DE3000746A1 - Verfahren zur herstellung von mikroskopischen bildern - Google Patents
Verfahren zur herstellung von mikroskopischen bildernInfo
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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.
BAD
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.
20
20
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)
- PATE NTA N WÄLT ESCH|FF v. FÜNER STREHL SCHÜ&EL-HO«=»F tBBINGHAUS FINCKMARIAHILFPLATZ 2*3, MDNCHEN 9O 3 O O O 7 HPOSTADRESSE: POSTFACH 95 OI 6O. D-8O0O MÖNCHEN 95giTACHI, LTD. 10. Januar 198ODEA-25 079Verfahren zur Herstellung von mikroskopischen BildernPatentansprüche( 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 mit080033/0561.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 undf) Entfernen des freiliegenden Teiles des zu ätzenden Objektes. - 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· Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeich net, daß der Reflexion verringernde Film durch Oxidieren einer Oberfläche des die Maske bildenden Filmes ausgebildet wird.
- 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· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Entfernen des zu ätzenden Objektes durch030033/0561.physikalisches Trockenätzen erfolgt und daß für den die Maske bildenden Film ein Material verwendet wird, das gegenüber dem physikalischen Trockenätzen immun ist.
- 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.030033/0561BAD ORIGINAL
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