DE2302116A1 - Vorrichtung und verfahren fuer den flachdruck - Google Patents
Vorrichtung und verfahren fuer den flachdruckInfo
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Description
Vorrichtung und Verfahren für den Flachdruck
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
für den Flachdruck zur Vervielfältigung von Druckmustern mit submikronischen Strichstärken.
Ein konventionelles Druckmuster-Wiedergabeverfahren verwendet einen photolithographischen Prozess, bei dem ultraviolettes
Licht durch eine das Druckmuster enthaltende Maske zur Einwirkung auf einen lichtempfindlichen Film gebracht wird.
Nach der Belichtung wird der Film einem Entwickler ausgesetzt, der entweder die belichteten oder die unbelichteten Flächen
des Films entfernt, um das Masken-Muster oder sein Negativ wiederzugeben. Dieses Verfahren wurde bei der Herstellung
von mikrominiaturisierten elektronischen Schaltungen und Bauteilen weitgehend angewandt, weil es billig, zuverlässig und
für die Massenfertigung geeignet ist. Es arbeitete aber dort nicht befriedigend, wo die Breite des kleinsten diskreten
Musterelements kleiner als etwa zwei Mikron ist. Das beruht darauf, daß eine innige Maske-Träger-Berührung erforderlich
ist, um Beugungseffekte zu vermeiden. Eine solche Berührung ist schwer herbeizuführen und führt zu Beschädigungen sowohl
der Maske als auch des Trägers. Unterhalb von 1 /um ist ein
photolithographischer Kontaktdruck praktisch nicht durchführbar. Bemühungen, diese Beschränkung durch Verwendung von Licht
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kürzerer Wellenlänge zu überwinden, wurden nicht für praktisch durchführbar gehalten, weil Strahlung kürzerer Wellenlänge,
das sog. Vakuum-Ultraviolett, sich nicht mit angemessener Intensität erzeugen läßt. Dieser offensichtliche Irrweg
lenkte die Suche nach Vervielfältigungstechniken mit höherer Auflösung in andere Richtungen. So läßt sich z.B. eine Elektronen-Bildröhre
zur berührungslosen Wiedergabe Verwenden. Jedoch ist die Auflösungsverbesserung gegenüber der Photolithographie
gering. Submikronische Auflösungs-Lithographie läßt sich leicht mit dem Abtast-Elektronenmikroskop erzielen, aber
dieses Verfahren stellt kein Vervielfältigungsverfahren dar; die benötigte Ausrüstung ist kompliziert und kostspielig, und
jedes Druckmuster muß getrennt für sich entsprechend den von einer äußeren automatischen Programmiervorrichtung erhaltenen
Befehlen abgetastet werden.
Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung einer verbesserten Muster-Vervielfältigungstechnik, die für eine submikronische Auflösung geeignet, billig durchführbar, einfach, sehr
genau und zuverlässig ist und einen ausreichenden Abstand zwischen der Maske und dem Wiedergabeteil zuläßt, um einen
Verschleiß der Maske und Beschädigungen des Wiedergabeteils zu verhüten. Ferner soll diese Vervielfältiungstechnik in gewöhnlicher
Umgebung ohne die Notwendigkeit von Vakuumkammern oder photographischen Dunkelkammern durchführbar sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein mit weichen
Röntgenstrahlen arbeitendes Lithographiegerät benutzt, das Druckmuster mit submikronischen Strichstärken zu vervielfältigen
vermag. Es wird eine Quelle für weiche Röntgenstrahlen und ein Maskenteil vorgesehen, das eine weiche Röntgenstrahlen übertragende
Schicht aufweist und eine weiche Röntgenstrahlen absorbierende Schicht, deren Absorption weicher Röntgenstrahlen ein
Weich-Röntgenstrahlen-Bild des in der Maske enthalte":«·:? Druck-
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musters erzeugt. Ein Wiedergabeteil hat eine für weiche Röntgenstrahlen
empfindliche, auf einem Träger angeordnete Schicht. Die empfindliche Schicht ist zum Absorbieren von weichen Röntgenstrahlen
gemäß dem von der Maske erzeugten Druckmuster zwischen dem Träger und der Maske angebracht.
Weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der anschließenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
derselben und der Zeichnung hervor. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer mit weichen Röntgenstrahlen
arbeitenden Lithographievorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen vergrößert dargestellten Querschnitt eines Teils der Maske und des Wiedergabeteils nach Fig. 1;
Fig. 3 eine Gruppe charakteristischer Kurven der Absorption in Abhängigkeit von der Wellenlänge;
Fig. 4 eine charakteristische Kurve der Auger- und Photoelektronenreichweite
in Abhängigkeit von der Wellenlänge;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines ersten Schritts
bei einem mit weichen Röntgenstrahlen arbeitenden Lithographieverfahren nach der Erfindung;
Fig. 6 eine schematische Darstellung ähnlich der in Fig. 5,
die das Wiedergabeteil nach der Belichtung veranschaulicht; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung ähnlich der in Fig. 5 und 6, die das Wiedergabeteil nach dem Entwickeln
veranschaulicht.
Die Erfindung läßt sich mit einer Anordnung durchführen, die gemäß Fig. 1 eine Quelle 10 weicher Röntgenstrahlen mit einer
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Elektronenkanone 12 zur Erzeugung eines Elektronenstrahls 14
enthält, der auf einen Fleck 16 auf der Antikathode 18 auftrifft. Weiche Röntgenstrahlen 20, die von der Antikathode 18
ausgesandt werden, verlassen die Röhre 22 durch ein Fenster 24,
das für sie durchlässig ist. Sie treffen auf die Maske 26, die eine Über tr agungs schicht 28 umfaßt, welche eine zur Begrenzung
des Hasken-Musters dienende Absorberschicht 30 trägt. Das von
den weichen Röntgenstrahlen erzeugte, von der Maske 26 geformte Bild wird auf die empfindliche Schicht 32 projiziert, die von
dem Träger 33 des Wiedergabeteils 34 getragen wird, welch letzteres
die Maske 26 in einem Abstand mittels der Abstandsschicht 36 trägt, welche ihrerseits einen Teil der Maske 26 bildet. Um
die Wirksamkeit der Vorrichtung zu erhöhen, kann das Fenster 24 entfernt werden, damit die Dämpfung der weichen Rötgenstrahlen
20 vermindert wird, dann muß aber eine Vakuumkammer 38 verwendet werden. Wenn die übertragerschicht 28 der Maske 26 sehr
dünn ist, kann ein geringeres Vakuum auf der anderen Seite der Maske 26 angewandt werden, um ihre Wellung oder ihr Verwerfen
zu verhindern.
Der Elektronenstrahl 14 bildet den Fleck 16, dessen Durchmesser d im typischen Fall eine Fläche von einem Quadratmillimeter
bildet, was bei einer Elektronenstromdichte von angenähert S A/cm bei 5 kV zu einem Strom von 50 mA führt. Unter diesen
Bedingungen werden bei einer Aluminium-Antikathode und einem Abstand D von 25,4 mm zwischen dem Elektronenstrahl 14 und
der Maske 26 etwa 10 min benötigt, um eine angemessene Belichtung einer empfindlichen, von einem Silizium-Träger 33 getragenen
Schicht 32 aus Polymethylmethacrylat zu bewirken.
Die Maske 26 besteht aus einer 5 /um dicken Übertragerschicht
28 aus Silizium und einer 0,5 λμ dicken Absorber schicht 30
aus Gold, fila· Dick· von, 5 Am der Ubertragerechicht 28 wird
deswegen gewählt, weil dies ein selbsttragendes Gebilde ergibt,
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und die 0,5 /1^ Dicke der Absorberschicht 30 wird zur Erzielung
des erforderlichen Kontrastes gewählt. Eine dickere Absorberschicht 30 könnte einen stärkeren Kontrast erbringen,
Jedoph könnte eine Schichtdicke, die erheblich größer ist als die Breite der Schlitze und Löcher in der Schicht, zu rauhen,
ungenau begrenzten Seitenwänden und entsprechend schlechter Wiedergabe führen. Es ist also eine Schicht, deren Dicke
nicht größer ist als die Breite der kleinsten Löcher oder Schlitze, wünschenswert und bevorzugt, und sie läßt sich durch
Elektronen-Lithographie erreichen.
Im typischen Fall kann das Fenster 24 aus einer 0,0254 mm dicken Berylliumfolie bestehen. Wenn das Fenster nicht benutzt
wird, würde ein Vakuum von 10 * ata in der Kammer 38 angemessen
sein, jedoch kann ein zusätzliches Vakuum von 10 ata auf
der anderen Seite der Maske 26 erforderlich sein, um ihr Verwerfen oder Wellen zu verhüten.
Die Antikathode 18 kann aus Aluminium bestehen, um weiche Röntgenstrahlen
mit einer Wellenlänge von 8,34 S. zu erzeugen. Abweichend können Antikathoden aus Kupfer, die weiche Röntgenstrahlen
von 13,4 & erzeugen, oder aus Molybdän, die weiche Röntgenstrahlen von 5,4 Ä erzeugen, verwendet werden.
Ein wichtiger Vorteil der Benutzung weicher Röntgenstrahlen ist der, daß eine wesentliche Trennung zwischen der Maske und
der empfindlichen Schicht zulässig wird. Bei den Wellenlängen weicher Röntgenstrahlen sind Beugungserscheinungen im allgemeinen
vernachlässigbar. Eine Halbschattenverzerrung, wie in Fig.2
ersichtlich, stellt einen bei der Anordnung der Maske 26 und des Wiedergabeteils 34 zu berücksichtigenden Faktor dar. Die
Beziehung zwischen dem Abstand D, dem Durchmesser d des Brennflecks 16, dem Spreizwinkel G, der Spreizung<f und dem
Abstand S, der durch die Abstandsschicht 36 vorgesehen wird, läßt sich zu Θ = d/D =cf = Sd/D angeben. Das Unterschneiden oder
Spreizend*läßt sich also durch Vergrößern von D vermindern,
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aber dies erhöht stark die Belichtungszeit, weil die Intensität
der weichen Röntgenstrahlen sich umgekehrt mit dem Quadrat von D ändert.
Die mit diesem weiche Röntgenstrahlen anwendenden Verfahren erzielbare Möglichkeit, die Maske und die empfindliche
Schicht von einander zu trennen, stellt einen bedeutenden Vorteil dar, weil sie Verschleiß an der Maske
und Beschädigung des Trägers, die von dem früher verwendeten Kontaktverfahren herrühren, beseitigt; eine vergrößerte
Lebensdauer der Maske wird hierdurch erreicht. Praktisch kann der Abstand bis zum Zehnfachen der minimalen
Strichstärke des Druckmusters betragen, ohne ein nennenswertes Unterschneiden in der empfindlichen Schicht
32 zu verursachen.
Alle bisherigen Bemühungen, die Tiefenschärfe-Begrenzung der konventionellen Photolithographie zu überwinden, richteten
sich auf Projekte, die die Verwendung von Elektronen als belichtende Strahlung bedingten. Weiche Röntgenstrahlen,
die bei dem beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung die belichtende Strahlung bilden,
liegen zwischen dem Ultraviolett- {10 - 1000 S) und dem gewöhnlichen Röntgenstrahlen- (0,5 - 2 Ä) Strahlungsband des elektromagnetischen Spektrums. Das gewöhnliche
Röntgenstrahlenband ist während der letzten Jahrzehnte Gegenstand ausgedehnter wissenschaftlicher Forschung und
kommerzieller Anwendung gewesen. In ausgesprochenem Gegensatz hierzu waren weiche Röntgenstrahlen, die von dem
Austrittsfenster aller gewöhnlichen Röntgenröhren stark absorbiert werden, verhältnismäßig wenig Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen. Die Feststellung der Möglichkeit,
weiche Röntgenstrahlen für die Vervielfältigung von Mustern mit submikronischen" Strichstärken
zu verwenden, schloß sich an die in den letzten Jahren
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erfolgte erfolgreiche Entwicklung der Dünnfilm-Niederschlagstechnik an. Die Entwicklung dieser Technik veranlaßte die Untersuchung des weiche Röntgenstrahlen
benutzenden Lösungsweges für die Vervielfältigung und das Verlassen des Weges derjenigen, die eine Verbesserung
der eingeführten, aber komplizierteren und kostspieligen oben erwähnten Elektronenprojektions-Technik erstrebten.
Die Änderungen des Absorptionskoeffizienten von Werkstoff
zu Werkstoff im Bereich der weichen Röntgenstrahlen ist nicht groß. Es gibt jedoch Merkstoffe, die ausreichend
als Absorber und übertrager für weiche Röntgenstrahlung unterscheidbar sind. Typische Absorptionscharakteristiken sind in Fig. 3 für den Bereich der weichen Röntgenstrahlen von zwei oder drei Angström bis zwanzig oder
fünfundzwanzig Angström für übertrager von 5 yum Dicke,
wie z.B. Beryllium 50, Magnesium 52, Silizium 54 und
Mylar 56, und für Absorber von 0,5 Aim Dicke, wie z.B.
Kupfer 58, Silber 60, Gold 62 und Uran 64 dargestellt. Beryllium 50, Magnesium 52, Silizium 54 und Mylar 56
sind auf Teilen 66, 68, 70 und 72 ihrer entsprechenden Kurven ausreichend transparent, um diese Stoffe zu ausgezeichneten Beispielen für die Zusammensetzung der Übertragerschicht zu machen. Auch Kupfer 58, Silber 60,
Gold 62 und Uran 64 auf Teilen 74, 76, 78 und 80 ihrer entsprechenden Kurven nähern sich Absorptionsmaxima.
Bei etwa 10 - 12 £ sind Kupfer, Gold, Uran und Silber über 95% absorbierend, während Magnesium etwa 40% und
Beryllium etwa 25Ji absorbierend sind und einen Kontrast
von etwa 20 zu 1 ergeben, bei mehr als 60% Übertragung
durch die Übertragerschicht 28. Bei 8 Ä sind Gold, Uran wad Kupfer etwa 90% absorbierend und («ben «inen
Kontrast von 10 zu 1, während Mylar und Silizium nur etwa 40% absorbieren. Platin und Iridium haben Charakteristiken, die nahezu mit denen für Gold übereinstimmen,
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abgesehen von einer geringen Änderung in der Lage der scharfen senkrechten Spitze bei 5,6 Ä für Gold. In ähnlicher
Weise dienen Aluminium und Polymerfilme als guter Übertrager.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung weicher Röntgenstrahlen ist der, daß die Reichweite der Auger- und Photoelektronen,
die von den weichen Röntgenstrahlen in der empfindlichen Schicht 32 erzeugt wsrden, ganz kurz 0,5
pa oder weniger wie aus Fig. 4 ersichtlich - ist. Da diese Elektronen zur Belichtung der empfindlichen Schicht
32 dienen, wird die Wirkung ihrer Reichweite auf die mit dem Verfahren erzielbare Auflösung durch die Verwendung
weicher Röntgenstrahlen minimisiert.
Beim Betrieb der Vorrichtung bestrahlt eine Quelle 10»
(Fig. 5) weicher Röntgenstrahlen eine empfindliche Schicht 32f aus Polymethylmetacrylat durch eine Maske 26' mit .
eine*5 /an dicken Übertragerschicht 28· aus Silizium, die
mit einer 0,5/um dicken Absorberschicht 30· aus Gold
und einer Abstandsschicht 36* gemustert ist. Die empfindliche Schicht 32 wird von einem Träger 33·, wie z.B. einer
Siliziumfolie, getragen. Weiche Röntgenstrahlen 20' gehen durch Schlitze oder Löcher 100 in der Absorberschicht
30f und treffen auf Teile 102 der empfindlichen
Schicht 32·, die dadurch belichtet wird, wie aus Fig. 6 ersichtlich. Die nicht getroffenen Teile 104 sind unbelichtet.
Ein· Energiedosis von etwa 5 x 10 Joule/ cnr
genügt für die völlige Belichtung des Musters. Beim nächsten Schritt (Fig. 7), wenn das Wiedergabeteil 34·
unter Verwendung einer Lösung von 40# Methylisobutylketon
und 60# Isopropylalkohol entwickelt ist, »ind die belichteten
Teile 102 entfernt und hinterlassen eine genauso wie die Maske 26' gemusterte Oberfläche.
Wenn erst einmal ein Muster in dem Polymerfilm definiert
ist, gibt es eine Anzahl von Verfahren, um ein Muster auf
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dem Träger zu erzeugen. Wenn ein Überzugsauster aus einem dünnen Filmmaterial gewünscht wird, so kann es durch
übliche Techniken in die Zwischenräume des Polymermusters aufgedampft werden, und das unerwünschte Material läßt
sich durch Auflösen des Polymers entfernen, so daß ein dünner Film auf dem Träger in einem Muster erhalten
wird, das das Negativ zu dem in dem Polymer erzeugten bildet. Abweichend kann dieses niedergeschlagene Material
als eine Maske für die chemische oder Spritz-Ätzung einer Reliefstruktur auf dem Träger feenutzt werden. Ebenso
kann das gemusterte Polymer in ähnlicher Weise als chemische oder Spritz-Ätzmaske benutzt werden.
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Claims (11)
- PatentansprUcheLithographieverfahren für die Vervielfältigung von Mustern mit submikronisehen Strichstärken, g e k e η η zeichnet durch das Erzeugen weicher Röntgenstrahlen, das Richten derselben auf eine Maske, die eine Übertragerschicht und eine Absorberschicht aufweist, zum Erzeugen eines Weich-Röntgenstrahlen-Bildes eines auf der Maske vorhandenen Musters; Belichtung eines Vervielfältiger-Teils mit einer für weiche Röntgenstrahlen empfindlichen Schicht auf einem Träger durch das Bild in der Weise, daß der den Absorberteilen der Maske entsprechende Teil der empfindlichen Schicht nicht belichtet und die anderen Teile derselben belichtet werden; Behandlung der für weiche Röntgenstrahlen empfindlichen Schicht mit einem Entwickler, der den einen ihrer Teile aus ihr entfernt und dadurch das Muster der Maske wiedergibt.
- 2. Lithographieverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß die weichen Röntgenstrahlen eine Wellenlänge von 2 bis 20 Ä aufweisen.
- 3. Lithographieverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entwickler aus 40# Methylisobutylketon und 6O# Isopropylalkohol besteht.- 11 -309829/0960
- 4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3» gekennzeichnet durch eine Quelle (10) für weiche Röntgenstrahlen| eine Maske (26), die eine weiche Röntgenstrahlen übertragende Schicht (28) und eine weiche Röntgenstrahlen absorbierende Schicht (30) aufweist, deren Absorption weicher Röntgenstrahlen ein Weich-Röntgenstrahlen-Bild des Musters in der Maske (26) erzeugt; und durch ein Wiedergabeteil (34), das aus einem Träger (33) und einer für weiche Röntgenstrahlen empfindlichen Schicht (32) zwischen dem Träger (33) und der Maske (26) für die Absorption der weichen Röntgenstrahlen in dem
durch die Maske (26) erzeugten Muster besteht. - 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (10)
für weiche Röntgenstrahlen eine aus Aluminium bestehende Antikathode (18) umfaßt. - 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragende Schicht (28) aus Silizium besteht.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die absorbierende Schicht (30) aus Gold besteht.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragende Schicht (28) mindestens 5 ^m und die absorbierende Schicht (30) weniger als 0,5yum dick ist.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die empfindliche Schicht (32) aus Polymethylmetacrylat besteht.- 12 309829/0960
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die absorbierende Schicht (30) so ausgebildet ist, daß sie mindestens 6096 der weichen Röntgenstrahlen absorbiert.
- 11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragende Schicht (28) so ausgebildet ist, daß sie mindestens 25% der weichen Röntgenstrahlen durchläßt.Wb/Pe - M 12309829/0960Leerseite
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