DE3236142C2

DE3236142C2 -

Info

Publication number: DE3236142C2
Application number: DE19823236142
Authority: DE
Inventors: Mamoru Nakasuji; Toshiaki Yokohama Jp Shinozaki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-10-31
Filing date: 1982-09-29
Publication date: 1987-08-20
Also published as: FR2515873A1; JPS6222262B2; JPS5877229A; DE3236142A1; FR2515873B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Maske für ein Elektronenstrahl übertragungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Photokathodensysteme werden in der Elektronenstrahlübertra gungstechnik verstärkt eingesetzt. Bei Photokathodensystemen werden UV-Strahlen auf eine aus einer UV-empfindlichen photoelektrischen Schicht gebildete optische Musterübertra gungs-Maske projiziert. Die aus der Maske emittierten Photoelektronen werden dann auf eine auf einer Platte ge bildete Photoresistschicht projiziert, um die Photoresist schicht zu belichten. Aus Fig. 1 ist die Bauweise einer ein Photokathodensystem benutzenden Vorrichtung ersichtlich, bei der auf einer Oberfläche eines Quarzsubstrats 1 ein Cr-Muster 2 ausgebildet ist. Auf den Oberflächen des Sub trats 1 und des Cr-Musters 2 ist ein photoelektrischer Film 3, z. B. ein CsI-Film abgelagert, um eine Maske 4 zu bilden. Der Unterseite der Maske 4 gegenüber liegt eine mit einer Photoresistschicht 5 versehene Platte 6. Bei diesem System werden aus dem photoelektrischen Film 3 Photo elektronen emittiert, wenn aufdie Oberseite der Maske 4 gleichmäßig UV-Strahlen 7 projiziert werden. Die emittierten Photoelektronen werden durch ein gleichförmiges elektrisches Feld zwischen der Maske 4 und der Platte 6 beschleunigt und auf der Platte 6 durch ein Magnetfeld parallel zu dem elektrischen Feld konvergiert. Auf diese Weise wird ein Bild des Musters auf die auf der Platte 6 befindliche Photo resistschicht 5 übertragen. Dieses System gewährleistet eine hohe Auflösung und ermöglicht eine Musterübertragung im Submikronbereich. Darüber hinaus gewährleistet dieses System eine kurze Übertragungsdauer und eine hohe Produk tivität. Bei dem bekannten Elektronenstrahlprojektions system ist jedoch das auf die auf der Platte 6 befindliche Photoresistschicht 5 übertragene Muster in seinem Umfangs teil aufgrund eines auf der Photoresistschicht 5 auftre tenden Intra-Naheffekts ("Intraproximity"-Effekt) in seiner Auflösung und Übertragungsgenauigkeit beeinträchtigt. Darüber hinaus kann auf die Photoresistschicht 5 ein schma les Muster, beispielsweise ein Muster einer Breite von 2 µm oder darunter, nicht genau übertragen werden.

In der DE-OS 28 35 363 ist ein Projektionskopiergerät be schrieben, bei dem ein Intraproximity-Effekt infolge der Beeinflussung benachbarter Strukturen durch Lichtstreuung im Photolack entsteht. Um diesen Effekt zu kompensieren, wird für eine Vorlage, die Grob- und Feinstrukturen ent hält, vorgeschlagen, die Vorlage nur im Bereich der Grob strukturen mit einer teilweise lichtdurchlässigen Schicht zu belegen, wobei der Lichtabsorptionsgrad dieser Schicht so gewählt wird, daß sich innerhalb der projizierten Grob- und Feinstrukturen jeweils Maximalwerte der Be lichtungsintensitäten ergeben, die einander so weit an genähert sind, daß die projizierten Grob- und Feinstruktu ren einen vorgegebenen Abstand voneinander aufweisen.

Weiterhin ist aus der DE-OS 24 46 042 ein Verfahren zum Herstellen von Masken für verkleinernde elektronenoptische Projektion bekannt. Bei diesem Verfahren werden nur aus gewählte, durch die Maskengeometrie und den Einfallswinkel der Metallatome bestimmte Stellen eines Maskenmusters be schichtet.

Aus "Elektronik" 1978, Heft 11, Seiten 59-66 ist ein ver kleinernder Elektronen-Projektor bekannt, bei dem eine Maske zwischen einer Kondensorlinse und einer Projektionslinse angeordnet ist. Bei diesem Elektronen-Projektor werden die von einer Elektronenkanone emittierten Elektronen in parallele Strahlen umfokussiert, welche eine transparente Gittermaske durchstrahlen, die verkleinert auf eine Scheibe abgebildet wird. Auf der Gittermaske sind die gewünschten Strukturen um den reziproken Verkleinerungs faktor vergrößert aufgebracht. Zur mechanischen Stabili tät der Maske ist ein feines Stützgitter vorgesehen, dessen Stegbreite jedoch so schmal ausgelegt ist, daß eine Abbildung des Stützgitters auf der Scheibe nach der Verkleinerung nicht mehr aufgelöst wird.

Schließlich ist es aus "J. Vac. Sci. Technol." 19, May/ June 1981, Seiten 1-7, bekannt, daß infolge des Intra proximity-Effektes die in der Mitte der Kanten eines Quadrates absorbierte Energie einen Faktor 0,5 der im Mittelpunkt des Quadrates absorbierten Energie beträgt, während in den Ecken lediglich ein Faktor 0,25 der Energie im Mittelpunkt absorbiert wird, so daß ab einer kritischen Seitenlänge des Quadrates die Ecken abge rundet und unterbelichtet sind. Zusätzlich wird darauf hingewiesen, daß kleinere Quadrate einen größeren Elektronenfluß als größere Quadrate erfordern.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Maske zu schaffen, bei der keine Beeinträchtigung der Bildauf lösung eines Musters an seinem Umfangsteil infolge des Intraproximity-Effektes auftritt und eine hohe Über tragungsgenauigkeit auch schmaler Muster gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Maske nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 und 3.

Es hat sich gezeigt, daß sich die Auswirkungen des Intra proximity-Effektes vermindern lassen, wenn die Elektronenstrahlintensität am Umfangsteil eines auf einer Photoresistschicht gebildeten Strahlungsmusters höher ist als im Zentralteil des Musters. Ferner hat es sich gezeigt, daß man durch Erhöhen der Elektronen strahlintensität des Musters auch die Übertragungsge nauigkeit eines schmaleren Musters verbessern kann.

Bei der Maske ist der Lichtübertragungs faktor eines breiten Strahlungsmusterbereichs höher als der entsprechende Faktor eines engen Strahlungsmuster bereichs und ferner ist der Lichtübertragungsfaktor des Umfang teils des breiten Musters höher ist als der entsprechende Faktor des Zentralteils. Bei einem Verfahren zur Herstellung der Maske wird auf einer Oberfläche eines lichtdurchlässigen Substrats zur Ausbildung eines Strahlungs musters auf dem Substrat ein lichtabsorbierendes Material abgelagert, das Substrat und das lichtabsorbierende Material werden in einem Winkel zur Substratoberfläche mit einem licht abfangenden Material bedeckt, und schließlich wird auf dem lichtabfangenden Material ein bei Bestrahlung mit Licht Elektronen emittierender photoelektrischer Film abge lagert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Elektronen strahlprojektionssystems mit einer bekannten Muster übertragungsmaske;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch eine erfindungsgemäße Maske;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Projektions systems mit einer erfindungsgemäßen Maske;

Fig. 4 ein Diagramm aus dem sich die Beziehungen zwischen verschiedenen Bereichen auf der Maske entsprechend Fig. 2 und der Intensität der aus diesen Bereichen emittierten Elektronenstrahlen ergeben, und

Fig. 5A-5D Querschnitte, die verschiedene Stufen der Herstellung einer Musterübertragungsmaske gemäß Fig. 2 veranschaulichen.

Bei der in Fig. 2 teilweise im Querschnitt dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Musterübertragungs maske ist eine lichtabsorbierende Schicht, beispielsweise eine Cr-Schicht 12, zur Absorption von UV-Strahlen auf einer Oberfläche eines UV-strahlendurchlässigen Quarz substrats 11 zur Ausbildung eines Belichtungsmusters mustergerecht abgelagert. Ferner ist selektiv auf einer Oberfläche der Cr-Schicht 12 und des Substrats 11 ein für UV-Strahlen teildurchlässiger Metallfilm, z. B. eine Schicht 13 aus einer Chrom- oder Palladiumlegierung, vor gesehen. Der Metallfilm 13 ist an den Nicht-Musterbezirken 17-1, 17-2 und 17-3 auf der Cr-Schicht 12 , durch die keine Lichtstrahlen übertragen werden sollen, dicker ausgebildet. In einem breiten Bestrahlungsmusterbereich 15-1 auf einer Oberfläche des Substrats 11, in welchem die Cr-Schicht 12 fehlt (vgl. Fig. 2), ist der Metallfilm 13 im Zentral- bzw. Mittelteil dicker als am Umfangsteil. Der Metallfilm 13 wird als "dick" bezeichnet, wenn sein Durchlässigkeits faktor für UV-Strahlen relativ niedrig ist, d. h. wenn er so dick ist, daß er lediglich eine geringe UV-Strahlenmenge durchläßt. Der Metallfilm 13 wird als "dünn" bezeichnet, wenn sein Durchlässigkeitsfaktor für UV-Strahlen relativ hoch ist, d. h. wenn er dünn genug ist, um eine beträcht liche Menge an UV-Strahlen hindurchzulassen, und die Inten sität der einfallenden UV-Strahlen lediglich schwach dämpft. Die Dicke des Metallfilms 13 läßt sich in geeigneter Weise über die Intensität der einfallenden UV-Strahlen, die Stärke des Quarzsubstrats 11 und dgl. bestimmen. In einem schmalen bzw. engen Belichtungsmusterbereich 15-2 ist auf dem Substrat 11 kein merklicher Metallfilm 13 abgelagert. Der Belichtungsmusterbereich wird als "schmal" oder "eng" bezeichnet, wenn die Breite dieses Bereichs das 1,5fache oder weniger der Mindestbreite eines auf dem Substrat 11 abzubildenden Belichtungsmusterbereichs beträgt. Die Mindestbreite reicht in der Regel von 1,5 bis 2 µm. Des weiteren ist auf dem Substrat 11 mit dem darauf befindlichen Metallfilm 13 ein photo elektrischer Film 14, z. B. ein CsI-Film, der bei Bestrahlung mit Licht Photoelektronen emittiert, vorgesehen.

Bei einem in Fig. 3 dargestellten Musterübertragungssystem mit einer Musterübertragungs-Maske 100 entsprechend Fig. 2 wird auf folgende Art und Weise auf eine auf einer Platte 101 befindliche Photoresistschicht 102 ein Muster über tragen. Auf die Musterübertragungs-Maske 100 von einer Lichtquelle 103 projizierten UV-Strahlen werden durch das Quarzsubstrat 11 über dessen andere Oberfläche durchge lassen. Gegen die Cr-Schicht 12 oder die Nicht-Belichtungs musterbereiche 17-1, 17-2 und 17-3 auf der einen Ober fläche des Quarzsubstrats 11 gerichtete Lichtstrahlen werden durch die Cr-Schicht 12 absorbiert und durch den Metall film 13 auf der Cr-Schicht 12 daran gehindert, durch die Maske 100 hindurchzutreten. Somit werden an den Nicht- Belichtungsmusterbereichen 17-1, 17-2 und 17-3 keine Elektronen aus dem photoelektronischen Film 14 emittiert. Andererseits werden gegen die Belichtungsmusterbereiche 15-1 und 15-2 auf der einen Oberfläche des Quarzsubstrats 11 gerichtete Lichtstrahlen direkt oder über den Metallfilm 13 auf den photoelektrischen Film 14 appliziert. Folglich werden an diesen Stellen aus dem photoelektrischen Film 14 Elektronen ermittiert. Die Intensität der emittierten Elektronen hängt von der Intensität der auf den photo elektrischen Film 14 auftreffenden UV-Strahlen ab. Die Fig. 4 zeigt die Verteilung der Elektronenstrahl intensität. Der Metallfilm 13 liegt auf dem breiten Belichtungsmusterbereich 15-1, jedoch nicht auf dem schmalen oder engen Belichtungsmusterbereich 15-2. Folg lich ist der Lichtdurchlässigkeitsfaktor des schmalen bzw. engen Bereichs 15-2 höher als der Lichtdurchlässig keitsfaktor des breiten Bereichs 15-1. Somit ist die Intensität eines aus dem engen oder schmalen Bereich 15-2 emittierten Elektronenstrahls höher als eines aus dem breiten Bereich 15-1 emittierten Elektronenstrahls. Im breiten Belichtungsmusterbereich 15-1 ist der Metall film 13 am Umfangsteil dicker als im Zentral- oder Mittel teil, so daß der Lichtdurchlässigkeitsfaktor des Umfangs teils höher ist als der des Zentral- oder Mittelteils. Folglich ist auch die Intensität eines aus dem Umfangs teil dieses Bereichs emittierten Elektronenstrahls höher als eines aus dem Zentral- oder Mittelteil emittierten Elektronenstrahls. Die aus dem Belichtungsmusterbereich emittierten Elektronenstrahlen werden durch ein zwischen der Maske 100 und der Platte 101 durch Anlegen einer Spannung zwischen beiden mit Hilfe einer Stromquelle 104 aufgebauten elektrischen Feldes beschleunigt. Danach werden die Elektronenstrahlen durch ein in dieselbe Richtung wird das elektrische Feld mittels einer Magnet spule 105 erzeugten Magnetfeldes konvergiert und auf die Photoresistschicht auftreffen gelassen. Auf diese Weise wird das auf der Maske 100 gebildete Muster auf die Photoresistschicht 102 übertragen. Trotz seiner höheren Intensität liefert der vom engen oder schmalen Muster bereich 15-2 auf die Photoresistschicht 102 gerichtete Elektronenstrahl eine geringere Gesamtdosis als der Elektronenstrahl vom breiten Musterbereich 15-1. Folg lich wird der Elektronenstrahl vom engen oder schmalen Musterbereich 15-2 in der Photoresistschicht 102 nicht so stark diffundiert, so daß in der Photoresistschicht 2 nicht in nennenswertem Maße Sekundärelektronen einer zur Exponierung der Photoresistschicht 102 ausreichend hohen Intensität entstehen. Auf diese Weise wird ein enges oder schmales Muster ohne Beeinflussung durch den Intra-Naheffekt positiv auf die Photoresistschicht 102 übertragen. Die Intensität des vom Zentral- oder Mittelteil des breiten Musterbereichs 15-1 gegen die Photoresist schicht 102 gerichteten Elektronenstrahls ist niedriger als die Intensität des Elektronenstrahls aus dem Umfangs bereich, und gleichzeitig ist die Dosis des ersteren ge ringer als die Dosis des letzteren. Folglich erzeugt der Elektronenstrahl aus dem Zentral- oder Mittelbereich in der Photoresistschicht 102 keine Sekundärelektronen einer zur Exponierung der Photoresistschicht 102 ausreichend hohen Intensität. Der Elektronenstrahl aus dem Umfangs teil wird in der Photoresistschicht 102 kaum diffundiert. Auf diese Weise wird auch ein breites Muster ohne Be einflussung durch den Intraproximity-Effekt positiv auf die Photoresistschicht 102 übertragen.

Im folgenden wird nun die Herstellung einer Maske der geschilderten Art näher erläutert. Zunächst wird der Cr-Film 12 bis zu der gewünschten Stärke auf dem Quarzsubstrat 11 abgelagert (vgl. Fig. 5A). Danach wird der Cr-Film 12 entsprechend dem gewünschten Muster zur Ausbildung eines Maskenmusters selektiv geätzt (vgl. Fig. 5B). Danach wird (von links oben - vgl. Fig. 5C) in einem Winkel α zur Oberfläche des Substrats 11 ein Metall abgelagert, wobei ein Teil des Metallfilms 13 entsteht. Danach wird das Metall (von rechts oben - vgl. Fig. 5D) in dem Winkel α abgelagert, wobei der rest liche Teil des Metallfilms 13 gebildet wird. Auf diese Weise wird der Metallfilm 13 dünn im Zentral- oder Mittel teil des breiten Strahlungsmusterbereichs und dick in seinem Umfangsteil. Im engen oder schmalen Strahlungs musterbereich wird kein Metallfilm 13 gebildet. Danach wird auf die freiliegenden Teile des Metallfilms 13 und des Substrats 11 zur Bildung einer Maske entsprechend Fig. 2 ein CsI-Film 14 aufgetragen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungs form einer Musterübertragungs-Maske beschränkt. So kann beispielsweise das als lichtdurchlässiges Substrat ver wendetes Quarzsubstrat durch ein anderes geeignetes Substrat eines äquivalenten Durchlässigkeitsfaktors er setzt werden. Auch der Cr-Film kann durch ein beliebiges anderes lichtabsorbierendes Material ersetzt werden. Der CsI-Film kann ebenfalls durch ein anderes, bei Be strahlung mit Licht Photoelektronen emittierendes Material ersetzt werden. Der Unterschied zwischen den Stärken des Metallfilms am Umfangs- oder Randteil und Zentral- oder Mittelteil des Musters kann entsprechend den gewünschten Ergebnissen bestimmt bzw. variiert werden.

Wie bereits erwähnt, läßt sich der Ein fluß des Intraproximity-Effekts soweit vermindern, daß eine auf den Intraproximity-Effekt zurückzuführende Verschlechterung der Auflösung am Rand- oder Umfangsteil verhindert wird. Da der enge oder schmale Musterbereich mit hoher Genauig keit übertragen werden kann, läßt sich die Musterüber tragungsgenauigkeit um Größenordnungen verbessern. Zur Sicherstellung dieser Vorteile wird im Rahmen der Her stellung einer solchen Musterübertragungs-Maske eine Stufe eingeschaltet, in welcher zur Änderung des Lichtübertragungsfaktors ein Sperrmaterial für Licht abgelagert wird.

Claims

1. Maske für ein Elektronenstrahlübertragungssystem mit:

- einem UV-Lichtstrahlen einer bestimmten Wellenlänge übertragenden Substrat ( 11) mit einer Oberfläche,
- einer ersten Schicht (12), die die UV-Lichtstrahlen absorbiert und so selektiv auf der Substrat-Oberfläche abgelagert ist, daß darauf ein gewünschtes Muster für den Durchlaß von UV-Lichtstrahlen festgelegt wird, und
- einem auf dem Substrat (11) vorgesehenen photoelektri schen Film (14), um entsprechend den einfallenden UV- Lichtstrahlen Elektronen zu emittieren,

dadurch gekennzeichnet, daß

- das Muster einen ersten Bereich (15-1) mit einer größe ren Breite als einer vorbestimmten Breite und einen zweiten Bereich (15-2) mit einer kleineren Breite als der vorbestimmten Breite aufweist, wobei der erste und der zweite Bereich (15-1, 15-2) jeweils einen großen bzw. einen kleinen Bereich festlegen,
- auf dem Muster eine zweite Schicht (13) vorgesehen ist, um den Lichtdurchlässigkeitsfaktor des zweiten Bereichs (15-2) höher als den Lichtdurchlässigkeitsfaktor des ersten Bereichs (15-1) und um den Lichtdurchlässigkeits faktor des Umfangsteils des ersten Bereichs (15-1) höher als den Lichtdurchlässigkeitsfaktor des Zentralteils dieses Bereichs (15-1) einzustellen, und
- der photoelektrische Film (14) auf dem Substrat (11) und der zweiten Schicht (13) vorgesehen ist.

2. Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (13) auf dem ersten Bereich (15-1) des Musters ausgebildet ist.

3. Maske nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem ersten Bereich (15-1) ausgebildete zweite Schicht (13) am Zentralteil des ersten Bereichs (15-1) dicker ist als am Umfangsteil des ersten Bereichs (15-1).