DE2740180A1 - Fuer elektronenbildprojektion verwendete masken - Google Patents
Fuer elektronenbildprojektion verwendete maskenInfo
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
-Ί- PHB. 32555
Va/FF/
30-8-1977
"Für Elektronenbildprojektion verwendete Masken"
Die Erfindung bezieht sich auf für Elektronenbildpro jektion verwendete Masken, auf Verfahren zur Fertigung
solcher Masken und auf Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, bei denen diese Masken Anwendung
finden.
Masken für Elektronenbildprojektion eignen sich
zur Herstellung grosser Muster mit feinen Details auf Silizium- und anderen Substraten bei der Herstellung z.B.
integrierter Schaltungen, magnetischer "Bubble-"Schaltungen
und anderer Anordnungen, die Details in der Grössenordnung
von Submikrone erfordern. In der US-PA 3.679.497» einem
Aufsatz von T.W. O'Keefe, J.Vine and R.M. Handy in "Solid
State Electronics", Band 12 (1969), S. 841-848, Aufsätzen von J.P.Scott in "Journal of Applied Physics", Band 46,
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-%- PHB.32555
30-8-1977
Nr. 2 (Februar 1975), S. 661-66*» und in "Proceedings of
Sixth International Conference on Electron and Ion Beam Science and Technology " (Electrochemical Society, Princeton
N.J.) S. 123-136 werden Verfahren beschrieben zum
Projizieren eines Elektronenbildes in einem breiten Strahl einer Photokathode, die über Fenster einer Maske belichtet
wird, die einem gewünschten Elektronenbild entsprechen.
Bei Anwendung von Elektronenbildprojektionstechniken
bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen ist es gewöhnlich erforderlich, dass aufeinanderfolgende selektive
Belichtungen mit verschiedenen Elektronenstrahlmustern stattfinden, weil verschiedene Teile einer Halbleiterscheibe
aufeinanderfolgende Bearbeitungsschritte, meistens in verschiedenen
Gebieten, erfordern, um verschiedene Zonen der Anordnung zu erhalten. Es ist meistens notwendig, dass die
für jede dieser mehrfachen Belichtungen verwendeten Masken richtig in bezug auf die Halbleiterscheibe ausgerichtet,
sind, was dadurch erreicht werden kann, dass jede Maske mit Hilfe einer Bezugsmarkierung auf der Oberfläche der HaIbleiterscheibe
ausgerichtet wird. Die Markierung kann von dem Elektronenstrahl identifiziert und ein von der Markierung
abgeleitetes Signal kann zum Korrigieren der Lage der Maske in bezug auf die Markierung verwendet werden (siehe
z.B. USA-Patentschriften 3.710. 101, 3.715.2*»?
und 3.832.561 und einen Aufsatz von J.P.Scott in "I.E.E.E.
Transactions on Electron Devices", Band ED-22, Nr. 7 (Juli 1975), S. 409-413).
Ein Problem, das sich bei der Anwendung von
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-IQ,- PHB. 32555
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Elektronenbildprojektion ergeben hat, war, dass Gebiete in
einem Muster, die eine hohe mittlere Durchlässigkeit aufweisen, z.B. chevronartige Matrizen in magnetischen "Bubble"·
Schaltungsmustern, in bezug auf Gebiete, die eine niedrige mittlere Durchlässigkeit aufweisen, z.B. T-Stabmatrizen in
magnetischen "Bubble"-Schaltungsmustern, überbelichtet
werden. Diese Ueberbelichtung ist einem Näherungseffekt
("proximity effect") zuzuschreiben, der von Chang in "J. Vac. Sei. Technol.", Band 12 (1975), S.1271 beschrieben
ist und durch rückgestreute Elektronen herbeigeführt wird.
Die Erfindung bezweckt, den Effekt der rückgestreuten
Elektronen auf ein Mindestmass zu beschränken und so Fehler in dem entwickelten Elektronenresistmuster, das
unter Verwendung einer Elektronenbildprojektionsmaske hergestellt
wird, zu vermeiden.
Eine Maske für Elektronenbildprojektion ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer
optischen Maske besteht, die ein transparentes anorganisches Substrat (der nachstehend definierten Art) enthält, das ein
undurchsichtiges Maskenmuster trägt, wobei sich ein transparenter Ueberzug über das Maskenmuster und die über die
Oeffnungen in dem Maskenmuster belichteten Gebiete des Substrats erstreckt, während sich über den transparenten
Ueberzug ein Metallbild erstreckt, das ein den Oeffnungen in dem undurchsichtigen Maskenmuster entsprechendes Muster
aufweist, wobei die optische Dichte des Metallbildes derart ist, dass die mittlere Lichtdurchlässigkeit durch die Oeffnungen
in der Maske auf einen Wert zwischen 25 und 809ε der
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mittleren Lichtdurchlässigkeit durch diese Oeffnungen beim Fehlen des genannten Metallbildes herabgesetzt wird.
Eine erfindungsgemässe Maske für Elektronenbildprojektion
kann durch ein Verfahren hergestellt werden, dass darin besteht, dass ein undurchsichtiges Maskenmuster auf
einem transparenten Substrat (der nachstehend definierten Art) gebildet wird; dass ein transparenter Ueberzug erzeugt
wird, der sich über das undurchsichtige Maskenmuster und die über"die Oeffnungen in dem undurchsichtigen Maskenmuster
belichteten Gebiete des Substrats erstreckt, wobei mindestens eine Oberflächenschicht des transparenten Ueberzugs
eine photoempfindliche Verbindung enthält, die bei Belichtung ein Lichtreaktionsprodukt erzeugen kann, mit dessen Hilfe
Kupfer und/oder Hg, Pd, Pt, Ag oder Au aus einer wässerigen Lösung des betreffenden Salzes abgelagert werden können;
dass der Ueberzug über dasundurchsichtige Maskenmuster mit Hilfe einer Quelle diffusen Lichtes belichtet wird; dass der
belichtete Ueberzug mit einer wässerigen Lösung 'eines Salzes von Kupfer und/oder Hg, Pd, Pt, Ag oder Au in Kontakt
gebracht wird, damit ein latentes Keimbild des betreffenden _ Metalls erhalten wird, und dass das latente Bild physikalisch
entwickelt wird, derart, dass die mittlere Lichtdurchlässigkeit durch die Oeffnungen in der Maske auf einen Wert
zwischen 25 und 80$ der mittlerend Lichtdurchlässigkeit
durch diese Oeffnungen beim Fehlen des genannten Metallbildes herabgesetztwird. Unter dem Ausdruck "transparentes
Substrat" ist hier ein transparentes anorganisches Substrat zu versehen, das z.B. aus Glas, geschmolzenem Siliziumoxid
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oder künstlichem Saphit besteht.
Es wurde gefunden, dass durch die Anwendung einer Quelle diffusen Lichtes zur Belichtung der photoempfindlichen
Verbindung in dem transparenten Ueberzug nur eine einzige Belichtung erforderlich war, sogar für ein Maskenmuster, das
Gebiete mit einem niedrigen Grad der Bedeckung (z.B. 5$)
mit undurchsichtigem Material (z.B. eine T-Stabstruktur in einer magnetischen "Bubble-Schaltung) oder Gebiete mit
einem höheren Grad der Bedeckung (z.B. 50%) mit undurchsichtigern
Material (z.B. chevronartige Gebiete in magnetischen "Bubble"-Schaltungen)enthielt.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellte
Masken können bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen Anwendung finden.
DieDicke des transparenten Ueberzugs einer Maske für Elektronenbildprojektion nach der Erfindung hängt von
dem Bereich der Elektronen ab, die von dem Substrat rückgestreut werden, das einen elektronenempfindlichen Resistüberzug
trägt, der mit Elektronen bestrahlt wird, die von der Maske für die Elektronenbildprojektion erzeugt werden.
Die Dicke des transparenten Ueberzugs muss gleich +^ 509ε
des Bereiches der rückgestreuten Elektronen sein. Wenn somit die Maske mit einem Siliziumsubstrat verwendet werden soll,
bei dem der Bereich der rückgestreuten Elektronen 1 bis 2 /tun beträgt, muss die Dicke des transparenten Ueberzugs 0,5
bis 3/um betragen. Mit einem Tantalsubstrat, bei dem der
Bereich der rückgestreuten Elektronen 0,1 bis 0,2 /um ist,
muss der transparente Ueberzug eine Dicke von 0,05 bis 0,3/um
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aufwei sen.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein mit einer undurchsichtigen
Metallschicht Überzogenes Substrat aus geschmolzenem
Siliziumoxid, das einen Ueberzug aus einem
positiv wirkenden elektronenempfindlichen Resist trägt,
der mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird; Fig. 2 das Gebilde nach Fig. 1 nach Auflösung
der bestrahlten Gebiete des Resists;
Fig. 3 das Gebilde nach Fig. 2, nachdem die belichteten Gebiete der Metallisierung durch Plasmaätzen
entfernt worden sind;
Fig. l\ das Gebilde nach Fig. 3i nachdem der verbleibende
elektronenempfindliche Resist entfernt worden ist;
Fig. 5 das Gebilde nach Fig. k, nachdem es mit
einer Schicht aus Celluloseacetobutyrat überzogen worden ist;
Fig. 6 das Gebilde nach Fig. 5» nachdem eine
Oberflächenschicht verseift worden ist;
Fig. 7 das Gebilde nach Fig. 6, nachdem die verseifte Schicht sensibilisiert worden ist;
Fig. 8 schematisch eine Anordnung zur Bestrahlung der photoempfindlich gemachten Oberflächenschicht durch das
undurchsi edit ige Metallmaskenmuster;
Fig. 9 das Gebilde nach Fig. 7, nachdem ein physikalisch
entwickeltes Metallbild auf der sensibilisierten verseiften Schicht erzeugt worden ist, und
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Fig. 10 schematisch eine Anordnung zur Bearbeitung einer Halbleiterscheibe.
Es sei bemerkt, dass die Dicken der Schichten nicht in den richtigen Verhältnissen in bezug auf die
Breiten der Oeffnungen dargestellt sind. BEISPIEL
Eine Scheibe aus geschmolzenem Siliziumoxid 1
(mit einem Durchmesser von 65 mm und einer Dicke von 2 mm),
die eine 1000 Ä* dicke Schicht 2 aus Chrom trug, die durch
Zerstäubung abgelagert worden war, wurde mit einem 0,3/um dicken Ueberzug 3 aus einem durch Polymetliylmethacrylat
gebildeten positiv wirkenden elektronenempfindlichen Resist
versehen. Der Resistüberzug 3 wurde mit Elektronen gemäss
einem gewünschen Muster (Fig. 1) bestrahlt, wobei eine von J.P.Beasley und D.G.Squire in "I.E.E.E. Transactions on
Elektron Devices", Band ED 22, Nr. 7 (Juli1975), S. 376-384
beschriebene Elektronenstrahlanordnung zur Herstellung einer Maske verwendet wurde. Der bestrahlte Resistttberzug
wurde in einem Gemisch von 95 Volumenteilen Propanol-2 und
5 Volumenteilen Wasser 3 Minuten lang bei 20 C entwickelt; das entwickelte Resistmuster zeigt Fig. 2. Die belichteten
Gebiete der Chromschicht wurden dann während 12 Minuten unter Verwendung einer Atmosphäre aus 5 · 10 Torr eines
Gemisches von 20 Volumenteilen Helium einer Plasmaätzbehandlung
unterworfen; das geätzte Maskenmuster 2a zeigt Fig. Die unbestrahlten Gebiete 3a des elektronenempfindlichen
Resists wurden anschliessend durch Eintauchen in kalte rauchende Salpetersäure entfernt (Fig. k).
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Eine 5/um dicke Schicht 4 aus Celluloseacetobutyrat,
die auf dem Maskenmuster 2a und den belichteten Gebieten der Scheibe 1 angebracht war (Fig. 4), wurde durch
Zentrifugieren einer I5 Gew.#-igen Lösung von "Tenite 2.236
A" in einem Gemisch von Methylglycolacetat, Aethanol und Aceton (in einem Volumenverhältnis von 2 : 1 : 1) bei 4250
Umdrehungen/min während 30 Sekunden hergestellt (Fig. 5)·
"Tenite 2.236 A" ist ein durch Celluloseacetobutyrat gebildetes Spritzgussprodukt von Eastman Chemical Products.
Die Schicht 4 wurde bei 12O°C während einer Stunde in der
Luft getrocknet und wies eine Dicke von 5/um auf. Die
Schicht 4 wurde dadurch verseigt, dass das überzogene Substrat 1 in eine 6,5 gew.#ige Lösung von Kaliumhydroxid in
einem Gemisch von Methanol und Wasser in einem Volumenverhältnis von 8 : 2 während 7 Minuten eingetaucht und bewegt
wurde. Die verseifte Schicht 5 (Fig. 6) wies eine Dicke von
nahezu 2,5/um auf. Die Verseigung wurde dadurch beendet,
dass die überzogene Scheibe 1 in eine 9 gew.^ige Lösung von
Milchsäure in einem Gemisch von Methanol und Wasser in einem Volumenverhältnis von 8 : 2 eingetaucht wurde. Das überzogene
Substrat 1 wurde dann in Wasser gespült.
Die überzogene Scheibe wurde 1 Minute lang noch in feuchtem Zustand in Propanol-1 eingetaucht und dieser
Vorgang wurde zweimal in frischem Propanol-1 wiederholt.
Der verseifte Teil 5 wurde anschliessend dadurch sensibilisiert,
dass die überzogene Scheibe 1 in eine Lösung von 0,1 Mol/l von 3,S-Dichlor^-dimethylaminobenzoldiazo-tbutylsulfid
in Propanol-1 während 3 Minuten eingetaucht
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wurde. Die überzogene Scheibe 1, die eine photoempfindliche
Schicht 5a trug (Fig. 7), wurde dann aus der Lösung entfernt
und wurde durch Zentrifugieren bei UOOO Umdrehungen/
min während 30 Sekunden getrockent.
Die photoempfindliche Schicht 5a wurde dann während
1 Minute durch das undurchsichtige Maskenmuster 2a mit Hilfe
einer Quelle diffusen Lichtes belichtet, die aus einem Schirm gesinterten Quarzes 6 und einer 125 W-HPRrHochdruck-Quecksilberdampflampe
7 bestand, wobei die Lampe 7 sich in einem Abstand von 1 m von der Scheibe 1 befand (Fig. 8).
Die überzogene Scheibe wurde dann 2 Sekunden lang in eine wässerige Keimbildungslösung aus 0,005 Mol/l
Mercuronitrat, 0,025 Mol/l Silbernitrat und 0,01 Mol/l Salpetersäure
eingetaucht. Die überzogene Scheibe wurde dann ^ Sekunden lang in Wasser gespült und wurde danach 1 Minute
lange in einen physikalischen Entwickler eingetaucht, der
aus einer wässerigen Lösung bestand, die enthielt: 0,050 Mol/l Ferroammoniumsulfat
0,010 Mol/l Ferrinitrat 0,010 Mol/l Silbernitrat
0,033 Mol/l Zintronensätire
0,020 Gew.io Armac 12 D (Handelsname)
0,020 Gew.% Lissapol N (Handelsname).
(Armac 12 D ist eine kationogene oberflächenaktive Verbindung
aus nahezu 90$ Dodecylaminacetat, nahezu 9% Tetradecylaminacetat
und zum übrigen aus höheren Alkylaminacetaten. Lissapol N ist eine nichtionogene oberflächenaktive Verbindung,
die aus einem Kondensationsprodukt von Aethylenoxid
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mit Alkylphenol besteht).
Dadurch wurde ein durchscheinendes Netallmuster 5*>
gebildet, das sich auf den belichteten Gebieten der photοempfindlichen
Schicht 5a befand, die mit diffusem Licht bestrahlt worden waren (Fig. 8). Dieses Metallmuster 5b setzte die mittlere
Lichtdurchlässigkeit durch die Oeffnungen in der Maske auf einen Wert von 509ε der mittleren Lichtdurchlässigkeit beim
Fehlen des Metallmusters 5h herab.
elektronenempfindlichen Resistschicht 9 aus einem positiv wirkenden Polymethylmethacrylatresist auf einer Siliziumscheibe 8 unter Verwendung der durch das oben an Hand der
Figure 1 bis 8 beschriebene Verfahren hergestellten Elektronenbildprojektionsmaske. Eine Vakuumkammer 11 wird an einem
Ende mittels der Scheibe 1 aus geschmolzenem Siliziumoxid und am anderen Ende mittels einer die Siliziumscheibe 8
tragenden Metallplatte 10 verschlossen. Eine Photokathodenschicht 13 aus Zäsiumjodid wird auf einer elektrisch leitenden transparenten Titanschicht (nicht dargestellt) ange-
bracht, die sich über die Oberfläche der Maske erstreckt,
die sich innerhalb der Vakuumkammer 11 befindet. Die Resistschicht 9 wird gemäss dem gewünschten Elektronenstrahlmuster
dadurch bestrahlt, dass die Maske mit ultraviolettem Licht
aus einer Quecksilberdampfentladungslampe 12 bestrahlt wird,
-U
nachdem der Druck in der Vakuumkammer 11 auf 10 Torr
herabgesetzt worden ist, während die Siliziumscheibe 8 auf +20 kV in bezug auf die transparente Titanschicht gehalten
wird. Die Bestrahlung der Maske wird während einer Zeit
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fortgesetzt, die genügend ist, um eine befriedigende Belichtung der Resistschicht 9 mit dem Elektronenbild zu
erhalten, das von der teilweise· maskierten Photokathodenschicht 13 erzeugt wird. Die bestrahlte Resistschicht wird
dann mit einem Gemisch von 95 Volumenteilen Propanol-2 und 5 Volumenteilen Wasser entwickelt, wonach die maskierte
Siliziumscheibe z.B. dotiert werden kann, wobei die entwickelte Resistschicht als Diffusionsmaske verwendet wird
und bekannte Techniken zur Ablagerung und zum Diffundieren eines Dotierungsmittels angewendet werden.
Es ist einleuchtend, dass das undurchsichtige Maskenmuster einer Maske nach der Erfindung aus anderen
Materialien als Chrom, z.B. aus Gold, Nickel, Aluminiu, Tantal, Nickel-Chrom-Legierungen, Chromsesquioxid und
Tantaloxid, bestehen kann. Auch kann das Maskenmuster z.B.
durch chemisches Aetzen oder Sputterätzen hergestellt werden.
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Claims (2)
- PATENTANSPRUECHE;( 1.j Für Elektronenbildprojektion verwendete Maske, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer optischen Maske besteht, die ein transparentes Substrat enthält, das ein undurchsichtiges Maskenmuster trägt, wobei sich ein transparenter Ueberzug über das Maskenmuster und die durch die Oeffnungen in dem undurchsichtigen Maskenmuster belichteten Gebiete des Substrats erstreckt, während sich über den transparenten Ueberzug ein Metallbild erstreckt, das ein den Oeffnungen in dem undurchsichtigen Maskenmuster entsprechendes Muster aufweist, wobei die optische Dichte des Metallbildes derart ist, dass die mittlere Lichtdurchlässigkeit durch die Oeffnungen in der Maske auf einen Wert zwischen 25 und 80% der mittleren Lichtdurchlässigkeit durch diese Oeffnungen beim Fehlen des genannten Metallbildes herabgesetzt wird.
- 2. Für Elektronenbildprojektion verwendete Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das undurchsichtige Maskenmuster aus Chrom, Gold, Nickel, einer Nickel-Chrom-Legierung, Tantal, Aluminium, Chromsesquioxid oder Tantaloxid bestaht.3· Verfahren zur Herstellung einer für Elektronenbildpro jektion verwendeten Maske nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein undurchsichtiges Maskenmuster auf einem transparenten Substrat (der obendefinierten Art) gebildet wird; dass ein transparenter Ueberzug erzeugt wird, der sich über das undurchsichtige Maskenmuster und die durch die Oeffnungen in dem undurchsichtigen809811/0840ORIGINAL INSPECTEDPHB.32555 30-8-197727A0180Maskenmuster belichteten Gebiete des Substrats erstreckt, wobei mindestens eine Oberflächenschicht des transparenten Ueberzugs eine photoempfindliche Verbindung enthält, die bei Belichtung ein Lichtreaktionsprodukt erzeugen kann, mit dessen Hilfe Kupfer und/oder Hg, Pd, Pt, Ag oder Au aus einer wässerigen Lösung des betreffenden Salzes abgelagert werden können; dass der Ueberzug durch das undurchsichtige Maskenmuster mit Hilfe einer Quelle diffusen Lichtes belichtet wird; dass der belichtete Ueberzug mit einer wässerigen Lösung eines Salzes von Kupfer und/oder Hg, Pd, Pt, Ag oder Au in Kontakt gebracht wird, damit ein latentes Keimbild des betreffenden Metalls erhalten wird, und dass das latente Bild physikalisch entwirkelt wird, derart, dass die mittlere Lichtdurchlässigkeit durch die Oeffnungen in der Maske auf einen Wert zwischen 25 und 80$ der mittleren Lichtdurchjässigkeit durch diese Oeffnungen beim Fehlen des genannten Metallbildes herabgesetzt wird. h. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei dem ein Bearbeitungsschritt in einem Gebiet einer Oberfläche eines Halbleitermaterials mit Hilfe eines ein bestimmtes Muster aufweisenden Elektronenstrahls durchgeführt wird, der von einer Photokathode erzeugt wird, die mit Licht durch eine für Elektronenbildprojektion verwendete Maske nach einem der Ansprüche 1 und 2 bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des transparenten Ueberzugs gleich +, 50 # des Bereiches der Elektronen ist, die ■ von dem Halbleitermaterial rückgestreut werden.809811/0840
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Also Published As
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| GB1557064A (en) | 1979-12-05 |
| FR2364495A1 (fr) | 1978-04-07 |
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