-
Verfahren zum Herstellen eines Negativmusters aus einem
-
Positivlack Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen des
Negativs eines Maskenmusters aus einem Positivlack, welcher zusätzlich ein Vernetzungsmittel
enthält, auf einer Unterlage, wobei eine geschlossene Schicht aus dem Photolack
durch die Maske hindurch bestrahlt, anschließend eine festgelegte Zeit auf eine
festgelegte Temperatur erhitzt, daraufhin ganzflächig bestrahlt und schließlich
entwickelt wird.
-
Wird eine Schicht aus Positivlack durch ein Maskenmuster hindurch
betrahlt, so werden die bestrahlten Bereiche, wenn die Schicht anschließend einem
Entwickler ausgesetzt wird, weggelöst. Das entstandene Lackmuster entspricht dann
dem Maskenmuster. Bei den Negativlacken werden umgekehrt die bestrahlten Bereiche
unlöslich. Wird also eine Schicht aus einem Negativlack durch ein Maskenmuster hindurch
bestrahlt und anschließend entwickelt, so entspricht das entstandene Lackmuster
dem Negativ des Maskenmusters. Hängt - wie beispielsweise bei Elektronenbestrahlungssystemen
- die Bestrahlungszeit direkt von der Größe der zu bestrahlenden Fläche ab, so kann
bei Verwendung eines Negativlacks Zeit gespart werden, wenn in der fertigen Lackmaske
die stehen gebliebenen Bereiche kleiner sind als die weggelösten Bereiche; Die bekannten
Negativlacke haben jedoch gegenüber Positiviacken einige Nachteile, zu denen beispielsweise
eine schlechtere Auflösung, eine größere Anzahl von Fehlstellen und die Sauerstoffempfindlichkeit
(Photo-Oxidation) des Negativlackmaterials beim Verarbeiten gehören.
-
Es wurde deshalb nach Verfahren gesucht, um die Negative von Maskenmustern
aus strahlungsempfindlichen Lacken zu erzeugen, ohne dabei die Vorteile der Positivlacke
einzubüßen.
-
~Beschrieben wurde bereits ein Photoresist-System, mit dem es möglich
ist, eine lichtempfindliche Schicht auf einer Substratoberfläche mit sowohl negativer
als auch positiver ;Entwicklungsfähigkeit zu bilden. Es handelt sich hierbei um
einen Photoresist auf Spiropyranbasis, der je nach Entwickler (polar oder apolar)
sowohl negativ als auch positiv entwickelt werden kann. Nachteilig an diesem Photoresist
ist seine gering Empfindlichkeit und sein wenig befriedigender Widerstand gegen
die Ätzchemikalien, die zum Ätzen der gewünschten Oberflächenstrukturen in das darunterliegende
Siliciumdioxid verwendet werden.
-
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 25 29 054 ist ein Verfahren
zur Herstellung eines Negativ-Resistbildes auf einer Unterlage bekannt, bei dem
ein Positiv-Photoresistmaterial mit einem Gehalt an 1-Hydroxyäthyl-2-alkylimidazolin
auf eine Unterlage aufgetragen, mit aktinischer Strahlung bildmäßig belichtet, anschließend
eine ausreichende Zeit auf eine ausreichende Temperatur erhitzt, anschließend uniform
mit aktinischer Strahlung belichtet und schließlich entwickelt wird. Dieses Verfahren
hat beim Herstellen von Lackmustern im um-Bereich nicht die notwendige Reproduzierbarkeit,
wenn kleine Toleranzen eingehalten werden sollen.
-
Masken aus strahlungsempfindlichem Lack werden hauptsächlich als Ätzmasken
verwendet, wobei sie die Bereiche einer zu ätzenden Unterlage bedecken, welche vom
Ätzmittel nicht angegriffen werden sollen. In den letzten Jahren haben Masken aus
strahlungsempfindlichem Lack eine zusätzliche Bedeutung als sogenannte "Abhebe(Lift-off)"-Masken
erhalten.
-
Abhebemasken werden beispielsweise bei der Herstellung eines Netallisierungsmusters
verwendet. Dabei wird auf der Unterlage, auf welcher das Metallisierungsmuster aufgebracht
werden soll, eine Lackmaske erzeugt, die an den Stellen, an welchen das Metallisierungsmuster
entstehen soll bis zur Unterlage durchgehende Öffnungen aufweist. Anschließend wird
ganzflächig Metall aufgedampft und schließlich wird unter Verwen-'dung eines geeigneten
Lösungsmittels die Lackmaske weggeätzt, wobei auch das auf ihr liegende Metall entfernt
wird. übrig bleibt das gewünschte Metallisierungsmuster auf der Unterlage.
-
Ein solches Verfahren zur Herstellung eines Metallisierungsmusters
ist beispielsweise in der deutschen Patentschrift 17 73 680 beschrieben. Mit den
Abhebetechniken ist eine wesentlich größere Packungsdichte erreichbar, als dies
mit den zuvor angewandten Techniken möglich war. Für ein gutes Funktionieren der
Abhebeverfahren ist es notwendig, daß die Abhebe-Maske Öffnungen aufweist, welche
an der Maskenoberfläche enger sind, als dort, wo die Maske auf der Unterlage aufliegt.
Ist dies nicht der Fall, so geht die Metallschicht, welche auf der Unterlage aufliegt
und später entfernt werden soll, ohne Unterbrechung in das Metall auf der Unterlage,
welches das Metallisierungsmuster bildet, über. Soll nun die Lackmaske und das auf
ihr liegende Metall entfernt werden, so kann das Lösungsmittel entweder nur schwer
oder gar nicht zu der Lackmaske gelangen und außerdem wird das Metall, welches entfernt
werden soll, von dem Metall, welches zurückbleiben soll, festgehalten. Masken aus
Positivlack, welche gemäß den üblichen Verfahren hergestellt werden, weisen nicht
diesen überhang der Wände in den Maskenöffnungen auf. Weshalb dies der Fall ist,
kann man leicht verstehen: Positivlacke bestehen aus Polymermolekülen, welche durch
eine lichtempfindliche Verbindung miteinander verknüpft sind. Die lichtempfindliche
Verbindung wird auch Inhibitor genannt, weil sie die Auflösung des Lacks im Entwickler
verhindert.
-
Wird die photoaktive Verbindung ultraviolettem Licht ausgesetzt, absorbiert
sie Photonen und wird abgebaut. Licht, das durch eine solche Lackschicht hindurchgeht,
wird also ständig geschwächt, weil die oberen Schichten einen wesentlichen Teil
der Strahlungsintensität absorbieren, weshalb die Strahlungsintensität beim Durchgehen
durch die Schicht ständig schwächer wird. Entsprechend nimmt die pro Volumeneinheit
abgebaute Inhibitormenge ab. Man erhält also in der Lackschicht in Richtung der
einfallenden Strahlung, d.h.
-
von der zur Strahlungsquelle zugewandten Lackoberfläche in die Schicht
hinein einen positiven Gradienten der Inhibitorkonzentration, welcher einen entsprechenden
negativen Gradienten der Löslichkeit zur Folge hat. Da aus diesem Grund die oberen,
d.h. die der Strahlung am stärksten ausgesetzten Bereiche der Lackschicht schneller
entwickelt werden als die weiter unten gelegenen Bereiche, wird man niemals einen
"überhang in den Öffnungen der Lackmaske erhalten. Um diesem Problem zu begegnen,
wurden verschiedene Verfahren entwickelt. So ist in dem IBM Technical Disclosure
Bulletin, Bd. 9, Nr. 4, September 1966, Seite 348 ein Abhebe-Verfahren beschrieben,
bei dem als Abhebe-Maske eine aus zwei sich in ihrer Xtzbarkeit unterscheidenden
Schichten bestehende Maske verwendet wird, welche gebildet wird, indem zunächst
in der oberen Schicht das Maskenmuster erzeugt wird und dann die untere Schicht
unter Verwendung der oberen Schicht als Ätzmask solange geätzt wird, bis die Öffnungen
in der unteren Schicht deutlich größer sind als die in der oberen. Das heißt, die
Schichtstruktur weist den erwünschten überhang auf. Allerdings ist das Verfahren
verhältnismäßig kompliziert und es können Probleme dadurch auftreten, daß die obere
Schicht im Bereich des überhangs nicht unterstützt wird. Andere Verfahren zur Erzeugung
eines überhang in den Öffnungen der Lackschicht begnügen sich mit einer einzigen
Schicht aus Positivlack und erzeugen dann den überhang, indem die Löslichkeit der
oberen
Bereiche der Lackschicht entweder durch eine Behandlung mit
einem Polymerisationsbeschleuniger, durch eine Behandlung in einem Hochfrequenz-Gasplasmaoxidationsapparat
oder durch Härte mit einer ionisierenden Strahlung stark reduziert wird. Solche
Verfahren sind in dem IBM-Technical Disclosure Bulletin, Bd 18, Nr. 5, Oktober 1975,
Seite 1395, dem IBM-Technical Disclosure Bulletin, Bd. 19, Nr. 3, August 1976, Seite
859 bzw. in dem IBM-Technical Disclosure Bulletin, Bd. 20, Nr. 10, März 1978, Seite
4009 beschrieben. Alle diese Verfahren sind verhältnismäßig kompliziert, und es
ist auch bei ihnen notwendig, den oben erwähnten, durch die Belichtung verursachten
Gradienten der Lacklöslichkeit überzukompensieren.
-
Da die Lacklöslichkeit nicht nur eine Funktion der Belichtung ist,
sondern auch von dem Restgehalt an Lösungsmittel in der Lackschicht abhängt, wurde
auch ein Verfahren zur Erzeugung des überhang entwickelt (siehe IBM Technical Disclosure
Bulletin, Bd. 19, Nr. 10, März 1977, Seite 4048), bei welchem, ausgehend von einer
Schicht aus einem Positivlack, dieser Schicht von oben her durch eine Behandlung
mit Chlorbenzol restliches Lösungsmittel entzogen wird, was eine von oben nach unten
abnehmende Beeinflussung der Löslichkeit verursacht. Dieser durch die Chlorbenzolbehandlung
hervorgerufene positive Löslichkeitsgradient muß auch den durch die Bestrahlung
hervorgerufenen negativen Löslichkeitsgradienten überkompensieren, damit der erwünschte
überhang erhalten wird. Daraus folgen hauptsächlich drei Nachteile. Es können nur
relativ dünne Schichten abgehoben werden. Die Auflösung und die Toleranzen verschlechtern
sich und die systematische Abweichun zwischen den Maskendimensionen und den Dimensionen
der beim Entwickeln erhaltenen Lackmaske sind groß (im allgemeinen größer als 1
pm).
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein relativ einfaches, in einer
fabrikmäßigen Fertigung einsetzbares Verfahren zum Herstellen des Negativs eines
Maskenmusters auf einer Unterlage unter Verwendung eines strahlungsempfindlichen
Lacks mit sehr guter Auflösung anzugeben, wobei es möglich sein soll, das Verfahren
so durchzuführen, daß das entstehende Negativ als Abhebemaske mit sich in Richtung
der Unterlage erweiternden Öffnungen verwendbar ist und eine sehr gute Mustertreue
innerhalb sehr kleiner Toleranzen und sehr wenige Fehlstellen aufweist.
-
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art
mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
-
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich eine
Menge Vorteile, so daß der unwesentlich größere Aufwand bei der Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den bekannten, üblicherweise eingesetzten
Verfahren zur Herstellung von Lackmasken leicht in Kauf genommen werden kann. Es
kommt hinzu, daß für die beiden zusätzlichen, einfachen Verfahrensschritte, nämlich
die Temperaturbehandlung und die ganzflächige Belichtung, ohnehin bei photolithographischen
Verfahren benötigte Vorrichtungen eingesetzt werden können. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird ein Negativbild des Musters der Bestrahlungsmaske erhalten, welches
den aus Negativlacken hergestellten Negativbildern überlegen ist. Dies ergibt sich
daraus, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Positivlack verwendet wird,
so daß alle Vorteile, die diese Lackart gegenüber dem Negativlack hat, ausgenutzt
werden können. Unter diesen Vorteilen ist besonders die bessere Auflösung erwähnenswert,
die bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens praktisch nur noch durch die
verwendete Belichtungsvorrichtung begrenzt ist. Da nun Verfahren, wie das erfindungsgemäße,
zusätzlich
zur Verfügung stehen, ist es auch möglich, aus einer
Positivlackschicht unter Verwendung derselben Maske sowohl Positivbilder als auch
Negativbilder zu erzeugen.
-
Es ist überraschend, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches
als Vernetzungsmittel das Hydrolyseprodukt des 1-Hydroxyäthyl-2-alkylimidazolin
verwendet, bessere Ergebnisse erzielt werden als mit dem in der Offenlegungsschrift
25 29 054 beschriebenen Verfahren, bei welchem 1-Hydroxyäthyl-2-alkylimidazolin
als Vernetzungsmittel verwendet wird.
-
Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte Lackmaske hat
auch eine sehr gute Haftung, weil das Vernetzungsmittel gleichzeitig als Haftvermittler
zur Unterlage dient.
-
Auch gegenüber den bekannten Verfahren zur Herstellung von Abhebe-Masken
hat das erfindungsgemäße Verfahren beachtliche Vorteile. Diese Vorteile ergeben
sich daraus, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der durch die bildmäßige Bestrahlung
erzeugte Löslichkeitsgradient senkrecht zur Lackoberfläche das umgekehrte Vorzeichen
hat wie bei den bekannten Verfahren, d.h. daß - anders als bei den bekannten Verfahren
-die Löslichkeit der Lackschicht kontinuierlich von oben nach unten zunimmt. Anders
als bei den meisten der bekannten Verfahren wird der überhang in den Öffnungen der
Lackmaske nicht durch einen dünnen Film gebildet, sondern besteht aus einer mechanisch
ideal stabilen Struktur. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die
Lackmaske keine rauhen Kantenund Risse auf, wie sie bei dem oben erwähnten Verfahren,
bei welchem mit Chlorbenzol oberflächlich getrocknet wird, festgestellt werden.
Die Lackschicht kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beliebig dick
sein, ohne daß dadurch die Auflösung schlechter wird. Als besonders großer Vorteil
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist anzusehen, daß die systematische Abweichung
der Abmessungen der Lackmaske von den entsprechenden Abmessungen der Bestrahlungsmaske
innerhalb
von - 1 pm reproduzierbar gesteuert werden kann. Dabei sind die Schwankungen extrem
klein (die + Werte streuen um + 0,3 gum um den Sollwert).
-
Es ist vorteilhaft, wenn der Alkylrest in dem Vernetzungsmittel zwischen
7 und 17 Kohlenstoffatome enthält.
-
Es ist vorteilhaft, wenn zwischen 1 und 3 g Vernetzungsmittel zu 100
ml Lackmischung gegeben werden. Sind weniger als 1 g in der Lackmischung vorhanden,
so reicht der Gehalt nicht aus; mehr als 3 g verbessern das Ergebnis nicht.
-
Die Lackschicht kann in vorteilhafter Weise sowohl mit W-Licht als
auch mit Elektronenstrahlung bestrahlt werden.
-
Zur Erzeugung einer Atzmaske ist es vorteilhaft, wenn eine ungefähr
1 ,um dicke Lackschicht erzeugt und diese dann durch das Muster der Belichtungsmaske
hindurch mit einer 200 Watt-Quecksilberhöchstdrucklampe mindestens ungefähr 20 Sekunden
|lang belichtet, anschließend ungefähr 10 Minuten lang auf 105 °C erhitzt, dann
mit einer 200 Watt-Quecksilberhöchstdruckt lampe mindestens ungefähr 20 Sekunden
lang ganzflächig belichtet und schließlich ungefähr 2 Minuten lang mit einem alkalischen
Entwickler entwickelt wird.
-
Zur Herstellung einer Abhebe-Maske ist es vorteilhaft, wenn beim Bestrahlen
der Lackschicht durch das Maskenmuster hindurch die Intensität je nach der gewünschten
systematischen Abweichung der Musterdimensionen im Lack von den entsprechenden Dimensionen
der Bestrahlungsmaske gesteuert wird, und wenn so lange ganzflächig bestrahlt wird,
bis das Verhältnis der Entwicklungsgeschwindigkeit in den wegzulösenden Bereichen
der Lackschicht zur Entwicklungsgeschwindigkeit in den Bereichen, welche stehen
bleiben sollen, hinreichend groß geworden ist. Je kleiner dieses Verhältnis ist,
desto dünner
werden die Schichtbereiche, welche stehen bleiben
sollen, beim Entwickeln. Es ist günstig, wenn ungefähr 2 g Vernetzungsmittel zu
100 ml Positivlackmischung gegeben werden, wenn eine mindestens 2 ,um dicke Lackschicht
erzeugt wird, wenn die Temperaturbehandlung bei 100 °C 30 bis 60 Minuten lanM durchgeführt
wird und wenn mit einem alkalischen Entwickler ungefähr 10 Minuten lang entwickelt
wird.
-
Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den
Unteransprüchen aufgeführt.
-
Die Erfindung wird anhand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch
eine vorzugsweise beim Ätzen anwendbare Lackmaske auf einer Unterlage, welche mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann, Fig. 2 in schematischer
Darstellung einen Querschnitt durch eine Abhebe-Maske auf einer Unterlage, welche
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann, Fig. 3A in schematischer
Darstellung im Querschnitt einen Ausschnitt aus einer Positivlackschicht und darüber
einen Ausschnitt aus einem Musterelement einer Bestrahlungsmaske, Fig. 3E in schematischer
Darstellung im Querschnitt einen Ausschnitt aus einer aus der in der Fig. 3A gezeigten
Positivlackschicht gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Abhebe-Maske
und
Fign. schematische Diagramme, in welchen die auf die 3B bis
3D in der Fig. 3A gezeigte Lackschicht beim bildmäßigen Bestrahlen auftreffende
Bestrahlungsintenj sität, die Inhibitorkonzentration nach dieser Bestrahlung bzw.
die Löslichkeit vor dem Entwickeln entlang der in der Fig. 3A gezeigten Lackschicht
aufgetragen sind.
-
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Lackmasken herstellen,
welche je nach den gewählten Prozeßparametern bevorzugt entweder als ätzmaske oder
als Abhebe-Masken verwendbar sind. Die beiden Maskentypen sind in schematischer
Querschnittsdarstellung in den Fign. 1 (Ätzmaske) und 2 (Abhebe-Maske) gezeigt.
-
Im folgenden soll nun allgemein beschrieben werden, wie mittel des
erfindungsgemäßen Verfahrens eine Lackmaske hergestellt werden kann. Zunächst wird
die Mischung aus dem Positivlackmaterial und dem Vernetzungsmittel hergestellt.
Geeignete Positivlackmaterialien sind beispielsweise Phenol-Formaldehyd-Harze (Novolake)
mit einem Diazonaphtochinon-Inhibitor. Solche Lacke sind in der US-Patentschrift
3 201 239 beschrieben.
-
Vorteilhafte Vertreter dieser Positivlackmaterialien sind die von
der Firma Shipley Company, Inc., Newton, Mass. V.St.A.
-
unter dem Handelsnamen AZ-1350 H und J vertriebenen Materialien. Als
Vernetzungsmittel wird eine Verbindung mit der allgemeinen Formel
wobei R für einen Alkylrest steht, welcher bevorzugt zwischen 7 und 17 Kohlenstoffatome
enthält. Diese Verbindung läßt sich günstig aus dem im Handel erhältlicher 1-Hydroxyäthyl-2-alkylimidazolin,
welches von der Firma Mona Ind., Inc., Paterson, New Jersey, V.ST.A. unter dem Handelsnamen
Monazoline
C vertrieben wird, durch Hydrolyse erzeugen, indem
ein Mol Monazoline C mit einem Mol Wasser umgesetzt wird. Eine festgelegte Menge
des Reaktionsprodukts wird in einer kleinen Menge eines Lösungsmittels, wie z. B.
Cellosolveacetat, gelöst, und dann mit einer so großen Menge des Positivlackmaterials
vermischt, daß die Mischung zwischen etwa 1 und etwa 3 g Vernetzungsmittel pro 100
ml Mischung enthält.
-
Zur Erzeugung der Lackschicht wird eine kleine Menge der Mischung
auf die Unterlage, auf welcher die Lackmaske erzeugt werden soll, bevorzugt durch
Aufschleudern aufgebracht. Die Schichtdicke der aufgebrachten Schicht ist bevorzugt
> etwa 1 Mm. Die Schichtdicke wird über die Umdrehungsgeschwindigkeit des Schleudertisches
gesteuert.
-
1Anschließend wird die Lackschicht bei Temperaturen im Bereich zwischen
etwa 85 und etwa 105 OC zwischen etwa 10 und etwa 20 Minuten lang vorgehärtet und
dann durch ein Maskenmuster hindurch bestrahlt. Dabei kann das Verfahren der Projektions-oder
der Kontaktbelichtung angewandt werden. Zum Bestrahlen sind UV-Licht und Elektronenstrahlung
geeignet. Beim Bestrahlen wird in den nicht von der Maske abgedeckten Bereichen
die photoaktive Verbindung bzw. der Inhibitor abgebaut, und zwar - worauf schon
oben hingewiesen wurde - beginnt die Zersetzung an der Oberfläche der Lackschicht.
Die Intensität der Bestrahlung hängt vom Maskentyp ab, welcher erzeugt werden soll.
Darauf wird bei der Besprechung der speziellen Ausführungsformen noch genauer eingegangen.
-
Der durch das Maskenmuster hindurch bestrahlte Lackfilm wird bei Temperaturen
im Bereich zwischen etwa 95 und etwa 110 °C zwischen etwa 10 und etwa 60 Minuten
lang erhitzt. Dabei
findet in den zuvor bestrahlten Bereichen der
Lackschicht eine chemische Reaktion statt, bei der offenbar das Vernetzungsmittel
dort, wo der Inhibitor abgebaut worden ist, mit den Polymermolekülen des Lacks in
der Weise reagiert, daß eine Vernetzung stattfindet, wobei die zuvor löslich gemachten
Bereiche der Lackschicht wieder unlöslich werden.
-
Für die Temperaturbehandlung wird ein relativ einfacher Ofen verwendet,
welcher eine Einstellung der Temperatur auf + 10 erlaubt. üblicherweise wird die
Temperaturbehandlung in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt.
-
Nach der Temperaturbehandlung wird die Lackschicht ganzflächig bestrahlt.
Zum Bestrahlen kann dieselbe Vorrichtung wie zum bildmäßigen Bestrahlen verwendet
werden. Es ist jedoch auch möglich, zum Bestrahlen einfach eine W-Lampe hoher Intensität,
wie z. B. eine 200 Watt-Quecksilberhöchstdrucklampe, zu verwenden. Für eine ungefähr
zum dicke Lackschicht sind bei Verwendung der 200 Watt-Lampe ungefähr 50 Sekunden
eine vernünftige Bestrahlungsdauer.
-
Beim Entwickeln bleiben - umgekehrt wie bei den üblichen Verfahren
zur Herstellung einer Lackmaske aus Positivlack -die beim Bestrahlen durch das Maskenmuster
hindurch bestrahlten Bereiche stehen und die beim ersten Bestrahlen abgedeckten
Bereiche werden weggelöst. Es entsteht also in der Lackschicht ein Negativ des Maskenmusters.
Zum Entwickeln sind alle zum Entwickeln der üblichen Positivlacke gebräuchlichen
alkalischen Entwickler geeignet. Zu diesen gehören beispielsweise wässriges gepuffertes
Alkali, wie z. B.
-
eine wässrige Lösung von Natriumdihydrogenphosphat, Natriummetasilikat
und Natriumhydroxyd, und eine wässrige Lösung von Natriummetaphosphat und Natriumdihydrogenphosphat.
Die beiden zuletzt genannten Chemikalien bilden die wesentlichen Bestandteile des
von der Firma Shipley Company, Inc. unter dem
Handelsnamen AZ-Entwickler
vertriebenen Produkts, welcher im Verhältnis 1:1 mit destilliertem Wasser verdünnt
sich besonders zum Entwickeln der von dieser Firma vertriebenen Positivlacke eignet.
Je nach dem Maskentyp, welcher hergestellt werden soll, schwankt die erforderliche
Zeit, um 1 bis 2 pm dicke Lackschichten zu entwickeln, zwischen etwa 1 und etwa
10 Minuten.
-
Im folgenden soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels die Herstellung
der in der Fig. 1 schematisch dargestellten Lackmaske 2 auf der Unterlage 1 gemäß
einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben werden: Ausführungsbeispiel
Zu dem unverdünnten AZ-1350H-Photolack, welcher als Diazonaphtochinon-Inhibitor
das 3,4-Dihydroxy-benzophenon-4-#aphtochinon(1,2) diazid (2# -Sulfonat enthält,
wird 1 Gew.% des Vernetzungsmittels (d.h. 1 g Vernetzungsmittel pro 100 cm3 Mischung),
welches in seiner Alkylgruppe zwischen 7 und 17 Kohlenstoffatome hat, zugegeben.
Die Mischung wird durch ein Filter mit einem Porendurchmesser von 1 pin filtriert
und dann auf ein mit einer thermisch erzeugten Siliciumdioxidschicht bedecktes Siliciumplättchen
mittels Auf schleudern bei 3800 Upm aufgebracht.
-
Das beschichtete Plättchen wird 10 Minuten lang bei 105 °C in einer
Stickstoffatmosphäre vorgetrocknet. Anschließend wird die ungefähr 1 Fm dicke Photolackschicht
mit einem Belichtungsgerät, welches mit einer 200 W-Quecksilber- Höchstdrucklampe
ausgestattet ist, durch eine Maske hindurch belichtet. Die Belichtungszeit beträgt
mindestens etwa 20 Sekunden. Unter den angegebenen Bedingungen findet in den belichteten
Bereichen eine Zersetzung des Inhibitors statt, bei der durch die Einwirkung des
UV-Lichts das Diazonaphtochinon unter Ringverengung zu Indencarbonsäure
abgebaut
wird. Die Inhibitorkonzentration sinkt in den belichteten Bereichen auf etwa 10
Prozent des ursprünglichen Wertes ab. Anschließend folgt die Temperaturbehandlung,
bei der das beschichtete Plättchen 10 Minuten lang auf 105 OC erhitzt wird. Wie
schon oben ausgeführt, reagiert dabei in den zuvor belichteten Bereichen das Vernetzungsmittel
mit den Polymermolekülen. Nach der Temperaturbehandlung wird das beschichtete Plättchen
ganzflächig belichtet. Es wird dabei wi bei der ersten Belichtung mit einer 200
W-Quecksilber-Höchstdrucklampe mindestens etwa 20 Sekunden lang - allerdings ohne
Maske - belichtet. Die bei der ersten Belichtung bildmäßi belichteten und durch
die thermische Behandlung unlöslich gemachten Bereiche der Photolackschicht reagieren
nicht wesentlich weiter. In den bei der ersten Belichtung durch die Maske abgedeckten
Bereichen wird bei der zweiten, ganzflächige Belichtung der Inhibitor - wie oben
angegeben - abgebaut.
-
Schließlich werden die beschichteten Plättchen eine Minute lan in
den AZ-Entwickler, welcher im Volumverhältnis 1:1 mit ;destilliertem Wasser gemischt
worden ist, eingetaucht. Dabei bleiben die bei der ersten Belichtung dem Licht ausgesetzte
Bereiche stehen, während die beim ersten Belichten abgedeckten Bereiche entfernt
werden. Das Ergebnis ist eine Maske, wie sie im Querschnitt schematisch in der Fig.
1 wiedergegeben wird.
-
Diese Maske hat Öffnungen, deren Abmessungen sich nach unten verkleinern.
Dies ist günstig, wenn die Maske als Ätzmaske verwendet werden soll, weil es bei
Ätzmasken darauf ankommt, daß die Maske dort, wo sie auf der zu ätzenden Unterlage
aufliegt, die richtige Dimension hat, und sich diese Dimension nur dann genau überprüfen
und damit steuern läßt, wenn der Lack in den Maskenöffnungen keinen überhang hat.
Das mit dieser Maske versehene Plättchen kann zur selektiven Entfernung des Siliciumdioxids
in einer mit Ammoniumfluorid gepufferten Flußsäure-Ätzlösung geätzt werden.
-
Die Fig. 2 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung eine Abhebe-Maske
3 auf einem Substrat 1. Im folgenden wird anhand der Fign. 3A bis 3E das Prinzip
der Herstellung einer solchen Maske beschrieben und anschließend wird ein spezielles
Ausführungsbeispiel angegeben. In der Fig. 3A ist eine Positivlackschicht 4, welche
auf einer Unterlage 1 aufgebracht ist, gezeigt. über der Positivlackschicht 4 befindet
sich ein Musterelement 5 einer Bestrahlungsmaske, von dem lediglich ein einen Randbereich
aufweisender Ausschnitt gezeigt ist. Die Figuren 3B bis 3E sind so unter der Fig.
3A angeordnet, daß die Diagramme in den Figuren 3B bis 3D Parameter an den genau
darüberliegenden Stellen der Positivlackschicht 4 wiedergeben und daß in der Fig.
3E über denselben Stellen der Unterlage wie in der Fig. 3A aufgebrachte Bereiche
der Positivlackschicht 4 bzw. 6 genau übereinander angeordnet sind. Die durch alle
Figuren hindurchgehende gestrichtelte Linie soll diese Anordnung der Figuren zueinander
zusätzlich veranschaulichen.
-
Wird die Positivlackschicht 4 durch das Musterelement 5 hindurch bestrahlt,
so ist die Lackschicht 4 unterschiedlichen Bestrahlungsintensitäten ausgesetzt.
Dies soll das Diagramm in der Fig. 3B veranschaulichen. Wenn man von dem Bereich
mit der Breite Ax absieht, kann man allgemein sagen, daß in den vom Maskenmuster
bedeckten Bereichen die aufgenommene Bestrahlungsintensität null ist und in den
nicht vom Maskenmuster bedeckten Bereichen die maximale Bestrahlungsintensität aufgenommen
wird. In dem Ax breiten Bereich, der ungefähr symmetrisch zur Kante des Maskenmusterelements
5 liegt, ändert sich die Intensität allmählich von null bis zum Maximalwert.
-
Der absolute Wert von Ax hängt ab von den Bestrahlungsbedingungen,
beispielsweise von der verwendeten Bestrahlungsvorrichtung, der Wellenlänge der
Strahlung und von der Maskenqualität. Bei der von der Firma Perkin-Elmer unter dem
Handelsnamen Micralign vertriebenen Bestrahlungsvorrichtung
hat
Ax einen Wert von ungefähr 1,5 pm. Beim Bestrahlen eines Positivlacks wird der in
ihm enthaltene Inhibitor abgebaut. Da das Ausmaß des Abbaus von der Strahlungsintensität
abhängig ist und die Lichtintensität beim Durchgang durch die Schicht durch den
Abbau des Inhibitors zunehmend geschwächt wird, ergibt sich als Ergebnis der Bestrahlung,
wenn nicht zu lange bestrahlt wird, daß in den oberen Schichtbereichen der bestrahlten
Bereiche der Inhibitor vollständig abgebaut ist, während in den tieferen Schichten
mit zunehmender Tiefe die Inhibitorkonzentration zunimmt.
-
In dem schematischen Diagramm in der Fig. 3C ist die Inhibitorkonzentration
nach dem Bestrahlen durch das Maskenmuster entlang der Photolackschicht aufgetragen.
Im linken Bereich de Diagramms, welcher die Verhältnisse in den nichtbestrahlten
Bereichen wiedergibt, wurde die ursprüngliche Inhibitorkonzentration nicht verändert.
Im rechten Bereich des Diagramms, welches die Verhältnisse in den bestrahlten Bereichen
der Lackschicht wiedergibt, ist an der Schichtoberfläche der Inhibitor vollständig
und in den unteren Schichtbereichen, d.h dort, wo der Positivlack auf der Unterlage
aufliegt, nur teilweise abgebaut worden. In dem Ax-breiten Zwischenbereich liegen
die Verhältnisse infolge der allmählich sich ändernden Strahlungsintensität - wie
sich aus dem Diagramm ergibt -etwas komplizierter. In dem Diagramm ist die Inhibitorkonzentration
im Zwischenbereich für den Fall eingetragen, in dem so lange bestrahlt wurde, bis
der Inhibitor in der Positivlackschicht rechts von der mit der Maskenkante fluchtenden
Linie praktisch vollständig abgebaut ist und links von dieser Linie steil ansteigt.
In den tieferen Schichtbereichen im Zwischenbereich liegt entsprechend der abnehmenden
Lichtintensität und wegen der Strahlungsschwächung in den oberen Schichtbereichen
die Inhibitorkonzentration höher als in den oberen Schichtbereichen und auch höher
als in den rechts vom Zwischenbereich liegenden Bereichen der Positivlackschicht
4.
-
Wird nun die Positivlackschicht 4 bei der auf die Bestrahlung folgenden
Temperaturbehandlung 30 bis 60 Minuten lang auf 100 °C erhitzt, so reagiert das
im Positivlack - bevorzugt in einer Konzentration von ungefähr 2 % enthaltene -
Vernetzungsmittel überall dort, wo zuvor durch den Abbau des Inhibitors Bindungen
gelöst worden sind, mit den Polymermolekülen. Es wurde festgestellt, daß innerhalb
des Bereichs zwischen 30 und 60 Minuten die Dauer der Temperaturbehandlung unkritisch
ist, daß es aber wesentlich ist, die Temperatur von ungefähr 100 °C einzuhalten,
da 900 eine zu niedrige und 1100 eine zu hohe Temperatur sind. Bei der nun folgenden
ganzflächigen Bestrahlung der Positivlackschicht 4 wird so lange bestrahlt, bis
das Verhältnis der Entwicklungsgeschwindigkeit in den wegzulösenden Bereichen der
Lackschicht zur Entwicklungsgeschwindigkeit in den Bereichen, welche stehen bleiben
sollen, hinreichend groß geworden ist. Die Bestrahlung kann so intensiv sein, daß
in den bis dahin nicht bestrahlten Bereichen die Löslichkeit im Entwickler senkrecht
zur Schichtoberfläche durch die ganze Schicht hindurch einheitlich wird. Dies ist
ein Zeichen dafür, daß der gesamte noch vorhandene Inhibitor abgebaut ist. In dem
schematischen Diagramm in der Fig. 3D ist die nach dem ganzflächigen Belichten gemessene
Löslichkeit des Lacks entlang der Positivlackschicht 4 aufgetragen.
-
Im linken Teil des Diagramms, d.h. in den Lackbereichen, die bei der
ersten Bestrahlung durch das Maskenmuster abgedeckt waren, ist die Löslichkeit sehr
hoch und im rechten Teil des Diagramms, d.h. in den Bereichen der Lackschicht 4,
welche bereits bei der ersten Bestrahlung bestrahlt worden sind, ist die Löslichkeit
in den oberen Bereichen sehr gering, während sie in den tieferen Bereichen relativ
hoch, wenn auch noch wesentlich niedriger als in den beim ersten Mal nicht bestrahlten
Bereichen der Lackschicht ist. Im Ax-breiten Zwischenbereich ist die Löslichkeit
an der Schichtoberfläche von rechts kommend bis beinahe zur mit der Maskenkante
fluchtenden Linie sehr gering und steigt dann links von dieser
Linie
sehr rasch an. Es ist - was das schematische Diagramm in der Fig. 3D nicht zeigt
- mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, Löslichkeiten zu erzeugen, welche
auf der linken Seite des Diagramms bei 50 nm/sec., rechts von der Maskenkante im
oberen Schichtbereich weniger als 10 nm/sec und in den tieferen Schichtbereichen
sowohl im Zwischenbereich als auch auf der rechten Seite des Diagramms zwischen
1 und 50 nm/sec liegen.
-
Dem Diagramm in der Fig. 3D läßt sich außerdem entnehmen, daß - anders
als bei den üblichen Herstellungsverfahren für Lackmasken aus Positivlack - vor
dem Entwickeln in der Lackschicht zwischen den oberen und den unteren Schichtbereichen
ein positiver Löslichkeitsgradient vorhanden ist. Dieser Gradient ist in dem Ax-breiten
Zwischenbereich besonders ausgeprägt.
-
'Man erhält deshalb beim Entwickeln eine Lackmaskenstruktur, wie sie
die Fig. 3E schematisch wiedergibt und in der ersichtlich das gezeigte Kantenprofil
einen deutlichen überhang aufweist. Zum Entwickeln wird bevorzugt eine wässrige
gepuffer te Alkalilösung verwendet. Die Entwicklungszeit wird insbesondere dann,
wenn die Maske neben größeren wegzulösenden Bereichen auch sehr schmale (Größenordnung
2 Fm) Maskenelement mit einem ebenso kleinen Abstand voneinander aufweist, so fest
gelegt, daß die Zeit bestimmt wird, die notwendig ist, um den Lack in den größeren
Bereichen zu entfernen und das eine vier mal größere Zeit dann als Entwicklungszeit
genommen wird.
-
Vergleicht man das in der Fig. 3D gezeigte Diagramm mit dem in der
Fig. 3C gezeigten, so stellt man fest, daß das Löslichkeitsverhalten praktisch durch
das Ergebnis der ersten Bestrahlung, bei der durch das Maskenmuster hindurch bestrahlt
wird, bestimmt wird, denn die Inhibitorkonzentrationskurven sind den Löslichkeitskurven
ganz ähnlich. Wie mustergetreu das Maskenmuster auf die Lackschicht übertragen
wird,
wird deshalb durch das Belichten durch die Maske hindurch gesteuert. Beispielsweise
wurde bei der in der Fig. 3E gezeigten Maske so bildmäßig belichtet, daß die Kante
der Lackmaske 6, und zwar im oberen Schichtbereich, praktisch mit der Kante des
Maskenmusterelements 5 fluchtet. Wäre beim Bestrahlen länger oder kürzer als in
dem besprochenen Beispiel bestrahlt worden, so hätte sich die Kante der Lackmaske
6 nach links bzw. rechts von der mit der Kante des Maskenelemente 5 fluchtenden
Linie verschoben. Durch eine entsprechende Einstellung der Belichtungszeit wird
also die Mustertreue bei der Lackmaskenherstellung gesteuert.
-
Die in der Fig. 3E gezeigte Lackmaske hat, da sie in den Maskenöffnungen
einen überhang aufweist, einen für eine Abhebe-Maske günstige Ausbildung. Die in
der Fig. 3E gezeigte Lackmaske hat auch eine Ausbildung, bei der sichergestellt
ist, daß, wenn ganzflächig Metall aufgedampft wird, auf der Unterlage ein Metallmuster
abgeschieden wird, welches genau mit dem Maskenmuster übereinstimmt, durch welches
belichtet worden ist. Dies ist deshalb der Fall, weil die Ausbildung des Metallisierungsmusters
durch die Dimensionen der Öffnungen an der Oberfläche der Lackmaske bestimmt wird.
Die Öffnungen an der Oberfläche der Lackmaske stimmen aber - wie oben dargelegt
worden ist - mit den Kanten des Maskenmusters, durch welches bestrahlt worden ist,
überein. Zur Herstellung des Metallisierungsmusters wird ganzflächig auf die mit
der Lackmaske bedeckte Unterlage eine Metallschicht aufgedampft, wobei darauf zu
achten ist, daß die Lackmaske höchstens auf 120 °C erhitzt wird, und anschließend
wird mittels eines geeigneten Lösungsmittels die Lackmaske und damit auch das auf
ihr liegende Metall entfernt. Zurück bleibt das Metallisierungsmuster auf der Unterlage.
-
Ausführungsbeispiel Fünf Gramm des Vernetzungsmittels, dessen Alkygruppe
zwischen 7 und 17 Kohlenstoffatome aufweist, werden in 25 ml Cellosolveacetat gelöst
und dann werden zu dieser Lösung 225 ml AZ-1350J gegeben. Vor der weiteren Verwendung
des Positivlacks läßt man die benötigte Menge durch ein Filter laufen.
-
Die Positivlackmischung wird bei 2500 Upm 30 Sekunden lang auf die
Unterlage aufgeschleudert. Dabei entsteht eine 2,0 bis 2,1 Pm dicke Schicht. Anschließend
wird die Lackschicht 20 Minuten lang bei 85 °C getrocknet.
-
Anschließend wird die Lackschicht durch ein Maskenmuster hindurch
belichtet. Als Belichtungsgerät kann dabei beispielsweise das von der Firma Perkin-Elmer
unter dem Handelsnamen "Micralign PMA100" vertriebene Gerät verwendet werden. Dieses
Gerät arbeitet mit Projektionsbelichtung, wobei die Maske 1:1 übertragen wird. Die
Belichtung der Lackmaske erfolgt streifenweise. Versuche haben ergeben, daß bei
der Rastergeschwindigkeitseinstellung 025 eine Lackmaske erhalten wird, die sehr
gut mit dem Maskenmuster, durch das bestrahlt wird, übereinstimmt. Die Festlegung
der Bestrahlungszeit erfolgt in der Weise, daß mehrere Proben verschieden lang belichtet
wird, dann die beim Entwickeln erhaltenen Maskendimensionen gemessen und mit den
Dimensionen des Maskenmusters, durch das bestrahlt worden ist, verglichen werden.
Je nach der gewünschten systematischen Abweichung der Lackmaskendimensionen von
den Dimensionen der Bestrahlungsmaske (0 oder f x) wird dann die Bestrahlungszeit
festgelegt. Die Bestrahlungszeit ist so lang, daß die Lackmaske einer ungefähr sechs
mal größeren Strahlungsintensität ausgesetzt ist, als beim Herstellen einer Ätzmaske
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens (siehe oben)
Nach dem
bildmäßigen Belichten wird die Lackschicht einer Temperaturbehandlung bei 100 OC,
welche etwa 50 Minuten dauert und in einer Stickstoffatmosphäre stattfindet, unterworfen.
-
Dann wird die Lackschicht durch eine Glasschicht hindurch mittels
des Micralign-Geräts bestrahlt, wobei die Rastergeschwindigkeitseinstellung wiederum
025 sein kann.
-
Die Lackschicht kann nun entwickelt werden. Zum Entwickeln kann beispielsweise
der AZ-Entwickler, welcher im Verhältnis 1:1 mit Wasser verdünnt worden ist, und
einen pH-Wert von ungefähr 12,8 hat verwendet werden. Die Entwicklungszeit beträgt
ungefähr 10 Minuten.
-
Bei der Verwendung der so hergestellten Lackmaske als Abhebe-Maske
wird die mit der Lackmaske bedeckte Unterlage in eine Aufdampfanlage gebracht und
dort auf etwa 80 °C erhitzt.
-
Dann werden ungefähr 800 nm eines Metalls, beispielsweise Aluminium,
ganzflächig aufgedampft. Zum Abheben der Lackmaske wird die Struktur in heißes (100
°C) N-Methylpyrrolidon getaucht, anschließend in Aceton und deionisiertem Wasser
gewaschen und schließlich getrocknet.
-
Leerseite