DE3000746C2 - Verfahren zur Erzeugung von mikroskopischen Bildern - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung von mikroskopischen BildernInfo
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Description
dadurch gekennzeichnet,
daß als Metallschicht eine Schicht aus Ti, Ni, Cr, Ta,
Mo oder W aufgebracht wird,
daß diese Metallschicht vor dem Auftragen des Photoresistfilms zur Bildung einer Lichthofschutzschicht
oberflächlich oxidiert wird, und
daß die Oxidschicht beim Ionenstrahl- und/oder Plasmaätzen wieder entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichthofschutzschicht durch anodische Oxidation der Metallschicht gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichthofschutzschicht durch Beheizen der Metallschicht in oxidierender Atmosphäre
gebildet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturbildende
Schicht aus einer Eisen-Nickel-Legierung mit 45 bis 81% Ni-Gehalt besteht
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Lichthofschutzschicht ausgebildete Metalloxidschicht eine
TiOrSchicht mit einer Dicke von 20 nm ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von mikroskopischen Bildern nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
Zur Herstellung einer Magnetblasenspeicheranordnung und verschiedener Halbleiteranordnungen müssen
bekanntlich verschiedene Arten von sehr feinen Bildern, wie z. B. Übertragungsbilder und Zwischenbilder, mit
sehr hoher Präzision hergestellt werden. Derartige mikroskopische Bilder werden üblicherweise mit Hilfe eines
Photolithographieverfahrens hergestellt. Dabei wird ein Photoresistfilm auf einer Metall- oder Isolierschicht
aufgebracht. Gewünschte Bereiche des Photoresistfilmes werden dann mit Licht, vorzugsweise ultraviolettem
Licht, bestrahlt, wodurch die Löslichkeit der bestrahlten Bereiche je nach der Art des Photoresistmaterials
entweder erhöht oder erniedrigt wird. Anschließend werden die Bereiche des Photoresistfilmes mit der
erhöhten Löslichkeit mit Hilfe eines Lösungsmittels entfernt, worauf die freiliegenden Bereiche der darunterliegenden
Schicht durch Naß- oder Tiockenätzen abgetragen werden, so daß sich das gewünschte mikroskopische
Bild der Metall- oder Isolierschicht ergibt Das Verfahren der Trockenätzung ist beispielsweise in J. Elektrochem. Soc. Solid State Science, VoL 116, No. 1, Januar
1969, Seiten 100 bis 103 beschrieben. Aus der US-PS 40 98 917 ist weiter ein lon enät ζ verfahren bekannt, bei
dem als Ätzmaske eine Metallschicht verwendet wird.
Aus der US-PS 36 72 987 ist ein Verfahren bekannt,
mit dem eine Photokathode mit bestimmter geometrischer Struktur hergestellt wird Die mit einem Muster
ίο versehene Metallschicht, die eine Photokathode bildet,
wird mit einer isolierenden Schicht überzogen, die diejenige Strahlung, für die das Photokathodenmetall empfindlich ist, absorbiert Damit soll eine chemische Reaktion und insbesondere eine Oxidation des Photokatho-
is denmetalls verhindert werden.
Bei dem herkömmlichen Photolithographieverfahren tritt jedoch das folgende Problem auf: Wenn der Resistfilm mit Licht durch eine Maske bestrahlt wird, wird das
Licht von der darunterliegenden Schicht reflektiert Aus
diesem Grunde werden in ungewünschter Weise auch
Randbereiche des Resistfilmes in ihrer Löslichkeit verändert, worunter die Genauigkeit der mikroskopischen
Bildherstellung leidet Um einen derartigen ungünstigen Einfluß durch die Lichtreflexion zu verhindern, sind
Verfahren bekanntgeworden, bei denen ein die Reflexion verringernder Film zwischen dem Film zur Herstellung des mikroskopischen Bildes und dem Photoresistfilm eingeschaltet wird, woraufhin dann die Belichtung
erfolgt Ein solches Verfahren ist in der DE-AS
11 09 226 beschrieben. So kann beispielsweise ein
Chromoxidfiim (Cr2Oa) als Reflexion verringernder
Film zwischen einer Nickel-Eisenschicht und dem Photoresist-Film angeordnet werden, in welchen Fall nach
Durchführung der Belichtung und Entwicklung das ent
standene Bild des Resist-Filmes als Maske verwendet
wird, um die Nickel-Eisenschicht durch Ionenfräsung
abzuätzen (siehe Japanese Journal of Applied Physics,
Reflexionsverhinderung verwendete Cr2O3-Film eine
niedrige Immunität gegenüber Trockenätzung, so daß er beim Ätzen der darunterliegenden Schicht als Maske
beinahe nutzlos ist. Darüber hinaus besteht beim Ätzvorgang zur Herstellung des mikroskopischen Bildes keine Möglichkeit den die Reflexion verringernden Film vorher selektiv wegätzen zu können. Aus diesen Gründen wird beim Trockenätzen nur das Bild des Photore
sists als Maske verwendet. Dabei besteh: aber die Ge fahr, daß das Resistbild vor der Beendigung des
Trockenätzens entfernt wird, so daß es schwierig ist, das mikroskopische Bild präzise auszubilden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich mikroskopische Bilder
mit verbesserter Randschärfe herstellen lassen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 gelöst, das die im
kennzeichnenden Teil dieses Anspruches angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. la bis If schematische Schnittansichten zur Erläuterung
einzelner Verfahrensschritte gemäß der Erfindung, und in
Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung
der Wirkungsweise eines Reflexion verringernden Filmes.
Bei der nachstehenden Erläuterung der Erfindung
wird zunächst auf Fig. la bis If Bezug genommen, die
schematische Darstellungen im Schnitt zur Erläuterung der verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen und ein Beispiel wiedergeben, bei dem
ein mikroskopisches Bild aus einer Nickel-Eisenlegierung (Permalloy) mit einem Ni-Gehalt zwischen 45 und
81 Gew.-% hergestellt wird. Die Erfindung iäßt jedoch
auch die Herstellung von mikroskopischen Bildern aus anderen Materialien, beispielsweise Metallen wie Aluminium und Gold, Isolatoren, wie SiO2, AI2Q3 und S13N4,
sowie polykristallinen: Silicium zu. Die präzise Herstellung eines mikroskopischen Bildes auf einer Nickel-Eisenschicht erscheint jedoch zur Herstellung einer Magnetblasenspeicheranordnung unerläßlich, so daß das
erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit einer de. artigen Bildschicht, erläutert werden solL
Wie in F ig. la dargestellt, werden zunächst ein Nikkel-Eisen-Film 1 und ein Titan-Film 2 übereinander auf
der Oberfläche eines Substrates 5 aus SiO2 oder Siliciumdioxid aufgebracht.
Anschließend wird, wie in Fig. Ib dargestellt die
Oberfläche des Tkan'Filmes 2 durch anodische Oxidation oxidiert, um einen TiO2-FiIm oder Titanoxid-Film 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-Film 3 ein
Reflexion verringernder Film, der für das zur Belichtung
zu verwendende Licht wirksam 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 F i g. 2 dargestellt übt dieser
Film eine gute Absorption von Licht im Wellenlängenbereich zwischen 400 und 440 nm aus. Dementsprechend wird ultraviolettes Licht mit einer Hauptwellenlänge von 436 nm, dessen Quelle eine Quecksilberbogenlampe ist in wirksamer Weise absorbiert. Wenn der
TiO2-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
T1O2-Filmes 3 aufgebracht Nach der Bestrahlung eines
vorgegebenen Teiles des aufgebrachten Rcsistfilmes mit dem ultravioletten Licht, dessen Quelle die Quecksilberbogenlampe ist erfolgt die Entwicklung. Dann
wird ein Resistbild 4 ausgebildet wie es in F i g. 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 4 mit sehr hoher Präzision ausgebildet
Beim nächsten Schritt unter Verwendung einer chemischen Trockenätzung, beispielsweise mit einer Plasmaätzung 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 einer Eisen-Nickel-Legierung beim Plasmaätzen ist deutlich geringer als die von Titan oder
dergl. Bei diesem Schritt wird daher der Film 1 kaum geätzt, und nur der belichtete Teil des TiO2- Filmes 3
sowie der Ti-FiIm 2 können selektiv geätzt und entfernt
werden.
Wie in F i g. 1 e dargestellt, wird der belichtete Teil des
Filmes I durch Ionenstrahlätzen entfernt
Schließlich werden der Titanoxid-Film 3 und der Titan-Film 2 durch das oben genannte Plasmaätzen ent
fernt Dann wird das mikroskopische Bild 1 aus der Fe-Ni-Legierung hergestellt wie es in Fig. If dargestellt
ist
Da der in Fig. Id dargestellte Schritt des Plasmaät
zens durchgeführt wird, wobei das Resistbild 4 als Mas
ke verwendet wird, braucht eigentlich kaum darauf hingewiesen zu werden, daß auch das Resistbild 4 hinsichtlich seiner Dicke erheblich durch das Plasmaätzen verringert wird.
is Da sich darüber hinaus an den Schritt des Plasmaätzens das Ätzen des freiliegenden Teiles des Filmes 1
aufgrund der Ionenstrahlätzung anschließt wie es in Fig. Ie dargestellt ist wird das Resistbild 4 vollständig
entfernt um den TiO2-FiIm 3 im Laufe dieses Verfah
rensschrittes freizulegea
Fig. Ie verdeutlicht diesen Zustand. Wie oben erläutert ist der TiO2-FiIm 3 sehr dünn und hat nur eine
Dicke von ungefähr 20 nm. In vielen Fällen wird daher der TiO2-FiIm 3 auch entfernt um die Oberfläche des
Titan-Filmes 2 im I^aufe der Bearbeitung freizulegen, bei der ein Ätzen des Filmes 1 mittels Ionenstrahlätzung
durchgeführt wird.
Da jedoch die Ätzgeschwindigkeit von Titan beim Ionenstrahlätzen viel niedriger als die der betreffenden
Nickel-Eisenlegierung ist kann der Film 1 geätzt werden, ohne daß die Gefahr besteht daß der Titan-Film
durch das Ionenstrahlätzen 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 voll-
ständig 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 Ätzbedin-
gungen 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.
Im Gegensatz dazu arbeitet der Titan-Film beim er
findungsgemäßen Verfahren als Maske beim Ätzen des
Filmes 1 durch Ionenstrahlätzen, 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 Film 1 geätzt wird.
Daher ist die Arbeitstoleranz bei der tatsächlichen Herstellung von mikroskopischen Bildern sehr groß.
Beispielsweise kann ein mikroskopisches Bild mit einer Linienbreite von ungefähr 2 μπι und einem Abstand
oder einem Spalt von ungefähr 1 μπη sehr leicht bei hoher Reproduzierbarkeit hergestellt werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der TiO2-FiIm 3 als Reflexion verringernder Film auf dem
Ti-FiIm 2 ausgebildet der als Maske für das Ätzen des
Filmes 1 durch Ionenstrahlätzen dient, und der Resistfilm wird darauf aufgebracht, woraufhin die Belichtung
erfolgt Somit wird die Lichtreflexion in wirskamer Weise verhindert, und es wird ein ausgezeichnetes mikro-
skopisches 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 5
1 μηι auszubilden. Im Gegensatz dazu können mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren derartige mikroskopische Resistbilder bei hoher Reproduzierbarkeit, in einfacher
Weise und mit hoher Präzision hergestellt werden. 10
Aufgrund der Wirkung eines derartigen Reflexion verringernden Filmes und der Wirkung des eine Abdekkung
oder Maske bildenden Filmes beim Ionenstrahlätzen der oben beschriebenen Art hat es die Erfindung
ermöglicht, extrem feine Bilder mit hoher Präzision aus- 15
zubilden.
Darüber hinaus 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 erfindungs- 20
gemäße 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. 25
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 Lösung eines Metallsalzes auf
der Oberfläche die entstandene Anordnung einer Warmebehandlung 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 besteht der die Abdeckung oder Maske bildende Film (2) aus Titan (Ti),
Tantal (Ta), Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Wolfram (W) oder Nickel (Ni). die resistent gegenüber dem Ionenstrahlätzen
sind.
Wie sich aus der ob'gen Beschreibung ergibt, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren so vorgegangen,
daß der Film, der als Maske beim Ätzen 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
Photoresistbild hergestellt Darüber hinaus 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.
Darüber hinaus kann beim erfindungsgemä3en Verfahren der Reflexion verringernde Film hergestellt werden,
indem man lediglich die Oberfläche des zur Maskierung dienenden Filmes leicht oxidiert, indem man geeignete
Mittel, wie z. B. eine anodische Oxidation verwendet und somit kann der Film in wesentlich einfacherer
Weise als beim herkömmlichen Verfahren hergestellt werden. -~.
65
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Verfahren zur Erzeugung von mikroskopischen Bildern, bei dem
a) auf einem Substrat eine strukturbildende Schicht, darauf eine Metallschicht und ein Photoresistfilm aufgetragen werden,
b) nach anschließendem Belichten und Entwickeln des Photoresistfilms die Metallschicht an den
durch die Entwicklung freigelegten Stellen durch Plasmaätzen entfernt wird,
c) die freigelegten Teile der strukturbildenden Schicht sowie die restliche Photoresistschicht
durch Ionenstrahlätzen entfernt werden, und
d) die restliche Metallschicht durch Plasmaätzen entfernt wird,
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