DE2050763C2

DE2050763C2 - Verfahren zur Herstellung von genau lokalisierten geänderten Oberflächenbereichen auf Halbleiter-Substraten, insbesondere für integrierte Schaltungen, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Info

Publication number: DE2050763C2
Application number: DE2050763A
Authority: DE
Inventors: Stephen J. Angello; Robert M. Export Pa. Handy; Paul R. Malmberg; Terence W. Pittsburgh Pa. O'Keeffe
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1969-10-24
Filing date: 1970-10-15
Publication date: 1983-01-05
Also published as: FR2065508B1; JPS4913429B1; DE2050763A1; FR2065508A1; US3679497A; GB1322034A; AT317319B; CH543813A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von genau lokalisierten geänderten Oberflächenbereichen auf Halbleiter-Substraten, insbesondere für inte-

grierte Schaltungen, .Vt^eIs einer in einer evakuierten Kammer eingebrachten Photokathode.

Aus der US-PS 31 13 896 ist bereits ein derartiges Verfahren bekannt geworden. Mit dem bekannten Verfahren gelingt es, beispielsweise gedruckte S jhaltungen herzustellen, bei denen die leitenden Bereiche gleichmäßiger sind und schärfere Randbcgrenzungen aufweisen, als es bei gemäß früheren Verfahren hergestellten Schaltungen der Fall ist

Gemäß dieser Druckschrift werden die leitenden Bereiche dadurch hergestellt, daß auf einem Substratkörpc, ^!Piehät eine leitende Metallschicht und darauf eine Schicht aus elektronenlithographischem Material (Elektronenstrahlresist) aufgebracht wird. Dann wird entweder vor diese Schicht eine Maske gesetzt und durch diese Maske hindurch die elektroneniithogrphische Schicht diffus mit Elektronen beaufschlagt, oder die Schicht wird mit Hilfe eines horizontal und vertikal ablenkbaren Elektronenstrahls zeilenweise abgetastet, wobei während des Abtastvorganges der Elektronenstrahl in seiner Intensität gesteuert wird.

Durch das Auftreffen der Elektronen wird das elektronenlithographische Material in der We¹Se verändert, das es gegenüber bestimmten Lösungsmitteln entweder löslich oder unlöslich wird, so dad durch Behandeln mit derartigen Mitteln entweder das mit Elektronen beaufschlagte Material oder das nicht beaufschlagte Material entfernt werden kann. Durch das Entfernen des Materials werden darunter befindliche Teile der Metallschicht freigelegt Das Substrat kann dann in gewünschter Weise weiterbehandelt werden, beim Stand der Technik dadurch, daß zunächst die freiliegenden Metallgebiete weggeätzt und dann das noch verbliebene clektronenlithographische Material entfernt wird, so daß schließlich nur noch die unter dem elektronenlithographLschen Material verbliebenen Metallbereiche vorhanden sind und die elektrische Schaltung bilden.

Das bekannte Verfahren weist jedoch noch Nachteile auf. So kann das direkte Aufbringen von Masken auf die elektronenlirhographische Schicht zu teilweiser Beschädigung dieser Schicht führen. Des weiteren ist es mit dem bekannten Verfahren nicht möglich, aus mehreren Schichten bestehende integrierte Schaltungen herzustellen, da keine Maßnahmen offenbart werden, mit denen eine genaue Ausrichtung der verschiedenen Schichten ?Meinandor durchgeführt w ?rden kann.

Maskenverfahren haben im übrigen bisher stets nur eine begrenzte Genauigkeit gehabt die allenfalls 5 χ IO-⁶m erreicht hat wobei in der Praxis sogar so Toleranzen von 2,5 χ ¹O-* m auftraten, wenn die Masken mittels eines Mikroskops von Hand auf das Substrat angebracht oder auf ihm ausgerichtet werden mußten. Aufgrund dieser Nachteile wurde die Ausbeute an brauchbaren Halbleiteranordnungen mit zunehmender Anzahl von LiMogrphie- und Maskenbehandlungen immer geringer.

Das zweite in dieser US-PS 31 13 896 beschriebene Verfahren vermeidet die Verwendung von Kontaktmasken. Das photo- bzw. elektronenlithogrpl.ische Material kann nämlich auch durch Projektion von Licht bzw. Elektronen, insbesondere in Form eines Elektrenen-•chreibstrahls belichtet bzw. beaufschlagt werden. Das optische Verfahren besitzt aber ebenfalls Grenzen hinsichtlich des Auflösungsvermögens, wobei im Falle der optischen Belichtung ein Auflösungsvermögen einer Größenordnung von 1—2 χ 10-⁶m erreichbar ist, wobei dieses Auflösungsvermögen von der Brennweite des verwendeten Projektionssystems und der extrem kritischen Fokussierungstiefe abhängt, so daß sich bei diesem optischen Verfahren eine Auflösung erreichen läßt, die etwa 5 χ 10-⁶mUegt.

Bei dem in der US-PS 31 13 896 beschriebenen Abtasten mittels eines Elektronenstrahls kann dagegen das Auflösungsvermögen auf Werte gebracht werden, die unter 0,5 χ 10-⁶m liegen. Allerdings liegt die Behandlungszeit der Oberfläche von beispielsweise einer Siliziumscheibe mit einem Durchmesser von 2,5 cm in der Größenordnung von einer Stunde. Zwar kann durch Vergrößerung der Abtastgeschwindigkeit mit Hilfe von Computersteuerung diese Zeit bis auf etwa 20 Minuten herabgedrückt werden, doch sind auch noch derartig lange Zeiten für die Herstellung von integrierten Schaltungen auf kommerzieller Basis völlig undiskutabel, wenn man berücksichtigt, daß im Mittel etwa 6 lithographische Schichten getrennt voneinander behandelt werden müssen. Die Kosten eines derartigen Verfahrens wären untragbar hoch, wenn eine derartige Verfahrensweise für alle Behandlungsschritte des lithographischen Materials benutzt - erden müßte.

Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht ein Verfahren zur Herstellung von genau lokalisierten geänderten Oberflächenbereichen auf Halbleiter-Substraten, insbesondere für integrierte Schalungen, mittels einer in einer evakuierten Kammer eingebrachten Photokathode sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei dem die vorstehend aufgezeigten Nachteile der US-PS 31 13 896 nicht mehr vorhanden sind und insbesondere auch die Herstellung von mehrschichtigen integrierten Schaltungen in wirtschaftlicher Weise möglich ist

Gelöst wird die Aufgabe durch die folgende Kombination von Verfahrensmerkmalen:

a) Einbringen eines auf einer planaren Oberfläche mit Elektronenstrahlresist bedeckten Substrat in die evakuierte Kammer, derart daß die mit Elektronenstrahlresist bedeckte planare Fläche des Substrats gegen die Elektronen emittierende Fläche der Photokathode gerichtet ist

b) Orientierung der Photokathode und des Substrats in eine vorgegebene relative Lage, in der die mit Elektronenstrahlresist bedeckte planare Fläche des Substrats und die Elektronen emittierende Fläche der Photokathode im wesentlichen parallel zueinanderliegen,

c) Anlegen einer Spannung zwischen der Photokathode und dem Substrat derart daß das Substrat als Anode geschaltet ist und Einprägen eines Magnetfeldes in den "Raum zwischen Photokathode und Substrat

d) Bestrahlung der Photokathode mit Licht der ueuimmten Wellenlänge zur Emission von Elektronen aus der Photokathode, welche in Übereinstimmung mit dem vorgegebenen Raster der Photokathode auf die mit Elektronenstrahlresist bedeckte Oberfläche des Substrats auftreffen, wodurch Bereiche unterschiedlicher Löslichkeit bezogen auf ein gegebenes Lösungsmittel erzeugt werden,

e) Behandeln des Substrats mit dem gegebenen Lösungsmittel zum Lösen und Entfernen lediglich der löslicheren Teile des Elektronenstrahlresist auf dem Substrat und

0 Bell« "dein der freigelegten Oberflächenbti eiche des Substrats zur Änderung der Eigenschaften dieser Bereiche.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung des erfindungcgemäßen Verfahrens werden die o. a. Verfahrensschritte a —f wenigstens einmal wiederholt, wobei pro Wiederholung jeweils die gleiche oder aber auch jeweils eine andere Photokathode benutzt wird. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche Oberflächenbereichsverteilungen, ggf. in verschiedenen Schichten auf sehr schnelle Weise erreichen.

Als Elektronenstrahlresist hat sich eine organische Verbindung besonders bewährt, deren Löslichkeit sich bei Behandlung mit einem Elektronenstrahl bezogen auf ein gegebenes Lösungsmittel ändert

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit einer Vorrichtung ausführen, die, wie der Stand der Technik, mit einer eine Photokathode aufweisenden evakuierten Kammer zur Aufnahme eines eine Elektronenstrahlresistschicht aufweisenden Substrats, einer an die Photokathode und an das Substrat angekoppelten elektrischen Spannungsquelle, wobei die Spannung so gepolt ist, daU an der Photokathode auftretende Elektronen in Richtung des Substrats wandern, und einer Ablenkeinrichtung für die Elektronen versehen ist.

Um mit dieser bekannten Vorrichtung das erfindunsgemäße Verfahren besonders wirksam durchführen zu können, wurde die bekannte Vorrichtung so ausgestaltet, daß die Photokathode mit einer planaren, in vorgegebenen Rasterbereichen Elektronen emittierenden Oberfläche versehen ist und über eine Einrichtung zum Einbringen in die Kammer sowie einer Einrichtung zur Ausrichtung innerhalb der Kammer verfügt, des weiteren über eine Einrichtung zur Einbringung des Substrats in die evakuierte Kammer, auf der Markierungen angeordnet sind, eine Einrichtung zur Ausrichtung des Substrats mit Hilfe der auf ihm befindlichen Markierungen, derart, daß die planare, Elektronen emittierende Oberfläche der Photokathode und die planare, das Elektronenstrahlresist tragende Oberfläche des Substrats parallel zueinanderliegen und daß das Substrat sowohl winkelmäßig als auch in Richtung von X- und V-Achsenrichtung im Bezug auf die Elektronen emittierende Fläche der Photokathode genau ausgerichtet ist, wobei als Ablenkeinrichtung eine um die Photokathode und das Substrat angeordnete Magnetanordnung zum Aufbau eines fokussierenden Magnetfeldes zwischen Photokathode und Substrat mit einer derartigen Verteilung des Magnetfeldes vorgesehen ist, daß die von den Elektronen emittierenden Bereiche der Photokathode ausgehenden Elektronen die Elektronenstrahlresistschicht auf dem Substrat in einem Raster treffen, das genau dem vorgegebenen Elektronen emittierenden Raster der Photokathode entspricht und wobei zur Bestrahlung der Photokathode zwecks Auslösung der Elektronen aus deren Elektronen emittierenden Bereichen eine Strahlungsquelle vorgesehen ist.

Als Strahlungsquelle zur Bestrahlung der Photokathode kann zweckmäßigerweise eine UV-Lichtquelle Verwendung finden.

Die Einrichtungen zum Einbringen der Photokathode bzw. des Substrats in die evakuierte Kammer sind zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß gleichzeitig mehrere Photokathoden und/oder Substrate in die Kammer einbringbar sind, wodurch sich evtl. notwendige Abpumpzeiten vermeiden lassen und das Herstellungsverfahren noch weiter beschleunigt wird. Ein Abpumpen wird auch vermieden bzw. erheblich verringert, wenn zum Einbringen der Photokathoden bzw. der Substrate Vakuumschleusen vorgesehen sind.

Werden mehrere Photokathoden benutzt, ist es günstig, diese in einer Halterung anzuordnen, durch die sie selektiv in Bezug auf das Substrat ausrichtbar sind. Werden Substrate behandelt, ist es außerdem von Vorteil, diese in einem Stapel anzuordnen und eine Einrichtung vorzusehen, mittels der die Substrate einzeln für die Behandlung mittels des Elektronenstrahls einer Photokathode auswählbar sind.

Ein besonderer Vorteil dieser Vorrichtung ist im

ίο übrigen noch der, daß sie sich so ausgestalten läßt, daß mit ihr die zur Herstellung von Substraten erforderliche Photokathode herstellbar wird, wenn in der Einrichtung zunächst statt der Photokathode die Kathode eines Abtastelektronenstrahlmikroskops mit Ablenkeinrichtungen zur rasterförmigen Auslenkung eines Elektronenschreibstrahls verwendet wird, dessen Intensität durch ein Intensitätssignal steuerbar ist, wie es beispielsweise in der US-PS 31 13 896 dargestellt ist.

Zur Steuerung der Ablenkeinrichtungen sowie zur Lieferung eic» iriicn5iiäi33igris!s mSi s;ch :nibesy !!tiere eine digitale Datenverarbeitungsanlage verwenden, die aufgrund eines Rechenprogramms die zur Herstellung der Photokathode notwendigen Informationen liefert. Die so hergestellte Photokathode, deren Herstellung beispielsweise 20 Minuten dauert, läßt sich dann dazu benutzen, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf sehr viel schnellere Weise integrierte Schaltungen herzustellen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfüh-

)o rungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm, gemäß dem die Herstellung zunächst einer Photokathode erläutert wird;
F i g. 2 ein Blockdiagramm das erfindungsgemäße

is Verfahren, bei der unter Verwendung der Photokathode beispielsweise integrierte Schaltungen hergestellt werden;

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht eines Abtastelektronenmikroskops;

»ο F i g. 4 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig.5 eine Schnittansicht durch die evakuierte Kammer dieser Vorrichtung; und

F i g. 6 eine andere Ausführungsform einer derartigen Kammer.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung sind geeignet, eine große Anzahl von Substraten in der Weise zu bearbeiten, daß deren Oberfläche in bestimmter Weise geändert wird. Derartige Substrate können beispielsweise dünne Metall- oder Halbleiterplättchen sein, die an bestimmten Stellen unter Bildung bestimmter Muster geätzt werden sollen. Derartige geätzte Substrate sind für unterschiedliche wissenschaftliche und industrielle Zwecke verwendbar. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise Fluidverstärker wie auch Wellenleiter herstellen. Ein besonders wichtiger Anwendungsfall ist jedoch die Herstellung von Halbleiter-Bauelementen, insbesondere integrierte Schaltungen. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es nun wünschenswert, eine Vielzahl derartiger Anordnungen, deren Oberflächen auf physikalischem oder chemischem Wege bestimmten Veränderungen unterworfen werden sollen, mit zeitlich und kostenmäßig vernünftigen Aufwand zu bearbeiten. Um beispielsweise bei integrierten Schaltungen im Hinblick auf deren elektrische Eigenschaften eine hohe Ausbeute sicherzustellen, ist es notwendig, deren Oberfläche in

genau lokalisierten Bereichen zu verändern, wobei hohe Genauigkeit insbesondere dann wichtig ist, wenn das Si'hstrat nacheinander mehreren Oberflächenbehandlungen unterworfen werden soll. In der Technologie komplizierterer integrierter Schaltungen muß eine einzige Scheibe mit großer Genauigkeit beispielsweise sechsmal oder noch häufiger hintereinander behandelt werden, wobei die Oberfläche dann sechsmal oder mehrtrsls einer Veränderung unterworfen wird, um schließlich die gewünschte integrierte Schaltung zu erlangen.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßep Verfahrens bzw. der entsprechenden Vorrichtung wird jeder Berührungskontakt zwischen einer Maske und dem zu behandelnden Substrat vermieden, so daß Beschädigungen des Substrats durch die Maske ausgeschlossen sind. Noch wichtiger ist, daß durch die Behandlung mit einem Elektronenstrahl eine Genauigkeit von 1 χ 10~⁶m oder besser erreichbar ist, und zwar sowohl bei der Bestrahlung bzw. Beaufschlagung des Substrats mit Elektronen als auch bei der Ausrichtung dieses Substrats bei aufeinanderfolgenden Behandlungsschritten. Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren eine Genauigkeit in der Größenordnung von 0,5 x 10-· m erlaubt, selbst bei Massenherstellung. Wesentlich ist auch der geringe Zeitbedarf für die Herstellung der Substrate, wobei ein Bestrahlungsvorgang beispielsweise nur 5 Sekunden erfordert.

In Fig. 1 ist ein Diagramm dargestellt, das einen typischen Verfahrensablauf erläutert. Zunächst wird im Verfahrensschritt A mittels herkömmlicher Verfahren eine 'laskenzeichnung für die integrierte Schaltung hergestellt, wobei herkömmliche Photo\ erfahren anwendbar sind. Bei komplizierteren Anordnungen kann der Verfahrensschritt A auch die Heistellung von mehreren Maskenzeichnungen umfassen.

Im Verfahrensschritt B werden dann die Koordinationsdaten der Zeichnung in ein Computerprogramm eingegeben. Nach Überprüfung des Programms, z. B. durch Darstellung der Maskenzeichnung auf einem Sichtgerät oder durch Herstellung eines Substrats mittels eines Abtastelektronenmikroskops auf herkömmliche Weise und nachfolgender visueller Prüfung auf dem Sichtgerät oder des so erlangten Substrats unter dem Mikroskop, lassen sich auch Korrekturen in das Programm einführen, siehe den Verfahrensschritt C Dabei ist es beispielsweise denkbar, mit Hilfe eines optischen Schreibers auf dem Sichtgerät Änderungen unmittelbar vorzunehmen, wobei der Computer diese Änderungen automatisch in sein Programm übernimmt. Ein derartiges Verfahren ergibt hinsichtlich herkömmlicher Maskenzeichnungen, bei denen das Auffinden von Fehlern und die Korrektur dieser Fehler sehr zeitaufwendig sind, große Zeiteinsparungen.

Beim Verfahrensschritt D können dann weitere gespeicherte Programme oder auch anderes Programmiermaterial in den Verfahrensprozeß eingeführt werden. Dabei kann es sich beispielsweise um Informationen über den Vorschub oder die Bewegung einer Stufe im Abtastelektronenmikroskop handeln, z. B. zu dem Zweck, den Elektronenstrahl auf einen anderen Bereich des Substrats zu richten. Dies ist deshalb erforderlich, weil das Auflösungsfeld eines üblichen Abtastelektronenmikroskops meist nicht größer als 0,2 χ O^ cm ist, während Substrate Durchmesser in der Größenordnung von 5—7 cm aufweisen können. Faiis erforderlich, kann der Rechnerinhalt auch auf ein Magnetband überspielt werden, was insbesondere dann zweckmäßig ist, wenn mehrere Abtastelektronenmikroskope an gleicher oder verschiedener Stelle vorgesehen sind und gleichzeitig durch ein derartiges Magnetbandgerät gesteuert werden sollen. In vielen $ Fällen kann der Computer auch direkt mit dem Abtastelektronenmikroskop in Verbindung gebracht werden.

Gemäß dem Verfahrensschritt F liefert dann der Computer oder das Magnetband, gewöhnlich auf

ίο digitalem Wege, Steuerinformationen. Um die Genauigkeit des dem Abtastelektronenmikroskop vom Magnetband oder vom Computer aufgeprägten Rasters sicherzustellen, kann die Ausgangsinformation in einem speichernden Sichtgerät visuell dargestellt werden, Verfahrensschritt G, bevor diese Rasterinformation auf eine Photokathode oder auf ein Substrat zur Einwirkung gebracht wird.

Zur Genauigkeitsprüfung der im Computer oder auf dem Magnetband gespeicherten Information kann zunächst probeweise eine herkömmliche Siliziumscheibe zu einer integrierten Schaltung verarbeitet werden. Zu diesem Zweck wird gemäß Verfahrensschritt H die Siliziumscheibe mit einem positiven oder negativen Elektronenresistmaterial beschichtet, und danach die so behandelte Scheibe gemäß dem Verfahrensschritt / auf dem Objektträger im Abtastelektronenmikroskop behandelt Dieser Objektträger wird in X- und V-Richtung durch geeignete, vom Computer betätigte Steuereinrichtungen gesteuert, um verschiedene Bereiche mit einem Abstand von etwa 0,2 cm aufeinanderfolgend unter den Elektronenstrahl zu bringen. Die Scheibe selbst kann mit Orientierungsmarken versehen sein, so daß sie für aufeinanderfolgende Behandlungen des Elektronenresistmaterials mit dem Elektronenstrahl in genau die gleiche Lage auf dem Objektträger des Elektronenmikroskop gebracht werden kann.

Im Verfahrensschritt / wird ein Elektronenstrahl, der von den Informationen des Computers oder Magnetbandes gesteuert wird, auf das Elektronenmaterial gerichtet, derart, daß ein Raster von mehr oder weniger löslichem Elektronenresistmaterial entsteht. Der Grad der Löslichkeit hängt dabei davon ab, ob ein positives oder negatives Elektronenresistmaterial auf dem Silizium aufgebracht wurde. Es können dabei ein

« Bereich oder auch mehrere Bereiche mit einer Größe von beispielsweise 02 x 0,2 cm durch den Elektronenstrahl behandelt werden. Wenn die gesamte Siliziumscheibe in der beschriebenen Weise behandelt ist, wird sie gemäß Verfahrensschritt K aus dem Elektronenmi kroskop herausgenommen und mit einem Lösungsmittel behandelt, das lediglich die löslichen Bereiche des Elektronenresistmaterials löst. Im Verfahrensschritt L we *den dann durch Entfernen des Elektronenresistmaterials freigelegte Bereiche in herkömmlicher Weise behandelt Dabei kann es sich beispielsweise um die Dotierung mittels Diffusion, um Ätzen, Oxidieren oder auch um das Aufbringen einer epitaktischen Siliziumschicht handeln. An den Stellen, an denen das Elektronenresistmaterial auf der Oberfläche der Silizi umscheibe verblieben ist, erfolgt kein Angriff durch ein Ätzmittel für Siliziumoxid, das gewöhnlich die Scheibenoberfläche bedeckt Es werden lediglich die Teile der verbleibenden Oxidschicht beeinflußt, von denen das Elektronenresistmaterial entfernt wurde. Danach kann

«5 eine weitere Schicht aus Elektronenresistmaterial auf die Scheibe aufgebracht und gemäß einem anderen auf Magnetband gespeicherten oder im Computer enthaltenen Programm im Abtastelektronenmikroskop behan-

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delt werden. Es ist auch möglich, eine Siliziumscheibe bis zu einem vollständig fertiggestellten Exemplar r\ bearbeiten, das dann geprüft wird.

Normalerweise wird die Siliziumscheibe nach jeder Oberflächenbehandlung sorgfältig geprüft, um die Genauigkeit der durch jede Elektronenstrahlbchandlung erhaltene:¹, veränderten Oberflächenbereiche zu bestimmen. Ist dieser Prüfschritt zufriedenstellend ausgefallen, so wird im Verfahrensschritt H eine Photokathode verwendet, welche aus einer flachen Quarzscheibe mit wenigstens einer planaren Oberfläche besteht. Auf diese planare Oberfläche ist mittels Aufdampfen im Vakuum oder einem entsprechenden Verfahren ein Titanfilm aufgebracht. Anstelle von Quarz können für die Scheiben auch Saphir oder Lithiumfluorid verwendet werden. Für das hier beschriebene Verfahren reicht ein Titanfilm mit einer Dicke aus, die nur einen Bruchteil von 1 χ 10~^β m ausmacht. Bei einer Schichtdicke des Titans von z. B. C₁G χ ίθ~*πΐ haben sich gute Ergebnisse erzielen 20 f* lassen. Die Scheibe wird für einige Minuten bei einer Temperatur von 16O-17O°C behandelt, um die Metalloberfläche aus Gründen der besseren Ätzbarkeit etwas anzuoxidieren.

Auf die so behandelte Titanschicht wird sodann ein Elektronenresistüberzug aufgebracht wonach die Quarzscheibe im Verfahrensschritt / in das Abtastelektronenmikroskop eingebracht wird. Ist die Quarzscheibe auf dem Objektträger des Elektronenmikroskops richtig orientiert und die Kammer evakuiert, wird der Elektronenstrahl unter Steuerung der vom Computer oder dem Magnetband gelieferten Informationen auf das Elektronenresistmaterial gerichtet. Ist das elektronenlithographische Material positiv, so entartet es aufgrund der Behandlung mit dem Elektronenstrahl und wird löslicher. Ist das Elektronenresistmaterial dagegen negativ, so polymerisiert es und gelangt in einen Zustand geringerer Löslichkeit.

Die Überzüge aus Elektronenresistmaterial sind lichtempfindlich und verhältnismäßig stabil und besitzen eine verhältnismäßig lange Lagerzeit. Beispiele für negative Elektronenresistmaterialien sind Polystyrol, Polyacrylamidharze, Pulyvenylchlorid und bestimmte Kohlenwasserstoffsilikone. Beispiele für positive Elektronenresistmaterialien sind Polyisobutylen, Polymethylmetracrylat und Poly(alpha)methylstyrol.

Ein gutes positives Elektronenmaterial ist Polymethylmetacrylat mit einem mittlerem Molekulargewicht von über tOO 000, dem ein geringer Bruchteil eines Polymers mit einem Molekulargewicht von 50 000 oder weniger zugesetzt ist Der Zusatz dient zur Vermeidung der Entstehung von feinen Löchern bei der Behandlung. Dieses Elektronenresistmaterial wird in 95% Äthanol (5% Wasser) und in einer Mischung von 30 Vol.-% Methylethylketon und 70% Isopropanol leicht löslich, wenn es einem Elektronenstrahl bei 10 kV zur Übertragung einer Ladung von 5 χ 10-⁵ Coulomb/cm² ausgesetzt wird. Die mit einem derartigen Elektronenstrahl behandelten Teile sind in den vorgenannten Lösungsmittel löslich, während der Rest des Elektronenresistmaterials nicht löslich ist

Polyacrylamid ist ein gutes negatives Elektronenresistmaterial, das unter Einwirkung eines Elektronenstrahls bei 10 kV mit einer Ladungsübertragung von 3 χ 10~⁶ Coulomb/cm² im entionisierten Wasser gering löslich ist während der verbleibende Rest bei einer Behandlung mit konzentrierter Phosphorsäure nicht angegriffen wird. Dieses Elektronenresistmaterial ist daher als Überzug für Aluminium anwendbar. Das genannte Elektronenresistmaterial wird durch die nveistei. jrgan.ichen Lösungsmittel, wie beispielsweise Methanol nicht angegriffen. Daher ist dieses Material eine gute Maske für eine Zerstäubungs-Ätzbehandlung des Substrats.

Nachdem die Quarzscheibe, auf die das Elektronenresistmaterial aufgebracht wurde, im Abtastelektronenmikroskop behandelt wurde, wird sie dem Mikroskop entnommen und mit einem vorgegebenen Lösungsmittel behandelt, um die aufgrund der Elektronenstrahlbehandlung löslicher gewordenen Bereiche abzutragen. Damit wird das Titan an den genau lokalisierten Bereichen freigelegt, an denen das Elektronenresistmaterial abgetragen wurde. Das Titan kann leicht in einem geeigneten Ätzmittel, wie beispielsweise einer l%igen wäßrigen Flußsäurelösung, gelöst werden, um die darunter befindliche planare Quarzoberfläche freizulegen. An den Stellen, an denen das Elektronenresistmaieial verbleibt, ist natürlich auch das Titan noch vorhanden. Der noch vorhandene Rest des Elektronenresistmaterials wird entfernt, wonach das metallische Titan sodann beispielsweise in Luft bei 400⁰C zu Titandioxid oxidiert wird. Ausgehend von einer Titanschicht mit einer Dicke von 0,6 χ 10~⁶ m wird eine Titanoxidschicht von etwa 1 χ 10-⁶m erhalten. Auf ausgewählten Bereichen der planaren Quarzoberfläche ist sodann eine dichte haftende Titanoxidschicht vorhanden. Falls erforderlich, kann auf dieser Titanoxidschicht eine dünne Schutzschicht aus Siliziumoxid oder einem für UV-Licht durchlässigen Material, wie beispielsweise Pyrexglas, aufgestäubt werden.

Die so behandelte Quarzscheibe wird sodann in eine Vakuumzerstäubungskammer eingebracht, in der eine Palladiumschicht mit einer Dicke von 1—4 χ 10-°τη aufgebracht wird. Anstelle des Palladiums können auch andere Materialien, wie beispielsweise Gold, Verwendung finden.

Betrachtet man die Quarzscheibe von ihrer hinteren Oberfläche so ist an den gewünschten Elektronen emittierenden Bereichen ein genau lokalisiertes Raster aus Palladiummetall vorhanden, während der Rest der vorderen Oberfläche der Quarzscheibe mit einer dichten Titanoxidschicht bedeckt ist, welche im UV-Bereich undurchlässig ist Diese so erhaltene Quarzscheibe stellt eine Photokathode dar, welche in einem System zur Herstellung einer Vielzahl von behandelten Substraten verwendbar ist.

F i g. 2 zeigt nun in Form eines Blockdiagramms die Verwendung einer gemäß F i g. 1 hergestellten Photokathode. Die gemäß dem Verfahren der F i g. 1 hergestellte Photokathode, in F i g. 2 ist dieser Verfahrensschritt mit M bezeichnet wird nun gemäß dem Verfahrensschritt N in eine Projektionsröhre eingebracht. In diesem Verfahrerisschritt wird außerdem ein Substrat das beispielsweise eine mit einem Elektronenresistmaterial beschichtete Siliziumscheibe ist in die Projektionsröhre eingelegt Gemäß dem Verfahrensschritt O wird die Photokathode und das mit Elektronenresistmaterial beschichtete Substrat elektronisch aüigcrichtet Es kann zunächst durch jetigtiete mechanische Mittel, wie beispielsweise Ar icniäge oder Stifte, an die das Substrat durch Nuten angepaßt ist eine vorläufige Ausrichtung vorgenommen werden. Zur anschließenden genauen Ausrichtung können Mikrometereinstellvorrichtungen verwendet werden, durch welche das Substrat auf einem Tisch drehbar und auf einem Träger in X- und V-Richtung bewegbar ist

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Derartige Vorrichtungen entsprechen dem justierbaren Oujektträger in einem Mikroskop. Danach können elektronische Einrichtungen zur Korrelierung einer Orientierungsmarke auf dem Substrat mit der Photokathode vervendet werden, so daß ein genau vcrgegcber,er Bereich des Substrats durch den Elekironenstrahl der Photokathode getroffen wird. Derartige Einrichtungen werden im folgenden im Hinblick auf eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch genauer beschrieben, Die planare Oberfläche der ic Photokathode verläuft genau parallel zu der planaren, Elektronen emittierenden Oberfläche der Photokathode, während das Substrat in bezug auf das Kathodenraster sowohl in A'- wie in V-Richtung als auch in genauer Winkellage ausgerichtet wird.

Im Verfahrensschritt P wird die Photokathode von ihrer Rückseite her mit UV-Licht bestrahlt, so daß von den Palladium-Metallbereichen, welche nicht mit einem für UV-Licht undurchlässigen Material bedeckt sind, Ele'ctronen emittiert werden. Zwischen Photokathode nnr4 QiiKctrat urjrH ρϊηρ ^ηηηηιιησ oplpot "ΓΠ CU** Elektronen von der Photokathode auf das Substrat zu ziehen. Im Li-reich zwischen der Photokathode und dem Substrat ist ein geeignetes fokussierendes Magnetfeld vorhanden, so daß das Elektronenstrahlraster in einem vorgegebenen Muster auf das Elektronenresist auf dem Substrat auf trifft. Bei einer richtigen Elektronen-Emissions-Rate nimmt das Elektronenresist auf dem Substrat genug Ladung auf, um eine bestimmte merkbare Differenz in der relativen Löslichkeit der mit Elektronen behandelten Bereiche de* Elektronenresistmate-'ials im Vergleich zu den nicht behandelten Bereichen eintreten zu lassen.

Infolge der Elektronenstrahlbehandlung ist dann das Elektronenresistmaterial bezüglich eines bestimmten Lösungsmittels unterschiedlich löslich. Im Verfahrensschritt Q wird das Substrat der Projektionsröhre entnommen und mit dem Lösungsmittel behandelt, um das Elektronenresistmaterial zu »entwickeln«. Dabei werden die löslicheren Teile des Elektronenresistmaterials entfernt, während die weniger löslichen Teile auf dem Substrat verbleiben, wodurch bestimmte Bereiche des Substrats, das beispielsweise eine Siliziumscheibe ist, freigelegt werden. Das so behandelte Substrat wird dann im Verfahrensschritt R weiterbehandelt, um die chemischen oder physikalischen Eigenschaften der freigelegten Bereiche zu ändern. Bei einer derartigen Behandlung kann es sich beispielsweise um die Aufbringung einer epitaktischen Sliziumschicht auf den freigelegten Bereichen oder um die Eindiffusion eines Dotierungsmaterials handeln. Außerdem könnten die freigelegten Bereiche auch zur Erzeugung einer Isolationsschicht aus Siliciumoxid oxidiert oder zur Erzeugung von Vertiefungen im Substrat geiUzi wei den. Die in Rede stehende Behandlung umfaßt auch die Entfernung des Resws des Elektronenresistmaterials nach der Oberflächenbehandlung des Substrates. Dies erfolgt durch ein geeignetes Lösungsmittel. Danach können weitere Behandlungen des Substrats, beispielsweise durch Diffusion, vorgenommen werden.

Das so behandelte Substrat kann dann im Vert'ahrensschritt S einer weiteren Behandlung in Form einer Beschichtung mit Eiektronenresis? ivHerwoffen werden. Damit kann es csr-cut in die Projektionsröhre zusammen mit einer anderen Photokathode eingebracht werden, welche ein vorgegebenes Raster aus Elektronen emittierenden Material auf ihrer Oberfläche besitz'?. Das Substrat kann dabei bclkbig oft erneut behandelt werden, wodurch jede Folge von Behandlungsschritten möglich ist. Im Hinblick auf die elektronische Ausrichtung der Scheibe im Verfahrensschritt O während eines jeden Behandlungszyklus können die Elektronenstrahlraster Her einzelnen nacheinander zur Anwendung k^"^r"enuen Fhotokathoden leicht in genauer Lage zueinander gebracht weiden, wobei die Abweichung von Raster zu Raster bzw. von einer Behandlung zur nachfolgenden Behandlung weniger als 1 χ 10-⁶rn !--trägt.

Schließlich besitzt die im Veti-shreaischritt Γ behandelte Scheibe nach mehreren Behandlungsfolgen derart geänderte Eigenschaften, daß sie zur Herstellung von beispielsweise einer integrierten Schaltung geeignet ist. Im Verfahrensschritt T kann die Scheibe dann schließlich fertiggestellt werden, wobei es sich beispielsweise um das Anbringen äußerer Leitungen, die Montage oder das Einbringen der integrierten Schaltung in ein Gehäuse oder ähnliches handeln kann. Eine derartige Weiterbehandlung umfaßt auch die übliche Priifiina ?r>wip u/pitprp 711Γ Hprstpllung einer brauchbaren Anordnung geeignete Schritte.

Da das Substrat außer bei der Aufbringung des Elektronenresistmaterials, der notwendigen Behandlung mit Lösungsmitteln zur Entfernung bestimmter Bereiche des Elektronenresistmaterials und den notwendigen Änderungsbehandlungen, die normalerweise chemischer Natur sind, nicht mit anderen Mitteln körperlich in Berührung kommt, werden physikalische Zerstörungen auf ein Minimum reduziert. Die genannten Oberflächenbehandlungen garantieren daher eine sehr hohe Ausbeute bei den Substraten, wodurch letztlich außerordentlich gute Produkte mit hervorragenden Eigenschaften erhalten werden.

F i g. 3 zeigt eine Vorrichtung, mit der das Verfahren gemäß F i g. 1 durchgeführt werden kann. Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 umfaßt ein Abtastelektronenstrahlmikroskop 10, das seinerseits ein auf einem Träger 14 montiertes Elektronenstrahlmikroskop 12 besitzt. Weiterhin ist schematisch eine Kammer 16 zu erkennen, die eine das zu behandelnde Substrat tragende Stufe aufweist. Diese Stufe ist bewegbar ausgebildet. Das Substrat kann nicht nur relativ zum Elektronenstrahl bewegt werden, sondern auch nacheinander in bestimmte Positionen gebracht werden, wenn sein zu behandelnder Bereich größer als der normale Abtastbereich eines Elektronenstrahls (z. B. 0,2 χ 0,2 cm) ist Zum Abpumpen der Elektronenmikroskopkammer ist eine Vakuumpumpe 18 vorgesehen. Eine Leistungsversorgungseinrichtung 20 dient der Energiezufuhr zur Erzeugung des Elektronenstrahls sowie auch für die Fokussierüngs- und Strahlsteuerei"richiur.gen, &'-.·; zur Ablenkung des Elektronenstrahls sowie zur Unterdrückung des Elektronenstrahls an solchen Stellen dienen, an denen keine Behandlung erfolgen soll.

Zum Abtastelektronenmikroskop gehören außerdem eine Einrichtung 22, die die Steuereinrichtungen 24 für das ADtastelektronenmikroskop und eine Anzeigeeinrichtung 26 umfassen. Die Ar.zeigeeinrichtungkann als speicherndes Anzeigegerät ausgebildet sein, so daß die durch das Elektronenmikroskop behandelten Bereiche des Substrates visuell dargestellt werden können.

Außerdem ist eine schematisch dargestellte eletaroni-5>"he Datenverarbeitungsanlage 30 vorgesehen, die ein auf verschiedene Schniusieüeneinrichtungcn 34 arbeitendes Magnetband 32 aufweist Die Scnrüttsielfeneinrichtung arbeitet ihrerseit« iaf aie Steuerein:k'huingen 24 des Ahtast: "'«kironenmiVroskons.

Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung enthält einen Rechner, welcher den Elektronenstrahl des Abtastelektronenmikroskops steuert. Diese Steuerung erfolgt als Funktion der ursprünglich angefertigten Zeichnung des auf dem Substrat gewünschten Rasters. Der Rechner richtet dabei das Raster zu einer Markierung aus. Falls gewünscht, können auch eine oder mehrere Orientierungsmarkierungen auf einem Substrat angebracht werden, so daß dieses in bezug auf vorhergehende oder nachfolgende Substrate ausrichtbar ist Nachdem ein Bereich von z.B. O^ χ 0,2cm behandelt worden ist, betätigt der Rechner die das Substrat tragende Stufe und bewegt sie in X-Richtung um eine Strecke von beispielsweise 0,2 cm weiter, wonach die Rasterabtastung wiederholt wird. Nachdem auf einem Substrat von 2J5 cm beispielsweise zehn wiederholte Rasterabtastungen vorgenommen worden sind, bewegt die Rechnersteuerung das Substrat um 0,2 cm in V-Richtung weiter und führt eine Folge von z. B. zehn wiederholten Rasterabtastungen in X- Richtung durch, wonach eine Weiterbewegung um 0,2 cm in Y- Richtung erfolgt Dieser Vorgang wird dann in aufeinanderfolgenden Schritten wiederholt

F i g. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des anhand von F i g. 2 geschilderten Verfahrens. Dabei sind die Photokathode und ihr Zubehör generell mit der Bezugszahl 40 bezeichnet Einer Kammer 4Z die anhand der F i g. 5 noch näher beschrieben wird, sind Fokussierungsmagneten 44, X- und Y-Richtungsmagneten 46 und 48 sowie eine UV- Lichtquelle 50 zugeordnet Weiterhin ist die Kammer 42 über Leitungen 54 mit einem Vakuumsystem 52 verbunden. Eine Leistungsversorgungseinrichtung 56 liefert die geeignete Spannung zwischen Photokathode und Substrat, diese Spannung kann beispielsweise zwischen 10 und 3OkV liegen. Schließlich ist der Kammer eine allgemein dargestellte elektronische Ausrichteinrichtung 58 zugeordnet um das Substrat richtig zur Photokathode ausrichten zu können. Die Magnete 44,46 und 48 werden durch eine Leistungsversorgungseinrichtung 58 erregt

Die in F i g. 5 dargestellte Kammer 42 umfaßt die eigentliche Kammer 60 mit hermetisch abgedichteten Wänden, in die eine in einem Halter 64 montierte Kathode 62 durch eine Vakuumschleuse rotierend oder gleitend eingeführt werden kann. Einrichtungen, wie beispielsweise ein Ring und ein Stab 57. die durch einen Magneten 59 betätigbar sind, dienen zur Halterung der Kathoden und zu deren Bewegung in eine vorgegebene Position 66 im zentralen Bereich der Projektionsröhre. Substrate 70, wie beispielsweise Siliziumscheiben werden rotierend oder gleitend durch eine Vakuumschleuse 72 in die Kammer 60 eingebracht. Die Substrate sind dabei in einem Halter montiert, welcher sie beispielsweise durch die 'üblicherweise ebene Seite und einen an eine Nut angepaßten Stift einige Zentimeter von der gewünschten Behandlungsposition entfernt orientiert. Eine Einrichtung, wie beispielsweise eine Auflage 6t. die durch einen Kolben 65 eines Magneten 67 Ober einen Arm 63 bewegbar ist. dient zur Führung des Substrats aus seiner Lage in der Schleuse 72 zur Position §6, in der sich seine planere Oberfläche im Abstand von etwa einem Zentimeter von der planaren Oberfläche der Photokathode befindet. Die Magnete 59 und 67 sind über Zuleitungen mit einer Stromquelle außerhalb der Kammer 42 verbunden.

Um das Substrat relativ zur Photokathode zu orientieren, sind elektronische Einrichtungen vorgesehen, die als funktion von Orientierungsmarkierungen auf dem Substrat betätigbar sind. Damit kann das Substrat nicht nur in X- und Y-Richtung bewegt sondern auch winkelmäßig gedreht werden, um es in die endgültige gewünschte Stellung relativ zur Photokatho-

s de zu bringen. Die Genauigkeit dieser Einstellung liegt dabei in den Grenzen von 0,25 χ 10~⁶ m oder weniger. Um das Substrat sowohl relativ zur Photokathode als auch innerhalb des Abtastelektronenmikroskops orientieren zu können, kann mit gutem Erfolg ein

ίο Orientierungsfeststellsystem verwendet werden, das aus einer auf einem Siliziumsubstrat aufgebrachten Schicht aus Siliziumoxid besteht, wobei in der Siliziumdioxidschicht eine 1 χ 10-⁶m tiefe Markierung in Form eines Kreuzes mit spitzzulaufenden Armen von 0,015 cm

is Länge vorgesehen ist Auf das Oxid wird eine dünne Aluminiumschicht aufgebracht und zwischen dem Aluminium und dem Siliziumsubstrat ein Potential angelegt Wenn ein feiner Elektronenstrahl von etwa 1 χ 10-⁶m Durchmesser über die Oberfläche dieser Einrichtung geführt wird, so ergibt sich eine merkbare Änderung des Stroms, wenn der Elektronenstrahl die Kante der Markierung passiert Das so erzeugte Signal kann auf einem Anzeigegerät beobachtet werden und zur Erregung der Bewegungseinrichtungen (X- und Y- Richtung und Winkelrichtung) Verwendung rinden, um das Substrat zu justieren.

Um die Ausrichtung der Substrate jedoch besonders einfach zu gestalten, ist eine elektronische Einrichtung zur Verschiebung des Elektronenstrahlrasters vorgese hea Dazu ist die Kammer zusätzlich zu den Fokussierungsspulen 44 mit einem Satz von zwei verschiedenen Magnetspulen, nämlich einem Paar von Helmholtz-Spulen 46 und 48 umgeben. Diese Spulen 46 und 48 sind in einem rechten Winkel zueinander und mit ihren Achsen senkrecht zum Elektronenstrahl angeordnet so daß dieser bei einer Gleichstromerregung der Spulen in bezug auf die Oberfläche des Substrats in X- und V-Richtung ablenkbar ist.

Für die Spulen 46 und 48 können geeignete

Stromsteuereinrichtungen vorgesehen werden, um den genauen Auftreffpunkt des von der Photokathode zum Substrat laufenden Elektronenstrahls und damit die Lage des Rasters zu steuern. Zur Beobachtung der Lage des Substrats kann beispielsweise ein mit einem Fadenkreuz versehenes Mikroskop verwendet werden, das auf eine oder mehrere spezielle Markierungen auf dem Substrat fokussierbar ist, wobei die Magnetspulen 46 und 48 dann so durch einen Gleichstrom erregt werden, daß das Bild von der Photokathode genau auf die geforderte Stelle auf dem Substrat übertragen wird. Zur automatischen Betätigung der Richtungsmagneten können selbsttätige Einrichtungen vorgesehen werden, wodurch das Elektronenstrahlbild in bezug auf die Markierung auf dem Substrat genau ausgerichtet wird.

Fig. b zeigt eine Kammer in noch grftReren Einzelheiten, mit einer Photokathode 62, auf der die rasterförmige UV-Maskenschicht 63 und die Elektronen emittierende Schicht 65 vorgesehen sind. wul»... uie Photokathode 62 an einem Ende der Kammer 60 angeordnet ist während sich an deren anderem Ende eine geeignete Halterung 90 befindet, in die das Substrat 70 eingesetzt ist. Dieses Substrat ist auf einer seiner Oberflächen mit einer Schicht 92 aus Elektronenresistmaterial versehen. Die Fokussierungsmagneten 44 sind um den Raum zwischen der Photokathode 62 und dem Substrat 70 angeordnet. Eine durch ein Getriebe 96 antreibbare und um die Achse der Kammer drehbare Einrichtung 94 dient zur Winkeleinstellung des Sub-

t5

strats in bezug auf die Photokathode. Diese Einrichtung kann in Form eines außerhalb der Kammer angeordneten Motors 98 ausgebildet sein, welcher die Halterung 90 in jede gewünschte Winkellage drehen kann. In entsprechender Weise sind Justiereinrichtungen 100 und 102 zur Bewegung der Halterung 90 mit dem darauf befindlichen Substrat in X- und Y-Richtung vorgesehen. Damit ist das Substrat in den genannten Richtungen in bezug auf die Photokathode bewegbar.

Die Halterung 90 kann durch normales Schalten des Motors 98 sowie der Einrichtungen 100 und 102 bewegt werden, so daß die Lage des Substrats in einem Genauigkeitsbereich von 10~* m oder besser einstellbar ist. Erforderlichenfalls kann das Substrat auch mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 1 χ 10~⁶ m in bezug auf die Photokathode eingestellt werden. Durch Betätigung der Helmholtz-Spulen 46 und 48 kann das Substrat mit jeder geforderten Genauigkeit in bezug auf das Elektronenstrahlraster der Photokathode eingestellt werden. Die Photokathode 62 kann an ihrem Umfang durch eine geeignete justierbare Halterung (nicht dargestellt) gehalten werden, wobei die Bewegungsmöglichkeiten in dieser Halterung den Justierungseinrichtungen für das Substrat 90 entsprechen. Zur Bestrahlung der Rückseite der Photokathode 62 ist eine UV-Lichtquelle 110 vorgesehen, wobei deren Strahlung dazu führt daß die nicht durch die Maskenschicht 63 abgedeckten Teile der Elektroden emittierenden Schicht 65 einen rasterförmig ausgebildeten Elektronenstrahl emittieren. Eine Hochspannungsquelle UZ welche kathodenseitig an die Elektronen emittierende Schicht 65 und anodenseitig an die Halterung 90 für das Substrat angeschlossen ist, liefert eine Spannung, unter deren Einfluß die Elektronen von der Photokathode zum Substrat fließen. Die Erregung des Fokussiemngsmagneten 44 macht die Ausrichtung des Elektronenrasters auf das Substrat möglich, wobei zusätzliche Korrekturen durch die Helmholtz-Magneten 46 und 48 möglich sind Es ist zu bemerken, daß der Elektronenstrahlweg 116 aufgrund des magnetischen Feldes der Fokussierungsmagneten spiralförmiger Natur ist Die Spirale kann eine vollständige Umdrehung eines Elektronenweges umfassen, so daß die Elektronen am Auftreffpunkt in einen entsprechenden Punkt zurückgeführt werden, wekher von der Photokathoden-Oberfläche auf das Substrat projiziert wird. Aufgrund der relativ großen Fokussierungstiefe des Elektronenstrahls ist die Genauigkeit mit der die Elektronenresistschicht 94 tragende planare Oberfläche des Substrats bezüglich der planaren Oberfläche der Schicht 65 ausgerichtet werden muß, nicht kritisch. Für diese Ausrichtung ist vielmehr ein gewisser Spielraum zulässig.

Bei der Anordnung gemäß F i g. 6 wird das auf der Photokathoden-Oberfläche vorhandene Raster identisch auf das Substrat übertragen. Es kann jedoch in manchen Fällen auch wünschenswert sein, ein in seiner Größe reduziertes Elektronenstrahlbild mittels eines geeigneten Magnetfeldes auf das Substrat zu übertragen. Eine derartige Reduzierung der Größe des Bildes kann beispielsweise mit einem Faktor 2 vorgenommen werden. Auf diese Weise können im Vergleich zum ursprünglichen Käthödenbild sehr kleine Bilder auf das Elektronenresistmaterial übertragen werden, wobei eine entsprechende Vergrößerung der Detailschärfe erhalten wird. Andererseits kann das Photokathodenbild auch vergrößert werden, um ein im Vergleich zur Photokathode größeres Substrat behandeln zu können. Der Grad der Vergrößerung oder Verkleinerung bzw. die Übertragung mit gleicher Größe kann dem Anwender überlassen bleiben.

Anstelle von Emissionsschichten auf der Photokathode, welche auf UV-Licht ansprechen, können auch Elektronen emittierende Materialien verwendet werden, die auf andere Strahlungswellenlängen ansprechea Sehr gute Ergabnisse werden jedoch mit auf UV-Licht ansprechenden Materialien, wie beispielsweise Palladium oder Gold erzielt

ίο Der Elektronenstrahl beeinflußt nicht nur die relative Löslichkeit von organischen, sondern auch von verschiedenen anorganischen Elektronenresistmaterialien. So sind z. B. Siliziumdioxid und Siliziumnitrit (Si₃N*) in einem Ätzmittel mehr oder weniger löslich, wenn sie auf einem Substrat unter die Einwirkung eines Elektronenstrahls gebracht werden. Gepufferte Flußsäure löst Bereiche einer Siliziumoxidschicht weiche mit einem Elektronenstrahl behandelt sind, leichter als solche Bereiche, die nicht mit einem ElektronensbTi'il behandelt wurden. Dieser Effekt ist als BEER-Effekt bekannt Es können Ätzverstärkungsverhältnisse von etwa drei erhalten werden, so daß die mit dem Elektronenstrahl behandelten Bereiche vollständig abgeätzt werden, während die nicht mit dem Elektronenstrahl behandel-

zs ten Bereiche lediglich um ein Drittel ahgeätzt werden.

Es sei beispielsweise ein Siliziumsubstrat mit einer etwa 1 χ 10-* m dicken Oxidschicht betrachtet bei der einzelne Bereiche mit einem Elektronenstrahl behandelt werden, der eine Gesamtladung von 0,5 Coulomb/cm² besitzt Wird diese Schicht bei 6 Volt mit dem Silizium als Anode mit dem Ätzmittel »P« elektrolytisch geätzt, so ergibt sich für die nicht behandelten Bereiche eine Ätzrate von 0,014 χ 10~⁶ m pro Minute und für die mit dem Elektronenstrahl behandelten Bereiche pro Minute

eine Ätztiefe von 0,04 χ 10-* m. Wird das gleiche Siliziumsubstrat bei 6 Volt als Kathode geschaltet so betragen die Ätzraten 0.013 und 0.039 χ 10-* m pro Minute. Wird das Silizium bei 15VoIt als Kathode geschaltet so betragen die relativen Ätzraten 0,015 bzw. 0.046 χ 10-' m pro Minute.

Als Ätzmittel kann eine gepufferte Lösung von Flußsäure mit einem pH-Wert von 6,5 verwendet werden. Dies entspricht einer wäßrigen Lösung, die 18 Mol Ammoniumfluorid (NH₄F) und 2.62 Mol Flußsäure (HF) enthält Die Gesamtladung des Elektronenstrahls braucht lediglich zwischen 0,25 uns 1 Coulomb/cm² liegen, um eine Verstärkung der Ätzung von Oxidfilmen mit einer Dicke von etwa 1 χ 10-* m zu erreichen. Die nicht mit dem Elektronenstrahl behandelten Bereiche werden auf eine Dicke von 0,7—0,8 χ to-⁶ m abgeätzt wenn die ./iit dem Elektronenstrahl des oben angegebenen Gesamtladungsbereic.is behandelten Bereiche vollständig gelöst werden. Der im Vorstehenden verwendete Begriff »Elektronenresist« bzw. »Elektronenresistmaterial« umfaßt daher sowohl organische wie auch anorganische Verbindungen.

Die Kammer 42 kann eine Einrichtung zur Halterung eines Stapels von verschiedenen Photokathoden auf-

M weisen. Diese Einrichtung entspricht dem Mechmismus zur Auswahl einer bestimmten Schallplatte aus einem Stapel von Schallplatten in einer Musikbox, wodurch eine bestimmte Photokathode in ihre Betriebsstellung gebracht werden kann. Auch können die Substrate, wie beispielsweise Siliziumscheiben, in einem Stapel in die Kammer eingebracht werden, wobei aufeinanderfolgende Bereiche durch eine gleichartige Einrichtung in die Stellung zur Behandlung mit dem Elektronenstrahl

gebracht werden können. Danach können sie beispielsweise durch eine Vakuumschleuse zwecks Behandlung mit dem Lösungsmittel aus der Kammer herausgeführt werden. Steuerknöpfe, wie sie beispielsweise in Schallplatten-Abspielgeräten vorhanden sind, können auch zur Auswahl einer bestimmten Photokathode für eine bestimmte Scheibe Verwendung finden.

Beim Substrat kann es sich um eine Siliziumscheibe handeln, deren Oberfläche gereinigt ist Üblicherweise kann die Oberfläche jedoch auch oxidiert und/oder mit einem Metall, wie beispielsweise Gold oder Aluminium bedeckt sein, wonach das Elektronenresistmaterial aufgebraucht wird. Nach der Elektronenstrahlbehandlung werden die löslicheren Bereiche des Elektronenresistmaterials entfernt, wodurch die Oxidschicht und/ oder Metallschicht auf dem Substrat freigelegt wird.

Nach dem Ätzen verbleiben die übrigen Bereiche des Photoresistmaterials, welche das Oxid bzw. das Metall in einem gewünschten Raster auf dem Substrat bedecken. Durch Entfernen der freigelegten Oxid-

schicht bzw. Metallschicht mittels Ätzen wird das Silizium oder das Silizhimoxid des Substrats freigelegt Nach dem Ätzen wird durch Entfernen des Rests der Photoresistschicht die Oxid- oder Metallschicht in einem gewünschten Raster auf dem Substrat freigelegt

ίο Danach kann in die vom Oxid freigelegte" Bereiche Dotierungsmaterial in das Siliziumsubstrat eindiffundiert werdea Auch können auf das freigelegte Substrat epitaktische Schichten aufgebracht werden. Die auf dem Oxid oder dem Metall vorhandenen epitaktischen Schichten können miUels eines das Oxid oder das Metall angreifenden Ätzmittels entfernt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von genau lokalisierten geänderten Oberflächenbereichen auf Halbleiter-Substraten, insbesondere für integrierte Schaltungen, mittels einer in einer evakuierten Kammer eingebrachten Photokathode, gekennzeichnet durch

a) Einbringen eines auf einer planaren Oberfläche mit Elektronenstrahlresist bedeckten Substrats in die evakuierte Kammer, derart, daß die mit Elektronenstrahlresist bedeckte planare Fläche des Substrats gegen die Elektronen emittierende Fläche in der Photokathode gerichtet ist,

b) Orientierung der Photokathode und des Substrats in eine vorgegebene relative Lage, in der die mit Elektronenstrahlresist bedeckte planare Fläche des Substrats und die Elektronen emittierende Fläche in der Photokathode panJ'tl zueinanderliegen,

c) Anlegen einer Spannung zwischen der Photokathode und dem Substrat, derart, daß das Substrat als Anode geschaltet ist, und Einprägen eines Magnetfeldes in dem Raum zwischen Photokathode und Substrat,

d) Bestrahlung der Photoiathode mit Licht der bestimmten Wellenlänge zur Emission der Elektronen auf der Photokathode, welche in Obereinstimmung mit dem vorgegebenen Raster der Photokathode auf die mit Elektronenstrahl, csist bedeckte Oberfläche des Substrats auftreffen, wodirch Bc iiche unterschiedlicher Löslichkeit bezogen auf ein gegebenes Lösungsmittel erzeugt werd n.

e) Behandeln des Substrats mit dem gegebenen Lösungsmittel zum Lösen und Entfernen lediglich der löslicheren Teile des Elektronenstrahlresists auf dem Substrat und

f) Behandeln der freigelegten Oberflächenbereiche des Substrats zur Änderung der Eigenschaften dieser Bereiche.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte a—f wenigstens einmal wiederholt werden, und daß pro Wiederholung jeweils die gleiche oder eine andere Photokathode benutzt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche I oder 2. dadurch gekennzeichnet daß als Elektronenstrahlresist eine anorganische Verbindung verwendet wird, deren Löslichkeit sich bei Behandlung mit einem Elektronenstrahl bezogen auf ein gegebenes Lösungsmittel ändert.

4. Vorrichtung zur Herstellung von genau lokalisierten geänderten Oberflächenbereichen auf Halbleiter-Substraten, insbesondere für integrierte Schaltungen, nach einem der Ansprüche 1—3. mit einer eine Photokathode aufweisenden evakuierten Kammer zur Aufnahme eines eine Elektronenstrahlresistschicht aufweisenden Substrats, einer an die Photokathode und das Substrat angeschlossenen elektrischen Spannungsquelle, wobei die Spannung so gepolt ist, daß an der Photokathode austretende Elektronen in Richtung des Substrats wandern, und einer Ablenkeinrichtung für die Elektronen, dadurch gekennzeichnet, daß die Photokathode (62) mit einer planaren, in vorgebenen Rasterbereichen Elektro-

nen emittierenden Oberfläche (65) versehen ist und über eine Einrichtung (57,59,64) zum Einbringen in die Kammer (42; 60) sowie über eine Einrichtung zur Ausrichtung innerhalb der Kammer (42; 60) verfügt, daß eine Einrichtung (72) zur Einbringung des Substrats (70) in die evakuierte Kammer (42; 60) vorgesehen ist, auf der Markierungen angeordnet sind, des weiteren eine Einrichtung (z. B. 100, 102) zur Ausrichtung des Substrats (70) mk Hilfe der auf ihm befindlichen Markierungen, derart, daß die planare. Elektronen emittierende Oberfläche der Photokathode (62) und die planare, das Elektronenstrahlresist tragende Oberfläche des Substrats (70) parallel zueinanderliegen, und daß das Substrat (70) sowohl winkelmäßig als auch in Richtung von X- und y-Achsenrichtung in bezug auf die Elektronen emittierende Räche der Photokathode (62) genau ausgerichtet ist, daß als Ablenkeinrichtung eine um die Photokathode (62) und des Substrats (70) angeordnete Magnetanordnung (44, 46, 48) zum Aufbau eines fokussierenden Magnetfeldes zwischen Photokathode (62) und Substrat (70) mit einer derartigen Verteilung des Magnetfeldes vorgesehen ist, daß die von den Elektronen emittierenden Bereichen der Photokathode (62) ausgehenden Elektronen die Elektronenstrahlresistschicht (92) auf dem Substrat (70) in einen Raster ireffen, das genau dem vorgegebenen Elektronen emittierenden Raster der Photokathode (62) entspricht, und daß zur Bestrahlung der Photokathode (62) zwecks Auslösung der Elektronen aus deren Elektronen emittierenden Bereichen eine Strahlungsquelle (50; UO) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle zur Bestrahlung der Photokathode eine UV-Lichtquelle (50, 110) vorgesehen ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Errichtung zum Einbringen der Photokathode (62) und run Einbringen des Substrats (70) in die evakuierte Kammer (60) derart ausgebildet sind, daß gleichzeitig mehrere Photokathoden oder Substrate in die evakuierte Kammern einbringbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4—6. dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtungen zum Einbringen der Photokathode (62) bzw. der Photokathoden und/oder des Substrats (70) bzw. der Substrate Vakuumschleusen vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 —7. dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von mehreren Photokathoden (62) diese Photokathoden in einer Halterung (64) angeordnet sind, durch die sie selektiv in bezug auf ein Substrat (70) ausrichtbar sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4—8. dadurch gekennzeichnet, daß bei Behandlung von mehreren Substraten (70) diese Substrate in einem Stapel angeordnet sind, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mittels der die Substrate einzeln für die Behandlung mittels des Elektronenstrahls einer Photokathode auswählbar sind.