mikroskopisch auf Halbleiterfabrikation als Maske mit hohem Aufdie letzten Gelatinespuien in den nicht belichteten lösungsvermögen verwendbar, da sie natürlich nicht Bereichen untersucht. Die belichteten Bereiche tragen durch Unvollkommenheiten in der Gelatine mangeldas Silberbild in fehlerfreien, unverletzten Überzügen. 45 haft wird. Sie trägt eine Abbildung, die zu derjenigen

Diese belichteten Bereiche sind die abdeckenden der F i g. 2 negativ ist.
Flächen in der Endmaske und erhalten ihre abdek- 7,icqmtnpnfn<!<iiino

1, 1 ir- γα n· 1 1 · τ · t L · ·· L· U α (1 111 111 ν Il 1 (1 3 3 U II g

kende Kraft. Sir haben ein Lichtabsorptionsvermogen

von mindestens 95%, was für die richtige Funktion Zur Erzielung besserer Ergebnisse der Erfindung

der Masken erforderlich ist. In den nicht belichteten 50 sollte die Platte im ersten Arbeitsgang auf mindestens

durchsichtigen Bereichen zeigen sich keine der bei 250° C erwärmt werden. Für optimale Ergebnisse

herkömmlicher Gelatine auftretenden Fehler. sind Temperaturen über 300° C, vorzugsweise zwi-

Zur Entfernung der Gelatine kann statt Natrium- sehen 375 und 425° C erwünscht. Die Erwärmung ist

Hypochlorit mit demselben Ergebnis auch eine vorzugsweise in einem Ofen mit Schutzgasatmosphäre

5°'oige wäßrige alkalische Lösung von Natrium-Per- 55 wie ^ctickstoff od. dgl. durchzuführen. Außerdem

manganat mit 2,5 ⁰Zo Natrium-Hydroxyd, eine 5°/oige wurde festgestellt, daß eine zweite Erwärmung nach

wäßrige alkalische Lösung von Wasserstoff-Peroxyd mit 2,5% Natrium-Hydroxyd oder konzentrierter Salzsäuredampf verwendet werden.

Beispiel 2

Das im Beispiel 1 gezeigte Verfahren wird genauso wiederholt, jtdoch wird die Platte anstatt 1 Stunde

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 Grundlage für das Verfahren bildet die wahlweise Entfernung der Gelatine aus den nicht belichteten Bereichen. Die erste Erwärmung verleiht den

lang auf 300° C am Anfang 8 Minuten lang in einem teten Bereichen. Die erste Erwärmung verleiht den Ofen mit einer umlaufenden Schutzgasatmosphäre, 6j belichteten Bereichen eine größere Widerstandsfähigz. B. Stickstoff, auf 400⁰C erwärmt, bevor in den keit gegen die die Gelatine lösende Flüssigkeit. Da

nicht belichteten Bereichen die Gelatineschicht entfernt und anschließend die Maske in demselben Ofen

die Lösbarkeit der Gelatine in den nicht belichteten Bereichen wesentlich niedriger liegt, kann sie durch-

Claims (15)

geführt werden, bevor die abdeckende oder maskierende Kraft in den belichteten Bereichen beeinträchtigt wird. Wenn auch zufällig etwas Gelatine aus den Bildbereichen entfernt wird, so bleiben die Überzüge dieser Bereiche im wesentlichen doch unversehrt, d. h. zusammenhängend und ohne Unterbrechungen in den Bildbereichen. Zur Entfernung von Gelatine eignen sich beson ders gut wäßrige Salzlösungen von Hypochlorite^ Hypobromlden und Hypojodlten sowie allgemein Salzlösungen des Natrium, Calium, Kalzium und Lithium. Al» Flüssigkeiten zur Entfernung der Gelatine eignen sich besonders gut wlßrige alkalische Lösungen oxydierender Agenzien. Außer den obengenannten Lösungen gehören hierzu auch wäßrige alkalische Lösungen von Calium-Permanganat und Wasserstoff-Peroxyd. Wahrend in obiger Besehreibung als Material für die Unterlage Olas verwendet wurde, kann auch transparentes Plastikmaterial verwendet werden, das *o durch die Flüssigkeit zur Entfernung der Gelatine und die anschließend angewandten Temperaturen nicht beeinflußt wird. 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. Patentansprüche: 30

1. Verfahren zur photographischen Herstellung von Masken mit einer auf einem durchsichtigen Träger aufgebrachten, lichtempfindliche Substanz enthaltenden Gelatineschicht, die nach erfolgter Belichtung entwickelt wird, insbesondere solcher Masken, die bei der Belichtung von photosensitiven polymeren überzügen oder Photolackschichten bei der Herstellung von mikroelektronischen Halbleiterschaltungen, wie integrierten Schaltungen oder einzelnen Bauteilen, z. B. Transistoren, verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die Gelatineschicht vorübergehend auf eine Temperatur von wenigstens 250° C erwärmt wird und sodann in einem Ge latinelösungsmittel während eines Zeitraumes behandelt wird, der ausreicht, um die Gelatine aus den nicht belichteten Bereichen zu entfernen, in den belichteten Bereichen jedoch im wesentliehen unversehrt zu lassen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelatineüberzug auf eine Temperatur von 375 bis 425⁰C erwärmt und anschließend mit einem Gelatinelösungsmittel.

vorzugsweise mit einer wäßrigen Salzlösung, 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.

3. Verfahren nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel eine 5°, »ige wäßrige Lösung von Natxium-Permanganat mit 2,5*/· Natrium-Hydronyd verwendet wird.

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

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, da« durch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel eine S'/tige wftßrige Lösung von Wasserstoff-Peroxyd mit 2,5*/· Natfium-Hydroxyd verwendet wird.

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

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

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis R, 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 K), 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 Masken-Hache eine Metallschicht aufgebracht wird, daC 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 Chrorr etwa 1000 A dick durch Vakuum-Sprühtechnil aufgebracht wird.

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

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

Hierzu 1 Blait Zeichnungen