DE2527174A1

DE2527174A1 - Fotomaske

Info

Publication number: DE2527174A1
Application number: DE19752527174
Authority: DE
Inventors: David Bruce Fraser
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1974-06-19
Filing date: 1975-06-18
Publication date: 1976-01-08
Also published as: FR2275882B1; JPS5113577A; FR2275882A1; IT1036326B; US3949131A

Description

BLUMBACH . WZlSER ■ BERGEN · KRAMER ZWIRNER - HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patenlconsuli 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237

Western Electric Company, Incorporated D. B. Fräser 10 New York, N. Y., USA

Fotomaske

Die Erfindung betrifft eine Fotomaske für flalblei t er schal tungen.

Fortschritte bei der Fotolithografie sind anerkanntermaßen der Schlüssel für eine weitere Erhöhung der Packungsdichte von Mikroschaltungen. Diese führt wiederum zu geringeren Kosten für integrierte Schaltungen. Wenn die Merkmalsgröße in Fotomasken kleiner wird, wird es schwieriger,lie Auswirkungen mikroskopischer Fremdkörper auf die lithografische Auflösung auszuschließen. Die Technik hat den Punkt erreicht, an welchem sehr kleine Staubteilchen vergleichsweise genügend groß sind, um Musterfehler zu bewirken. Eine Lösung dieses Probleme besteht darin, Elektronen-

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München: Kramer · Dr. Weser · Hirsch — Wiesbaden: Blumbach · Dr. Bergen · Zwirner

Strahllithografie zu verwenden, da die kleinen Staubteilchen gegenüber Elektronen transparent sind und bei der Belichtung des Musters nicht stören. Die Fotolithografie wird jedoch weiterhin weitläufig verwendet, und es ist breiter Raum für weitere Fortschritte in dieser Technologie.

Vor dieser Erfindung ist die Ausschaltung von Maskenfehlern, die von Staub herrühren, der die optische Belichtung der Maske stört, einfach eine Sache der Steuerung der Sauberkeit der Bearbeitungsumgebung gewesen. Dies ist ein herkömmliches Steuerungsmaß, welches bei allen Halbleiterbearbeitungen verwendet wird. Die Steuerung von Teilchen mit einer Größe, die bei einer Fotolithografie mit sehr hoher Auflösung stören kann, ist schwierig und. teuer.

Das Problem der an der Fotomaske haftenden Staubteilchen wird erschwert durch die Neigung der Maske, statische elektrische Ladung anzuhäufen und zurückzuhalten, wenn diese einer intensiven aktlnisehen Strahlung ausgesetzt wird. Die statische Ladung zieht Staub an.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Fotomaske zur fotolithografischen Bearbeitung von Halbleiterschaltungen, mit einer transparenten Platte und einer darauf befindlichen Fotomaskenmusterbeschichtung mit Lücken, die ein Positiv- oder Negativbild wenigstens von Teilmerkmalen einer Mikroschaltung

darstellen, die gekennzeichnet ist durch eine kontinuierliche, transparente und elektrisch leitende Schicht, die das Fotomaskenmuster und dessen Lücken bedeckt.

Bei der bevorzugten erfindungsgemäßen AusfUhrungsform ist obiges Problem dadurch gelöst, daß die Fotomaske mit einer kontinuierlichen, leitenden, transparenten Schicht bedeckt und die Schicht elektrisch geerdet wird, um die Ansammlung statischer Ladung bei der Herstellung von Mikrοschaltungen zu verhindern. Typische Schichtmaterialien sind gegenüber gewöhnlichen fotografischen Emulsionsfotomaskenmaterialien auch relativ hart und gewähren einen nützlichen Abrieb- und Abnutzungsschutz. Jede Art der Verlängerung der ausnutzbaren Lebensdauer einer teuren Fotomaske stellt einen beträchtlichen Fortschritt auf diesem Gebiet dar.

Die transparente, leitende Schicht kann irgendeins von einer Vielzahl von Materialien aufweisen. Selbst Materialien, die normalerweise als undurchsichtig angesehen werden, können verwendet werden, wenn die Schicht sehr dünn ist. Beispielsweise ist eine wenige hundert Angström dicke Schicht von durch Standardaufdampfen niedergeschlagenem Gold völlig transparent, und in diesem Zusammenhang verwendbar. Schichten solcher Materialien werden hier als transparent betrachtet. Bevorzugte Schichten werden jedoch aus Materialien hergestellt, die transparenter sind, wie Zinnoxid und Indiumoxid, und aus Materialien, die auf diesen Verbindungen aufbauen, wie antimondotiertes Zinnoxid, zinndotiertes Indlumoxid und Materialien im Indium-Zinn-Oxid-System.

Diese Materialien, die Eigenschaften, welche diese für die Ausführungsform nützlich machen, und die Methoden zu deren Niederschlag in geeignet dünne Schichten sind in der Literatur bekannt. Siehe R. E. Aitchison, Australian J. Appl. Sei., 5, Seite 10 (195²O; H. K. Muller, Phys. Status Solids, 27, Seite 72;$ (1968); L. I. Burbulyavichus und andere, Izv. Akad. Nauk. SSSR Neorgan. Mat., 5, Seite 551 (1969); (a) V. A. Williams, This Journal, II3, Seite 2^4 (1966) - (b) Y. T. Sihvonen und D. R. Boyd, Rev. Sei. Instr., 31, Seite 992 (i960) - (c) V. M. Vainshtein und andere, Izvt. Akad. Nauk. SSSR Neorgan. Mat., 4 357 (1968) - (d) J, M. Pankratz, Paper 28, AIME, 1971 Conference, San Francisco, California; J. L. Vossen, RCA Rev., 32, Seite 289 (l97l)> S. Yamanaka und T. Oohashi, Jap. J. Appl. Phys., 8, Seite IO58 (I969); J. L. Vossen, Third Symposium On Deposition of Thin Films by Sputtering, University of Rochester, September 9, 1969; D. B. Fräser und H. D. Cook, Highly Conductive, Transparent Films of Sputtered In₀ Sn 0-, , Journal of the Electrochemical Society, Band 119, Nr. 10, I368, Oktober 1972.

Wenn die Schichten der Ausführungsformen auch ihren Wert haben, wenn sie auf Emulsionsfotomasken aufgebracht werden, erzeugen sie die gleiche antistatische Steuerung, wenn sie auf die sog. Hartmaskenmaterialien wie Chrom- und Eisenoxid aufgebracht werden. Obwohl diese harten Materialien typischerweise selbst leiten, führt die Erzeugung von Lücken in den Maskenmustern normalerweise zur Bildung von Inselzonen. Diese sind elektrisch isoliert und vermögen Ladung selbst dann anzuhäufen, wenn Vorsorge getroffen

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Ist, um statische Ladung vom Rest der Maske abzuleiten.

Die folgende Beschreibung erläutert in größerer Ausführlichkeit die Verwendung von Fotomasken, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschichtet sind. In der einzigen Fig. der zugehörigen Zeichnung ist eine Vorderschnittansicht einer Fotomaske gezeigt, die entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform hergestellt ist.

Der Fotomaskenaufbau weist einen einfachen Querschnitt auf. Er enthält typischerweise eine Glasscheibe oder -platte (Substrat) 10, die aus optisch hochgradigem Glas hergestellt, optisch flach gemacht und mit dem maskierenden Muster 11 bedeckt ist. Die Dicke des Substrats ist nicht wichtig. Normale Dicken liegen im Bereich von 0,254 mm bis 2,54 nun. Die Schicht 11 kann, wie oben betont, aus irgendeinem von einer Vielzahl Materialien bestehen. Die Dicke dieser Schichten liegt typischerweise im Bereich von einem Bruchteil von einem Mikrometer bis zu einigen Mikrometern. Das in der Figur gezeigte Muster könnte dazu verwendet werden, in einer Siliziumdioxidschicht eine Ätzmaske zu entwickeln, um Source-(13, 14) und Drainfenster (15, l6) für ein C-MOS-Bauelement zu bilden. Die Einzelheiten der in dem Muster gebildeten Zwischenräume betreffen die Erfindung nicht, wenn man davon absieht, daß die Erfindung am vorteilhaftesten angewendet wird, wenn eine Feinauflösung (weniger als 1 Mikrometer) für die kleinsten Merkmale benötigt wird.

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Für den Pall, daß das Maskenmuster aus einer fotografischen Emulsion gebildet ist, erscheint die Schicht 11 im Querschnitt als kontinuierlich, jedoch mit das Maskenmuster bildenden Zonen geschwärzter Emulsion. Wenn es sich bei der Maskenschicht 11 um ein Fotolackmuster handelt, muß das Fotolackmaterial für die aktinische Strahlung undurchlässig gemacht werden. Auf geeignete Weise werden organische Fotolackmaterialien schwarz, wenn sie in einer typischen Zweipol-Zerstäubungsvorrichtung beaufschlagt werden, und dies ist für die vorliegende Ausführungsform als angemessen befunden worden. Das Schwärzen ist gleich dem von B. H. Johnson in der am 18. Oktober 1973 eingereichten US-Patentanmeldung 407,529 beschriebenen, mit der Ausnahme, daß man glaubt, daß durch Zerstäuben geschwärzte organische Fotolacke eine bessere Dimensionsstabilität aufweisen als die durch Erwärmen geschwärzten, und die Dimensionsstabilität ist bei der Fotolithografie wichtig. Fotografische Emulsionen neigen gleichermaßen zum Schwärzen, aber dies kann durch Verringerung der Zerstäubungsenergie vermieden werden. Bei Verwendung der bekannten "Zerstäubungskanone" normalerweise auftretende Zerstäubungsenergien sind genügend niedrig, um eine Beschichtung von Emulsionen ohne übermäßige Verfärbung zu erlauben.

Das erfindungsgemäße Element der Figur ist die leitende, transparente Schicht 12, die sich kontinuierlich über das gesamte Muster erstreckt. Der zur Ableitung der statischen Ladung verwendete Erdungsdraht ist bei 17 gezeigt. Bei praktischer Ausführung kann dies einfach ein metallischer Niederhaltebügel für

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die Maske sein. Diese Schicht kann eine Dicke haben, die gleich derjenigen der Fotolackschicht 11 ist. Sie kann, wie oben angegeben, aus einer Vielzahl von Materialien bestehen. Ein für diese Erfindung besonders gut geeignetes Material ist In₀ Sn 0, ,

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wobei χ von 0 bis 2 und y geringfügig variiert, d. h. von 0 bis 0,02, um irgendeinen Sauerstoffmangel zu erlauben. Ternäre Materialien in diesem System wurden gründlich vom Standpunkt der Leitfähigkeit und Transparenzfähigkeit untersucht, und die Ergebnisse sind berichtet im Journal of the Electrochemical Society, Band 119, Nr. 10, Seiten I368 bis 137^ 1972. Schichten aus diesem Dreistoffsystem, die zur Verwendung für diese Ausführungsform geeignet sind, können mit einer Dicke im Bereich von 50 S bis 1000 8 niedergeschlagen werden und ergeben einen Widerstand im Bereich von einigen bis einigen tausend 0hm/Quadratfläche und geeignete Transparenzen. Eine typische Schicht, die praktisch verwendet worden ist, um die Nützlichkeit dieses optischen Durchlässigkeit sspektrums für eine antistatische 0,5 Mikrometer-Schicht-

zu demonstrieren
Fotomaske/hatte eine Dicke von 200 A und eine Zusammensetzung von

„ -^Sn_n ^₀O-, und ergab einen Widerstand von 3OO Ohm/Quadratfläche

O « ^r¹O O.Oci j

und eine Transparenz von 84 % bei 0,5 Mikrometern*

Man fand, daß diese auf eine Eisenoxid-Fotomaske aufgebrachte Schicht weniger Staub und Schmutz anhäufte, und zwar nicht nur während der Verwendung, sondern auch während der Lagerung, wenn sie richtig geerdet war. Letzteres Ergebnis wurde als ungewöhnlich betrachtet, und es reduziert die mit dem Reinigen verbundenen Probleme.

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Claims

BLUMBACH · WESER BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237

Patentansprüche

ι 1. Fotomaske zur fotolithografischen Bearbeitung von Halbleiterschaltungen, mit einer transparenten Platte (Substrat) und einer darauf befindlichen Fotomaskenrnusterbeschichtung mit Lücken, die ein Positiv- oder Negativbild wenigstens von Teilmerkmalen einer Mikroschaltung darstellen, gekennzeichnet durch eine kontinuierliche, transparente und elektrisch leitende Schicht (12), die das Fotomaskenmuster und dessen Lücken bedeckt.
2. Fotomaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente, elektrisch leitende Schicht ein durch die Formel In₀ Sn 0, darstellbares Material aufweist, wobei χ im Bereich von 0 bis 2 und y im Bereich von 0 bis 0,02 gelegen ist.
3. Fotomaske nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß χ größer als Null ist.
4. Fotomaske nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine elektrischen Kontakt bildende Vorrichtung (17) zum elektrischen Erden der Schicht zu dem Zweck, statische Ladungen

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München: Kramer · Dr. Weser · Hirsch — Wiesbaden: Blumbach · Or. Bergen · Zwirner

zur Erde abzuleiten.
5. Fotomaske nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Beschichtung um eine Emulsionsdeckschicht handelt.
6. Fotomaske nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Beschichtung um Chrom- oder Eisenoxid handelt.
7. Fotomaske nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Beschichtung um eine organische Schicht handelt, die durch Zerstäubungsniederschlag geschwärzt 1st.

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