DE2036153A1 - Semiconductor exposure masks - with chalocogenide coating for accurate adjustment - Google Patents

Semiconductor exposure masks - with chalocogenide coating for accurate adjustment

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DE2036153A1
DE2036153A1 DE19702036153 DE2036153A DE2036153A1 DE 2036153 A1 DE2036153 A1 DE 2036153A1 DE 19702036153 DE19702036153 DE 19702036153 DE 2036153 A DE2036153 A DE 2036153A DE 2036153 A1 DE2036153 A1 DE 2036153A1
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chalcogenide
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photoresist
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DE19702036153
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English (en)
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Kurt 8000 München Schlüter
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/54Absorbers, e.g. of opaque materials

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Description

  • Verfahren zum Herstellen einer Belichtungsmaske für Haibleiterzwecke Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Belichtungsmaske für Halbleiterzwecke, bei dem auf einem plattenförmigen Träger aus optisch durchlässigem Material eine Schicht aus undurchlässigem Material niedergeschlagen und diese Schicht unter Verwendung einer Ätzmaske aus Fotolack stellenweise von der Trägeroberfläche wieder abgeätzt wird.
  • Bei einem solchen Verfahren wird üblicherweise auf einer Glas oder Quarzplatte eine Metallisierung aufgedampft und auf dieser eine Fotolackmaske aufgebracht, die mit Fenstern versehen ist.
  • Diese Anordnung wird dann durch Eintauchen in ein flüssiges Ätzbad so lange behandelt, bis die Metallisierung von der Trägeroberfläche an den nicht mit der Sotolackmaske abgedeckten Stellen wieder abgeätzt ist. An den mit dem Fotolack abgedeckten Stellen hingegen bleibt die Metallisierung erhalten. Nach Entfernung der Fotolackmaske, die z. B. durch Behandeln mit Aceton geschehen kann, ist die betreffende Maske für den Gebrauch fertig.
  • Gewöhnlich wird sie als Kontaktbelichtungsmaske bei der Belichtung von Fotolackschichten verwendet, die auf der Oberflache von Halbleiterscheiben aufgebracht sind und die zu Bedampfungs- oder Ätzmasken durch Belichten und Entwickeln weiterverarbeitet werden sollen. Rine andere Möglichkeit ist die' Belichtung durch optische Projektion auf die Fotolackschicht.
  • 8 hat sich nun als günstig erwiesen, bei der Herstellung einer Belichtungsmaske anstelle einer Metallschicht eine Schicht aus gewissen Chalkogeniden, insbesondere Cadmiumsulfid (CdS) oder Cadmiumselenid (CdSe) auf dem aus einer Glas- oder Quarzplatte bestehenden Maskenträger aufzudampfen. Diese Schicht wird dann mit einer Fotolackmaske abgedeckt, die bekanntermaßen als Ätzmaske zur Erzielung definierter Verhältnisse besonders geeignet ist, sofern nicht zu hohe, das heißt über 100 0C liegende Temperaturen angewendet werden.
  • Man erhält auf diese Weise eine Maske, die bei Bestrahlung mit sichtbaren langwelligem Licht auch an den chalkogenidschichtbedeckten Stellen transparent ist und dabei die Konturen der Schicht deutlich erkennen läßt. Bei Verwendung einer kurzwelligen sichtbaren Strahlung oder gar einer UV-Strahlung sind hingegen diese Schichten optisch undurchlässig. Diesen Unterschied nützt man aus, indem man bei der Justierung der Maske eine langwellige Strahlung verwendet, welche die Justierung in bezug auf Markierungen der zu belichtenden Fotolackschicht leichter und sicherer zu überwachen gestattet. Man kommt dann zu einer wesentlich höheren Justierungsgenauigkeit als bei Verwendung einer Maske mit großer Opazität gegenüber der für die Justierung verwendeten Strahlung. Die für die eigentliche Belichtung beim Gebrauch der Maske zu verwendende Strahlung wird natürlich so gewählt, daß für sie die maskierende Schicht undurchlässig wird. Die eigentliche Belichtung erfolgt demnach unter Verwendung einer Rlaustrahlung oder gar einer UV-Strahlung.
  • Dem beschriebenen Vorteil solcher Chalkogenidmasken steht ein nicht zu unterschätzender Nachteil bei der Fertigung gegenüber.
  • Auch bei geringen Schichtetärken von weniger als 1 /um findet bei Verwendung der zu diesem Zweck üblichen Ätzbäder eine merkliche Unterätzung der Fotomaske statt9 und zwar in einem weitaus größerem Maße, als sie bei Verwendung gleicher Schicht stärken und einer Metallisierung als maskierende Schicht beobaehtet werden. Dadurch wird natürlich die Genauigkeit und Reprodzierbarkeit der Konturen der maskierenden Chalkogenidschicht und damit die Maßhaltigkeit der Maske beeinträchtigt, Es ist Aufgabe der Erfindung, hierin eine Verbesserung zu erzielen.
  • Gemäß der Erfindung wird zu diesem Zweck vorgesehen, daß eine auf dem plattenförmigen Trager aus der Gasphase abgeschiedene dünne Schicht aus einem Chalkogenid mit der Potolackmaske bedeckt und an den von der Maske nicht bedeckten Stellen durch Einwirkung eines gasförmigen, den plattenförmigen Träger nicht angreifenden Halogenwasserstoffes wieder entfernt wird. Diese Behandlung geschieht bei einer Temperatur, bei der die Fotolackmaske ausreichend stabil bleibt, das. heißt, vorwiegend bei Zimmertemperatur. Die für den Ätzvorgang erforderliche geringe Feuchtigkeit wird ausschließlich durch die T3uftfeuchtigkeit geliefert. Der günstigste Feuchtigkeitsgehalt der l,uft ist dann gegeben, wenn der zum Ätzen verwendete trockene Halogenwasserstoff bei Zimmertemperatur (etwa 20 0) gerade Nebel zu hilden beginnt. Am günstigsten ist deshalb ein Luftfeuchtigkeitegehalt von etwa 10 bis 60 %.
  • Die bei anwendung stark feuchtigkeitshaltiger Ätzmittel beobachtete Unterätzung scheint teils auf der Kapillarität eines flüssigen Atzmittels, teils durch den starken Dipolcharakter der üblichen losungsmittel in Ätzbädern (insbesondere von Wasser) zu beruhen. inden diese Einflüsse bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weitgehend vermieden werden, kommt es bei diesem zu einer Reduktion dieses Unterätzens und snmit zu Belichtungsmasken, deren Konturen genau den Konturen der zu ihrer Rerstellung verwendeten Fotolackmasken entsprechen. Da sich andererseits Potolackmasken mit großer Genauigkeit an die zu ihrer Herstellung verwendete Belichtungestruktur anlehnen, hat man aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens es in der Hand, in weitaus größerem Maße definierte Fotolackmasken zu erzielen, sie in Fällen, bei denen mit den üblichen Ätzbädern bei der Erzeugung der Maske gearbeitet wird An sich ist ein Verfahren zum lokalisierten Ätzen von Halbleiterkristallen bekannt, bei dem ein gasfbrmiges ätzmittel aus einer Düse hervortritt und gegen eine Halbleiteroberfläche gerichtet wird. Auch halogenidhaltige Reaktionsgase, wie sie für die Epitaxie von Silicium oder Germaniumschichten angewendet werden, können bei gewissen Temperatur- und Druckarerhältnissen den betreffenden Halbleiter ätzen. Dies wird vor allem deswegen angewendet9 um unmittelbar vor einem epitaktischen Prozeß eine saubere Silicium- oder Germaniumoberfläche zur Verfügung zu haben. Bei einem solchen Verfahren arbeitet man jedoch in der Regel nicht mit einer Maske; ein Unterätzen einer Fotolackschicht spielt bei einem solchen Verfahren bestimmt keine Rolle Auch bei Herstellen von Belichtungsmasken, deren maskierende Schicht aus einem Metall besteht, wird kein stärkerer Gewinn durch Verwendung eines gasförmigen Ätzmittels erreicht, während umgekehrt bei Verwendung eines Ohalkogenids als maskierende Schicht die Unterschiede zwischen einem flüssigen und einem gasförmigen (nunmehr wasserfreiem) Ätzmittel in dieser Beziehung enorm sind.
  • Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel gegeben und anhand der Figur beschrieben: Auf einer polierten und gereinigten Platte 1 aus Quarz bzw.
  • Glas mit einer Stärke von 1,5 mm (etwa die Dicke einer fotografischen Platte) wird unter Vakuum eine etwa 1000 - 8000 i starke Schicht aus einem mindestens fiir eine Strahlung undurchlässigem Chalkogenid, insbesondere aus CdS oder CdSe, aufgedampft. Diese Schicht 2 wird dann mit einer Schicht 3 aus unbelichtetem Fotolack bedeckt, der beispielsweise an der Stelle 4 lokal belichtet und dann entwickelt wird. Nach Fntwickeln der Potolackschicht entsteht an der Stelle 4 ein zur Chalkogenidschicht 2 durchgehendes Penster, während der Rest der Poto]nckschicht 3 die Fotolackmaske bildet.
  • aus einer Diisc 5 tritt nun ein Strom 7 aus trockenem HCl in Luft aus und erreicht in einem gewissen Abstand den an der Ste~lle 4 freiliegenden "Feil der Chalkozenidschicht 2. Der Abstand der Düse von der Schicht 2 wird so gewäitlt, daß des IICl-Gas am Ort der Schicht gerade die ersten weißen Nebel unter Einwirkung der Luftfeuchtigkeit zu bilden beginnt. (Völlig trockenes HCl ätzt nicht, zu feuchtes führt wieder zu Unterätzungen).
  • Günstige Resultate wurden bei mittlerer Luftfeuchtigkeit unter folgenden Bedingungen erzielt: a) Abstand der das ätzende Gas liefernden Düse von der Schicht = ca. 10 cm, b) Düsenquerschnitt = ca. 5 mm, c) Chlorwasserstoffdurchsatz pro Minute = ca. 20 1.
  • Die Ätzrate beträgt unter diesen Bedingungen für Cadmiumsulfid etwa 200 i/Sek.. Die Reaktionsprodukte der Ätzung sind Metallhalogenid, z. B. CdC12, und Chalkogenwasserstoff, z. B. SH2 oder SeH2. Dieses entweicht in Gasform. Das Metallhalogenid muß mit einem wasserfreien Ätzmittel insbesondere mit wasserfreiem Alkohol, z. B. CH30H, gelöst werden. Vor allem ist CdCl2 gut in C1T30H löslich.
  • Bei Verwendung wasserfreier Ätzmittel wird die Haftfestigkeit der Chalkogenidschicht auf der Glas- oder Quarzunterlage nicht beeinträchtigt, während bei Anwendung von wasserhaltigen I,ösungsmitteln sich die Schicht von der Unterlage abheben wird.
  • Durch die Einwirk1lng des HCl wird die Schicht 2 am Fenster 4 gelöst, so daß auch die Schicht 2 ein Fenster 5 erhält. Dieses stellt beim späteren Gebrauch der Maske das eigentliche Belichtungsfenster dar. Abschließend an die oben beschriebenen Schritte der Ätzung und Entfernung der Reaktionsrodukte wird noch die Fotolackschicht 3 - ebenfalls durch Behandlung in einem wasserfreien T,ösungsmittel, z. B. wasserfreiem Aceton -von den verbliebenen Teilen der Chalkogenidschicht 2 entfernt.
  • Diese bilden die eigentliche Belichtungsmaske und die Quarz-oder Glasplatte 1 den Träger dieser Maske. Die Maske läßt sich, wie oben beschrieben, als Kontaktbelichtungsmaske und als Projektionsbelichtungsmaske einsetzen.
  • Bei einer mit einem wasserhaltigen und/oder flüssigen Ätzmittel geätzten CdS-Schicht beobachtet man ausgefranste und teils von der Unterlage losgelöste Ränder und ungleichmäßige Konturen, die zudem - wie oben beschrieben - nicht den-Konturen der zu ihrer Ätzung verwendeten Fotolackmaske entsprechen, sondern durch Unterätzen merkbar verfälscht sind0 Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält man glatte und mit der Unterlage festverbundene Ränder der CdS-Schicht, die im übrigen den Konturen der zu ihrer Herausarbeitung verwendeten Ätzmaske mit großer Genauigkeit entsprechen.
  • Im Interesse der mechanischen Stabilität der Maske ist es günstig, wenn die Chalkogenidschicht mit einer Schutzschicht z. R.
  • aus Quarz oder Glas oder Aluminiumoxid abgedeckt wird. Die Schutzschicht kann beispielsweise durch Aufdampfen oder Auf stäuben aufgebracht werden. Besteht der eigentliche Maskenkörper aus Glas, so kann es vorteilhaft sein, wenn dieser vor dem Aufdampfen der die eigentliche Maske bildendenChalkogenidschicht mit einem die Oberfläche härtenden Überzug beisrielsweise aus Quarz oder Al203 versehen wird. Der härtende ilberzug kann ebenfalls aufgestaubt 9 aufgedampft oder aus einem geeigneten und an sich bekannten Reaktionsgas pyrolytisch abgeschieden sein.
  • 7 Patentansprüche 1 Figur

Claims (7)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zum Herstellen einer Belichtungsmaske für Halbleiterzwecke, bei dem auf einem plattenförmigen Träger aus optisch durchlässigem Material eine Schicht aus undurchlässigem Material niedergeschlagen und diese Schicht unter Verwenden einer Ätzmaske aus Fotolack stellenweise von der Trägeroberfläche wieder abgeätzt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine auf dem plattenförmigen Träger aus der Gasphase abgeschiedene dünne Schicht aus einem Chalkogenid mit der Fotolackmaske bedeckt und an den von der Maske nicht bedeckten Stellen durch Einwirkung eines gasförmigen, den plattenförmigen Träger nicht angreifenden Ilalogenwasserstoffes wieder entfernt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß als Halogenid Cadmiumsulfid oder Cadmiumselenid verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Halogenidschicht durch Aufdampfen im Vakuum auf dem aus Quarz oder Glas bestehenden Träger aufgebracht wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t . daß die mit der Fotolackmaske bedeckte Chalkogenidschicht mit trockenem, insbesondere aus einer Düse austretenden, Chlorwasserstoff bei 4nwesenheit von atmosphärischer Luft'und bei Zimmertemperatur geätzt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die anwesende, sich mit dem Chlorwasserstoff vermischende atmosphärische Luft einen Feuchtigkeitsgehalt von 10 bis 60 % aufweist.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d ad u r c,h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Chalkogenidschicht mit einem transparenten Schutzfilm, beispielsweise aus Quarz, Glas oder Al203, versehen wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Verwendung eines aus Glas bestehenden Trägers dessen Oberflache voT dem Aufbringen des Chalkogenidfilms gehärtet wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2000052528A2 (de) * 1999-03-03 2000-09-08 Forschungszentrum Jülich GmbH Monokornmembranmaske

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000052528A2 (de) * 1999-03-03 2000-09-08 Forschungszentrum Jülich GmbH Monokornmembranmaske
WO2000052528A3 (de) * 1999-03-03 2001-01-11 Forschungszentrum Juelich Gmbh Monokornmembranmaske

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