DE2911848A1

DE2911848A1 - Anordnung zur ausbildung von mustern

Info

Publication number: DE2911848A1
Application number: DE19792911848
Authority: DE
Inventors: Seiichi Iwamatsu
Original assignee: VLSI Technology Research Association
Current assignee: VLSI Technology Research Association
Priority date: 1978-03-27
Filing date: 1979-03-26
Publication date: 1979-10-04
Also published as: JPS54127284A; US4231657A

Description

B eschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kopieren von Mustern bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen, insbesondere auf eine Anordnung zur Ausbildung von Mustern, bei der mit einer lichtreflektierenden Maske anstelle der herkömmlichen, lichtdurchlassenden Maske gearbeitet wird.

Bei der herkömmlichen Ausbildung von Mustern unter Benutzung Iichtdurchlassender Masken wird ein Plättchen mit einem Siliziumsubstrat und einem darauf ausgebildeten Film aus Siliziumoxid als belichtetes Objekt benutzt* Der Siliziumoxidfilm wird einem Fotoätzprozeß unterzogen, bei dem ein Spalt des gewünschten Musters in den Siliziumoxidfilm geschnitten wird. Zu diesem Zweck wird auf dem Siliziumoxidfilm eine Fotoresistschicht abgelagert. Ferner wird ein lichtundurchlässiges Material, beispielsweise eine Emulsionsschicht, auf ein transparentes Substrat aufgebracht, deren Muster einem Originalmuster ähnelt. Das durch den Teil des transparenten Substrats ohne das lichtundurchlässige Muster hindurchgetretene Licht bewirkt eine fotochemische Reaktion im entsprechenden Teil des Fotoresistfilms, so daß ein dem ursprünglichen ähnliches gewünschtes Muster auf das belichtete Objekt kopiert wird. Dies sind die vorbereitenden Schritte für den nachfolgenden Ätzprozeß.

Beim herkömmlichen Kopieren mit durchgehendem Licht bestehen die folgenden Nachteile.

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ORIGINAL INSPECTED

Für eine mit durchgehendem Licht wirkende Maske wird im allgemeinen als transparentes Substrat eine Glasplatte verwendet. Das für die Auslösung der fotochemischen Reaktion oder die Belichtung benutzte Licht wird zwangsläufig vom transparenten Material absorbiert, und zwar um so stärker, je geringer die Wellenlänge des belichtenden Lichts ist. Infolgedessen ist der Bereich der Wellenlänge des verwendbaren Lichts begrenzt, um zu verhindern, daß eine zu starke Absorption eintritt. Selbst wenn aber für die Belichtung Licht verwendet wird, bei dessen Wellenlängen das transparente Material ein hohes Tiansmissionsvermögen hat, ist die zur Ausbildung eines gewünschten Musters in der Fotoresistschicht benötigte Belichtungszeit zu lang, weil durch die Absorption durch das transparente Material Licht verloren geht« Beispielsweise sei angenommen, daß in einem Musterkopierprozeß tief ultraviolettes Licht, das für Mikromuster bevorzugt wird, durch eine lichtdurchlassende Maske projiziert wird, wobei die Maske ein transparentes Substrat aus normalem Glas enthält. Dann wird fast die gesamte projizierte Lichtmenge absorbiert, so daß fast kein Licht durch das Glas hindurchdringt. Infolgedessen tritt die oben beschriebene fotochemische Reaktion, das heißt die Belichtungsreaktion, überhaupt nicht ein. Selbst bei Verwendung von Quarzglas oder Saphir für das transparente Substrat beträgt das Durchlaßvermögen gegenüber tief ultraviolletem Licht bestenfalls 50 %.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mangel und Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere soll eine Anordnung zur Ausbildung von Mustern angegeben werden, bei der das belichtete Objekt durch von der Maske reflektier tes Licht bestrahlt wird. Dabei soll auf der Oberfläche der

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Maske ein stark reflektierender Bereich vorgesehen v/erden. Außerhalb des stark reflektierenden Bereichs soll die Intensität des von der Oberfläche reflektierten Lichts gering sein. Insbesondere soll verhindert werden, daß Licht von dem Bereich der Maske, der außerhalb des stark reflektierenden Bereichs liegt, Licht auf das belichtete Objekt fällt.

Die erfindungsgemäße Anordnung zu Ausbildung von Mustern enthält eine Lichtquelle, eine lichtreflektierende Maske, auf deren einer Hauptoberfläche ein stark reflektierender Bereich vorgesehen ist, der die gewünschte Form aufweist und das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht in einer vorbestimmten Richtung reflektiert, und ein zu belichtendes Objekt, das von dem vom stark reflektierenden Bereich reflektierten Licht bestrahlt wird. Das vom stark reflektierenden Bereich reflektierte Licht enthält die dem gewünschten Muster entsprechende Information. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann daher die Lichtabsorption durch die Maske verhindert werden, so daß der Belichtungswirkungsgrad verbessert und tief ultraviolettes Licht verwendet werden kann, das bei der herkömmlichen Anordnung nicht verwendbar ist.

Der stark reflektierende Bereich der lichtreflektierenden erfindungsgemäßen Maske kann beispielsweise aus einem Substrat mit einer Spiegeloberfläche und einem auf dieser abgelagerten Material mit hohem Lichtabsorptionsvermögen bestehen. Das stark absorbierende Material bildet einen schwach reflektierenden Bereich; das von diesem reflektierte Licht trägt zur fotochemischen Reaktion in der Oberfläche des belichteten Objekts nicht bei. Das Maskensubstrat kann weiter aus einem Material mit starkem Lichtabsorptionsvermögen bestehen, auf das

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ein stark reflektierendes Material abgelagert ist. Ferner
kann eine solche lichtreflektierende Maske aus einem Maskensubstrat aus transparentem Material bestehen, wobei auf eine seiner beiden Hauptoberflächen ein stark reflektierendes Material und auf der anderen Hauptoberfläche des Substrats eine Schicht aus einem stark lichtabsorbierenden Material aufge- bracht ist. In diesem Fall wird das von der stark absorbierenden Schicht reflektierte Licht gedämpft und trägt zur
Belichtung nicht bei. Statt der stark absorbierenden Schicht kann eine stark reflektierende Einrichtung vorgesehen sein, um das durch das Substrat hindurchgetretene Licht in eine
vom belichtetem Objekt entfernte Richtung abzulenken.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Arbeitsprinzip einer bekannten Anordnung
zur Ausbildung von Mustern im durchgehenden
Licht,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer mit Lichtreflexion arbeitenden erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2

bis 6 fünf Ausführungsbeispiele von mit reflektiertem Licht arbeitenden Anordnungen zur Bildung von
Mustern,

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen lichtreflektierenden Maske,

Fig. 8A-I

bis 8A-V

und 8B-I

bis 8B-V in schematischen Schnittbildern einzelne Schritte

von zwei Verfahren zur Herstellung einer Maske gemäß Fig. 6,

Fig. 9A-I

bis 9A-VI

und 9B-I

bis 9B-VI in schematischen Schnittbildern einzelne Schritte von zwei Verfahren zur Herstellung einer Maske gemäß Fig. 7,

Fig. 1OA

und 1OB abgewandelte Ausführungsformen der Masken der Figuren 6 bzw. 7,

Fig. 11A

bis 11C ein weiteres Ausführungsbeispiel einer lichtreflektierenden Maske,

Fig. 12 eine lichtreflektierende Maske mit konkaver Reflexionsfläche und

Fig. 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen, mit reflektiertem Licht arbeitenden Anordnung, bei dem der Weg des vom stark reflektierenden Bereich reflektierten Lichts geändert ist.

Anhand Fig. 1 sei zunächst eine herkömmliche, mit durchtretendem Licht arbeitende Anordnung erläutert.

Gemäß Fig. 1 besteht das belichtete Objekt aus einem Siliziumsubstrat 1, einem Siliziumoxidfilm 2 und einer Fotoresistschicht 3. Die mit durchtretendem Licht wirkende Maske enthält ein transparentes Substrat 4 und auf dessen einer Hauptoberfläche vorgesehenes lichtabschirmendes Material 5» sie ist im Weg des auf das belichtete Objekt auf treffenden Lichts angeordnet. Das durch das transparente Substrat 4 hindurchgetretene Licht I' löst im entsprechenden Teil der Fotoresistschicht 3 eine

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fotochemische Reaktion aus, so daß das Originalmuster kopiert wird. Diese Anordnung zur Übertragung von Mustern hat die oben beschriebenen Nachteile.

Anhand der Figuren 2 bis 13 seien nun verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben.

Gemäß Fig. 2 enthält die mit reflektiertem Licht wirkende Anordnung zur Ausbildung von Mustern eine reflektierende Maske 10 mit einem Substrat 11 aus transparentem Material, beispielsweise Saphir, Glas oder Quarz. Die das Licht empfangende Oberfläche 12 des Substrats 11 ist gegenüber dem Licht Ii, das unter einem Winkel θ auftrifft, permeabel. Auf der Oberfläche 12 ist ein Bereich 13 aus stark reflektierendem MateiFial, bei-

Sr

spielsweise Aluminium vorgeeehen. Die Ausbildung des stark reflektierenden Bereichs 13 wird entsprechend dem Origianlmuster bestimmt.

Eine Schicht 14 aus einem Material wie Kohlenstoff, das Licht stark absorbiert ist auf der Oberfläche des Substrats 11 gegenüber der lichtempfangenden Fläche 12 ausgebildet.

Wenn parallele Lichtstrahlen Ii von der Lichtquelle auf eine derartige Maske 10 auftreffen, hat die vom stark reflektierenden Bereich 13 reflektierte Komponente Ir eine wesentlich höhere Intensität als die von der lichtempfangenden Oberfläche des transparenten Substrats 11 reflektierte Komponente Ir¹ und die von der gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats 11 reflektierte Komponente Ir". In diesem Fall ist der Auftreffwinkel 9 gleich dem Reflexionswinkel θ und die Komponente Ir" hat eine sehr geringe Intensität, weil sie zweimal durch das transparente Substrat 11 hindurchgetreten und daher stark gedämpft ist. Im Ergebnis ist das einzig wirksame, die Maäce 10 ver-

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lassende Licht die Komponente Ir, die die Information über das Originalmuster enthält.

Soll ein Objekt 15 (beispielsweise ein Halbleiterplättchen mit den Bestandteilen 1, 2 und 3 der Fig. 1) belichtet werden, so wird dieses in den Weg des reflektierten Lichts Ir gebracht (Fig. 2), so daß auf dem belichteten Objekt 15 ein dem ursprünglichen ähnliches gewünschtes Muster entsteht.

Das belichtete Objekt 15 kann aus einem Siliziumplättchen mit einer Belichtungsoberfläche, beispielsweise einer Fotoresistschicht 3 (Fig. 1) bestehen. Durch direkte Belichtung der Fotoresistschicht durch das reflektierte Licht kann ein gewünschtes Muster erhalten werden, das der vom reflektierten Bereich reflektierten Komponente entspricht, weil die vom stark reflektierenden Bereich reflektierte Komponente eine Intensität hat, die wesentlich höher ist als die der vom restlichen Bereich reflektierten Komponente oder, vorteilhafter, weil die vom übrigen Bereich reflektierten Komponenten vernachlässigt werden können und nur. die Komponente vom stark reflektierenden Bereich reflektiert wird.

Nachdem das Muster auf dem Objekt ausgebildet ist, können die Teile des Oxidfilms 2 (Fig. 1), die dem gewünschten Muster entsprechen, auf bekannte Weise leicht entfernt werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß das belichtete Objekt nicht auf das oben beschriebene Beispiel beschränkt ist. Vielmehr kann jedes beliebige geeignete Objekt verwendet werden, wenn es die Anwendung des Muster-Kopierverfahrens gestattet.

In Fig. 2 liegt das belichtete Objekt 15 parallel zur Maske

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In diesem Fall ist der Auftreffwinkel der reflektierten Komponente Ir auf die Oberfläche des Objekts 15 gleich dem Auftreffwinkel θ des einfallenden Lichts Ii auf die Maske 10. Jedoch kann das Objekt 15 auch senkrecht zum Weg der reflekttierten Lichtkomporiente Ir verschoben sein. In diesem Fall ist das erhaltene Muster etwas unterschiedlich vom Originalmuster auf der Maske 10, wie sich aus der Projektionsgeometrie leicht ergibt. Das Originalmuster muß daher zunächst so abgewandelt v/erden, daß sich am belichteten Objekt das gewünschte Muster ergibt.

Bei der Ausbildung von Mustern unter Verwendung einer reflektierenden Maske mit einem stark reflektierenden Bereich auf einem transparenten Substrat braucht das Licht nur auf den nicht reflektierenden Bereich der Maske aufzutreffen, um durch die Absor tion im transparenten Substrat gedämpft ader in eine von einer gewünschten unterschiedlichen Richtung abgelenkt zu werden. Fig. 3 zeigt eine v/eitere Ausführungsform der Anordnung zur Ausbildung von Mustern im reflektierten Licht. Eine Schicht 16 aus stark reflektierendem Material, beispielsweise Aluminium, ist auf der Oberfläche eines transparenten Substrats 11. gegenüber der lichtempfangenden Oberfläche des Substrats 11 derart angeordnet, daß die stark reflektierende Schicht 16 nicht parallel zur lichtempfangenden Oberfläche liegt, so daß das von den Schicht 16 reflektierte Licht in eine von der gewünschten unterschiedlichen Richtung abgelenkt wird.

Fig. 4 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine Anordnung, bei der eine lichtreflektierende Maske mit einem transparenten Substrat 11 aus Saphir und einem stark reflektierenden Bereich 13 aus Aluminium auf dem Substrat 11 verwendet wird und ein lichtabsorbierendes Material 14, beispielsweise Kohlenstoff, auf der Oberfläche einer Stützeinrichtung oder Halteklemme 17:

η/π??8

aus Eisen abgelagert ist, auf der die Maske ruht«

Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei der die Maske ein transparentes Substrat 11 aus Saphir und einen stark reflektierenden Bereich 13 aus Aluminium enthält, der gegenüber der reflektierenden Oberfläche einer Reflexionseinrichtung 18, beispielsweise Aluminium, derart angeordnet ist, daß die reflektierende Oberfläche nicht parallel zur stark reflektierenden Oberfläche des Bereichs 13 liegt, so daß die durch die Maske hindurchgetretene Lichtkomponente in eine von der gewünschten abweichende Richtung abgelenkt wird.

Die erfindungsgemäße lichtreflektierende Maske kann jeglichen Aufbau haben, bei dem die Information über das Originalmuster in der vom stark reflektierenden Bereich reflektierten Lichtkomponente enthalten ist, dessen Form der des ursprünglichen Musters entspricht. Fig. 6 zeigt als weitere Ausführungsform eine lichtreflektierende Maske 10 mit einem Aluminiumsubstrat 11. Die zur Lichtquelle hin gelegene Hauptfläche 20 des Substrats 11 ist poliert und stellt eine Spiegelfläche dar. Das. unter dem Winkel θ auf die Spiegelfläche auftretende Licht Ii wird praktisch vollständig reflektiert. Auf die Spiegelfläche 20 ist eine Schicht 21 aus einem stark lichtabsorbierenden Material, beispielsweise Ruß aufgebracht. Die Oberfläche der Schicht 21 dient als schlecht reflektierender Bereich 21a, die freiliegende Oberfläche des Aluminiumsubstrats 11 dagegen als stark reflektierender Bereich 20a. Wie beschrieben wird die Form des reflektierenden Bereichs 20a entsprechend dem gewünschten Muster bestimmt.

Wenn parallele Strahlen des auffallenden Lichts Ii auf die Maske 10 treffen, hat die Komponente Ir des auffallenden Lichts Ii, die von dem stark reflektierenden Bereich reflektiert wurde,

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eine höhere Intensität als die andere, vom schlecht reflektierenden Bereich reflektierte Komponente, oder es wird, was vorzuziehen ist, außer der Komponente Ir keine weitere Komponente reflektiert. Entsprechend enthält die Komponente Ir die Information über das ursprüngliche Muster, so daß auf dem Objekt 15 ein gewünschtes Muster erhalten wird.

Fig. 8A-I bis 8A-V und 8B-I bis 8B-V zeigen in Schnittbildern die Verfahrensstufen bei der Herstellung einer lichtreflektierenden Maske gemäß Fig. 6.

Zunächst seien die Herstellungsschritte gemäß Fig« 8A-I bis 8A-V erläutert. Die Oberfläche eines Aluminiumsübstrats 11 wird mechanisch oder auf andere geeignete Weise zu einer Spiegelfläche poliert. Auf die Spiegelfläche wird eine Schicht 22 aus einem organischen lichtempfindlichen Medium (Fotoresistschicht) , beispielsweise PMMA (Polymethylmethacrylat) aufgebracht. Die empfindlich gemachte Schicht 22 wird beispielsweise durch Elektronenstrahlen bestrahlt, so daß ein latentes Bild entsteht, das dem zu kopierenden Ausgangsmuster auf der fertigen Maske entspricht. Nach einer Entwicklungsbehandlung wird die Spiegelfläche 20 belichtet, wobei ein Teil der Schicht 22 als schlecht reflektierender Bereich darauf zurückbleibt. Durch Implantation von Argonionen (durch Pfeile Ar angedeutet) in den so vorbereiteten Oberflächenaufbau wird die verbleibende organische Schicht 22 karbonisiert und es entsteht eine Schicht 21 aus schlecht reflektierendem Material (Ruß). Somit entsteht eine Reflexionsmaske 10 aus dem schlecht reflektierenden Bereich 21 und dem stark .reflektierenden Bereich 20 als Spiegelfläche des Alumuniumsubstrats 11, wobei die beiden Bereiche 21 und 20 ein dem Aüsgangsmuster ähnliches Muster bilden. " ■

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Fig. 8B-I bis 8B-V zeigen, die Schritte eines weiteren Verfahrens. Bei diesem Verfahren wird eine beispielsweise aus PMMA bestehende Fotoresistschicht 22 auf die Spiegelfläche 20 eines Substrats 11 aufgebracht,, das aus stark reflektierendem Material, beispielsweise Al besteht. Darauf folgt eine Bestrahlung der Oberflächenanordnung beispielsweise durch Elektronenstrahlen entsprechend dem Ausgangsmuster und eine Entwicklungsbehandlung, bei der ein Maskenmuster entsteht, das aus dem restlichen Teil der Fotoresistschicht 22 und der belichtetetn Oberfläche 20' des Aluminiumsubstrats gebildet wird. Um das gleiche Muster zu erhalten, muß der entfernte Teil der Fotoresistschicht 22 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8A-I bis 8A-V das gleiche Muster haben wie der nicht entfernte Teil der Fotoresistschicht 22 beim Ausführungsbeispiel der Fig. 8B-I bis 8B-V.

Wie durch die Pfeile C in Fig. 8B-IV angedeutet, wird auf die Oberflächenstruktur der Fig. 8B-III Kohlenstoff aus der Dampfphase abgeschieden, so daß eine Kohlenstoffschicht 21' ent- · steht. Der restliche Teil 22a der Fotoresistschicht 22 und der daraufliegende Teil der Kohlenstoffschicht 21' werden beide entfernt, während der Teil der Kohlenstoffschicht 21' auf der freiliegenden Fläche 20' des Substrats 11 nicht entfernt wird. Als Ergebnis wird ein stark reflektierender Bereich 20a freigelegt, während ein schlecht reflektierender Bereich 21a_ der nicht entfernten Kohlenstoffschicht 21 zurückbleibt, der dem Ausgangsmuster entspricht. Nach der obigen Reihe von Arbeit sschritten kann eine lichtreflektierende Maske erhalten werden. ·

Die so erhaltene Maske kann zwar für normale Anwendungsfälle eine sehr hohe Güte haben. Sind jedoch genaue Kopien eines

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sehr feinen Musters erforderlich, so kann dies zu einer weiteren zu lösenden Schwierigkeit führen. Die schlecht reflektierende Schicht 21 hat nämliche eine bestimmte Stärke, so daß die obere Oberfläche der Schicht 21 höher liegt als die stark reflektierende Oberfläche 20a, so daß die in Fig. 6 mit 21a bezeichnete Oberfläche, die die obere Oberfläche der Schicht 21 mit der stark reflektierenden Oberfläche 20a verbindet, eine unregelmäßige Reflexion hervorrufen kann.

Fig. 7" zeigt eine ideale, von der obigen Schwierigkeit freie Maske die bei sehr feinen Mustern höheren Anforderungen gerecht wird. Gemäß Fig. 7 ist die schlecht reflektierende Schicht 21 so in das Substrat 11 eingebettet,daß ihre obere Oberfläche in der gleichen Höhe liegt wie die stark reflektierende Oberfläche 20a. Bei diesem Aufbau kann die Gefahr einer unregelmäßigen Reflexion vollständig ausgeschlossen werden.

Fig. 9A-I bis 9A-VI und 9B-I bis 9B-IV zeigen in Schnittbildern die Verfahrensschritte zweier Verfahren zur Herstellung der lichtreflektierenden Maske 10-I der Fig. 7.

Zunächst seien die Schritte des Verfahrens nach Fig. 9A-I bis 9A-VI erläutert. Ebenso wie bei den Verfahren nach Fig. 8A oder 8B wird auf ein Aluminiumsubstrat 11 eine Fotoresistschicht aufgebracht. Danach wird mit Elektronen bestrahlt und entwickelt (diese Schritte werden im folgendem als Vorbehandlung bezeichnet), so daß der Teil 22a der Fotoresistschicht zurückbleibt, der dem Ausgangsmuster entspricht, und die Oberfläche 20' des Substrats 11 frei liegt.

In die freiliegende Oberfläche 20^f des Aluminiumsubstrats werden beispielsweise durch Ätzen Nuten 20b mit einer vorbe-" stimmten Tiefe eingeschnitten. . " ' ■ '

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Die so hergestellte Oberfläche wird wieder insgesamt mit Fotoresistmaterial abgedeckt; darauf wird beispielsweise durch Ionenätzung die Fotoresistschicht 22^! mit Ausnahme der Bereiche in den Nuten 20b entfernt, so daß eine stark reflektierende Oberfläche 20a freigelegt wird.

Durch Implantieren beispielsweise von Argonionen (durch Pfeile Ar angedeutet) in den so erhaltenen Oberflächenaufbau wird das in den Nuten 20b verbliebene Fotoresistmaterial 22a¹ karbonisiert und es entsteht Ruß, der als schlecht reflektierende Schicht 21 dient. Die obere Oberfläche, das heißt die schlecht reflektierende Oberfläche 21a der Schicht 21 liegt in der gleichen Höhe wie die stark reflektierende Oberfläche 20a, wobei die Oberflächen 20a und 21a eine Maske 10-1 bilden, deren Muster dem des Ausgangsmusters ähnelt.

Bei dem Verfahren gemäß den Fig. 9B-I bis 9B-IV sind die Schritte der oben beschriebenen Vorbehandlung die gleichen wie nach den Figuren 9A-I bis 9A-VI, so daß sich eine nochmalige Beschreibung erübrigt. Äquivalente Teile sind durchwegs mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Nachdem Nuten 20b in das Substrat 11 geschnitten sind, wird durch Ablagerung aus der Dampfphase auf der mit Nuten versehenen Oberfläche Kohlenstoff abgelagert, wie durch die Pfeile C in Fig. 9B -III angedeutet ist.-Es entsteh.t eine Kohlenstoff schicht 21'. Danach wird die Fototresistschicht 22a mit der darauf befindlichen Kohlenstoffschicht 21' mit Ausnahme in den Nuten 20b entfernt, so daß eine lichtreflektierende Maske 10-1 ähnlich der Fig. 7 entsteht.

Die lichtreflektierenden Masken der Figuren 6 und 7 können auch nach einem anderen Verfahren und mit einem anderen geeigneten

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Material statt Aluminium hergestellt werden. Dies gilt auch für die folgenden Ausführungsbeispiele.

Wie sich aus der Beschreibung der Funktionen der Masken 10 und 10-1 der Figuren 6 bzw. 7 zeigt, muß das reflektierte Licht Ir nur die Information über das ursprüngliche Muster enthalten, und zwar je nach den geometrischen Beziehungen zwischen den stark und schlecht reflektierenden Bereichen. Die jeweiligen Bereiche können daher in jeder Maske gegeneinander ausgetauscht werden.

Solche Bereichsinversionen der Masken 10 und 10-1 sind in den Figuren 10A und 1OB gezeigt. Die lichtreflektierende Maske 10-11 der Fig. 1OA entspricht der Maske 10 der Fig. 6 und die lichtreflektierende Maske 10-III der Fig. 6B der Maske 10-1 der Fig. 7. Eine gemeinsame Eigenschaft der Masken 10-11 und 10-III besteht darin, daß das Substrat 11 als schlecht reflektierendes Material 21 dient, während eine Aluminiumschicht oder dergleichen, die auf die Oberfläche des Substrats 11 aufgebracht ist, als stark reflektierendes Material dient. Die schlecht reflektierende Oberfläche 21a und die zu einer Spiegelfläche polierte, stark reflektierende Oberfläche 20a können zur Bildung eines dem Ausgangsmuster ähnlichen Muster.s verwendet werden. Es sei jedoch erwähnt, daß das unter Verwendung der Maske 10 oder 10-1 erhaltene Muster invers ist zu den Mustern, die mit den Masken 10-11 oder 10-III erhalten werden. Die selektive Verwendung der beiden Maskenarten 10 (10-1) und 10-11 (10-III) kann insbesondere dann angewendet werden, wenn die gleichen Muster auf Gegenständen gebildet werden sollen, deren Fotoresistschichten positiv bzw. negativ sind.

Fig. 11A, 11B und 11C zeigen lichtreflektierende Masken 10-IV, 10-V und 10-VI als-weitere Ausführungsformen.· -

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Bei der lichtreflektierenden Maske 10-IV der Fig. 11A ist die Oberfläche des Substrats 11 mit Ausnahme des Bereichs 20a _t der als stark reflektierender Bereich dient und eine Spiegelfläche aufweist, durch Ätzen oder auf andere Weise (z.B. mechanisch) aufgerauht, so daß eine Oberfläche 21-1 entsteht, an der die Reflexion unregelmäßig ist.

Dieser unregelmäßig reflektierende Bereich 21, der aus dem gleichen Material besteht wie der stark reflektierende Bereich, kann als schlecht reflektierender Bereich bezeichnet werden, was die vorbestimmte Richtung angeht. Es ist nämlich möglich, die vom Bereich 21 reflektierte und in der bestimmten Richtung (z.B. θ in Fig. 6) gerichtete Komponente auf etwa Null zu reduzieren, indem in der stark reflektierenden Oberfläche ein durchgehender Bereich von feinen Schlieren bzw. Strichen gebildet wird. Selbstverständlich ist es vorzuziehen, den schlecht oder unregelmäßig reflektierenden Bereich 21-1 derart auszubilden, daß in der vorbestimmten Richtung 0 keine Lichtkomponente reflektiert wird.

Die lichtreflektierenden Masken 10-V und 10-VI der Figuren 11B und 11C haben schlecht reflektierende Bereiche, die mechanisch (einschließlich Lochen) oder Ätzen gebildet sind und zumindest in der vorbestimmten Richtung schlech reflektieren.

Der schlecht reflektierende Bereich 21-2 der Maske 10-V (Fig. 11B) besteht aus einer Gruppe von Nuten oder Sacklöchern mit V-förmigem Profil, während der schlecht reflektierende Bereich 21-3 der Maske 10-VI (Fig. 11C) aus einer Gruppe von Durchgangslöchern im Substrat 11 entsprechend dem gewünschten Muster besteht. In jeder Ausbildung wird die unregelmäßige Reflexion oder die Reflexion in anderen als der vorbestimmten Richtung (in der der stark reflektierende Bereich 20 das auftreffende Licht reflektiert) durch die Seitenwände der Nuten oder Löcher hervorgerufen.

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Fig. 12 zeigt eine bei jeder der oben beschriebenen Masken anwendbare Abwandlung, bei der die das Licht empfangende Oberfläche (hier gegenüber dem auftreffenden Licht konkav) gekrümmt ist. Fallen die parallelen Strahlen des auftreffenden Lichts Ii auf eine derartige Maske 10 so konvergieren oder divergieren die reflektierten Strahlen je nach der Krümmung der gekrümmten Oberfläche. In dem in Fig. 12 gezeigten Fall entsteht ein dem Ausgangsmuster ähnliches Muster entsprechend dem Kontrast zwischen den vom stark reflektierenden Bereich 20a und vom schlecht reflektierenden Bereich 21a reflektierten Lichtkomponenten; das Muster zieht sich längs der Ausbreitungsrichtung der reflektierten Strahlen Ir zusammen. Auf dem nicht gezeigten Objekt kann also ein kontrahiertes, das heißt verkleinertes Ursprungsmuster ausgebildet werden.

Ist die das Licht empfangende Oberfläche der Maske 10 gegenüber dem auftreffenden Licht konvex, so wird das Ausgangsmuster vergrößert.

Bei der erfindungsgeinäßen lichtreflektierenden Maske erübrigen sich Linsensysterne,wie sie bei herkömmlichen, das Licht durchlassenden Masken benötigt werden- Es kann aber ein derartiges Linsensystem verwendet werden, beispielsweise wenn von einer punktförmigen Lichtquelle ausgehende divergierende Strahlen zu parallelen Strahlen gebündelt auf die Maske treffen sollen, oder das reflektierte Licht kompensiert werden soll, das vor der Reflexion auf der Oberfläche der Maske ein scharf gebündelter Strahl aus nicht parallelen Strahlen war. Die Ausführungsform der Fig. 12 kann zur Erzeugung paralleler reflektierter Strahlen aus schwach divergenten auftreffenden Strahlen verwendet werden, wie ohne weiteres ersichtlich ist, wenn man den eingezeichneten Pfeilen in entgegengesetzter Richtung folgt.

Wenn ein zu belichtendes Objekt 15 im Weg des von der Oberfläche einer Maske (jede der Masken der Figuren 6 bis 11) in der · in Fig. 6 gezeigten Anordnung vorgesehen wird, ist das erhalte-

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ne Muster auf dem Objekt 15 ein Spiegelbild des Ausgangsmusters, Daher wird ein gewünschtes Muster durch Verwendung eines Ausgangsmusterserhalten, das das Spiegelbild des gewünschten Musters ist. Wird ein Muster gewünscht, das identisch ist mit dem Ausgangsmuster auf einer Maske, so ist die Anordnung der Fig. 13 zu empfehlen. Das unter einem Winkel θ auf die lichtreflektierende Maske 10 auftreffende Licht Ii wird durch die Oberfläche der Maske 10 reflektiert. Die reflektierte Kompo- " nente Ir, die die Musterinformation enthält und die Oberfläche der Maske 10 unter dem Reflexionswinkel θ verläßt, fällt auf einen Reflektor 23 aus Aluminium, Silber oder einem anderen geeigneten Material, dessen reflektierende Oberfläche zu einer Spiegelfläche mit sehr hohem Reflexionsverlust (ohne Verluste) poliert ist. Das auf den Reflektor 23 unter einem Winkel Q^ (in dem Fall der Fig. 13 ist Q₁ = θ) reflektierte Licht wird' unter einem Reflexionswinkel Q^ zum zweiten Mal reflektiert, so daß sekundär reflektiertes Licht Ir entsteht. Da die Information über das Ausgangsmuster vollständig beibehalten wird, entsteht ein stellungsmäßig mit dem ursprünglichen Muster identisches Muster auf dem Objekt 15, das sich im Weg des sekundär reflektierten Lichts Ir befindet. Wird der Auftreffwinkel Oo des sekundär reflektierten Lichts Ir am Objekt 15 gleich dem Winkel θ gemacht, so stimmen die Dimensionen und die Stellungen mit denen des Ausgangsmusters überein.

Der Reflektor 23 hat auch den Vorteil, daß die Maske 10 in einem Abstand vom Objekt 15 gehalten werden kann, was größere Freiheiten bei der Auslegung der Anordnung gibt. In diesem Sinne können notwendigenfalls auch mehr als ein Reflektor verwendet werden.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Dämpfung des reflektierten Lichts von dem stark reflektierenden Bereich so

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gering, daß die Intensität des reflektierten Lichtes ausreicht, die Belichtungszeit zu verkürzen, wobei die bei der herkömmlichen Anordnung gegebenen Einschränkungen hinsichtlich der Wellenlänge des auftreffenden Lichts beseitigt werden. In der Praxis läßt sich ein Reflexionsvermögen von mehr als 90 % bei tief ultraviolettem Licht erzielen, das bei der herkömmlichen Anordnung völlig absorbiert wird. Die erfindungsgemäße Anordnung laßt sich im gesamten Wellenlängenbereich des Lichts einsetzen.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Ausbildung von Mustern unter Ausnutzung der Reflexion hat also folgende Vorteile:

1. Da die Maske das reflektierte Licht nur geringfügig dämpft, kann die Belichtungszeit verkürzt und der Belichtungswirkungsgrad verbessert werden.

2. Da die Maske sich über den gesamten Wellenlängenbereich des Lichts einsetzen läßt, kann auch tief ultraviolettes Licht verwendet werden, was bisher unmöglich war, so daß auch kleinste Muster für Mikroverdrahtungen hergestellt werden können.

3. Linsensysteme können, brauchen aber nicht benutzt zu werden, so daß die Verzerrung von Mustern infolge Aberration ausgeschaltet werden kann. Da die Brennweite nicht zwangsläufig, berücksichtigt zu werden braucht, können Unscharfen und Trübungen infolge falscher Einstellung der Brennweite vermieden werden. -

4. Da das auftreffende Licht nicht durch das Substrat der Maske hindurchtritt, kann die Maske durch das Licht nicht beschädigt oder zerstört werden, so daß die Lebensdauer der Reflexionsmaske sehr lang ist.

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5. Da die Stärke des Maskensubstrats beliebig gewählt werden kann, läßt sich für jede Art der Benutzung durch Erhöhung der Dicke eine ausrexchende mechanische Festigkeit erzielen.

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Claims

Paten ta nsprüche

Anordnung zur Ausbildung von Mustern, insbesondere bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle, durch eine lichtreflektierende Maske (10), auf deren der Lichtquelle zugewandter Oberfläche (12) ein stark reflektierender Bereich (13) mit einem gewünschten Muster angeordnet ist, der das Licht von der Lichtquelle in einer bestimmten Richtung mit hohem Reflexionsvermögen reflektiert, wobei das vom stark reflektierenden Bereich reflektierte Licht die Information über das gewünschte Muster enthält, und durch ein zu belichtendes Objekt (15), auf das das gewünschte Muster durch Belichtung durch das vom stark reflektierenden Bereich

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reflektierte Licht kopiert wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (10) ein transparentes Substrat (11) und eine Schicht (14) aus lichtabsorbierendem Material enthält, das auf der der zur Lichtquelle gewandten Fläche (12) gegenüberliegenden Fläche vorgesehen ist (Fig. 2).
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske ein transparentes Substrat (11) und eine Schicht (16) aus reflektierendem Material enthält, die auf der Oberfläche des Substrats angeordnet ist, die gegenüber der der Lichtquelle zugewandten Oberfläche liegt, zur Reflexion des durch das Substrat reflektierte Licht in Richtungen, die sich von der Richtung unterscheiden, in der das Objekt (15) liegt (Fig. 3).
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske ein transparentes Substrat (11) enthält und eine Halteeinrichtung (17) mit einer Schicht (14) aus lichtabsorbierendem Material auf wenigstens einer ihrer Oberflächen vorgesehen ist, wobei das Substrat derart auf der Halteeinrichtung angeordnet ist, daß die Oberfläche des Substrats, die der zur Lichtquelle gewandten Oberfläche gegenüber liegt, zu dem lichtabsorbierenden Material gewandt ist (Fig. 4).
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske ein Substrat (11) enthält und ein Reflektor (18) vorgesehen ist, der getrennt von und auf der Seite der Oberfläche des Substrats angeordnet ist, die der

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zur Lichtquelle gewandten Oberfläche desselben gegenüber liegt, zur Reflexion des durch das Substrat hindurchgetretenen Lichts in Richtungen, die sich von der Richtung zum Objekt (15) unterscheiden (Fig. 5).
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem stark reflektierenden Bereich (20) auf der der Lichtquelle zugewandten Oberfläche der Maske (10) ein schlecht reflektierender Bereich (21) mit hohem Lichtabsorptionsvermögen (Fig* 6) vorgesehen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der schlecht reflektierende Bereich (21) eine Schicht aus einer hauptsächlich aus Kohlenstoff zusammengesetzten Verbindung ist, die auf der der Lichtquelle zugewandten Oberfläche der Maske (10) angeordnet ist.
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Lichtquelle zugewandte Oberfläche der Maske (10-IV) zusätzlich zu dem stark reflektierenden Bereich einen Bereich (21-T) enthält, der eine unregelmäßige Reflexion bewirkt.(Fig. 11A).
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Lichtquelle zugewandte Oberfläche der Maske (10-V) einen genuteten Bereich (21-2) enthält (Fig. 11B).
10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (10-VI) zusätzlich zu dem stark reflektierenden Bereich (20a) einen gelochten Bereich (21-3)

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enthält (Fig. 11C).
11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat der Maske mit einer Spiegelfläche versehen ist, die als stark reflektierender Bereich dient,
12« Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Aluminium besteht«
13. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des stark reflektierenden Bereichs (20a) in der gleichen Höhe liegt wie die des schlecht reflektierenden Bereichs (21a), und daß beide Oberflächen zusammen eine durchgehende Oberfläche bilden (Fig. 1OA).
14. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat der Maske (10-11) aus einem Material mit geringem Reflexionsvermögen besteht und der stark reflektierende Bereich (20a) auf dem Substrat vorgesehen ist (Fig. 1OA).
15. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Lichtquelle zugewandte Oberfläche der Maske (10) gegenüber dem auftreffenden Licht (Ii) konkav ist, so daß das gewünschte Muster mit verkleinertem Maßstab auf das Objekt (15) kopiert wird (Fig. 12).
16. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Lichtquelle zugewandte Oberfläche der Maske (10) .gegenüber dem auftreffenden Licht (Ii) konvex ist, so daß das gewünschte Muster mit vergrößertem Maßstab auf das Objekt (15) kopiert wird.

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17. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Maske (10) auftreffende Licht aus parallelen Lichtstrahlen besteht.
18. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Reflektor (23) zur Änderung des Weges des von dem stark reflektierenden Bereich reflektierten Lichts, wobei das vom Reflektor reflektierte Licht auf das Objekt (15) geworfen wird.
19. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Linsensystem, das zumindest zwischen der Lichtquelle und der Maske (10) oder zwischen der Maske und dem Objekt (15) angeordnet ist.
20. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle tief ultraviolettes Licht abstrahlt .

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