DE3000746A1 - Verfahren zur herstellung von mikroskopischen bildern - Google Patents

Verfahren zur herstellung von mikroskopischen bildern

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DE3000746A1 DE19803000746 DE3000746A DE3000746A1 DE 3000746 A1 DE3000746 A1 DE 3000746A1 DE 19803000746 DE19803000746 DE 19803000746 DE 3000746 A DE3000746 A DE 3000746A DE 3000746 A1 DE3000746 A1 DE 3000746A1
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etching
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mikroskopischen Bildes. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, bei dem ein mikroskopisches Bild mit hoher Präzision hergestellt wird, wobei man einen die Reflexion verhindernden Film und einen Resistfilm beim Ätzen verwendet.
Bekanntlich müssen zur Herstellung einer Magnetblasenspeicheranordnung und verschiedener Halbleiteranordnungen verschiedene Arten von sehr feinen Bildern, wie z.B. Übertragungsbilder und Zwischenbilder mit hoher Präzision ausgebildet werden.
All diese verschiedenen mikroskopischen Bilder werden iiblicherweise air einer Photolithographie genannten Technik hergestellt.
Ein Photoreszsrfilm wird auf einem zu bearbeitenden Film, beispielsweise einem Metallfilm oder einem Isolierfilm, aufgebracht, und obwohl ein zu bearbeitendes Objekt nicht immer ein Film ist, besitzt es oft die Gestalt eines Filmes. Ein gewünschter Teil des Photoresistfilmes wird mit Licht bestrahlt, wobei normalerweise ultraviolettes Licht verwendet wird, um die Löslichkeit des bestrahlten Teiles zu ändern. Wenn der Photoresistfilm vom negativen Typ ist, wird der bestrahlte Teil hinsichtlich seiner Löslichkeit verringert und gehärtet, während dann, wenn der Photoresistfilm vom positiven Typ ist, der bestrahlte Teil eine erhöhte Löslichkeit erhält und aufgeweicht wird.
Wenn der Teil des Photoresistfilraes mit der erhöhten Löslichkeit anschließend entfernt wird, wobei dieser Verfahrensschritt im allgemeinen als Entwicklung; bezeichnet wird, wird ein Bild des Photoresists gebildet. Wenn daher der freiliegende Teil des beispielsweise aus Metall bestehenden Filmes durch Ätzen entfernt wird, wird das
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mikroskopische Bild des Metallfilmes hergestellt.
Die Entwicklung des Photoresistfiltnes und das Entfernen des zu entfernenden Teils des Filmes aus Metall oder dergl. haben zu Naßentwicklungs- und -ätzverfahren unter Verwendung verschiedener flüssiger Entwickler und Ätzmittel geführt. In jüngster Zeit sind, um ein noch feineres Bild bei einer noch höheren Präzision auszubilden, verschiedene Trockenätzungen anstatt der Naßentwicklungs- und -ätzverfahren verwendet worden.
Bei der herkömmlichen Photolithographie tritt jedoch das folgende Problem auf. Wenn der Resistfilm mit Licht durch eine Maske bestrahlt wird, wird das Licht von der darunterliegenden Schicht, auf der der Resistfilm aufgebracht ist, reflektiert» Aus diesem Grunde wird auch ein anderer Teil des Resi3tfiimes als der gewünschte Teil hinsichtlich seiner Löslichkeit aufgrund der Bestrahlung mit dem reflektierten Licht geändert, und es ist schwierig, das mikroskopische Bild herzustellen.
Um einen derartigen ungünstigen Einfluß durch die Lichtreflexion zu verhindern, sind Verfahren bekannt geworden, bei denen ein die Reflexion verringernder Film zwischen dem Film zur Herstellung des mikroskopischen Bildes und dem Photoresistfilm dazwischengeschaltet wird, woraufhin dann die Belichtung erfolgt.
So kennt man beispielsweise ein Verfahren, bei dem ein Chromoxidfilm (Cr„0,,) als Reflexion verringernder Film zwischen einem Permalloy-Film und dem Photoresist-Film angeordnet wird, die Belichtung und Entwicklung durchgeführt werden und das entstehende Bild des Resist-Filmes als Maske verwendet wird, wobei der Permalloy-Film durch Ionenfräsung abgeätzt wird, aus der Veröffentlichung "Fabrication of 3 um Bubble 80 kbit Chips" von
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Shusaku Matsuyama, et al. in Japanese Journal of Applied Physics, Band l6, 1977, September l6 - 1, Seiten 351 bis 354,
Ein Verfahren, bei dem ein polykristalliner Siliciumfilm zwischen einem Aluminiumfilm und dem Photoresistfilm angeordnet und das Bild des Aluminiumfilmes durch Naßätzung ausgebildet wird, ist in der JP-OS 49-84788 (1974) beschrieben.
Bei diesen herkömmlichen Verfahren hat jedoch der Cr„0_- FiIm und der polykristalline Siliciurafilm, die zur Reflexionsverhinderung verwendet werden, eine niedrige Immunität gegenüber der Trockenätzung, so daß sie nahezu nutzlos als Maske beim Ätzen des Filmes sind, um das mikroskopsiche Bild herzustellen. Dariiberhinaus wird das Ätzen des Filmes zur Herstellung des mikroskopischen Bildes durchgeführt, ohne nur den Reflexion verringernden Film vorher selektiv zu atzen.
Aus diesen Gründen wird das Trockenätzen durchgeführt, indem man in der Tat nur das Bild des Photoresists als Maske verwendet. Man befürchtet ein Entfernen des Resistbildes vor der Beendigung des Verfahrensschrittes des Trockenätzens, und es ist schwierig, das mikroskopische Bild präzise auszubilden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zurgrunde, diese bei den herkömmlichen photolithographischen Verfahren auftretenden Probleme auszuräumen und ein Verfahren anzugeben, mit dem sich mikroskopische Bilder präzise herstellen lassen.
Zur Erreichung dieses Zieles ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß ein Objekt zur Herstellung eines mikroskopischen Bildes durch Ätzen (nachstehend der Einfachheit halber als zu ätzendes Objekt bezeichnet) mit einem Film aus einem Material, das in hohem Maße immun gegenüber dem
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Atzen zur Bearbeitung des zu ätzenden Objektes ist, und außerdem mit einem Reflexion verringernden Film überzogen, woraufhin der Ätzvorgang durchgeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
10. Fig. la bis If Flußdiagramme zur Erläuterung einer Aus-
tiihrungsfprm der Erfindung; und in
Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkung eines Reflexion verringernden Filmes.
Bei der nachstehenden Erläuterung der Erfindung wird zuwächst auf Fig.. -χ a bis If Bezug genommen, die schemati-Sixhe Darstellungen im Schnitt zur Erläuterung der verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen und ein Beispiel wiedergeben, bei dem ein mikroskopisches Bild aus Permalloy hergestellt wird. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Herstellung eines mikroskopischen Bildes aus Permalloy beschränkt, sondern
$15 läßt sich auch auf die Herstellung von verschiedenen
.gii&roskopischen Bildern aus den verschiedensten Metallen, z.B. Aluminium oder Gold, Isolatoren, wie z.B. SiO ,
jfcJb_O_ und Si0N., sowie polykristallines Silicium usw. anwenden.
Dabei ist jedoch die präzise Herstellung des mikroskopischen Bildes mit einem Permalloy-Film eine Technik» die Unerläßlich zur Herstellung eines Übertragungsbildes und eines Detektors bei einer Magnetblasenspeicheran-Ordnung ist. Aus diesem Grunde wird das Verfahren zur Herstellung des mikroskopischen Bildes eines Permalloy-
. ■ ; 0 30 033/0 56 1.
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Filmes als typisches Beispiel für die Erfindung erläutert.
Wie in Fig. la dargestellt, werden zunächst ein Perraalloy-FiIm 1 und ein Ti-FiIm oder Titan-Film 2 übereinander auf der Oberfläche eines Substrates 5 aus SiO oder Siliciumdioxid aufgebracht.
Anschließend wird, wie in Fig. Ib dargestellt, die Oberfläche des Titan-Filmes 2 durch anodische Oxidation oxidiert, um einen TiOp-Film oder Titanoxid-Filra 3 auszubilden. Durch richtiges Einstellen der Bedingungen für die anodische Oxidation in derartigen Fällen, um die Dicke des Titanoxid-Filmes 3 auf einen vorgegebenen Wert zu bringen, wird der Titanoxid-Filtn 3 ein Reflexion verringerr.der Film, der für das zur Belichtung zu verwendende Licht vi.rksasn ist.
Beispielsweise wird in dem Falle, wo die anodische Oxidation durchgeführt wird, indem man als angelegte Spannung 25 V und eine Oxidationszeit von 30 min verwendet, ein Titanoxid-Film mit einer Dicke von ungefähr 20 nm erhalten. Wie in Fig. 2 dargestellt, übt dieser Film eine gute Absorption von Licht im Wellenlängenbereich zwischen 400 und kkO nm aus. Dementsprechend wird ultraviolettes Licht mit einer Hauptwellenlänge von k^S nm, dessen Quelle eine Quecksilberbogenlathpe ist, in wirksamer Weise absorbiert. Wenn der TiO-FiIm mit einer Dicke von ungefähr 20 nm bei der Belichtung mit ultraviolettem Licht verwendet wird, arbeitet er in sehr wirksamer Weise als Reflexion verringernder Film.
Ein Resistfilm wird auf die gesamte Oberfläche des TiOp-Filmes 3 aufgebracht. Nach der Bestrahlung eines vorgegebenen Teiles des aufgebrachten Resistfilraes mit dem ultravioletten Licht, dessen Quelle die Quecksilberbogenlampe ist, erfolgt die Entwicklung. Dann wird ein Resist-
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bild 4 ausgebildet, wie es in Fig. Ic dargestellt ist. Da in diesem Falle der Titanoxid-Film 3 in der oben beschriebenen Weise unter dem Resistfilm angeordnet ist, wird die Reflexion der bestrahlenden ultravioletten Strahlen durch die darunterliegende Schicht in wirksamer Weise verhindert und das Resistbild k mit sehr hoher Präzision ausgebildet.
Beim nächsten Schritt unter Verwendung einer chemischen Trockenätzung, beispielsweise mit einer Plasraaätzung unter Verwendung von CF.-Gas, werden der belichtete Teil des Titanoxidfilmes 3 sowie der Titan-Film 2 entfernt, wie es in Fig. Id dargestellt ist. Die Ätzgeschwindigkeit von Permalloy oder dergl. beim Plasmaätzen ist deutlich geringer als die von Titan oder dergl. Bei diesem Schrift wird daher der Permalloy-Film I kaum geätzt, und nur der belichtete Teil des TiOg-Filmes 3 sowie der Ti-FiIm 2 können selektiv geätzt und entfernt werden.
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Wie in Fig, le dargestellt, wird der belichtete Teil des Permalloy-Filmes 1 durch physikalisches Trockenätzen, z.B. durch Ionenätzen, entfernt.
Schließlich werden der Titanoxid-Film 3 und der Titan-Film 2 durch das oben genannte chemische Trockenätzen entfernt. Dann wird das mikroskopische Bild 1 aus Permalloy hergestellt, wie es in Fig. If dargestellt ist.
Da der in Fig. Id dargestellte Schritt des Plasmaätzens durchgeführt wird, wobei das Resistbild k als Maske verwendet wird, braucht eigentlich kaum darauf hingewiesen zu werden, daß auch das Resistbild k hinsichtlich seiner Dicke erheblich durch das Plasmaätzen verringert wird.
Da sich darüberhinaus an den Schritt des Plasmaätzens
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das Atzen des freiliegenden Teiles des Permalloy-Filmes aufgrund der Ionenfräsung anschließt, wie es in Fig. Ie dargestellt ist, wird das Resistbild 4 vollständig entfernt, um den TiO-FiIm 3 im Laufe dieses Verfahrensschrittes freizulegen.
Fig. Ie verdeutlicht diesen Zustand. Wie oben erläutert, ist der TiO0-FiIm 3 sehr dünn und hat nur eine Dicke von ungefähr 20 nm. In vielen Fällen wird daher der TiO- ^q Film 3 auch entfernt, um die Oberfläche des Titan-Filmes 2 im Laufe der Bearbeitung freizulegen, bei der ein Ätzen des Permalloy-Filmes 1 durch die Ionenfräsung durchgeführt wird.
je Da jedoch die Atzgeschwindigkeit von Titan beim Ionenfräsen viel niedriger als die von Permalloy ist, kann der Permalloy-Film geätzt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Titan-Film durch das Ionenfräsen entfernt wird.
Beim herkömmlichen Verfahren war der Film zur Herstellung des mikroskopischen Bildes direkt von dem Reflexion verringernden Film überzogen, ohne irgendeinen Film zu verwenden, der dem Titan-Film 2 entspricht.
Man hat daher befürchtet, daß nicht nur das Resistbild, sondern auch der Reflexion verringernde Film vollständig im Laufe des Ätzschrittes entfernt werden und daß sogar ein Teil des mikroskopischen Bildes, das vollständig erhalten bleiben soll, geätzt wird. Um das Auftreten eines derartigen ungünstigen Effektes zu verhindern, war es erforderlich, die Dicken und die Ätzbedingungen der entsprechenden Filme usw. extrem genau zu beobachten. Aus diesem Grunde war es in der Tat sehr schwierig, mikroskopische Bilder mit dem herkömmlichen Verfahren präzise herzustellen.
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Im Gegensatz dazu arbeitet der Titan-Film beim erfindungsgemäßen Verfahren als Maske beim Ätzen des Permalloy-Filtnes durch Ionenfräsung, und daher braucht man auch dann, wenn das Resistbild und der Reflexion verringernde Film vollständig geätzt und entfernt worden sind, überhaupt nicht zu befürchten, daß der unter dem Titan-Film liegende Permalloy-Filni geätzt wird.
Daher ist die Arbeitstoleranz bei der tatsächlichen Herstellung von mikroskopischen Bildern sehr groß. Beispielsweise kann ein mikroskopisches Permalloy-Bild mit einer Linienbreite von ungefähr 2 pm und einem Abstand oder einem Spalt von ungefähr 1 pm sehr leicht bei hoher Reproduzierbarkeit hergestellt werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der TiO-FiIm 3 als Reflexion verringernder Film auf dem Ti-FiIm 2 ausgebildet, der als Maske für das Ätzen des Permalloy-Filmes 1 durch Ionenfräsen dient, und der Resistfilm wird darauf aufgebracht, woraufhin die Belichtung erfolgt. Somit wird die Lichtreflexion in wirksamer Weise verhindert, und es wird ein ausgezeichnetes mikroskopisches Resistbild hergestellt.
Genauer gesagt war es beim herkömmlichen Verfahren ohne Verwendung eines Reflexion verringernden Filmes schwierig, bei hoher Reproduzierbarkeit ein mikroskopisches Resistbild mit einem Linienabstand von 1 um auszubilden. Im Gegensatz dazu können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren derartige mikroskopische Resistbilder bei hoher Reproduzierbarkeit, in einfacher Weise und mit hoher Präzision hergestellt werden.
Aufgrund der Wirkung eines derartigen Reflexion verringernden Filmes und der Wirkung des eine Abdeckung oder Maske bildenden Filmes beim Ionenfräsen der oben beschriebenen
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Art hat es die Erfindung ermöglicht, extrem feine Bilder mit hoher Präzision auszubilden.
Darüberhinaus kann zur Ausbildung des Reflexion verringernden Filmes die Oberfläche des Filmes, der die Maske oder Abdeckung darstellt, leicht durch anodische Oxidation oder dergl. oxidiert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher viel leichter durchführbar als ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung eines Reflexion verringernden Filmes unter Verwendung des CVD-Verfahrens mit chemischer Gasphasenabscheidung oder eines Zerstäubungsverfahrens.
Der Reflexion verringernde Film kann auch in der Weise ausgebildet werden, daß ein Metalloxid auf der Oberfläche durch Verdampfung aufgebracht wird oder daß nach Auftragen einer Lösuiix eines Metallsalzes auf der Oberfläche die entstandene Anordnung einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Jedoch ist das Verfahren, bei dem der die Maske bildende Film auf der Oberfläche des zu ätzenden Objektes aufgebracht worden ist und seine Oberfläche oxidiert wird, indem man sie mittels einer anodischen Oxidation oder durch leichtes Beheizen in einer oxidierenden Atmosphäre behandelt, das einfachste und beste im praktischen Betrieb.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der die Abdeckung oder Maske bildende Film aus irgendeinem von verschiedenen Materialien bestehen, die beim Ätzen des zu ätzenden Objektes ausreichend immun gegenüber dem Atzen sind und die unter Verwendung des Resistfilmes als Maske selektiv geätzt werden können.
Hinsichtlich der diese Bedingungen erfüllenden Materialien, wenn das zu ätzende Objekt durch physikalisches Trockenätzen geätzt wird, also ein Trockenätzverfahren, wie z.B. durch Ionenätzung, bei dem das zu ätzende Objekt durch das Aufprallen von Teilchen oder Ionen geätzt wird, wie es z.B.
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bei Permalloy der Fall ist, können verschiedenste Metalle, die in hohem Maße immun gegenüber dem physikalischen Trokkenätzen sind außer dem bereits genannten Material Titan (Ti) verwendet werden, nämlich unter anderem Tantal (Ta), Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Wolfram (W), Nickel (Ni) usw.
Wenn andererseits das zu ätzende Objekt aus einem Material besteht, das durch chemisches Trockenätzen geätzt wird, beispielsweise durch Plasmaätzen, bei dem nicht nur ein
^O reines physikalisches Aufprallen von Teilchen, sondern auch eine chemische Wirkung erfolgt, wie es beispielsweise bei einem SiO0-FiIm der Fall ist, ist es selbstverständlich, daß das Material des Filmes zur Vornahme der Maskierung oder Abdeckung aus den Materialien gewählt wird, die in hohem Maus immun gegenüber dem chemischen Trockenätzen sind.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, wird beim erfindungsgemäßen "Verfahren so vorgegangen, daß der Film, der als Maske beim Atzen dient, der Reflexion verringernde Film und der Photoresistfilm übereinander auf dem zu ätzenden Objekt aufgebracht werden, woraufhin dann das Belichten, Entwickeln und Ätzen durchgeführt werden. Somit wird der Einfluß der Reflexion bei der Belichtung verhindert und ein sehr feines Photoresistbxld hergestellt. Darüberhinaus haben das Verschwinden des Photoresistbildes und des darunterliegenden Reflexion verringernden Filmes beim Ätzen überhaupt keinen Einfluß, so daß die Arbeitstoleranz sehr groß ist und das sehr feine Bild in stabiler Weise mit hoher Präzision hergestellt werden kann.
Darüberhinaus kann beim erfindungsgemäßen Verfahren der Reflexion verringernde Film hergestellt werden, indem man lediglich die Oberfläche des zur Maskierung dienenden FiI-mes leicht oxidiert, indem man geeignete Mittel, wie z.B.
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eine anodische Oxidation verwendet, und somit kann der Film in wesentlich einfacherer Weise als beim herkömmlichen Verfahren hergestellt werden.
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Claims (6)

  1. PATE NTA N WÄLT E
    SCH|FF v. FÜNER STREHL SCHÜ&EL-HO«=»F tBBINGHAUS FINCK
    MARIAHILFPLATZ 2*3, MDNCHEN 9O 3 O O O 7 H
    POSTADRESSE: POSTFACH 95 OI 6O. D-8O0O MÖNCHEN 95
    giTACHI, LTD. 10. Januar 198O
    DEA-25 079
    Verfahren zur Herstellung von mikroskopischen Bildern
    Patentansprüche
    ( 1»)Verfahren zur Herstellung von mikroskopischen Bildern, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    a) Aufbringen eines eine Maske bildenden Filmes auf ein 5. zu ätzendes Objekt,
    b) Ausbilden eines Reflexion verringernden Filmes auf dem die Maske bildenden Film,
    C-) Aufbringen eines Photoresistfilmes auf dem Reflexion verringernden Film,
    d) Ausbilden eines Photoresistbildes durch Bestrahlung eines entsprechenden Teiles des Photoresistfilmes mit
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    Licht und anschließende Durchführung einer Entwicklung,
    e) Entfernen des belichteten Teiles des Reflexion verringernden Filmes und des die Maske bildenden Filmes unter dem belichteten Teil unter Verwendung des Photoresistbildes als Maske und
    f) Entfernen des freiliegenden Teiles des zu ätzenden Objektes.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeich net, daß das Entfernen des zu ätzenden Objektes durch einen Trockenätzvorgang erfolgt und daß für den die Maske bildenden Film ein Material verwendet wird, das gegenüber dem Trocke-iätzea immun ist.
  3. 3· Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeich net, daß der Reflexion verringernde Film durch Oxidieren einer Oberfläche des die Maske bildenden Filmes ausgebildet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3 t dadurch gekennzeich net, daß die Oxidation durch anodische Oxidation oder durch Beheizen in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird.
  5. 5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Entfernen des zu ätzenden Objektes durch
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    physikalisches Trockenätzen erfolgt und daß für den die Maske bildenden Film ein Material verwendet wird, das gegenüber dem physikalischen Trockenätzen immun ist.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß für das zu ätzende Objekt ein Permalloy-Film verwendet wird und daß für den die Maske bildenden Film ein Material aus der Gruppe gewählt wird, die aus Ti, Ta, Mo, Cr, W und Ni besteht.
    7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß für den die Maske bildenden Film Ti verwendet wird und daß für den Reflexion verringernden Film ein TiO-Film verwendet wird, dessen Dicke ungefähr 20 um beträgt.
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DE3000746A 1979-01-10 1980-01-10 Verfahren zur Erzeugung von mikroskopischen Bildern Expired DE3000746C2 (de)

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