DE2160770A1

DE2160770A1 - Photomaske

Info

Publication number: DE2160770A1
Application number: DE19712160770
Authority: DE
Inventors: Michael Richard Maplewood; Kerwin Robert Eugene Westfield; Skinner John George Basking Ridge; N.J. Goldrick (V.StA.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1970-12-09
Filing date: 1971-12-08
Publication date: 1972-06-29
Also published as: BE776302A; US3674492A; CH576655A5

Description

Patentanwalt Dipl.-Ing. Walter Jackisch 2160770

7 Stuttgart N, Menzelstraß· 40

-7. Dez. 1971

Western Electric Company Inc.

195 Broadway

New York, H. Y. 10007 / USA A 32 691

Photomaske

Die Erfindung betrifft eine Photomaske mit einem transparenten Unterlageglied nebst einem darauf niedergeschlagenen dünnen Film aus einem Material, das aus der Gruppe bestehend aus Chrom und Eisenoxid gewählt ist, sowie einem dünnen PiIm aus einem Ätzgrund. Die Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung einer mit hoher Geschwindigkeit auszuwendenden, eine hohe Auflösung aufweisenden Schichtphotomaske, die zur Anwendung bei Ätzgrundprozessen und photolithographxschen Prozessen ausgelegt ist.

Zahlreiche Verfahren einschließlich chemischer Verfahrensweisen stehen gegenwärtig zur Verfügung, um ein Reliefbild in einer Ätzgrundschicht herzustellen, wobei Kontaktdrucken und Projektionsdrucken die Hauptbeispiele derartiger Verfahrensweisen sind.

Obgleich das Kontaktdrucken das am allgemeinsten verwendete Verfahren zur Bewirkung dieses Zweckes darstellt, ist es schon lange bekannt, daß dieses Verfahren den grundsätzlichen Nachteil aufweist, daß hierbei die Maske und/oder Ätzgrundschicht zerstört wird, was sich aus der dazwischen vorliegenden Berührung ergibt. Zusätzlich ist es bei dem Kontaktdruckvorgang

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oftmals schwierig, eine absolute Berührung zwischen der Maske sowie dem Ätzgrund über dem gesamten interessierenden Bereich zu erzielen, so daß sich die Bildung eines Luftspaltes und die Erzeugung von Bildern schlechter Qualität ergeben. Eine Alternative zum Kontaktdrucken ist das sogenannte "Mahkontakt— druckverfahren", dem zufolge ein kleiner Luftspalt absichtlich zwischen der Maske und der Ätzgrundschicht geschaffen wird, um eine Zerstörung durch Berührung zu vermeiden. Dieser Spalt reduziert jedoch die Bildqualität schmaler Linien im Vergleich zu der beim Kontaktdrucken erhaltenen Qualität,

Um die vorliegenden Nachteile des Kontaktdruckes zu überwinden, konzentrierten die Fachleute auf dem in Rede stehenden Gebiet ihr Interesse auf das Projektionsdrucken, welches das Problem der Zerstörung durch Berührung vermeidet. Jedoch ist dieses Verfahren nicht gänzlich zufriedenstellend, weil nur ein begrenztes Gesichtsfeld vorliegt und weil die Modulation des Bildes an der Oberfläche des verwendeten Ätzgrundes nicht so groß ist, wie sie normalerweise durch das Kontakt drucken erhalten wird, wobei die Modulation ein Maß der Bildqualität ist. Es ergab sich, daß die Lösung dieser nach dem Stand der Technik vorliegenden Probleme die Entwicklung eines Ätzgrundes darstellt, der eine höhere Empfindlichkeit aufweist und eine geringere Bildmodulation erfordert als dies für jeden gegenwärtigen Ätzgrund zutrifft. Erreicht wird dies dadurch, daß eine dünne Schicht einer hohe Auflösung aufweisenden photographischen Emulsion mit einer entwickelten Kornabmessung von weniger als 0,1 jx auf dem Ätzgrund niedergeschlagen wird, wobei die Emulsion einen ausreichenden Kontrast bei der Entwicklung ergibt, um die Belichtung des darunterliegenden Ätzgrundes zu steuern.

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer sich mit hoher Geschwindigkeit ausbildenden, hohe Auflösung aufweisenden Schichtphotomaske. Die erfindungsgemäße Photomaske umfaßt ein mit Eisenoxid oder ..Chrom beschichtetes transparentes Unterlageglied, auf dem nacheinander ein Ätzgrund sowie eine dünne Schicht einer hohe Auflösung aufweisenden photographischen

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Emulsion niedergeschlagen werden. Die entstehende Photomaske steigert die wirksame Geschwindigkeit des Ätzgrundes und das effektive Gesichtsfeld von Projektionssystemen durch Reduzierung der erforderlichen Bildmodulation, während auf die Ätzgrundflächen übertragene Beschädigungen vermindert werden.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert· Es zeigen:

Fig. 17eine als Schichtgebilde hergestellte Photomaske nach der Erfindung im Querschnitt während aufeinanderfolgender Herstellungsgänge.

Eine allgemeine Abhandlung eines zur Anwendung bei der Herstellung einer Schichtphotomaske nach der Erfindung geeigneten Verfahrens ist nachfolgend wiedergegeben. Gewisse Betriebsparameter und -bereiche sowie die Art des verwendeten Materials gehen aus der Abhandlung ebenfalls hervor.

Das Unterlageglied nach der Erfindung kann aus irgendeinem der bekannten.transparenten Grundstoffe gewählt sein, beispielsweise Glas, Quarz und dergleichen, auf denen sich ein Film mit einem Dickenbereich von 0,07 bis 0,15 Mikron entweder aus Chrom oder Eisenoxid befindet. Im Falle des erstgenannten Materials dient der entwickelte Ätzgrund in der äußersten Anordnung zur Steuerung des Ätzvorgangs und ergeibt eine Metall-auf-Glas-Maske, wogegen im letzteren Fall eine halbtransparente Eisenoxidmaske erhalten wird. Die Bereiche der Dicke der angegebenen Filme ergeben sich durch Überlegungen, die sich auf die optische Dichte des Maskierungsmaterials (Cr oder FegO,) beziehen, wobei diese optische Dichte ^ 1*5 innerhalb des Bereiches der spektralen Empfindlichkeit der Ätzgrundstoffe (300 £_λ< 450 Nanometer) liegen soll. Jedoch kann die Dicke vermindert werden, um das Reliefmuster zu vermindern.

Ätzgrundstoffe, welche für die vorliegende Erfindung geeignet sind, ergeben ein hohes Auflösungsvermögen und bleiben entweder

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durch die darauf niederzuschlagende Enrulsionsbeschichtung oder durch abstreifende Lösungsmittel unbeeinflußt, beispielsweise Wasser und verdünnte Hypochlorsäure, welche nachfolgend zur Entfernung der Emulsionsschicht verwendet "Werden. Alle üblichen Ätzgrundstoffe mit Ausnahme derjenigen, welche dichuomatisierte Gelatine enthalten, erfüllen diese Erfordernisse, wobei Poly(Vinyl cinnamat) , Poly(Isopren) und Poly(Cresolformaldehyd) Hauptbeispiele zufriedenstellender Ätzgrundstoffe sind. Untersuchungen ergaben, daß die Dicke der Ätzgrundschieht im Bereich von 0,2 bis 0,8 Mikron liegen sollte, wobei dieser Bereich durch die Dicke als Funktion der Auflösungskennwerte des verwendeten Ätzgrundes und der letztlich gewünschten Auflösung bedingt ist.

Die photographische Emulsion, welche der Verarbeitung unterworfen wird, muß in flüssiger Form zur Verfügung stehen, so daß sie in üblichex Weise auf die darunter liegende Ätzgrundschicht aufgebracht werden kann, beispielsweise durch Drallbeschichtung oder Rakelbeschichtung; nach der Belichtung des darunter liegenden Ätzgrundes muß die Emulsion nach Verfahren zu entfernen sein, welche den Ätzgrund oder dessen folgende Entwicklung nicht ungünstig beeinflussen* Das in verschiedenen Emulsionen verwendete, hohe Auflösung aufweisende Silberhalogenid muß eine entwickelte optische Dichte von mehr als 1,0 in Filmen ergeben, die lediglich eine Dicke von 2 Mikron aufweisen; es muß also mit anderen Worten ein hohes Verhältnis von Silberhalogenid zu Gelatine in der Emulsion erzielt werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist der Ausdruck "hohe Auflösung" auf die Körnung bezogen und betrifft Emulsionen mit einer entwickelten Kornabmessung von unter 0,1 Mikron, so daß eine Auflösung von etwa 500 Perioden pro Millimeter erzielt wird.

Nachfolgend ist das Verfahren zur Erzeugung einer Schichtphotomaske aus den obigen Stoffen beschrieben.

Wie angegeben wurde, umfaßt der anfängliche Verfahrensschritt die Beschichtung des TJnterlagegliedes mit einer dünnen Schicht

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entweder aus Chrom oder Eisenoxid, wobei diese Schicht in ihrer Dicke zwischen.0,07 bis 0,15 Mikron liegen kann. Dieser Zweck kann am besten durch Vakuumverdampfungsverfahren oder chemische NiederSchlagsverfahren erreicht Werden, welche bekannt sind.

Pig. 1 zeigt ein typisches transparentes Unterlageglied 11, auf dem ein dünner PiIm entweder aus Chrom oder Eisenoxid 12 niedergeschlagen ist.

Ein zweckmäßiger Ätzgrund 13 der oben erläuterten Art wird auf der Anordnung gemäß Pig. 1 in einer Dicke von 0,2 bis 0,8 Mikron niedergeschlagen (Pig. 2). Alsdann wird die flüssige Emulsion 14 auf die Ätzgrundschicht aufgebracht (Pig. 3), und zwar in einer Dicke von etwa 1-3 Mikron mittels üblicher wiederholter Drallbeschichtungsverfahren, wobei ein Benetzungsmittel der Oberfläche des Ätzgrundes zugegeben und vor jeder Beschichtungsaufbringung abgeschleudert wird. Die entstehende Anordnung wird alsdann getrocknet und ist nunmehr zur Belichtung bereit. Darauf wird die Photoemulsionsschicht des entstehenden Gebildes in einem optischen Projektionssystem belichtet, bei welchem die Linsen auf Licht von 436 Nanometer korrigiert sind? die Entwicklung erfolgt nach üblichen Verfahren für dünne photographische Emulsionen, um ein entwickeltes Bild zu erhalten. Alsdann wird das entwickelte Bild in den darunter liegenden Ätzgrund gedruckt, indem der letztere einer Lichtstrahlung von 350 - 450 Nanometer durch das Bild ausgesetzt und der Ätzgrund durch Abstreifen der Photoemulsion hiervon, Entwicklung des Ätzgrundbildes und Ätzung des Musters in das darunterliegende Chrom oder Eisenoxid behandelt wird. Abschließend wird der verbleibende Ätzgrund von dem Gebilde abgestreift, um die gewünschte Maske zu erzielen.

Beispiele nach der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend im einzelnen erläutert, jedoch ohne Beschränkung des Erfindungsgedankens hierauf.

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- 6 Beispiel I

Eine im Handel erhältliche Flachglasplatte mit den Abmessungen 5 x 5 x 1,25 cm, die mit 0,1 Mikron Chrom selbst einer darüberliegenden Schicht aus Poly(Isopren)-Ätzgrund von 0,8 Mikron Dicke beschichtet war, wurde als Unterlage verwendet. Das Unterlageglied wurde mit einem Mikron einer im Handel erhältlichen flüssigen photographischen Emulsion bei einem mittleren Korndurchmesser von 0,06 Mikron durch Drallbeschichtung dreimal bei 1000 U/min beschichtet, wobei ein im Handel erhältliches Benetzungsmittel aufgebracht und vor jeder Beschichtung abgeschleudert wurde. Alsdann wurde die Anordnung in einer klaren Haube 20 Minuten lang C^trocknet. Darauf wurde die getrocknete

ρ Platte einer Lichtstrahlung von 0,1 Millijoule pro cm mit einer Wellenlänge von 436 Manometern ausgesetzt und in üblicher Weise entwickelt. Die entstehende Platte mit dem darauf befindlichen entwickelten Bild wurde alsdann über 20 Minuten in Luft getrocknet und wieder entwickelt, diesmal mit Licht von 120 Millijoule/cm² bei einer Wellenlänge von 320 <_X< Nanometer. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Photoemulsion abgestreift, indem ein Eintauchen in eine l:1-Lösung von Hydrochlorsäure und Wasser erfolgt, gefolgt von einem Abspülvorgang. Ein Ätzgrundbild wurde durch eine 15 Sekunden andauernde Sprühentwicklung und ein 15 Sekunden dauerndes Sprühabspülen unter Verwendung üblicher Entwickler und Spülmittel hergestellt. Die entstehende Anordnung wurde alsdann bei 120⁰C 10 Minuten lang gesintert und das geWünsche Muster in das Chrom unter Verwendung eines Natriumhydroxid/Kaliumferrozyanid-Ätzmittels eingeätzt. Abschließend wurde der verbleibende Ätzgrund unter Verwendung eines im Handel erhältlichen Ätzgrund -Ablösemittels abgestreift;

Beispiel II

Das Verfahren gemäß dem Beispiel I wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß Eisenoxid anstelle der Chrombeschichtung und verdünnte Hydrochlorsäure als Ätzmittel verwendet wurden.

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Claims

Ans ρ r ü c h. e

\\j)Pho.tomaske mit einem transparenten Unterlageglied, auf dem : ein dünner PiIm aus einem Material, das aus der Gruppe bestehend aus Chrom und Eisenoxid gewählt ist, und ein dünner Mim aus einem Ätzgrund niedergeschlagen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Schicht (14) aus einer hohe Auflösung aufweisenden photographischen Emulsion mit einer entwickelten Kornabmessung von weniger als 0,1 Mikron auf dem Ätzgrund (13) niedergeschlagen ist und daß die Emulsion einen ausreichenden Kontrast bei der Entwicklung aufweist, um die Belichtung der darunterliegenden Ätzgrundschicht zu steuern.
2. Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ätzgrund (13) Poly(Isopren) umfaßt.
3« Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photographische Emulsion (14) ein Silberhalogenid hoher Auflösung in einer Gelatineemulsion ist, welche eine entwickelte optische Dichte "von größer als 1,0 in Filmen mit einer Dicke von 2 Mikron ergibt.
4. Maske nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß das Unterlageglied (11)£Las ist und daß die Dicke des Materials (12) im Bereich von 0,07 bis 0,15 Mikron und diejenige des Ätzgrundes (13) im Bereich von 0,2 und 0,8 Mikron liegt, während die Dicke der Emulsion (H) im Bereich von 1,0 bis 3,0 Mikron liegt.

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