DE2261123A1

DE2261123A1 - Maske fuer photolithographische verfahren

Info

Publication number: DE2261123A1
Application number: DE2261123A
Authority: DE
Inventors: Kie Yeung Ahn; Jerome John Cuomo
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-12-27
Filing date: 1972-12-14
Publication date: 1973-07-12
Also published as: GB1354809A; JPS5443874B2; FR2166223A1; JPS4877770A; FR2166223B1; US3816223A

Description

Böblingeri, den Cj. Dezember 1972 oe-fr

Anmelderin; International Business Hachines

Corporation, Armank, Ki.Y. 10504

Aintl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Tiktenzeichen aer Anmelderin; YO 971 034

sk e_ ^ür_^hptol,itho^gr aphis ehe Verfahren

Die Lrfindung betrifft eine Maske für photolithograpnisehe Verfahren, axe aus einem lichtdurchlässigen Substrat und einer dieses selektiv bedeckenden Schicht aus einem für das Auge durchsichtigen und für die den Photolack verändernde Strahlung hinreichend undurchlässigen Maskierungsmaterial aufgebaut ist,

uas selektive Belichten von lichtempfindlichen Schichten, z.B. aus Photolack, durch Masken hindurch ist ein bekanntes Verfahren. Es findet verbreitete Anwendung beim Herstellen von integrierten und gedruckten Schaltungen, Die bisher allgemein verwendeten Masken lassen sieh jedoch nur mit Schwierigkeiten zu den mit Phptolaek beschichteten Bauteilen justieren, weil das Maskierungsmaterial für sichtbares Licht undurchlässig ist.

Ls ist auch bereits Maskierungsmaterial bekannt, das für sichtbares Licht durchlässig und nur für die den Photolack verändernde Strahlung undurchlässig ist. Ein derartiges Material ist in der OS 1 522 528 beschrieben, in welcher das Maskierungsmaterial aus konventionellem, polymerisiertem Photolack besteht. Da jedoch das Maskierungsmaterial relativ weich ist, können scharfe Kanten, die für die Erzeugung feiner Strukturen wesentlich sind, nicht hergestellt werden, und da das Maskierungsma-

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terial viel weicher ist, als das Material, mit dem die zu belichtende Photolackschicht bedeckt ist, werden diese Masken sehr rasch beschädigt, was ihre Lebensdauer verkürzt und hohe Kosten verursacht.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Maske für photolithographische Verfahren anzugeben, welche sichtbares Licht durchläßt, aber die den Phptolack verändernde Strahlung nur selektiv durchläßt und die härter ist als das Material, das unter dem zu be^- lichtenden Photolack liegt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Maskierungsschicht aus einem Ferrit von mindestens einer Seltenen Erde besteht. Die aus diesen Verbindungen hergestellte Maskie^ rungsschicht erfüllt alle Forderungen an Härte und Durchlässigkeit.

Es wurde zwar bereits vorgeschlagen, als Maskierungsmaterial ein Material aus der Gruppe der Spinelle, Perowskite, Granate, Fluoride oder Oxifluoride zu verwenden. Was Härte und Durchlässigkeit anbetrifft, sind diese Verbindungen auch zufriedenstellend. Sie lassen sich nur schwer ätzen. Außerdem ist es nicht leicht, aus den vorgeschlagenen Verbindungen homogene Schichten über größere Flächenbereiche herzustellen, und die Defektdichte der Schichten ist manchmal groß.

Es hat sich als Vorteil erwiesen, wenn das Ferrit Gd, Eu, La oder Yb enthält, wobei sich die Eigenschaften des Maskierungsmaterials in vorteilhafter Weise variieren lassen, wenn das Ferrit mindestens zwei dieser Elemente enthält.

Es ist vorteilhaft, wenn die Maskierungsschicht zwischen 500 und 20000 A* dick ist. Bei einer Schichtdicke unter 500 Ä* ist eine relativ große Zahl von durchgehenden Poren in der Maskierungsschicht zu erwarten. Außerdem werden Schichten mit abnehmender Dicke für ultraviolette Strahlung zunehmend durchlässiger. Bei

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einer Schichtdicke über 20000 S wird die Maskierungsschicht auch für sichtbares Licht undurchlässig.

Manchmal ist es vorteilhaft, wenn die Maskierungsschicht .selektiv nur fast bis. zum Substrat weggeätzt ist. Schichten aus den beschriebenen Verbindungen, die < 500 A dick sind, lassen die den Photolack ändernde Strahlung durch.

Es kann auch vorteilhaft sein, wenn die Maskierungsschicht in das Substrat eingelegt ist oder wenn ein Kristall aus der Verbindung, in den selektiv fast durchgehende Löcher geätzt sind, das Substrat und die Maskierungsschicht bildet. Diese letztere Ausführungsform ist günstig, weil sie sich den Konturen des zu belichtenden Materials anpassen läßt.

Die Erfindung wird anhand von durch Zeichnungen veranschaulichten Beispielen beschrieben. Es zeigen:

Fign. IA-ID aufeinanderfolgende Verfahrensschritte zur Herstellung einer ersten Ausführungsform einer Maske nach den Patentansprüchen,

Fign. 2A-2D aufeinanderfolgende Verfahrensschritte zur Herstellung einer zweiten Ausführungsform einer Maske nach den Patentansprüchen,

Fig. 3 eine gemäß den Fign. IA-ID hergestellte Maske, Fig. 4 eine" gemäß den Fign. -2A-2D hergestellte Maske,

Fig. 5 eine aus kristallinem Material hergestellte

Maske mit Gebieten unterschiedlicher Dicke,

Fig. 6 die Abhängigkeit der Absorption von der Ttfellen-

länge des Lichts für eines der in den Patentansprüchen aufgeführten Maskierungsmaterialien.

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Die Fign. 1A-1D demonstrieren ein Verfahren zur Herstellung einer Maske nach den Patentansprüchen. Die hierdurch erhaltene Maske ist in Fig. 3 dargestellt. Sie besteht aus einer dünnen Schicht des das Maskenmuster bildenden Materials, das auf einem Substrat aufgebracht ist.

In Fig. IA ist ein Substrat IO auf einer Seite mit einer dünnen Schicht 12 des Maskierungsmaterials beschichtet. Das Substrat kann beispielsweise aus Natronkalkglass, Saphir oder Quarz bestehen. Das Substrat hat im allgemeinen eine standardisierte Dicke von etwa 1,5 mm. Im allgemeinen wird das Substrat sowohl für sichtbares Licht als auch für die Strahlung, die zum Belichten von in der Komponentenherstellung benutzten Photolackschichten verwendet wird, durchlässig sein. D.h., daß das Substratmaterial normalerweise bis ins nahe Ultraviolett durchlässig ist, da langweiliges ultraviolettes Licht in den meisten Fällen zum Belichten von Photolackschichten verwendet wird. Das Maskierungsmaterial ist undurchlässig für ultraviolettes Licht und durchlässig für sichtbares Licht, wenn eine halbdurchlässige Maske angestrebt wird. Für diesen Zweck kann die Schicht 12 zwischen etwa 500 und 200OO 8 dick sein. Die untere Grenze von 5OO R ist auch durch die Bedingung diktiert, daß die Maskierungsschicht nicht zuviele durchgehende Poren haben darf.

Bei einer Dicke von etwa 3000 A wird die optische Dichte der Schicht 12 bei einer Wellenlänge von etwa 5000 A* 2 sein. Die optische Dichte ist definiert durch das Verhältnis

~Y—, wobei I₀ gleich der eingestrahlten Lichtintensität und

I gleich der durchgelassenen Lichtintensität sind. Es ist wünschenswert, daß in dem Wellenlängenbereich, in welchem der Photolack empfindlich ist, die optische Dichte der Maskierungsschicht mindestens gleich 1 und bevorzugt größer als 2 ist, so daß ein wesentlicher Unterschied der Durchlässigkeit von ultraviolettem Licht zwischen den maskierten Gebieten und den unmaskierten

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Gebieten vorhanden ist. Im allgemeinen ist es nicht wünschenswert, die Maskierungsschicht dicker als 20000 Ä zu machen/ cta oberhalb dieser Dicke die Maske für sichtbares Licht undurchlässig wird und dann der Vorteil bei der Justierung, der in der Halbdurchlässigkeit liegt- verlorengeht.

Das iHaskierungsmaterial besteht aus Ferriten von Seltenen Erden, Als solche kommen beispielsweise GdFeO-, EuFeO , YFeO und LaFeO...in Frage. Es lassen sich auch Verbindungen verwenden, die Komüinationen von Seltenen Erden enthalten. Beispielsweise sind Verbindungen der allgemeinen Formel (A , B )FeO_ geeignet, in denen A und B Seltene Erden sind und x+y=l ist-

Die Maskierungsschicht 12 kann auf das Substrat 10 nach verschiedenen Methoden, wie z.B. Kathodenzerstäubung oder Bedampfung, aufgebracht werden. Beim Kathodenzerstäuben können Auftreffplatten benutzt werden, die aus gepreßtem Pulver bestehen. Beispielsweise können GdFeO^-Schichten durch Kathodenzerstäubung erzeugt werden, unter Benutzung einer Auftreffplatte, die durch heißes Pressen einer Mischung von Fe ü - und Gd₃O -Pulver hergestellt worden ist. In diesem Fall kann die Substrattemperatur zwischen 25 und 200 °C liegen und die Energiedichte der Kathoden-

zerstäubung zwischen 8,75 und 3,15 Watt/cm variieren. Die Kathodenzerstäubung kann in einer Atmosphäre, die aus Argon, Argon und Sauerstoff oder aus reinem Sauerstoff besteht, stattfinden. Die Maskierungsschicnt 12 kann auch aufgesprüht oder aufgeschleudert werden. Allgemein läßt sich sagen, daß jedes Verfahren, mit dem kontinuierliche Filme von keramischem Material aufgebracht werden können, geeignet ist.

Da aie inaskierungsschicht 12 ätzbar ist, kann auch eine dickere Schicht niedergeschlagen werden., axe dann bis zur gewünschten Dicke heruntergeätzt wird. GdFeO₃ ist beispielsweise mit sehr verdünnter hCl ätzoär. Das Muster in der iiaskierungss.chicht kann auch durch Ionenbeschuß oder durch Kathodenzerstäubungsätzen, erzeugt werden.

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Wie Fig. IB zeigt, wird die Maskierungsschicht 12 mit einer dünnen Schicht 14 aus Photolack bedeckt. Die Dicke der Schicht 14 ist nicht von Bedeutung. Es ist lediglich zu beachten, daß sie in ihrer ganzen Dicke belichtet werden kann. Zur Belichtung wird gewöhnlich ultraviolettes Licht verwendet.

Im Gegensatz zu anderen Maskierungsmaterialien, wie z.B. Eisenoxid, können bei Anwendung der hier beschriebenen Maskierungsmaterialien eine Vielzahl von Photolackmaterialien, wie z.B. die von der Firma Eastman Kodak und von der Firma Shipley hergestellten negativen bzw. positiven Photolacke verwendet werden. Obwohl diese Maskierungsmaterialien durch verdünnte Säuren leicht geätzt werden, werden sie überraschenderweise überhaupt nicht von den Lösungen, die zum Entwickeln und Ablösen des Photolacks verwendet werden, angegriffen. Folglich können alle Arten von Photolack benützt werden.

Die Photolackschicht 14 wird selektiv mit ultraviolettem Licht belichtet. Anschließend v/erden die belichteten Stellen mit einem geeigneten Lösungsmittel behandelt. Dann wird verdünnte Salzsäure benutzt, um die Maskierungsschicht 12 zu ätzen. Die so hergestellte Maske ist in der Fig. ic dargestellt. Nachfolgend wird auch der verbliebene Photolack entfernt, so daß man schließlich die fertige Maskenstruktur, die sich aus Fig. ID ergibt, erhält. Diese besteht aus dem Substrat 10 und der darüber angeordneten maskierenden Schicht 12, in die öffnungen 16 selektiv geätzt sind. Eine Ansicht dieser Struktur ist in Fig. 3 dargestellt. Aus dieser Figur geht klar hervor, daß die Maske ein Muster von geometrisch angeordneten öffnungen 16 in der Maskierungsschicht 12 hat. Obwohl die Öffnungen 16 als bis zu dem Substrat 10 durchgehende Löcher dargestellt sind, sei klargestellt, daß dies nicht notwendig ist. Beispielsweise kann eine dünne Schicht Maskierungsmaterial von < 500 Ä Dicke in den öffnungen 16 belassen werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Bildung einer Maske nach der Er-YO 971 034 309828/0716

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findung ist in den Fign. 2A bis 2D gezeigt. Hierbei werden Aussparungen in dem Substrat geschaffen, in welche das maskierende Material eingebracht wird. Diese Struktur (Fig. 4) unterscheidet sich von der in der Fig. 3, bei der eine äußere Maskierungsschicht 12 geätzte öffnungen 16 hat. Die Dicke des in das Substrat eingebrachten Maskierungsmaterials entspricht vorzugsweise der Dicke der Maskierungsschicht 12 in Fig. 3.

In Fig. 2A ist ein-Substrat 20 mit einem Muster aus Photolack bedeckt. Dieses Muster aus Photolack wird in bekannter Weise hergestellt, indem die Oberfläche des Substrats 20 gleichförmig mit einer Photolackschicht bedeckt wird und dann selektiv belichtet und entwickelt wird.

In Fign. 2A-2D sind die Substratmaterialien und die Abmessungen ähnlich denen, die bei der'Ausführung entsprechend den Fign. .1A-1D und 3 benutzt wurden. Natürlich werden auch dieselben Maskierungsmaterialien verwendet. In Fig. 2B sind Gebiete 24 in die vom Photolack nicht bedeckten Bereiche des Substrats 20 geätzt. Dann wird das zu maskierende Material 26 auf die geätzten Gebiete 24 und auf die Photolackschicht 22 niedergeschlagen (Fig. 2C). Die Photolackschicht 22 und das darüber befindliche Material 26 werden nun entfernt. So daß sich das Material 26 nun nur noch in den Aussparungen 24 befindet. Diese so hergestellte Maske zeigt die Fig. 2D. Eine perspektivische Ansicht dieser Maske ist in Fig. 4 dargestellt. Das in die Aussparungen eingebrachte Material 26 bildet das Muster der Maske. Bei richtig gewählter Dicke des Maskierungsmaterials (siehe oben), ist die Maske undurchlässig für ultraviolettes und durchlässig für sichtbares Licht.

Die in den Fign..3 und 4 dargestellten Masken können auch auf andere als auf die beschriebene Weise hergestellt werden. Z.B. kann zuerst mit Hilfe von Elektronenstrahlen eine Urmaske gefertigt werden. Weitere Masken werden aufgrund dieser Urmaske gemäß den in den Fign. 1 und 2 gezeigten Verfahren hergestellt.

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Hierdurch erhält man Masken mit sehr hohem Auflösungsvermögen.

Eine weitere Möglichkeit zur Fertigung einer Maske ist die mit Hilfe der Projektion. Hierbei wird zuerst eine große Maske hergestellt, die dann auf photographischem Wege sukzessiv verkleinert wird, indem jede Maske durch eine reduzierende Linse auf mit Photolack beschichtete Maskierungsmaterialien projiziert wird, und auf diese Weise sukzessiv kleinere Masken erzeugt werden. GdFeO., und die anderen hier beschriebenen Maskierungsmaterialien sind sowohl für eine Projektionsbelichtung als auch für eine Belichtung mit Elektronenstrahlen geeignet. Mit diesen Belichtungstechniken erhält man sehr feine Strukturen mit guter Kantenschärfe. Sie sind speziell geeignet für die Herstellung sehr feiner Strukturen in Halbleitern, wie z.B. Silicium. Da die genannten Materialien härter als Silicium und andere gewöhnlich benutzte Halbleiter sind, besitzen die mit diesen Materialien gefertigen Masken eine hohe Lebensdauer. Z.B. sind Masken aus EuO auf Saphir sehr hart und haltbar. Dies ist wirtschaftlich von großer Bedeutung, da die Kosten für die Masken erheblich höher sind als die für die Halbleiteranordnungen selbst.

Zum Festlegen der geometrischen Muster der Maske können bekannte Verfahren, wie z.B. die Projektionsbelichtung, benutzt werden. Wenn die erzielte Auflösung von der Wellenlänge der für die Belichtung benutzten Strahlung abhängt, dann muß zur Bildung noch feinerer Strukturen mit Elektronenstrahlen gearbeitet werden. Es ist eine größere Anzahl von Photolacken erhältlich, die mit Elektronenstrahlen belichtet werden können. Mit Hilfe dieser Photolacke ist die Herstellung feinster Strukturen möglich.

Bei der Projektionsbelichtung wird ein Bild des gewünschten Musters auf eine Photolackschicht mit Hilfe einer Linse mit hohem Auflösungsvermögen geworfen. Uenn für die Belichtung einer Halbleiterscheibe mit etwa 2,5 cm Durchmesser eine Linse von hohar Qualität benutzt wird, dann liegt die erreichbare

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Feinheit der Muster bei etwa 2,5 pm. Bei Verwendung einer Linse entsprechend hoher Qualität können auf einer Fläche von etwa 0,5 χ 0,5 mm Muster mit einer Feinheit von etwa 0,5 pm hergestellt werden.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Maske, bei welcher ein Kristall 28 ein Muster von Vertiefungen 30 aufweist. Die dicken Gebiete des Kristalls 28 sind für die Strahlung, die für das Prozessieren von Photolacken verwendet werden, undurchlässig, während die durch die Vertiefungen 30 gebildeten dünneren Gebiete des Kristalls 2,8 für diese Strahlung durchlässig sind. Beispielsweise ist ein Gebiet, das < 500 A dick ist, für ultraviolette Strahlung durchlässig. Deshalb werden die Vertiefu^ren 30 so tief in den Kristall 28 geätzt _f daß die Schichtdicke des Kristalls unter diesen Vertiefungen < 500 Ä beträgt.

Eine Maske, die der in der Fig. 5 dargestellten entspricht, hat den Vorteil, daß sie sehr bildsam ist und der Topographie des Halbleiterplättchens angepaßt v/erden kann. Allerdings sind diese Kristalle etwas zerbrechlich und beim tiefen Ätzen kann es vorkommen, daß die Vertiefungen 30 die vorgegebene Form nicht ganz behalten. Diese Nachteile werden die Benutzung dieser Maske bei Fabrikationsprozessen, insbesondere bei solchen, bei denen es auf hohe Auflösung ankommt, erschweren.

In der Fig. 6 ist die Absorption einer GdFeO₃~Maske, die durch Kathodenzerstäubung hergestellt worden ist, gegen die Wellenlänge aufgetragen. Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, daß bei richtig gewählter Dicke der Maskierungsschichten Undurchlässigkeit im ultravioletten Bereich und Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich erzielt werden kann, mit anderen Worten, daß es möglich ist, aus diesem Material halbdurchlässige Masken herzustellen.

Die mit den beschriebenen Maskierungsmaterialien hergestellten Masken zeichnen sich aus durch große Härte, durch die Möglichkeit, sie ständig visuell justieren zu können und die Verträglichkeit

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rait den bekannten photolithographischen Verfahren. Zu den beschriebenen Ilaskierungsiuaterialien gehören Seltene Erden oder Kombinationen von Seltenen Erden enthaltende Ferrite. Die beschriebenen Masken lassen sich besonders vorteilhaft beii.i Herstellen von Halbleiterbauteilen verwenden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

ι 1,' Maske für photolithographische Verfahren, die aus einem lichtdurchlässigen Substrat und einer dieses selektiv bedeckenden Schicht aus einem für das Auge durchsichtigen und für die den Photolack verändernde Strahlung hinreichend undurchlässigen Maskierungsmaterial aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierungsschicht (12, 26) aus einem Ferrit von mindestens einer Seltenen Erde besteht.
2. Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferrit Gd, Eu, La oder Yb enthält.
3. Maske nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferrit mindestens-2 dieser Elemente enthält.
4. Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierungsschicht (12, 26) zwischen 500 und 20000 S dick ist.
5. Maske nach einen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,

. dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierungsschicht (26) in die Unterlage (20) eingelegt ist.
6. Maske nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierungsschicht (12) selektiv fast bis zum Substrat (10) weggeätzt ist.
7. Maske nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kristall aus der Verbindung, in den selektiv fast durchgehende Löcher geätzt sind, das Substrat und die Maskierungsschicht bildet.

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