DE2643811A1

DE2643811A1 - Verfahren zur herstellung eines musters in einer photolackschicht und hierfuer geeignete maske

Info

Publication number: DE2643811A1
Application number: DE19762643811
Authority: DE
Inventors: Robert L Seliger
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1975-10-28
Filing date: 1976-09-29
Publication date: 1977-05-05
Also published as: DE2643811C2; CH621890A5; NL7611919A; GB1554420A; FR2330036A1; JPS5428267B2; JPS5255382A; US4101782A; NL170189B; FR2330036B1; NL170189C

Description

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Anmelderin; Stuttgart, 27· September 1976

Hughes Aircraft Company P 3252 S/kg Gentinela Avenue and Teale Street

Gulver City, Calif., V.StJU

Vertreter:

Kohler - Schwindling - Späth Patentanwälte
Hohentwielstraße 41 7000 Stuttgart 1

Verfahren zur Herstellung eines Musters in

einer Photolackschicht und hierfür geeignete Maske

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Musters in einer Photolackschicht, bei dem die Photolackschicht durch die öffnungen einer Maske hindurch bestrahlt wird.

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In der Technik der Photolithographie, die seit mehreren Jahren bei der Herstellung von integx^ierten Halbleiter-Bauelementen und -Schaltungen angewendet wird, wurde Ultraviolettstrahlung zum Belichten und Entwickeln einer Vielzahl bekannter und handelsüblicher Photolacke benutzte Infolge der Streuung, die das ultraviolette Licht bei den üblichen photolithographischen Maskenverfahren erleidet, ist mit den bekannten Verfahren eine bessere Auflösung als etwa 1 m nicht erzielbar·

Um die bei der Verwendung von Ultraviolettstrahlung bestehende Beschränkung der bekannten photolithographischen Verfahren zu vermeiden, wurden zwei andere Methoden entwickelt. Die eine Methode ist als "Röntgen-Lithographie" bekannt und beispielsweise in einem Aufsatz von Henry I. Smith:"Fabrication Techniques· For Surface Acoustic Wave and Thin Film Optical Devices" in Proc. IEEE, Bd„ 62 Nr. 10, Oktober 1974» Seiten 1361 bis 1387 beschrieben» Die zweite Methode, die ebenfalls eine alternative Lösung zur UV-Photolithographie bei der Maskenherstellung bildet, iat als "Elektronen-Projektionslithographie" bekannt» Ein Verfahren dieser Art ist beispielsweise in der US-PS 3 672 987 beschriebene

Die beiden genannten Methoden weisen zwar als Methoden zur Maskenherstellung gewisse Vorteile gegenüber der UV-Photolithographie auf und können in manchen Fällen die auf Streuung zurückzuführenden Beschränkungen und das Auflösungsvermögen des UV-Verfahrens überwinden«

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Sowohl die Röntgen-Lithographie als auch die Elektronen-Projektionslithographie sind jedoch sehr zeitraubend und daher nicht dazu geeignet, bei der Massenfabrikation eingesetzt zu werden«. Beispielsweise ist die Zeit, die zur Belichtung von Mustern in einem positiven Photolack benötigt wird, für diese Zwecke viel zu lang und kann zum Erzielen einer vollständigen Belichtung mehrere Stunden betragene Weiterhin treten häufig störende Nahwirkungen ein, wenn Photolackschichten mit dicht benachbarten Elektronenstrahlen belichtet werden.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem eine hohe Auflösung erzielbar ist, die weder durch Beugungserscheinungen noch durch Nahwirkungen begrenzt ist, ohne daß lange Bestrahlungszeiten erforderlich wären.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zum Bestrahlen geladene Teilchen und eine die geladenen Teilchen absorbierende Maske verwendet werden und daß zur Bildung der Maske die Oberfläche eines aus Aluminium bestehenden Substrats anodisch oxidiert, auf einer Fläche der gebildeten Oxidschicht eine Metallmaske abgeschieden und dann ein Teil des Substrats, der sich unterhalb der die Metallmaske tragenden Oxidschicht befindet, entfernt wird, so daß der freigelegte Teil der Oxidschicht eine die Metallmaske tragende, für die geladenen Teilchen durchlässige Membran bildet.

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Die Erfindung hat auch, eine geladene Teilchen absorbierende Maske zur Duriahführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gegenstand, die nach der Erfindung eine dünne, gespannte Membran aus Aluminiumoxid aufweist, die auf einer Seite mit einer im Muster der Maske angeordnete Metallschicht bedeckt ist. Die Metallschicht kann vorzugsweise aus Gold bestehen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, mit dem Photolackmuster auf ausgewählten Substraten hergestellt werden können, ohne daß die oben behandelten Schwierigkeiten bezüglich einer langen Belichtungszeit oder Nahwirkungen auftreten, wird alao zunächst eine ausgewählte ionenabsorbierende Maske auf der Oberfläche einer dünnen Trägermembran gebildet und dann die ionenabsorbierende Maske auf ein Substrat ausgerichtet, das mit einer Photolackschicht bedeckt ist· Danach werden Ionen durch bestimmte Bereiche der ionenabsorbierenden Maske in die Photolackschicht projiziert, um vorbestimmte Abschnitte der Photolackschicht zu bestrahlen.

Zur Herstellung der ionenabsorbierenden Maske kann ein spezielles Verfahren dienen, bei dem ein Aluminiumsubstrat zunächst anodisch oxidiert wird, um es mit einer Aluminiumoxidachicht zu versehen, auf der dann auf einer Seite eine Goldmaske aufgebracht wird. Nach selektiver Entfernung von Abschnitten der Aluminiumr oxidschicht und des sich darunter befindenden Aluminiumsubstrats im Bereich unterhalb der Goldmaske kann die

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zurückbleibende Aluminiumoxidachicht ala dünne, abraffe Trägermembran dienen, die dazu geeignet iat, Ionen hoher Energie an den Stellen durchzulassen, die nicht mit der G-oldmaske bedeckt sind.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wirdο Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungaformeη der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Fig. 1 bis 5 einen Querschnitt durch einen Aluminiumträger allein oder mit einer oder mehreren aufgebrachten Schichten während aufeinanderfolgender Schritte des Verfahrens zur Herstellung der ionenabsorbierenden Maske und

Fig. 6 und 7 die Anwendung der gemäß den Fig. 1 bis 5 hergestellten Maske bei der Herstellung eines Musters in einer Photolackschicht.

Wie aus den Fig. 1 bis 5 ersichtlich, wird als Ausgangsmaterial ein aus Aluminium bestehendes Substrat 10 verwendet, das eine typische Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,5 nun- aufweist. Das Aluminium-Substrat 10 wird zunächst nach in der Metallverarbeitung bekannten Verfahren gereinigt und polierte Das Substrat 10 wird danach einem

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nicht dargestellten elektrolytischen Had zugeführt, das ala Elektrolyt beispielsweise zweibasiachea Ammoniumcitrat enthält und durch das während einer vorbestimmten Zeit ein Strom geleitet wird, damit auf der gesamten Oberfläche des Aluminium-Substrats eine dünne Schicht aus Aluminiumoxid Al₀O-, gebildet wird.

Das anodisch oxidierte Substrat 10, daa in Fig. 2 dargestellt ist, wird dann in eine übliche Vorrichtung zum Aufbringen einer Goldmaske gebracht. Hier wird unter Anwendung üblicher Maakierungs- und Aufdampfverfahren eine Goldmaske 14 auf der oberen Fläche der Oxidschicht aufgebracht. Die Goldmaske 14 weist eine Anzahl vorbestimmter öffnungen 16 auf, die dazu geeignet sind, Ionen hoher Energie passieren zu lassen. Die mit der Maske versehene Struktur nach Fig. 3 wird dann in eine Ionenstrahlkammer gebracht, in der ein Strahl 18 aus Ionen geringer Energie, wie beispielsweise Argonionen, dazu benutzt wird, durch Zerstäuben einen Teil der Aluminiumoxidschicht von der Bückseite des Aluminium-Substrata im Bereich 20 zu entfernen, wie es Fig, 4 zeigt. Bei diesem Verfahrensschritt wird auf die Rückseite der Aluminiumoxidschicht 12 eine nicht dargestellte Ionenstrahl -Bearbeitungsmaske aufgelegt, die eine öffnung aufweist, welche genau der gewünschten öffnung 22 in der Aluminiumoxidschicht 12 entspricht. Die von der Bearbeitungsmasse durchgelassenen Ionen treffen auf die Aluminiumoxidschicht 12 auf und erzeugen dort die öffnung 22o Eine für diese Ionenstrahl-Bearbeitung

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geeignete Vorrichtung ist beispielsweise in der US-PS 3 659 510 beschrieben.

Die in Fig. 4 dargestellte Struktur wird dann einer normalen Ätzstation zugeführt, in der die Struktur einem chemischen Ätzmittel ausgesetzt wird, wie beispielsweise Salzsäure. Die Salzsäure greift vornehmlich das Aluminium-Substrat 10 an, das in der öffnung der Aluminiumoxidschicht 12 freiliegt. Nach einer gewissen Zeit hat die Salzsäure das Aluminium des Substrats 10, das sich unterhalb der Goldmaske befindet, vollständig entfernt, wie es Fig. 5 zeigt. Es bleibt so eine dünne Membran 25 aus Aluminiumoxid zurück, deren Dicke in der Größenordnung von 0,2 Mm liegt. Diese Aluminiumoxid-Membran 25 trägt in gespanntem Zustand die Goldmaske 14 und ermöglicht es Ionen, die öffnungen 26 in der Goldmaske 14 zu durchdringen, wenn die Maske einem Ionenstrahl 28 ausgesetzt wird, wie es Fig. 6 zeigt.

Das in den Fig. 6 und 7 veranschaulichte Verfahren ist das Verfahren zur Herstellung eines Musters in einer Photolackschicht nach der Erfindung, das darin besteht, Protonen aus einer Protonenquelle 30, die sich in einem geeigneten Beschleunigungsfeld befindet, durch die freiliegenden Abschnitte 32 der aus Aluminiumoxid bestehenden Membran 25 in eine Photolackschicht 34- zu projizieren. Die Photolackschicht 34- wurde zuvor auf einem geeigneten Substrat 36 aufgebracht und kann beispielsweise aus einem handelsüblichen Polymethylmethaorylat-Lack (PMMA) bestehen« In der Anordnung nach Fig. 6 wird ein positiver Photolack 34- benutzt, so daß die Abschnitte 38 der Photolackschicht 34-j die mit dem Protonenstrahl 28 beschossen

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werden, von den Protonen belichtet und anschließend von der Oberfläche dea Substrats mittelü eines handelsüblichen Entwicklers entfernt werden köimen, beispielsweise mit einer Mischung aus 60% Isopropylalkohol und 40% Methylisobutylketon»

Bei einer typischen Anwendung des erfindungügemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Musters hoher Auflösung, nämlich von 0,5 ■'& breiten Linien in einem PMMA-Lack, können die folgenden Parameter verwendet werden. Es kann ein Protonenstrahl von 120 keV dazu benutzt werden, eine PMMA-Schicht von 0,35 -¹®- Dicke auf einem Scheibchen zu bestrahlen. Es wird dabei eine Dosis von etwa 10 ^y Ionen/cm in etwa 10 s benutzte Der Protonen-Strahlstrom sollte etwa 2 uA und der Strahldurchmesser etwa 1 cm betragene Dieser Protonenstrahl 28 sollte nach einem Raster über die ionenabsorbierende Maske hinweggeführt

ο werden und den PMMA-Lack mit einer Rate von etwa 1 cm /s belichten. Die ionenabsorbierende Maske nach Fig. 5 sollte aus einer 0,2 um dicken Membran 25 aus Aluminiumoxid bestehen, die eine Goldschicht 14 von 0,25/'m Dicke trägt. Die Goldschicht 14 ist mit öffnungen 26 versehen, die auf diese Weise in der Photolackschicht 34- abgebildet werden. Der Abstand D (Fig. 6) der Maske von der Lackschicht 34- sollte etwa 25 ,-'ω betragen.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die vorstehend angegebenen Parameter beschränkt ist und offensichtlich in Form vieler Varianten durchgeführt werden kann«, Beispielsweise können andere leichte Ionen, insbesondere Heliumionen, anstelle von Protonen bei der

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Bildung ausgewählter Muster im Photolack verwendet werden. Weiterhin, kann die beschriebene und beanspruchte Absorptionsmaske bei anderen Bestrahlungsverfahren mit beschleunigten Teilchen verwendet werden, wie beispielsweise bei der Dotierung durch Ionenimplantation, ohne den Rahmen der Erfindung au verlassen

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Claims

Patentansprüche

1«, Verfahren zur Herstellung eines Musters in einer Photolackschicht, bei dem die Photolackschicht durch die öffnungen einer Maske hindurch bestrahlt wird, um eine Entwicklung des Photolackes zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bestrahlen geladene Teilchen und eine die geladenen Teilchen absorbierende Maske verwendet werden und daß zur Bildung der Maske die Oberfläche eines aus Aluminium bestehenden Substrata (10) anodisch oxidiert, auf einer Fläche der gebildeten Oxidschicht (12) eine Metallmaske (14) abgeschieden und dann ein Teil des Substrats (10), der sich unterhalb der die Metallmaske (14) tragenden Oxidschicht (12) befindet, entfernt wird, so daß der freigelegte Teil der Oxidschicht eine die Metallmaske (14) tragende, für die geladenen Teilchen durchlässige Membran (25) bildet.
2. Geladene Teilchen absorbierende Maske, insbesondere zur Durchführung dea Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne, gespannte Membran (25) aus Aluminiumoxid auf einer Seite mit einer im Muster der Maske angeordneten Metallschicht (26) bedeckt ist.
3. Maske nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (26) aus Gold besteht.

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