DE2515911A1

DE2515911A1 - Bildwiedergabe mittels maskenverfahren

Info

Publication number: DE2515911A1
Application number: DE19752515911
Authority: DE
Inventors: Paul Stuckert
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-05-30
Filing date: 1975-04-11
Publication date: 1975-12-18
Also published as: JPS50159676A; JPS5329580B2; FR2273306B1; US4066458A; FR2273306A1; GB1504411A; CA1027675A

Description

Böblingen, den 4. April 1975 bu-hr

Aniaelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, ri.Y. Iu504

Amtliches Aktenzeichen: Heuanmeldung;

Aktenzeichen der Anmelderin: YO 973 O56

bildwiedergabe mittels Maskenverfahren

üie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synthese einer bildwiedergabe aus Einzelabbildungen auf einer strahlungsernpfindlichen oberfläche mit einer relativ hierzu geführten, der Strahlung ausgesetzten

Projektions-Expositions-Verfahren, bei denen Photoresistoberflächen über Masken belichtet werden, die die gesamte Abbildung wiedergeben, sind an sich bekannt. Ebenso werden einzelne oder mehrere Elektronenstrahlen über entsprechende Oberflächen gelenkt, indem durch deren entsprechendes An- und Abschalten die ; üildsynthese auf der zu belichtenden Oberfläche entsteht. Außer- < dem ist eine Lichttafel bekannt, die die Synthese optischer ÄDbildungen auf einer Photoresistoberflache gestattet. Eine solche Lichttafel läßt sich durch ein Band steuern, um die gewünschte Abbildung auf der Photoresistschicht, die einen Oberflächenbereich eines Halbleiterscheibchens abdeckt, herbeizuführen.

In der USA Patentschrift 3 51d 083 ist ein Maskenverfahren zur Belichtung von Oberflächen gezeigt, bei dem die Maske aus einem offnungsraster bestent, durch welche die Strahlung auf darunterliegende, freigelassene Oberflächenbereiche einfallen kann. Dabei wird die Maske relativ zur Strahlungsquelle längs eines durch einen Ab fühlgriff el vorgegebenen Pfades bewegt; tioöei der Abfünlgriffel auf einer Originalabbildung nachgeführt wird, so daß auf dar

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Delichteten Oberfläche eine entsprechend der Anzahl der vorgegebenen Maskenoffnung bereitgestellte^Anzanl von identischen Abbildungen auf der Abbildungsfläche entsteht.

In der UoA Patentschrift 3 434 894 ist ein lonenimplantationsverfahren besenrieben, bei dem eine Vielzahl von Ionenquellen Anwendung finaet, die im Zusammenwirken mit Maskenöffnungen und einem Ablenksystem eine entsprechende Überflächenbeeinflussung herbeiführen.

In beiden genannten Patentschriften sind keine Maßnahmen angegeben, um Oberflächenbereiche zu belichten, die vollständig von nichtbelichteten Bereichen umgeben sein sollen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Maskenbelichtungsverfahren anzugeben, da." unter Vermeidung oben genannter ,iM'acnteile eine einfache, wirkungsvolle und betriebssichere Belichtung für eine bildsynthese auf einer ßildoberflache bereitstellt, j

.Die i^rfindungsgeiiiäße Lösung der Aufgabe läßt sich dem Patentan- ; Spruch i entnehmen. Mit hilfe des hierin angegebenen vier-Schritt- · .oelichtungsverfahrens, erübrigt sich beim Einbringen von ßelich- ι tungsinseln in die bildoberflachen die Anwendung von ΐ-Iasken zu j Substraten oder anderer entsprechender Stützmaßnahmen.

Vorliegende Erfindung stellt ein Maskenexpositions-Verfahren bereit, welches eine besondere Maskenherstellung erübrigt. Außerdem scneiden Stabilitäts- und "wärme ab le it ungs prob lerne aus, die unvermeidlich mit Feldern dicht aneinanderliegender, parallel verlaufender langer Linien verbunden sind, wie z. B. wort- und Bitleitungen auf einem Halb leiterplatten· en, das zur Speicherherstellung entsprechend belichtet werden soll. Übliche Masken für Elektronenstrahl-Projektions-Expositions-Verfahren für solche

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Linienfelder bestehen normalerweise aus Abdeckstreifen mit mehr oder weniger unhandlichen Maskenöffnungen, nämlich mit großem Längen - zu breiten - sowie Dickenverhältnis. Demgegenüber stellt die brfindung ein Maskenexpositionsverfahren bereit, das unter Anwendung einer Anzanl von rechteckigen Maskeneinheitsöffnungen in einem Vier- Schritt-Belichtungsverfahren unter sukzessiver Maskenverschiebung in Anwendung zxtfeckentsprechender Ablenksignale an das Strahlablenkungssystem eine Bildsynthese auf der Abbildungsfläche in einfachster Weise gestattet.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen zu entnehmen.

j Die Erfindung wird in der nachfolgenden Ausführungsbeispielsbescnreibung mit nilfe der unten aufgeführten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

eine diagrammartige Darstellung einer Einzelmaskenöffnung und die hierdurch bedingte Bildwiedergab esynthese gemäß der Erfindung,

eine diagrarnmartige Darstellung einer Maskenöffnungsanordnung gemäß der Erfindung und die hierdurch bedingte Bildwiedergabesynthese einer Linie Undefinierter Länge und minimaler Breite, )

eine diagrammartige Darstellung einer Maskenöffnungsanordnung gemäß der Erfindung und die hierdurch bedingte Bildwiedergabesynthese, bei der ein abgeschlossenes, nicht belichtetes Gebiet vorliegt,

eine diagrammartige Darstellung einer Maskenöffnungsanordnung gemäß der Erfindung und die hier-

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-n-

durch bedingte Bildwiedergabesynthes-e eines Gebietes Undefinierter Länge und Undefinierter : Breite,

,Pxgn. 5a - 5c graphische Darstellungen, in denen jeweils die

¹ Anzahl n, o, o, als Punktionen der Länge L auf-

'· getragen sind.

Pign. 6a - 6c eine gewünschte Bildwiedergabesynthese mit den

erforderlichen Einzelheiten.

pas Belichtungsmaskenschema gemäß der Erfindung dient zur Anwen- |dung bei Elektronenstrahlverfahren, so daß die Maske den hierauf gerichteten Elektronenstrahlen ausgesetzt ist. Entsprechende Verfahren sind bekannt und brauchen an dieser Stelle nicht näher beschrieben zu werden.

Zur Erläuterung der Erfindung wird eine Maske angenommen, die eine größere Anzahl von kleinen, rechteckigen Maskenöffnungen besitzt, um entsprechend rechteckige Gebiete des zu belichtenden Körpers exponieren zu können. Ein rechteckiges Gebiet besteht bekanntlich aus einem "Polygon, dessen Seiten parallel zu den X- und Y-Achsen eines kartesischen Koordinationsystems verlaufen. Wenn auch zur Erläuterung der Erfindung in den beigefügten Zeichnungen keine Maske als ganzes dargestellt ist, so sind doch die Maskenöffnunjgen in den Zeichnungen im vergrößerten Maßstab und bezüglich lihrer Lage maßstabsgerecht dargestellt, um beispielhafte, zusammengesetzte Abbildungen bereitzustellen. In den Fign. 1 bis 5 'einschließlich besteht jede Zeichnung aus zwei Teilen, worin der mit I bezeichnete Teil die gewünschte Expositionsabbildung und jder mit M bezeichnete Teil die zur Erzeugung von I benötigte

!Maskenöffnungskonfiguration darstellt. Zweckmäßigerweise sind jdie Teile I und M in einem rechtwinkligen Gittersystem dargejstellt, wobei sich versteht, daß die I- und M-Lagen nicht notwendigerweise mit Elementarflächen eines solchen Gitterssystems zusammenfallen müssen, bzw. kongruent zu sein haben. Außerdem

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sind aus Zweckmäßigkeitsgründen die Teile I und M für ein Einmal-Projektionssystem gezeigt.

,Fig. 1 zeigt den Abbildungsteil I mit einer minimalen Expositionsfläche a χ a und einen Maskenteil M mit einer minimalen Masken-Öffnung, b χ bj wobei a = 2b und die Abbildung mit Hilfe vier aufeinanderfolgender Expositionsschritte der Maskenöffnung in den mit 1, 2, 3 und 4 bezeichneten Positionen erfolgt. Ist die 'Abbildung in der Position 1 die erste, bzw. die ßezugsexposition dann folgt:

a) Die Abbildung in Position 2 erfolgt durch Bildablenkung um eine Distanz entsprechend -b in Y-Richtung.

ib) Die Aboildung in Position 3 ergibt sich durch Bildablenkung um die Distanzen -b in Y-Richtung und +b in X-Richtung und

!c) die Abbildung in Position 4 ergibt sich durch Bildablenkung > um die Distanz +b in X-Richtung.

.'Worin, wie gesagt, alle Ablenkungen relativ zur Position 1, also !der bezugsposition erfolgen.

Es versteht sich, daß die oben angegebene Ablenkungsreihenfolge ,und die Ablenkungsdistanzen +b in entsprechender V/eise für die gesarate Beschreibung der vorliegenden Erfindung gelten.

In Fig. 2 ist ein Abbildungsteil und ein Maskenteil für eine Linie minimaler breite und der Länge η χ a mit (η = ganzzahlig) gezeigt. Die im Maskenteil M gezeigte, gestrichelte Maskenöffnung läßt sich durch eine ganzzahlige Anzahl ähnlicher öffnungen ersetzen. Als Ergebnis zeigt sich eine Maske mit einer Reihe von η öffnungen, unabhängig von ihrer Länge. Dies steht dann im Gegensatz zu einer einzigen länglichen öffnung, die sonst in einer üblichen Maske vorhanden ist.

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Fig. 3 zeigt eine Expositionsabbildung mit einem unbelichteten Gebiet U₁, das vollständig von einem "exponierten Gebiet E umgeben ist, das seinerseits wiederum von einem unbelichteten zureiten Gebiet Up umgeben ist. Eine Maske zur Erzeugung einer solchen Abbildung verwendet acht identische rechteckige Öffnungen, die wie in M gezeigt, angeordnet sind. Unabhängig von Größe und relativen Abmessungen des zentralen, unbelichteten Gebietes und des unmittelbar anschließenden exponierten Gebietes wird deshalb das zentrale elektronenundurchlässige Gebiet E-O der Maske gleich-Iförmig an seinem Umfang unterstützt, bzw. gehalten, gleichförmig von elektrischem Strom durchflossen und für eine Wärmeabfuhr be- !reitgeha.lt en.

'Fig. 4 zeigt einen Abbildungsteil und einen Maskenteil für ein IRechteck mit den Abmessungen na χ ma,' wobei sich entweder die gestrichelt gezeichneten üffnungsspalten oder die Offnungszeilen ;in der Maske durch ganzzahlige Vielfache von üffnungsspalten bzw. I zeilen in der Maske M ersetzen lassen können.

Alle Maskenöffnungsanordnungen, wie oben beschrieben, umfassen ''Abbildungen mit Abmessungen in den X- und Y-Koordinaten, die ganzzahligen Vielfachen der minimalen Expositions fläche a χ a |in Pig. 1 entsprechen. Im weiteren werden Abmessungen und offinungsanordnungen für Abbildungsexpositionen in Betracht gezogen, deren Abmessungen in den X- und Y-Koordinaten nicht ganzzahligen Vielfachen der minimalen Expositionszeile entsprechen.

'Angenommen, eine rechtwinklige Abbildung sei gefordert, bei der die Abmessung L beliebiger Menge vorgegeben sei,.wobei die Ab- | bildung durch ein Vier-Schritt-rechtwinkliges-Expositionsmuster j zusammenzusetzen sei. Da irgendwelche Maskenöffnungen ein größeres Ausmaß als die minimale Abmessung b χ b aufweisen können und da der Abstand zwischen benachbarten Maskenöffnungen kleiner als b ! sein kann, da b = 0,5a, ergeben sich die folgenden Maskenöffnungs-; ¹ Gestaltungsgleichungen:

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1) Für (L - Ly )lO,5 2) Für (L-UJ )> 0,5

gilt: η = \l\ gilt: η = |"ΪΓ|

s = b d = b

d = b ₊ ^L - ⁿ s b + £=£

; o = d-sⁿ o = d-s

¹ o, = η (d - s) = no ο, = (n-1) (d-s) = (n-l)d>

In den obenstehenden Gleichungen bedeuten:

j j bedeutet eine Zahl, die auf die nächste ganze Zahl abgerundet ist.

ΓΙ bedeutet eine Zahl, die auf die nächste ganze Zahl aufgerundet ist.
IL = Seitenlänge des zu exponierenden Rechtecks mit L >_ a.

η = Anzahl der in Richtung von L erforderlichen öffnungen. 's = Breite des Maskenmaterial zwischen benachbarten Öffnungen d = Länge der üffnungsseite in der L-Richtung.

ο = Länge jedes doppelt exponierten Gebiets in der L-Richtung.

o. = Summe aller ο längs der Richtung L.

j Die graphischen Darstellungen nach den Fign. 5a bis 5c zeigen die Anzahl η, ο und o, als Funktion der Länge L.

!Das Schema nach Fig. 6a bringt ein Beispiel worin eine Exposi-1tionsabbildung gefordert wird, die eine Länge 4,4 a und eine 'Breite von 1,9 a besitzen soll. Fig. 6b zeigt eine bevorzugte Maskenöffnungsanordnung für die Zusammensetzung der Abbildung j gemäß Fig. 6a, wobei ein minimaler Anteil von Doppel- und Vierfachexpositionen vorliegt. Diese optimale Maskenöffnungsanordnung wird von oben stehenden Gleichungen wie folgt abgeleitet: I a = 1, d. h. jede Kästchenseite =0,1 L = 4,4 (längste Seite)

(L - [lJ ) = 4,4 - 4 = 0,4

Da 0,4 geringer ist als 0,5, wenden sich die Gleichungen unter Bedingung 1) an:

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η =

s = b = 0,5

d = 0,5 + = 0,5 + 0,1 = 0,6 ο = d-s = 0,6 - 0,5 = 0,1

o_t = η (d-s) = 4 (0,6 - 0,5) = 0,4

Damit ergibt sich aus der Abbildung nach Fig. 6b, daß vier Spalten von öffnungen erforderlich sind, wobei jede mit einer längsten Seite von 0,6 versehen ist und ein Abstand von 0,5 zwischen den öffnungen vorliegt. Fig. 6c zeigt die durch jede öffnung verursachte Doppelexposition mit ο = 0,1, wobei die Gesamtdoppelexposition in Richtung der längsten Seite sich zu o, =0,4 aus der Rechnung ergibt.

;Eine gleiche Rechnung läßt sich zur Bestimmung der Anzahl, Größe ι und der Abstände der öffnungen in jeder Spalte aufstellen, um die genaue Breite (d. h. 1,9a) für das Rechteck in Fig. 6a zu erhalten. Die Parameter η, ο und o, lassen sich direkt den Darstellungen nach den Fign. 5a bis 5c entnehmen. Alle dem vorliegenden Schema zu entnehmenden Vierfachexpositionen lassen sich als in· tern bezeichnen, d. h. sie liegen nicht an Kanten. Alle Gebiete einer Doppelexposition besitzen minimale Längen und sind gleichförmig längs der Kanten verteilt. Das rein willkürliche Abbildungsgebiet in Fig. 6a soll lediglich beispielhaft für nicht ganzzahlige Gebiete sein, wobei sich die Vorschriften der Erfindung leicht auf Seitenlängen oder Gebiete anwenden lassen, deren J Abmessungen größer als das minimale Expositionsgebiet a χ a sind, unabhängig davon, ob sie nun ganzzahlig oder nicht ganzzahlig ' sind.

Als Ergebnis der Anwendung einer Vielzahl von im Abstand zueinander angeordneten öffnungen, um eine Abbildung zusammenzusetzen, können Masken relativ unempfindlich sein, da in Extremfällen die Gesamtmaskenfläche angenäherte 80 Prozent Maskenmaterial und 20 Prozent Leerraum für die öffnungen enthält.

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Gemäß vorliegender Erfindung lassen sich die öffnungen irgendwo auf der Maskenoberfläche anbringen. Alle zur Herstellung entsprechender Bauelemente benötigten Expositionen, benötigen nicht die volle Anwendung der oben beschriebenen Verfahr ensiaaßnahmen. So xfürde z. B. die Exposition einer Vielzahl von fiinzellochungen lediglich eine übliche Einzellochung erfordern und unter gewissen Voraussetzungen (d. h. eine Exposition einer Anordnung paraller Linien) könnte eine Zwei-Schritt-Expositionsschema Anwendung finden anstatt eines Vier-Schritt-Expositionsschemas, das oben beschrieben worden ist.

Obgleich vorliegende Erfindung speziell im Zusammenhang mit rechtwinkligen Abbildungen und öffnungen beschrieben worden ist, lassen sich Gebiete mit gekrümmten Abgrenzungen oder auch geraden Abgrenzungen, die aber dann nicht parallel zueinander verlaufen, in an sich bekannter VJeise durch eine Näherung mit einer entsprechenden Anzahl rechtwinkliger Elementargebiete ebenfalls erfassen.

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Claims

- 10 PATENTANSPRÜCHE

'lT) Verfahren zur Synthese einer Bildwiedergabe aus Einzelabbildungen auf einer strahlungsempfindlichen Oberfläche mit Hilfe einer relativ hierzu geführten, der Strahlung ausgesetzten Maske, dadurch gekennzeichnet, daß über zumindest eine, und zwar eine relativ kleine, rechteckige l-laskenöffnune; während eines ersten Zeitabschnittes je ein erster vorherbestimmter Flächenbereicn der strahlungs-

: empfindlichen Oberfläche (E) zur exakten Abbildung der wasKenöffnung bzw. Maskenöffnungen, während eines zweiten Abschnittes unter entsprechender Maskenverschiebung je ein zweiter, vorherbestimmter, an den ersten angrenzender Flächenbereich der strahlungsempfindlichen Oberfläche (E), während eines dritten Zeitaoschnittes unter entsprechender Maskenverschiebung, je ein dritter, vorherbestimmter, zumindest an den zweiten angrenzender Flächenbereich der strahlungsempfindlichen Oberfläche (E) und während eines vierten Zeitabschnittes unter entsprechender Maskenverschiebung je ein vierter, vorherbestimmter, an genannte übrige Flächenbereiche anstoßender Flächenbereich der s trail lungs empfindlichen Oberfläche (E) der Strahlung aus- ; gesetzt xtferden, so daß sich die gewünschte zusammengesetzte! Bildwiedergabe (I) ergibt. ■
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

bei mehreren rechteckigen Maskenöffnungen (Fig. 3) sowohl i ihre Anordnung als auch die Maskenverschiebungen so ge- j troffen werden, daß sich nach Abschluß der vierten Masken- |

verschiebung eine einzige zusammenhängende Gesamtbildwiedergabe (I) ergibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, dadurch ι gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mit Hilfe ablenkbarer · Elektronenstrahlen erfolgt, wobei Strahlablenkung zur effek-

: tiven Maskenöffnungsverschiebung dient. j

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Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlablenkung rechtwinklig: und jeweils parallel zu den Maskenöffnungsseiten erfolgt.

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