DE3015866A1

DE3015866A1 - Photolithographic aperture mask mfr. - using nuclear particles for photolacquer exposure through photomask, esp. for semiconductor prodn.

Info

Publication number: DE3015866A1
Application number: DE19803015866
Authority: DE
Inventors: John Bartko; Phillip D Blais; Patrick E Felice
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1979-04-24
Filing date: 1980-04-24
Publication date: 1980-11-06
Also published as: JPS6332178B2; JPS55149942A

Abstract

A photolithographic system for the prodn. of aperture masks by utilising photolacquer in the semiconductor mfr., uses a photomask which consists pref. of a transparent foil of a first metal and an opaque foil of a second metal. The photolacquer layer is exposed through the photomask to a beam of nuclear particles with an atomic wt. of >=1 (alpha particles, protons). This overcomes the difficulties caused by diffraction of UV light and is more economic than the alternative X-ray or electron beam systems.

Description

Verfahren zum lithographischen Herstellen von Process for the lithographic production of

Lochmasken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum photolithographischen Herstellen von Lochmasken unter Verwendung von Photolack, wobei die Photolackschicht mit für Strahlung teilweise durchsichtigen und teilweise undurchsichtigen Photomasken abgedeckt und belichtet wird. Shadow masks The invention relates to a method for photolithographic Manufacture of shadow masks using photoresist, the photoresist layer with photomasks that are partially transparent and partially opaque to radiation is covered and exposed.

Photolithographische Verfahren sind in der Halbleitertechnik weit verbreitet und in Anwendung. Dabei werden Photomasken verwendet, welche durchsichtige und nicht durchsichtige Teilbereiche haben und auf einer Photolackschicht abgelegt werden, welche mit Hilfe von ultraviolettem Licht durch die Photomaske belichtet wird. Der lichtempfindliche Photolack wird unter den durchsichtigen Bereichen durch die Belichtung in seiner Molekularstruktur verändert. Die bei diesem Verfahren verwendete Photomaske ist ihrerseits sehr zerbrechlich und außerdem ergibt sich eine durch die Grenzen der Auflösung bedingte Ungenauigkeit, welche von der Beugung des ultravioletten Lichtes abhängt.Photolithographic processes are far in semiconductor technology widespread and in use. Photomasks are used, which are transparent and have non-transparent partial areas and deposited on a photoresist layer which are exposed with the help of ultraviolet light through the photomask will. The photosensitive photoresist will show through under the clear areas the exposure changes in its molecular structure. The one used in this procedure In turn, the photomask is very fragile, and it also results in a through the limits of resolution due to inaccuracy caused by the diffraction of the ultraviolet Light depends.

Es Es wurden bereits Alternativt echniken entwickelt, bei welchen Elektronenstrahlen bzw. Röntgenstrahlen benutzt werden, um die von der Lichtbeugung abhängigen Probleme zu überwinden.It Alternative technologies have already been developed in which electron beams or X-rays are used to the Overcoming Diffraction Dependent Problems.

Mit diesen Alternativtechniken ist eine wesentliche Verbesserung der Auflösung erzielbar, jedoch sind sie äußerst teuer aufgrund der erforderlichen anspruchsvollen Ausrüstung und dem mengenmäßig begrenzten Durchsatz.Using these alternative techniques is a major improvement in the Resolution achievable, however, they are extremely expensive due to the demanding nature of the work involved Equipment and the limited throughput.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die sich aus den bekannten Verfahren ergebenden Schwierigkeiten zu überwinden und ein photolithographisches Verfahren zum Herstellen von Lochmasken zu schaffen, welches einerseits die mit der Lichtbeugung verbundenen Schwierigkeiten überwindet und andererseits einen wirtschaftlicheren Einsatz als Elektronenstrahlen oder Röntgenstrahlen ermöglicht.The invention is based on the object that emerges from the known Process to overcome difficulties and a photolithographic To create a method for the production of shadow masks, which on the one hand with overcomes difficulties associated with light diffraction and, on the other hand, a more economical one Allows use as electron beams or X-rays.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Photolackschicht durch die Photomaske mit Nuklearteilchen beaufschlagt wird, deren Atomgewicht etwa 1 und größer ist.According to the invention, this object is achieved in that the photoresist layer is exposed to nuclear particles through the photomask, the atomic weight of which is about 1 and larger.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden Alpha-Teilchen zum Belichten der Photolackschicht verwendet.In a preferred embodiment of the invention, alpha particles are used used to expose the photoresist layer.

Die Photomaske besteht dabei aus einer Metallfolie mit einer aufgebrachten schablonierten weiteren Metallschicht, die auf der Photolackschicht abgelegt wird. Diese Photomaske wird mit einem Flutstrahl aus Nuklearteilchen beaufschlagt, wobei die Photomaske in den Bereichen der beiden übereinanderliegenden Metallschichten für die Nuklearteilchen undurchlässig ist und somit die Photolackschicht nicht belichtet. Die nur mit einer Metallschicht abgedeckten Bereiche durchdringenden Nuklear- Nuklearteilchen verändern die Molekularstruktur der Photolackschicht, womit diese in einen Zustand übergeführt ist, in welchem durch weitere Behandlung Teile der Photolackschicht entfernt werden können, um die gewünschte Lochmaske zu erhalten.The photo mask consists of a metal foil with an applied stenciled further metal layer, which is deposited on the photoresist layer. This photomask is exposed to a flood beam of nuclear particles, whereby the photomask in the areas of the two superimposed metal layers is impermeable to the nuclear particles and therefore does not expose the photoresist layer. The areas penetrating only with a metal layer penetrating nuclear Nuclear particles change the molecular structure of the photoresist layer, bringing it into one state is transferred, in which by further treatment parts of the photoresist layer can be removed to obtain the desired shadow mask.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Photomaskenaufbaus auf einem mit einer Photolackschicht versehenen Hal bleiteraufbau; Fig. 2 ein Diagramm, in welchem die Eindringtiefe von Protonen in Beryllium, Kohlenstoff und Gold in Abhängigkeit von der Protonenenergie aufgetragen ist; Fig. 3 ein Diagramm, aus dem die Eindringtiefe für Alpha-Teilchen in Beryllium, Kohlenstoff und Gold in Abhängigkeit von der Alpha-Teilchenenergie aufgetragen ist; Fig. 4 einen Teilschnitt, an welchem die Auflösung für das Verfahren gemäß der Erfindung erläutert wird; Fig. 5 ein Diagramm, in welchem der Energieverlust als Funktion der Restreichweite für Elektronen Elektronen, Protonen und Alpha-Teilchen dargestellt ist; Fig. 6 ein Diagramm, das die Auflösungsrate des Photolacks erläutert; Fig. 7 einen Ausschnitt aus der verwendeten Photomaske; Mit der Darstellung gemäß Fig. 1 wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert. Bei der Durchffihrung des Verfahrens wird eine stabile, dauerhafte Metallmaske verwendet. Das Auflösungsvermögen ist hoch, da hochenergetische Protonen oder Alpha-Teilchen zum Belichten des Photolacks bzw. des lichtempfindlichen Materials verwendet werden, die einen kleinen Streuwinkel haben. Das Verfahren ist für einen vorgegebenen Photolack aufgrund der Verfügbarkeit eines Flutstrahles, d. h. eines hohen Teilchenflusses für eine große Fläche und infolge der hohen Energieverluste der Teilchen im Photolack in der Anwendung sehr schnell. Als Metall für die Photomaske findet vorzugsweise Beryllium Verwendung, da dieses sehr gute mechanische Eigenschaften hat und Wärme leichter als andere Materialien, wie z. B. Mylar ableitet.The advantages and features of the invention also emerge from the The following description of exemplary embodiments in conjunction with the claims and the drawing. 1 shows a schematic representation of a photomask structure on a semiconductor structure provided with a photoresist layer; Fig. 2 is a diagram, in which the penetration depth of protons in beryllium, carbon and gold in Dependence on the proton energy is plotted; Fig. 3 is a diagram from which the depth of penetration for alpha particles in beryllium, carbon and gold as a function is plotted from the alpha particle energy; Fig. 4 is a partial section on which the resolution for the method according to the invention is explained; Fig. 5 is a diagram, in which the energy loss as a function of the remaining range for electrons Electrons, Protons and alpha particles is shown; Fig. 6 is a graph showing the rate of dissolution of the photoresist explained; 7 shows a detail from the photomask used; With the illustration according to FIG. 1, a preferred embodiment of the invention becomes explained. When performing the procedure, a stable, durable metal mask is created used. The resolving power is high because of the high-energy protons or alpha particles used to expose the photoresist or the light-sensitive material, which have a small scattering angle. The method is for a given photoresist due to the availability of a flood jet, d. H. a high particle flux for a large area and due to the high energy losses of the particles in the photoresist very quick to use. The preferred metal for the photomask is Beryllium use because it has very good mechanical properties and heat lighter than other materials, such as B. Mylar derived.

Selbstverständlich können auch andere Materialien für die Ph otomaske Verwendung finden.Of course, other materials can also be used for the photo mask Find use.

Unter dem Begriff Photolack wird ein Material verstanden, dessen Molekularstruktur durch die Belichtung mit einer Strahlung modifiziert werden kann.The term photoresist is understood to mean a material whose molecular structure can be modified by exposure to radiation.

In Fig. 1 In Fig. 1 ist auf einem Halbleitersubstrat 10 eine Isolierschicht 12 aus Siliciumoxid angebracht. Auf der Siliciumoxidschicht 12 ist eine Photolackschicht 14 angeordnet, über welcher eine Metallmaske 11 abgelegt ist. Diese Metallmaske 11 hat für Alpha-Teilchen und Protonen durchsichtige Bereiche und nicht durchsichtige Bereiche und besteht aus einer Berylliumfolie 16 sowie einer schablonierten Goldschicht 18, die auf der Unterseite der Berylliumfolie 16 unmittelbar über der Photolackschicht 14 angeordnet ist. Ein Flutstrahl hochenergetischer Teilchen wie z. B. Protonen oder Alpha-Teilchen wird durch die Pfeile 20A bis 20H angedeutet und ist auf die Oberfläche der Berylliumfolie 16 gerichtet. Die Dicke der Berylliumfolie 16 sowie der schablonierten Goldschicht 18 sind derart ausgewählt, daß im Bereich der Berylliumfolie und der Goldschicht im wesentlichen die Teilchen blockiert und nicht durchgelassen werden, so daß sie auf der darunterliegenden Photolackschicht 14 nicht auftreffen. Andererseits ist jedoch die Dicke der Berylliumfolie 16 derart ausgelegt, daß die hochenergetischen Teilchen die Berylliumfolie allein durchdringen können und in der darunterliegenden Photolackschicht 14 noch mit einer genügenden Energie ankommen, um die Molekularstruktur der Photolackschicht 14 zu ändern. In Fig. 1 In Fig. 1 is on a semiconductor substrate 10 an insulating layer 12 made of silicon oxide is applied. On the silicon oxide layer 12, a photoresist layer 14 is arranged, over which a metal mask 11 is deposited is. This metal mask 11 has transparent areas for alpha particles and protons and non-transparent areas and consists of a beryllium foil 16 and one stenciled gold layer 18, which is on the underside of the beryllium foil 16 directly is arranged over the photoresist layer 14. A flood beam of high-energy particles such as B. Protons or alpha particles is indicated by arrows 20A to 20H and is directed to the surface of the beryllium foil 16. The thickness of the beryllium foil 16 and the stenciled gold layer 18 are selected such that in the area the beryllium foil and the gold layer essentially blocks the particles and are not transmitted, so that they are on the underlying photoresist layer 14 do not hit. On the other hand, however, the thickness of the beryllium foil 16 is such designed so that the high-energy particles penetrate the beryllium foil alone can and in the underlying photoresist layer 14 still with a sufficient Energy arrive to change the molecular structure of the photoresist layer 14.

Durch die auf die Photolackschicht auftreffenden hochenergetischen Teilchen werden infolge der Absorption der Strahlung Molekularbindungen aufgebrochen. Beim Fehlen weiterer Reaktionen bezeichnet man einen Photolack mit diesen Eigenschaften als positiven Photolack. Bei einem anderen als negativ bezeichneten Photolack gehen die Radikale, welche durch die aufgebrochenen Bindungen ententstehen, Folgereaktionen mit benachbarten Polymermolekülen ein und bewirken eine Vernetzung. Das Aufbrechen von Molekularbindungen und die Vernetzung aufgrund von Folgereaktionen treten gleichzeitig bei den Photolacken auf und werden lediglich als positiv oder negativ bezeichnet, je nachdem, welche der Reaktionen dominiert. Die Änderung der Molekularstruktur ermöglicht eine Weiterbehandlung der Photolackschicht 14 und ein selektives Auslösen von vorgegebenen Bereichen, womit man die gewünschte Lochmaske erhält. Zusätzlich zu dem selektiven Auslösen kann eine komplette Entpolymerisation von Materialien, wie z. B. Teflon, die selektive Auslösung durch die Anwendung mechanischer Methoden, wie z.B. Ausbürsten, erleichtern.Due to the high-energy energy impinging on the photoresist layer Particles break molecular bonds as a result of the absorption of radiation. In the absence of further reactions, a photoresist is called with these properties as a positive photoresist. Go with another photoresist labeled negative the radicals that arise from the broken bonds, Follow-up reactions with neighboring polymer molecules and cause a crosslinking. The breaking up of molecular bonds and the crosslinking due to secondary reactions occur simultaneously in the case of the photoresists and are only referred to as positive or negative, depending on which of the reactions dominates. The change in molecular structure enables further treatment of the photoresist layer 14 and selective triggering of predetermined areas, with which one obtains the desired shadow mask. Additionally a complete depolymerization of materials, such as B. Teflon, the selective release through the use of mechanical methods, such as brushing out.

Nach dem Belichten der Photolackschicht 14 und dem selektiven Entfernen der vorgesehenen Bereiche bleibt die zur Abdeckung der Siliciumoxidschicht 12 vorgesehene Lochmaske übrig. Durch diese Lochmaske können die freiliegenden Bereiche der Siliciumoxidschicht 12 in herkömmlicher Weise entfernt werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch zum Aufbringen von Mustern auf andere Materialien und für andere, in der Halbleitertechnik üblicherweise benutzte photolithographische Verfahren Verwendung finden.After exposing the photoresist layer 14 and selective removal of the areas provided, the area provided for covering the silicon oxide layer 12 remains Shadow mask left. The exposed areas of the silicon oxide layer can through this shadow mask 12 can be removed in a conventional manner. The method according to the invention can also for applying patterns to other materials and for others in semiconductor technology commonly used photolithographic processes are used.

Die verwendeten hochenergetischen Teilchen haben einen Energieinhalt in einem Bereich von etwa 0, 5 bis etwa 50 Mega-Elektronenvolt (MeV) . Dieser Bereich wird im wesentlichen durch die Anlage begrenzt, mit welcher die Teilchen erzeugt werden. Das heißt, der Bereich kann weiter ausgedehnt werden, wenn entsprechende Teilchengeneratoren vorhanden sind.The high-energy particles used have an energy content in a range from about 0.5 to about 50 mega-electron volts (MeV). This area is essentially limited by the equipment with which the particles are produced will. This means that the range can be expanded further if appropriate Particle generators are available.

Zur Zur Erläuterung des Einflusses der Dicke der Berylliumfolie 16 und der schablonierten Goldschicht 18 dient die Darstellung gemäß Fig. 2, welche die Eindringtiefe von Protonen in Gold, Kohlenstoff und Beryllium erläutert. Die Kurve 22 für Beryllium läßt erkennen, daß Protonen mit einem Energieinhalt von etwa 1 MeV in Beryllium bis zu einer Tiefe von etwa 14 um eindringen. To the To explain the influence of the thickness of the Beryllium foil 16 and the stenciled gold layer 18 are shown according to FIG Fig. 2, which shows the penetration depth of protons in gold, carbon and beryllium explained. The curve 22 for beryllium shows that protons with an energy content penetrate from about 1 MeV into beryllium to a depth of about 14 µm.

Mit der Kurve 26 ist die Eindringtiefe für Gold bei demselben Energieinhalt angegeben, welche für 1 MeV bei 6 um liegt. The curve 26 is the penetration depth for gold with the same energy content indicated, which is 6 µm for 1 MeV.

Die Darstellung der Kurven für Beryllium und Gold in Fig. 2 dient lediglich der beispielsweisen Erläuterung, da diese beiden Materialien als bevorzugte Materialien anzusehen sind. Aufgrund dieser Kurven ist es möglich, die geeignete Dicke für die Berylliumfolie und die Goldschicht beim Aufbau gemäß Fig. 1 auszuwählen, um sicherzustellen, daß die auf die Photolackschicht 14 auftreffenden Teilchen einen genügend hohen Energieinhalt haben. In der Darstellung ist ferner mit der Kurve 24 der Verlauf für Kohlenstoff aufgezeigt, da Kohlenstoff eine charakteristische Eindringtiefe hat, die den meisten,kommerziell in der Halbleiterindustrie verwendeten Photolacken entspricht. Aufgrund dieser Tatsache illustriert die Kurve für Kohlenstoff die grundsätzliche Eindringtiefe für Teilchen bei herkömmlichen Photolacken, wie sie z. B. unter der Bezeichnung COP von der Firma Mead Chemical Company angeboten werden. Mit Hilfe dieser Kurve für Kohlenstoff werden die Eigenschaften für Photolacke mit einer ausreichend guten Annäherung beschrieben, so daß man daraus auch die Dicke für die Folie 16 und das Muster 18 sowie den Energieinhalt der verwendeten Teilchen ableiten kann, um die Molekularstruktur der Photolackschicht 14 zu ändern. In Fig. 3 ist die Eindringtiefe für Alpha -Teilchen in Beryllium, Kohlenstoff und Gold dargestellt. Mit der der Kurve 28 sind Alpha-Teilchen beispielsweise erläutert, welche einen Energieinhalt von etwa 4MeV haben und in Beryllium bis zu einer Tiefe von etwa 17 um eindringen. Entsprechend zeigt die Kurve 22 die Eindringtiefe in Gold mit einer Größe von etwa 7 um bei einem Energieinhalt von 4MeV. The representation of the curves for beryllium and gold in FIG. 2 is used by way of illustration only, as these two materials are preferred Materials are to be viewed. On the basis of these curves it is possible to find the appropriate one Select the thickness for the beryllium foil and the gold layer in the construction according to FIG. 1, to ensure that the particles impinging on the photoresist layer 14 have a have a sufficiently high energy content. The illustration also shows the curve 24 the course for carbon is shown, since carbon is a characteristic Has penetration depth that most commercially used in the semiconductor industry Photoresist corresponds. Due to this fact the curve for carbon illustrates the basic penetration depth for particles in conventional photoresists, such as she z. B. offered under the name COP by Mead Chemical Company will. With the help of this curve for carbon, the properties for photoresists with a sufficiently good approximation that one can also derive the thickness from it for the film 16 and the pattern 18 and the energy content of the particles used can derive in order to change the molecular structure of the photoresist layer 14. In Fig. 3 shows the penetration depth for alpha particles in beryllium, carbon and gold. With the curve 28 explains alpha particles, for example, which have an energy content of about 4MeV and in beryllium to a depth penetrate by about 17 µm. Correspondingly, curve 22 shows the depth of penetration in Gold with a size of about 7 µm with an energy content of 4MeV.

Aufgrund dieser Kurven kann man die geeignete Dicke für die Berylliumfolie und die Goldfolie sowie das geeignete Energieniveau für die Alpha-Teilchen zur Durchführung des photolithographischen Verfahrens gemäß der Erfindung auswählen.Based on these curves, one can determine the appropriate thickness for the beryllium foil and the gold foil as well as the appropriate energy level for the alpha particles to pass through of the photolithographic process according to the invention.

Wie bereits im vorausgehenden Beispiel wird auch bei der Darstellung gemäß Fig. 3 die Kurve für Kohlenstoff angegeben, welche die Eindringtiefe für Alphateilchen in Photolack repräsentiert, da diese Werte für Kohlenstoff leichter zur Verfügung stehen als für die üblichen Photolacke, die jedoch im wesentlichen ein gleiches charakteristisches Verhalten bezüglich der Eindringtiefe zeigen, d. h. mit der Kurve 30 wird im vie sentlichen die Eindringtiefe für kommerziell erhältliche Photolacke erläutert.As in the previous example, the representation according to FIG. 3, the curve for carbon is indicated, which is the penetration depth for alpha particles represented in photoresist, as these values for carbon are more readily available stand than for the usual photoresists, but they are essentially the same show characteristic behavior with regard to the penetration depth, d. H. with the curve 30 is essentially the penetration depth for commercially available photoresists explained.

Unter Verwendung der Werte aus den Fig. 2 und 3 läßt sich ableiten, daß eine geeignete Dicke für die Berylliunlschicht in der Größenordnung von etwa 2, 54 x 10 mm liegt. Die zweckmäßige Dicke der Goldschicht beträgt etwa 1 /um. Die Energie der verwendeten Teilchen, entweder Alpha-Teilchen oder Protonen, wird dann entsprechend ausgewählt, um die gewünschte Eindringtiefe in die Photolackschicht zu erhalten. Bei dem verwendeten Aufbau erhält man durch die Verwendung einer mit Gold beschichteten Berylliumfolie eine Photomaske, welche relativ fest und leicht zu handhaben ist. Eine solche Photomaske ist auch verhältnismäßig haltbar, so daß sie nahezu unbeunbegrenzt verwendet werden kann. Darin wird ein großer Vorteil gegenüber den zerbrechlichen bekannten Masken ge sehen, die üblicherweise für photolithographische Verfahren benutzt werden, bei welchen die Photolackschicht mit UV-Strahlung belichtet wird.Using the values from FIGS. 2 and 3, it can be derived that a suitable thickness for the beryllium layer is on the order of about 2.54 x 10 mm. The practical thickness of the gold layer is about 1 / µm. the Energy of the particles used, either alpha particles or protons, is then used selected according to the desired depth of penetration into the photoresist layer to obtain. In the setup used, using a with Gold coated beryllium foil makes a photo mask which is relatively strong and light is to be handled. Such a photomask is also relatively durable, so that it is almost unlimited can be used. There will be a great advantage over the fragile known masks ge see that usually can be used for photolithographic processes in which the photoresist layer is exposed to UV radiation.

Der parallele Strom der Protonen- und Alpha-Teilchen im Flutstrahl, welche eine wesentlich größere Masse als Elektronen haben, erfährt eine geringfügige Richtungsänderung bei Zusammenstößen mit atomaren Elektronen während des Durch dringens des Materials. Jedoch wird nach einerVieliachstreuung eine Richtungsänderung meßbar, womit die untere Grenze für das lithographische Verfahren festgelegt wird. l.- n diese untere Grenze zu bestimmen, wird auf Fig. 4 Bezug genommen, welche einen Teilschnitt durch die Photomaske darstellt, bestehend aus einer Berylliumfolievon etwa 2,5 4 ; 10 mm Dicke und einer Goldschicht von etwa 1 um Dicke. Diese Abniessungen sind in der Größenordnung typisch für das angewendete Verfahren. Aufgrund der Theorie für die Mehrfachstreuung kann ein Winkel 8 errechnet werden. Der Winkel 8 ist derjenige Winkel, innerhalb welchem 96 % aller Teilchen liegen, welche an einem beliebigen Punkt der Berylliumoberfläche auftreffen und diese durchdringen. Durch diesen Winkel wird, wie aus Fig. 4 ableitbar ist, die Hinterschneidung der Goldschicht 18 und somit das Auflösungsvermögen des Verfahrens bestimmt. Die Breite der Hinterschneidung ist mit D bezeichnet. Unter Verwendung von bekannten mathematischen Formeln läßt sich ermitteln, daß der Winkel 6 etwa 10 und 32 Minuten für Protonen beträgt, dagegen etwa 0 und 18 Minuten für Alpha-Teilchen. Dies ergibt sich aus der Entfernung D fernung D mit einer Größe von 0, 08 µm für Protonen und 0, 016 um für Alpha-Teilchen. Diesen Werten für die Auflösung sind die Werte gegenüberzustellen, welche beim herkömmlichen photolithographischen Verfahren unter Verwendung von UV-Strahlung üblich sind und in einer Größenordnung von etwa 1 bis 5 um liegen.The parallel flow of proton and alpha particles in the flood beam, those who have a much greater mass than electrons experience a slight one Change of direction in the event of collisions with atomic electrons during penetration of the material. However, after a multiple scattering, a change in direction becomes measurable, which defines the lower limit for the lithographic process. l.- n To determine this lower limit, reference is made to Fig. 4 which is a partial section through the photomask consisting of a beryllium foil of about 2.5 4 ; 10 mm thick and a gold layer about 1 µm thick. These usages are of the order of magnitude typical for the process used. Because of the theory an angle 8 can be calculated for multiple scattering. The angle 8 is the one Angle within which 96% of all particles lie, which are at any one Strike point of the beryllium surface and penetrate it. Through this angle is, as can be derived from Fig. 4, the undercut of the gold layer 18 and thus determines the resolution of the method. The width of the undercut is denoted by D. Using well-known mathematical formulas lets find out that the angle 6 is about 10 and 32 minutes for protons, on the other hand about 0 and 18 minutes for alpha particles. This results from the distance D distance D with a size of 0.08 µm for protons and 0.016 µm for alpha particles. This one The values for the resolution are to be compared with the values for the conventional photolithographic processes using UV radiation are common and are on the order of about 1 to 5 µm.

In dem Diagramm gemäß Fig. 5 sind drei Kurven für die Energieverluste für Alpha-Teilchen, Protonen und Elektronen in Abhängigkeit von der Restreichweite dargestellt. Diese Verhältnisse sind wichtig, da die Energieverluste der Teilchen die Geschwindigkeit bestimmen, mit welcher die Molekularstruktur des Photolacks geändert wird. Für die dargestellten Verhältnisse geht aus Fig. 5 hervor, daß Alphateilchen die größten Energieverluste haben, vor Protonen und Elektronen. Damit ergibt sich, daß die Energieverluste für Alphateilchen und Protonen wesentlich größer sind als die Energieverluste für Elektronen. Protonen und Alpha-Teilchen sind wesentlich leichter mit kommerziell erhältlichen Einrichtungen zu erzeugen und führen, wie bereits erwähnt, zu einer besseren Auflösung.In the diagram according to FIG. 5 there are three curves for the energy losses for alpha particles, protons and electrons depending on the remaining range shown. These ratios are important because of the energy losses of the particles determine the speed with which the molecular structure of the photoresist will be changed. For the relationships shown, FIG. 5 shows that alpha particles have the greatest energy losses, before protons and electrons. This results in that the energy losses for alpha particles and protons are much greater than the energy losses for electrons. Protons and alpha particles are essential easier to generate and run with commercially available facilities, such as mentioned earlier, to a better resolution.

In Fig. 6 ist die Auflösung des Photolacks in Abhängigkeit von der Protonendosis aufgezeichnet. Aus der dargestellten Kurve kann man entnehmen, daß eine Auflösungsrate von 100 Å pro 13 2 Sekunde mit einer Strahlungsdosis von etwa 10 Protonen /cm erreicht werden kann. Daraus geht eindeutig hervor, daß mit dem beschriebenen Verfahren nicht nur eine Verbesserung der Auflösung möglich ist, sondern daß das beschriebene photolithographische Verfahren auch eine sehr viel raschere Maskierung möglich macht. Die Die Auflösungsrate ist auch für Alpha-Teilchen bei den praktisch einsetzbaren Dosen sehr groß.In Fig. 6, the resolution of the photoresist is dependent on the Proton dose recorded. From the curve shown it can be seen that a dissolution rate of 100 Å per 13 2 seconds with a radiation dose of about 10 protons / cm can be achieved. This clearly shows that with the not only an improvement of the resolution is possible, but that the photolithographic process described is also a much faster one Makes masking possible. the The rate of dissolution is the same for alpha particles very large for the cans that can be used in practice.

In Fig. 4ist ein Teilausschnitt einer Prüfschablone dargestellt, welche für die Demonstration der Erfindung Verwendung fand.In Fig. 4 a partial section of a test template is shown which was used to demonstrate the invention.

Dies e Schablone umfaßt ein Standardprüfmuster, welches unter der Bezeichnung USAF 1951 bekannt ist. Mit Hilfe dieses Standardmusters läßt sich zeigen, daß das Verfahren gemäß der Erfindung zu dem gewünschten Erfolg führt.This template includes a standard test pattern, which is available under the Designation USAF 1951 is known. With the help of this standard pattern it can be shown that the method according to the invention leads to the desired success.

Unter Verwendung eines Flutstromes aus Protonen und einer Maske aus einer Mylarfolie, die mit einer schablonierten Golelschicht versehen ist, lassen sich ebenfalls die erwähnten Ergebnisse erzielen, wenn eine aus zwei Metallkomponenten aufgebaute Photomaske nicht zur Verfügung steht.Using a flood stream of protons and a mask a Mylar foil, which is provided with a stenciled layer of gold The results mentioned can also be achieved if one of two metal components built-up photomask is not available.

Obwohl die Erfindung anhand von Protonen und Alpha-Teilchen beschrieben wurde, können auch andere Nuklearteilchen Verwendung finden. In der Halbleitertechnik haben Protonen und Alpha-Teilchen zweifelsohne Vorteile, da sie 1. eine ausreichende Masse haben, um den Fehleralfgrund von Streuung auf einen geringen Wert herabzusetzen, andererseits jedoch die Masse noch ausreichend klein ist, um eine Photomaske zweckmäßiger Dicke mit einer zwe ckmäßigen Anfangsenergie zu durchdringen.Although the invention has been described in terms of protons and alpha particles other nuclear particles can also be used. In semiconductor technology Protons and alpha particles undoubtedly have advantages, since they are 1. sufficient Have mass in order to reduce the error cause of variance to a low value, On the other hand, however, the mass is still sufficiently small to make a photomask more useful To penetrate the thickness with an appropriate initial energy.

2. in ein Gas (Helium und Wasserstoff) übergehen, wenn die Teilchen ein Elektron anziehen, wobei das Gas Teil des Halbleiterkristallaufbaus wird.2. turn into a gas (helium and hydrogen) when the particles attract an electron, whereby the gas becomes part of the semiconductor crystal structure.

3. eine Kristallschädigung im Halbleiter auf Versetzungen im Oberflächenbereich begrenzen.3. crystal damage in the semiconductor due to dislocations in the surface area limit.

Diese Diese Versetzungen können durch bekannte Bearbeitungsverfahren für Halbleiter verringert bzw. rückgängig gemacht werden. These These dislocations can be made by known machining methods for semiconductors can be reduced or reversed.

Weitere Möglichkeiten, hochenergetische Teilchen zu verwenden bietet die Verwendung von Stickstoffionen und dem Edelgas. Jedoch wird angenommen, daß diese Teilchen zu einer Maske führen, die verhältnismäßig dünn und daher zerbrechlich ist. Es können auch Sauerstoffionen verwendet werden. Bei diesen Ionen besteht jedoch die Möglichkeit, daß sie sich chemisch mit dem Halbleiter verbinden. Auch die Verwendung von Elektronen ist grundsätzlich möglich, jedoch ist die Auflösung wesentlich schlechter wegen der höheren Streuung infolge der geringeren Teilchenmasse.Offers further possibilities to use high-energy particles the use of nitrogen ions and the noble gas. However, it is believed that these particles result in a mask that is relatively thin and therefore fragile is. Oxygen ions can also be used. With these ions, however, there is the possibility that they will chemically bond with the semiconductor. Also the use of electrons is possible in principle, but the resolution is much worse because of the higher scattering due to the lower particle mass.

Schließlich sei erwähnt, daß als Photomaske auch eine schablonierte Metallfolie,wie z. B. aus Beryllium, unmittelbar auf der Photolackschicht aufliegend verwendet werden kann. Diese Ausgestaltung bedingt jedoch eine Verschlechterung der Auflösung wegen der Streuung, die innerhalb der Folie auftritt.Finally, it should be mentioned that a stenciled photomask is also used Metal foil, such as B. from beryllium, lying directly on the photoresist layer can be used. However, this configuration causes a deterioration the resolution due to the scattering that occurs within the film.

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Claims

Claims 1. A method for photolithographic production of shadow masks using photoresist, the photoresist layer with for Rays partially transparent and partially opaque photomasks covered and is exposed, characterized in that - that the photoresist layer (14) through the photomask (16, 18) is exposed to nuclear particles (20A to 20H) whose Atomic weight is about 1 and larger.

2. The method according to claim 1, characterized in - that as nuclear particles Alpha particles are used.

3. The method according to claim l, characterized in - that as nuclear particles Find protons use.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that - That the transparent areas of the photomask are made of a foil of a first metal (16) exist.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that - that the opaque areas of the photomask are made of a foil of a first metal (16) and a second metal sheet (18), which are placed on the lower surface of the first metal layer is attached.

6. The method according to claim 4 or 5, characterized in - that the first metal layer is beryllium.

7. The method according to claim 5 or 6, characterized in - that the second metal layer is gold.