DE2744837A1

DE2744837A1 - Maske zur optischen belichtung

Info

Publication number: DE2744837A1
Application number: DE19772744837
Authority: DE
Inventors: Tadayoshi Mifune; Iwao Mori; Yasuaki Nakane
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1976-10-07
Filing date: 1977-10-05
Publication date: 1978-04-13
Also published as: GB1577479A; NL7710996A; CA1070855A

Description

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BESCHREIBUNG

Gegenstand der Erfindung ist eine Maske zur optischen Belichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Photomaske zur Herstellung von hochintegrierten Halbleitern mittels der "Technik der tief-ultravioletten, berührungsgetreuen Photolithographie" (technique of deep-ultraviolet conformable-contact photolithography).

Bei der üblichen Herstellung eines Halbleiters mit einem integrierten Schaltkreis wird ein lichtempfindlicher Harz (photoresist) auf ein Halbleitersubstrat (nachfolgend als Halbleiterschicht ("wafer") bezeichnet) aus Silizium od.dgl. aufgetragen. Danach wird eine Photomaske mit einem vorbestimmten Muster in festen Kontakt mit der lichtempfindlichen Harzschicht gebracht. Bei dieser Anordnung wird dann der lichtempfindliche Harz unter Verwendung der Photomask*; belichtet und kann für den nachfolgenden Ätzvorgang der Halbleiterschicht mit einem Entwickler behandelt werden.

Eine bekannte Vorrichtung zum optischen Belichten enthält eine Photomaske in Form einer durchsichtigen Glasplatte, die etwa 1,2 mm dick ist und ein lichtundurchlässiges Schablonenmuster aufweist. Die Photomaske hat jedoch mehrere schwerwiegende Nachteile. Wenn die Photomaske auf die oben erv/ähnte Halbleiterschicht aufgebracht wird, kann sich zwischen ihnen eine kleine Lücke oder Fuge bilden. Diese Lücke oder Fuge entsteht infolge von auf der Oberfläche der Halbleiterschicht vorhandenen kleinen konkaven oder konvexen Wellenformen oder auch infolge von spitzen Vorsprüngen. Auch Verwerfungen der Halbleiterschicht kön-809815/0727

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nen zur Lückenbildung beitragen. Deshalb können die Photomaske und die Halbleiterschicht nicht in ausreichend festen Kontakt miteinander gebracht werden, so daß es schwierig ist, das feine Schablonenmuster der Photomaske auf die Halbleiterschicht zu übertragen. Insbesondere dann, wenn das Verfahren der optischen Belichtung angewandt wird, um ein feines Schablonenmuster auf der Halbleiterschicht zu erzeugen, verursacht die erwähnte Lücke infolge des Gebrauchs von Vakuum-Ultraviolett-Röhren (Tief-UV) mit kürzerer Wellenlänge als bei den bisher verwendeten Ultraviolettröhren eine Verschlechterung bezüglich der Genauigkeit des Photoätzens.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde die "berührungsgetreue Methode" (conformable-contact method) vorgeschlagen

(H. L. Smith, N. Efremow und P.L. Kelly "Photolithographic Contact Printing of 4000 8 Linewidth Patterns", J. Electrochem. Soc, 121, 1503 (1974); J. Melngailis, H. L. Smith und N. Efremow "Instrumentation for Conformable Photomask Lithography", IEEE Trans. Electron Devices ED-22, 496 (1975) ).

Diese Verfahren sind in der Literatur kurz beschrieben und weiter untersucht worden (B. J. Lin "Deep-UV Conformable-Contact Photo-Lithography for Bubble Circuits", IBM J. Res. DEVELOP, Mai (1976) ).

Bei dieser "berührungsgetreuen Methode" bedient man sich einer Photomaske aus einem durchsichtigen dünnen Film bzw. Folie von etwa 0,2 mm Dicke. Die Photomaske und die Halbleiterschicht können dabei in ausreichend geschlossenen Kontakt bzw. Berührung miteinander gebracht werden, weil die Schablone der unebenen Oberfläche der Halbleiterschicht entsprechend elastisch verformt ist. Seitdem aber die Photomaske aus dem dünnen Film hergestellt wird, verbleiben da-

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rauf oft Schrammen/ wenn die Photomaske in Benutzung genommen wird, etwa bei der Ausrichtung bzw. Ausfluchtung oder Justierung der Maske. Aus diesem Grund ist es erforderlich, beim Gebrauch des dünnen Films eine besondere Vorrichtung für die optische Belichtung zu verwenden. Darüberhinaus ist es schwierig, die Maske und die Halbleiterschicht wieder voneinander zu trennen, weil ihre Berührungsflächen nach dem Belichtungsvorgang unter Vakuum gehalten sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für die optische Belichtung geeignete Maske zu schaffen, die eine verbesserte Belichtung ermöglicht, wenn ein durchsichtiger, nachgiebiger Film bzw. Folie als praktikable Maske verwendet und eine ausreichend geschlossene gegenseitige Berührung ermöglicht wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Maske zur optischen Belichtung zu schaffen, die es ermöglicht, Schrammen auf dem durchsichtigen, nachgiebigen Film der Maske beim Ausrichten bzw. Ausfluchten der Maske zu vermeiden. Die Erfindung soll außerdem eine Maske zur optischen Belichtung schaffen, die nach dem Belichtungsvorgang leicht von einem Gegenstand, mit dem sie in Berührung steht, getrennt werden kann. Es ist schließlich noch ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Maske zur optischen Belichtung zu schaffen, welche auch bei den herkömmlichen Vorrichtungen zur Anwendung kommen kann, ohne daß es hierzu besonderer anderer Vorrichtungen bedarf.

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Die Lösung der Aufgabe erfolgt bei einer im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Maske durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale.

Gemäß der Erfindung weist die Maske zur optischen Belichtung eine durchsichtige Trägerplatte, einen durchsichtigen Film bzw. Folie mit einem darauf angebrachten lichtundurchlässigen Muster und eine die durchsichtige Trägerplatte durchdringende Öffnung auf. Die durchsichtige Trägerplatte und der durchsichtige Film sind in der Weise miteinander vereinigt, daß zwischen ihnen ein gasdichter Raum gebildet ist und das Äußere der durchsichtigen Trägerplatte durch die erwähnte öffnung mit dem gasdichten Raum in Verbindung steht. Es sei darauf hingewiesen, daß das Wort "durchsichtig" bedeutet, daß ein Strahl zur optischen Belichtung durch die Platte oder den Film dringen kann. Hingegen bedeutet das Wort "lichtundurchlässig", daß der Strahl die Platte oder den Film nicht durchdringen kann.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines Hauptteils einer

Maske und einer Vorrichtung zur optischen Belichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfin

dung .

Fig. 2 zeigt den Querschnitt des Hauptteils der Maske und der Vorrichtung zur optischen Belichtung gem. Fig. 1 in der Arbeitsstellung. 30

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfingung sind in einer Faugträgerplatte 1 Saugöffnungen 2

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und 3 vorgesehen, die an eine nicht gezeigte Vakuumpumpe angeschlossen werden. Auf der Saugträgerplatte 1 ist ein ringförmiges elastisches Teil 4 angeordnet. Weiterhin befindet sich auf der Saugträgerplatte 1 ein Halbleitersubstrat oder eine Halbleiterschicht 5. Auf das Halbleitersubstrat oder die Halbleiterschicht 5 ist ein lichtempfindlicher Agens oder Harz aufgebracht.

In Fig. 1 ist weiterhin eine Maske A für die optische Belichtung zu erkennen. Die Maske A enthält eine durchsichtige 1,2 mm dicke Trägerplatte 6, einen auf der Innenoberf lache, der Trägerplatte 6 angeordneten Ring 7 und einen durchsichtigen, nachgiebigen Film (bzw. Folie) 8, der bei einer praktikablen Maske eine Dicke von 0,2 mm aufweist. Der Ring 7, auf den der Film 8 unter Verwendung von Klebemitteln aufgeklebt ist, ist an der Trägerplatte 6 befestigt. Die Dicke de<; Ringes 7 beträgt 0,5 μΐη bis 30 am. Er kann aus einem ringförmigen elastischen Material hergestellt werden oder auch durch eine zwischen der Platte 6 und den Film 8 aufgetragene Klebeschicht gebildet sein. Im letzten Fall wird die Klebeschicht auf die Oberfläche des Films 8 aufgetragen und die Trägerplatte 6 mittels der Klebeschicht mit dem Film 8 fest verbunden.

Durch die Trägerplatte 6, den Film 8 und den Ring 7 wird ein gasdichter Raum 11 gebildet. Dieser Raum 11 hat eine geringe Höhe, die der Dicke des Ringes 7 entspricht. Wenn der Ring 7 nur durch die erwähnte Klebeschicht gebildet ist, wird die Höhe des Raumes 11 oder die Lücke zwischen der Platte 6 und den Film 8 kleiner als in dem Fall, wo der Ring 7 aus dem ringförmigen elastischen Material geformt ist. Somit kann die Genauigkeit einer Maskenausrichtung für die Halbleiter-

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schicht 5 weiter erhöht werden.

Auf die untere Fläche 8a des Filmes 8, d.h., auf der der Halbleiterschicht 5 gegenüberliegenden Oberfläche, ist ein vorbestimmtes Muster geformt. Das Muster besteht aus lichtundurchlässigem Material, welches eine photographischo Emulsion oder auch ein Metall wie Chrom sein kann, das nichl; von einer sichtbaren Strahlung durchdrungen werden kann. Das lichtundurchlässige Material kann auch Silizium, Germanium, Metalloxid oder ein in Ioneneinbau-Technik (ion implantation technique) hergestelltes Material sein, welches nicht vom Licht einer Lichtquelle für die optische Belichtung durchdrungen werden kann. Durch die Trägerplatte 6 führt eine durchgehende Öffnung 9, die in ein an der Trägerplatte 6 befestigtes Rohr 10 mündet. Dadurch steht das Äußere der Trägerplatte 6 durch die Öffnung 9 und das Rohr 10 in Verbindung mit dem gasdichten Raum 11. Das Rohr 10 ist an eine nicht gezeigte Vakuumpumpe angeschlossen. Die durchsichtige Platte 6 und der durchsichtige Film 8 können aus Glas, Quarz, Saphir od.dgl. hergestellt sein, wobei diese Materialien passend in Abhängigkeit der Wellenlänge des Strahls der Lichtquelle gewählt sein sollten. Es sei noch erwähnt, daß die die Trägerplatte 6 von der Rückseite bis zur Vorderseite; durchdringende Öffnung 9 auch in der Weise vorgesehen werden kann, daß sie von der Rückseite der Trägerplatte 6 aus zu deren seitlichen Oberfläche führt.

Nachfolgend wird der Gebrauch der oben beschriebenen Vorrichtung zum optischen Belichten näher erläutert. Zunächst wird die Halbleiterschicht 5 auf einen vorgegebenen Teil der Saugträgerplatte 1 gelegt. Danach wird die Halbleiterschicht 5 durch die von der Vakuumpumpe (nicht darge-

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stellt) an der Öffnung 2 verursachten Saugwirkung angesaugt und auf diese Weise fest auf der Saugträgerplatte 1 gehalten, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die in dem Raum 11 enthaltene Luft wird durch eine Vakuumpumpe über die öffnung 9 und das Rohr 10 abgesaugt, wodurch in dem Raum 11 ein reduzierter Druck entsteht.

Wie in Fig. 2 dargestellt, wird die Trägerplatte 6 auf das elastische Glied 4 herabgesenkt. Danach wird die Trägerplatte 6 noch leicht bewegt und justiert, um den Film 8 mit der Halbleiterschicht 5 auszufluchten oder den Film 8 auf eine vorbestimmte Stelle der Halbleiterschicht 5 zu bringen. Da zu dieser Zeit der Druck in dem Raum 11 bereits abgesenkt ist, nimmt der Film 8 die durch die strichpunktierten Linien angedeutete, leicht verformte Kurvenform an. Wenn der Ring aus elastischem Material besteht, wird er ebenfalls elastisch verformt und infolge des Unterdrucks in dem Raum 11 zusammengedrückt, wodurch sich der Film 8 im ganzen der Trägerplatte 6 nähert. Die Deformation des Filmes 8 führt dazu, daß dessen Unterseite bzw. das darauf aufgebrachte Muster die Halbleiterschicht 5 nicht berührt. Somit wird erreicht, daß das Muster auf dem Film 8 und die lichtempfindliche Schicht auf der Halbleiterschicht 5 beim Vorgang des Ausrichtens der Maske vor einem Verschrammen geschützt sind.

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Nachdem der Film 8 mit der Halbleiterschicht 5 ausgerichtet oder ausgefluchtet ist, wird die Luft in dem durch die Trägerplatte 6, das elastische Glied 4 und die Saugträgerplatte 1 gebildeten Zwischenraum 12 mittels einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) durch die Saugöffnung 3 abgesaugt. Als Folge davon entsteht in dem Zwischenraum 12 ein

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Unterdruck, so daß die Trägerplatte 6 auf das elastische Glied 4 gedrückt wird und dadurch mit diesem in fester Verbindung steht. Durch das Rohr 10 und die öffnung 9 wird dann dem Raum 11 Luft oder Stickstoffgas zugeführt, um so in dem Raum 11 einen ansteigenden Druck zu erzeugen. Dadurch wird der Film 8 elastisch verformt und nimmt seine ursprüngliche Form wieder an. Darüberhinaus wird der Film entsprechend den Unebenheiten (konkav oder konvex) der Oberfläche der Halbleiterschicht 5 verformt und paßt sich diesen Unebenheiten an. Auf diese Weise kann der Film 8 mit der Halbleiterschicht 5 in ausreichend geschlossene Berührung gebracht werden, wie dies in Fig. 2 durch die ausgezogenen Linien dargestellt ist, ohne daß eine Lücke oder Fuge entsteht. In diesem Zustand erfolgt die optische Belichtung der Halbleiterschicht 5 durch Bestrahlung, z.B. durch ultraviolette Strahlen 13 von der oberen Seite der Trägerplatte 6 her auf die Halbleiterschicht 5.

Zur Entfernung oder Trennung des Films 8 von der HaIbleiterschicht 5 nach der Bestrahlung wird das Gas in dem Raum 11 mittels der Vakuumpumpe (nicht dargestellt) durch die öffnung 9 und das Rohr 10 abgesaugt, wodurch in dem Raum 11 wieder ein Unterdruck entsteht. Dadurch wird der Film 8 wieder nach oben hin verformt und kann nun leicht von der Halbleiterschicht 5 getrennt werden. Um die gesamte Maske A von der Saugträgerplatte 1 zu trennen, wird dem im Unterdruck befindlichen Zwischenraum 12 Gas zugeführt. Der Zwischenraum 12 wird also wieder unter atmosphärischen Druck gesetzt, so daß eine Trennung von dem elastischen Glied 4 bzw. der Saugträgerplatte 1 ohne weiteres möglich ist.

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Wie die obigen Erläuterungen zeigen, kann das Muster auf dem Film (bzw. Folie) 8 vor Schrammen geschützt werden, weil der Raum 11 unter Unterdruck gesetzt wird, so daß der Film 8 während der Ausrichtung bzw. Justierung der Maske von der Halbleiterschicht 5 getrennt ist. Gleichwohl kann der Film 8 infolge der Gaszufuhr in den zuvor unter Unterdruck stehenden Raum 11 während der optischen Belichtung mit der Halbleiterschicht 5 in ausreichend geschlossene Berührung gebracht werden. Die Maske A kann dabei ohne besondere spezielle Vorrichtungen benutzt werden, soweit sie für die weiter oben erwähnte "berührungsgetreue Methode" geeignet ist. Die Trägerplatte 6 hat in etwa die gleiche Dicke (1,2 mm) wie die bei den üblichen Vorrichtungen benutzte Maske. Daher kann die Maske, so wie sie ist, auch in den herkömmlichen Vorrichtungen zur Belichtung verwendet werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. Es sind vielmehr auch andere Ausgestaltungen möglich. Beispielsweise ist es nicht notwendigerweise erforderlich, daß der Ring 7 sowie das Teil 4 aus elastischem Material bestehen. Das erwähnte Teil 4 kann durch einen Teil der Trägerplatte 6 selbst gebildet sein. In diesem Fall ist dieses Teil der Trägerplatte 6 als dessen Bestandteil gebildet, das sich vom Rand der Platte 6 aus nach unten erstreckt. In der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird die Halbleiterschicht 5 von der Saugträgerplatte 1 getragen bzw. gestütz. Jedoch kann die Halbleiterschicht 5 auch auf verschiedene andere Arten gestützt werden. Auch ist die Art und Weise, in der die genannte Maske A gestützt bzw. getragen wird, nicht notwendigerweise auf die in dem Ausführungsbeispiel beschriebene Möglichkeit

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beschränkt, bei der die Maske A unter der Einwirkung von Unterdruck angesaugt wird und somit auf der Saugträgerplatte aufliegt.

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Claims

Maske zur optischen Belichtung

Prioritäten: 7. Oktober 1976, Japan, Ser.Nr. 120 608/76 28. Oktober 1976, Japan, Ser.Nr. 129 848/76

PATENTANSPRÜCHE

( 1.) Maske zur optischen Belichtung/ die eine durchsichtige Trägerplatte und einen durchsichtigen Film oder Folie mit einem darauf angebrachten vorbestimmten lichtundurchlässigen Muster enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (6) eine sie durchdringende Öffnung (9) aufweist, daß die durchsichtige Trägerplatte (6) und der durchsichtige Film (8) derart miteinander kombiniert sind, daß sie einen gasdichten Raum (11) bilden, und daß das Äußere der durchsichtigen Trägerplatte (6) über die durchgehende Öffnung (9) mit dem gasdichten Raum (11) in Verbindung steht.

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2. Maske zur optischen Belichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchsichtige Trägerplatte (6) und der durchsichtige Film (8) über einen elastischen Ring (7) miteinander in Verbindung sind, und daß der elastische Ring (7) mit seinen beiden Seiten an der durchsichtigen Trägerplatte (6) und dem durchsichtigen Film (8) haftet.
3. Maske zur optischen Belichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchsichtige Trägerplatte (6) und der durchsichtige Film (8) direkt durch ein Klebematerial miteinander verbunden sind.
4. Maske zur optischen Belichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durchsichtige Film (8) zum Zweck der Trennung von einem Gegenstand elastisch verformt ist, indem der gasdichte Raum (11) bei der Ausrichtung oder Justierung der Maske unter Unterdruck gesetzt wird, und daß der durchsichtige Film (8) in Richtung auf den Gegenstand zu elastisch verformt ist, um mit diesem in einen geschlossenen Kontakt zu gelangen, indem während des Vorgangs der optischen Belichtung Gas durch die Öffnung (9) in den gasdichten Raum (11) geführt und dieser unter Druck gehalten wird.
5. Maske zur optischen Belichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durchsichtige Film (8) elastisch verformbar ist, um von einem Gegenstand getrennt zu werden, indem der gasdichte Raum (11) über die durchgehende Öffnung (9)

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unter Unterdruck gehalten wird, nachdem die optische Belichtung erfolgt ist.
6. Maske zur optischen Belichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske von einer Vakuum-Saugträgerplatte (1) angesaugt ist und darauf haftet, und daß ein Gegenstand, der mit dem durchsichtigen Film (8) in Kontakt gebracht werden soll, ebenfalls von der Vakuum-Saugträgerplatte (1) angesaugt ist und dadurch festgehalten wird.
7. Maske zur optischen Belichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter gasdichter Raum (12) zwischen der durchsichtigen Trägerplatte (6) und der Saugtragerplatte (1) vorhanden ist, und daß Mittel vorgesehen sind, den zweiten gasdichten Raum (12) unter Unterdruck zu bringen, um die Maske auf der Saugtragerplatte (1) zu halten.
8. Maske zur optischen Belichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten unter Unterdruck stehenden gasdichten Raum

(12) Gas zuführbar ist und der Raum (12) unter atmosphärischen Druck gesetzt ist, so daß die Maske von der Saugtragerplatte (1) entfernt werden kann.
9. Vorrichtung zur optischen Belichtung, mit Mitteln zum Tragen eines zu belichtenden Gegenstandes, mit einer Maske für die Belichtung, die eine durchsichtige Trägerplatte enthält, mit einem durchsichtigen Film, der ein vorbe-

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stimmtes lichtundurchlässiges Muster aufweist, und mit einer Bestrahlungsquelle, dadurch gekennzeichnet , daß die durchsichtige Trägerplatte (6) und der durchsichtige Film (8) derart miteinander kombiniert sind, daß zwischen ihnen ein erster gasdichter Raum (11) entsteht, und daß die durchsichtige Trägerplatte (6) und die Mittel zum Tragen des zu belichtenden Gegenstandes in der Weise miteinander verbunden sind, daß ein zweiter gasdichter Raum (12) zwischen ihnen entsteht, welcher den durchsichtigen Film (8) umgibt, und daß die Vorrichtung erste Steuermittel zur Steuerung des Gasdruckes des ersten gasdichten Raumes (11) und zweite Steuermittel zur Steuerung des Gasdruckes des zweiten gasdichten Raumes (12) aufweist.

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