DE1963578A1

DE1963578A1 - Verfahren zum kontaktlosen Belichten

Info

Publication number: DE1963578A1
Application number: DE19691963578
Authority: DE
Inventors: Mathisen Einar Skau
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1968-12-23
Filing date: 1969-12-18
Publication date: 1970-06-25
Also published as: DE1963578C3; JPS4936422B1; US3677634A; GB1237620A; DE1963578B2; FR2026845A1

Description

IBM Deutschland Internationale Büra-Matchinen Gtielltehaft mbH

Böblingen, 11. Dezember 1969
pr-hl

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin:

Docket FI 968 003

Verfahren zum kontaktlosen Belichten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontaktlosen Belichten
mit großem Schärfentiefenbereich.

Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen werden die in den einzelnen Verfahrensschritten zu behandelnden Bereiche der verwendeten Halbleiterplättchen dadurch definiert, daß die Halbleiterplättchen mit einer Photolackschicht überzogen und die jeweils gewünschten Bereiche mit Hilfe von mit der Photolackschicht in Kontakt gebrachten Masken belichtet werden· Durch eine nachträgliche chemische Behandlung werden die durch die mit Hilfe der Masken erzeugten Lichtmuster definierten Bereiche freigelegt· Das Belichten der Photolackschicht mit unmittelbar mit ihr in Kontakt gebrachten

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Masken ist umständlich und zeitraubend und hat einen relativ schnellen Verschleiß der äußerst empfindlichen und kostspieligen Masken zur Folge. Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Masken mit Hilfe von verkleinernden optischen Systemen auf der zu belichtenden Photolackschicht abzubilden. Die verwendeten abbildenden optischen Systeme sind nicht nur^sehr kostspielig und empfindlich, sondern haben auch den Nachteil, daß ihr Schärfentiefenbereich außerordentlich klein ist, so daß eine außerordentlich sorgfältige Scharfeinstellung erforderlich ist«

Wegen der außerordentlich kleinen Abmessungen der einzelnen Schaltelemente und Leiterzüge von integrierten Schaltungen ist es erforderlich, daß die zur Belichtung verwendeten Masken nur so dick sind, daß sie eine genügende Abschirmung für die belichtende Strahlung darstellen. Für viele Anwendungen sind derartige

ο Masken mit einer Dicke von weniger als 1000 A hergestellt worden.

Bei der Wiedergabe sehr feiner Strukturen mit Hilfe holographischer Verfahren hat es sich gezeigt, daß die holographischen Abbildungen durch Fehler der verwendeten photographischen Emulsionen, beispielsweise durch unregelmäßige Korngrößen, und durch die in jedem Laserstrahl auftretenden stehenden Interferenzen Fehler aufweisen, die sie zur Belichtung von Photolackschichten bei der Herstellung von integrierten Schaltungen ungeeignet machen.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus_s ein ainfafhes Docket F! 968 003 »09826/1932

holographisches Verfahren zur Belichtung γόη Photolackschichten ■it sehr fein strukturierten Lichtmustern anzugeben, bei den die oben genannten Nachteile vermieden werden·

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zum kontaktlosen Belichten mit großem Schärfentiefenbereich gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine das zu erzeugende Muster darstellende dreidimensionale Maske mit mindestens einem strahlungsdurchlässigen, durch eine Strahlungseintrittsöffnung, eine Strahlungsaustrittsöffnung und durch diese öffnungen verbindende nichtreflektierende Flächen definierten Bereich hergestellt wird, dal diese Maske holographisch aufgezeichnet und daß die Belichtung durch die holographisch wiedergegebene dreidimensionale Abbildung erfolgt·

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß die holographische Abbildung während d#r Belichtung relativ zur strahlungsempfindlichen Schicht bewegt wird.

Ottreh dieses Verfahre« ist es möglich, im Bereich der zu belichtenden Photolacktchichten äußerst scharfe Abbildungen extrem kleiner Strukturen mit relativ großen Schärfentiefenbereichen zu erzeugen. Darüber hinaus werden die bei den bisher bekannten holographischen Abbildungsverfahren auftretenden Fehler vermieden, die einerseits durch Störungen im Aufbau der verwendeten lichtempfindlichen Emulsionen und andererseits durch die in jedem

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Laserstrahl vorliegenden stehenden Interferenzen erzeugt werden.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein bekanntes optisches Abbildungssystem,

Fig. 2 die holographische Aufzeichnung einer dreidimensionalen Maskenanordnung,

Fig. 3 die holographische Wiedergabe der mit der in Fig. 2 dargestellten Anordnung aufgezeichneten Maske,

Fig. 4A-4D die Erzeugung einer dreidimensionalen Maske,

Fig. 5A und Querschnitte durch die in Fig. 4D dargestellte 5B

Anordnung.

Mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird ein Objekt 11 mit Hilfe einer beleuchtenden Strahlung 10 in eine Abbildung 12 um» gewandelt, deren Schärfentiefe und deren Auflösung durch die optischen Eigenschaften der Linse 13 begrenzt sind.

Mit Hilfe der in Fig. 2 dargestellten Anordnung wird eine Maske hergestellt, mit der die bei der Verwendung von bekannten Masken auftretenden Nachteile vermieden werden können. Eine mit Hilfe eines Lasers erzeugte kohärente monochromatische Strahlung 14

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fällt auf einen Diffusor 16, durch den eine Urmaske 22 beleuchtet wird. Die aus der Urmaske 22 austretende gestreute Wellenfront 18 fällt gemeinsam mit einem Referenzstrahl 20 auf eine photographische Platte 24. Die vom Diffusor ausgehende Strahlung wird an der Urmaske 22 gebeugt, so daß im Bereich der photographischen Platte 24 ein komplexes Intensitäts- und Phasenfeld entsteht. Der Referenzstrahl 20 erzeugt ein Feld mit einheitlicher Intensität und linearer Phasenveränderung. Die Oberlagerung des Referenzstrahls 20 und der Wellenfront 18 erzeugen ein holographisches Muster das auf der photographischen Platte 24 aufgezeichnet wird. Diese Platte wird anschließend in bekannter Weise entwickelt.

Der Einfachheit halber ist in Fig. 2 nur ein Teil der Maske mit einer Öffnung 32 wiedergegeben. Es ist aber ohne weiteres ersichtlich, daß die zur Erzeugung von Hologrammen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dienenden Masken wesentlich komplizierter aufgebaut sein können. Bei dem in Fig. 3 wiedergegebenen Verfahren wird ein relativ großer Schärfentiefenbereich dadurch erzielt, daß die Urmaske 22 eine beträchtliche Dicke aufweist. Weiterhin sind die die Ausnehmung 32 begrenzenden Wandungen als nichtreflektierende Flächen ausgebildet worden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird unter einer nichtreflektierenden Fläche eine Fläche verstanden, die die zur Belichtung der photographischen Platte 24 dienende Strahlung 14 vollständig absorbiert. Für das vorliegende Ausführungsbeispiel sind aber auch andere Arten von Flächen geeignet, an denen eine Reflexion des Lichtes nicht stattfindet.

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Die zur holographischen Wiedergabe erforderlichen Interferenzmuster können auch errechnet werden.

Die dreidimensionale Maske 22 weist Eingangs- und Ausgangsöffnungen 34 bzw. 36 auf. Da bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung die Wandungen des Durchbruches 32 aus lichtabsorbierenden Flächen bestehen, wird die Verteilung der räumlichen Wellen 18 durch die Eingangsöffnungen und Ausgangsöffnungen 34 bzw. 36 und durch die Dicke des Durchbruchs 32 bestimmt.

Aus Fig. 3 ist die Erzeugung einer holographischen Abbildung und die Belichtung einer strahlungsempfindlichen Schicht ersichtlich. Das Hologramm, d.h. das holographische Muster ist durch das in Fig. 2 dargestellte Verfahren auf der photographischen Platte 24 gespeichert. Zur Rekonstruktion der ursprünglichen Wellenfront wird das Hologramm durch eine Strahlung 38 beleuchtet, die in bezug auf die bei der Aufzeichnung des Hologramms verwendete Referenzwellenfront konjugiert ist. Beim Durchtritt der ebenen Welle 38 durch die holographische Platte 24, die das holographische Muster der dreidimensionalen Maske 22 enthält, wird eine konjugierte Wellenfront 42 erzeugt. Die konjugierte Wellenfront erzeugt reelle Abbildungen nur in den Bereichen 44 und 46, die den Eingangs- und Ausgangsöffnungen 34 und 36 entsprechen. Da ein Hologramm jedoch die Eigenschaft aufweist, auch die Richtung der bei der Aufzeichnung verwendeten Strahlung zu speichern, enthält die rekonstruierte Wellenfront auch das dazwischen liegen-

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de geschlossene Strahlungsmuster 48·

Die bei der linsenlosen Belichtung zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen verwendete lichtempfindliche Emulsion ist in Fig. 3 mit 50 bezeichnet« Diese lichtempfindliche Emulsion 50 wird von den tunnelförmigen Strahlungsbereich 48 durchsetzt* Die Emulsion ist in einer Halterung 52 befestigt, die innerhalb des durch die Bezugszeichen 44 und 46 bezeichneten Bereiches in Richtung der eingezeichneten Pfeile hin und her bewegt werden kann. Die in Fig. 3 wiedergegebene Anordnung ist daher eine Projektionseinrichtung mit einem virtuellen Tiefenschärfenbereich, der, im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung den durch die Bezugszeichen 44 und 46 bezeichneten Bereich einnimmt. Es ist daher nicht erforderlich, das mit einer Photolackschicht überzogene Substrat exakt in der Brennebene des abbildenden Systems anzuordnen, um diese Schicht mit einer unverzerrten Abbildung der Maske zu belichten. Darüber hinaus werden die bei holographischen Systemen auftretenden Granulationsfehler durch eine Bewegung des Substrats innerhalb des Bereiches 48 unschädlich gemacht.

In den Figuren 4A-4D wird die Herstellung einer dreidimensionalen Maske erläutert, die als Urmaske bei dem in Fig. 2 erläuterten Verfahren verwendet werden kann. Zur Erzeugung der virtuellen Schärfentiefe wird eine Platte 54 aus photochromem Glas verwendet. Unter photochromem Glas wird eine Glassorte verstanden, die unter dem Einfluß von Strahlungen ihre Transparenz reversibel verändert.

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Diese Glassorte enthält beispielsweise Silberhalogenkristalle,

die unter dem Einfluß einer ultravioletten Strahlung von 3000 bis

ο
4000 A geschwärzt werden. Die Schwärzung des photochromen Glases

kann durch bereichsweises Löschen oder Bleichen mittels einer

ο Wärmestrahlung im ultraroten Bereich von etwa 6000 A oder mehr rückgängig gemacht werden* In Fig. 4B wird die aus photoehromem Glas bestehende Platte 54 durch Belichtung mit durch eine Quelle 56 erzeugten ultraviolettem Licht geschwärzt. In Fig. 4C wird auf das photochrome Glas eine Maske 60 gelegt und die ganze Anordnung mit einer durch in Lichtquelle 58 erzeugten ultraroten Strahlung belichtet. Die Schwärzung der Platte 54 wird im Bereich der in der Maske 60 vorgesehenen Ausnehmung rückgängig gemacht, so daß sich die in Fig. 4D dargestellte, eine Ausnehmung 62 aufweisende dreidimensionale Maske ergibt.

Bei der Herstellung von dreidimensionalen Masken nach dem oben angegebenen Verfahren kann es vorkommen, daß die Begrenzungen der erzeugten Durchbrüche, bedingt durch an der Maske 60 gestreutes Licht, Abweichungen von der vorgeschriebenen Form aufweisen« Als Ergebnis weist der in der Glasplatte 54 erzeugte ungeschwärzte Bereich, wie beispielsweise in Fig. 5A dargestellt, eine gegenüber dem Durchbruch in der Maske 60 vergrößerte und Abweichungen aufweisende Form auf. Da die Wandungen des der Einfachheit halber mit Durchbruch bezeichneten ungeschwärzten Bereiches nicht reflektierend sind, treten bei der mit holographischen Mitteln erzeugten Abbildung dieser Maske keine unerwünschten Störungen auf, wenn

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diese Maske, wie in Fig. 5B dargestellt, an beiden Seiten mit Eingangs- und Ausgangsmasken 64 bzw. 66 bedeckt sind, die in an sich bekannter Weise hergestellt werden. Die einzige Aufgabe dieser Masken besteht darin, die Eintritts- und die Austrittsöffnung zu definieren. Die Tatsache, daß der zwischen diesen Masken liegende Durchbruch geringfügig vergrößert ist, hat keinen Einfluß auf die durch ein holographisches System erzeugte Abbildung zur Belichtung des Substrates, da die den inneren Teil des Durchbruches 62 begrenzenden Wandungen das auf sie fallende Licht vollständig absorbieren. Es ist jedoch möglich, den Durchbruch oder den ungeschwärzten Bereich 62 so exakt herzustellen, daß die zusätzlichen Eintritts- und Austrittsmasken 64 und 66 wegfallen können.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

(\J Verfahren zum kontaktlosen Belichten mit großem Schärfentiefenbereich, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem zu erzeugenden Muster entsprechende dreidimensionale Maske mit mindestens einem strahlungsdurchlässigen, durch eine Strahlungseintrittsöffnung, eine Strahlungsaustrittsöffnung und durch diese öffnungen verbindende nichtreflektierende Flächen definierten Bereich holographisch aufgezeichnet wird und daß die Belichtung durch die holographisch wiedergegebene dreidimensionale Abbildung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die holographische Abbildung während der Belichtung relativ zur strahlungsempfindlichen Schicht bewegt wird«
3. Verfahren zum kontaktlosen Belichten nach den Ansprüchen 1 P und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die holographisch aufzuzeichnende dreidimensionale Maske durch Belichtung einer geschwärzten, aus photochrome«! Glas bestehenden Platte durch eine die Form des zu belichtenden Musters aufweisende Maske hindurch mit einer die Schwärzung rückgängig machenden Strahlung erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ungeschwärzte Bereiche aufweisende Platte aus photochromem

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Glas beiderseits mit dünnen die erforderlichen Eintritts- und Austrittsöffnungen aufweisenden Masken bedeckt wird.

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