DE3342319A1 - Verfahren zum bilden eines musters - Google Patents

Description

Beschreibung

Verfahren zum Bilden eines Musters

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Erzeugung von Mustern.

In vielen Bereichen moderner Technologie, beispielsweise bei der Herstellung integrierter Schaltungen, ist das sehr präzise Nachbilden oder die sehr präzise Erzeugung von Mustern erforderlich. Typischerweise werden die Muster dadurch erzeugt, daß ein Substrat mit einem strahlungsempfindlichen Material, das man üblicherweise als Resistmaterial bezeichnet, überzogen wird, woraufhin ausgewählte Abschnitte des Resistmaterials einer Strahlung ausgesetzt werden, die die betroffenen Abschnitte für einen geeigneten Entwickler entweder mehr oder weniger löslich macht als die nicht von der Strahlung betroffenen Abschnitte. Nachdem der besser lösliche Teil des Resistmaterials entfernt wurde, kann man das nun freiliegende Substratmaterial modifizieren, indem man beispielsweise das Material dotiert oder Material entfernt. Ab-

hängig davon, ob der von der Strahlung betroffene Abschnitt in bezug auf den nicht-betroffenen Abschnitt weniger oder mehr (leichter oder besser) lösbar wird, bezeichnet man das Resistmaterial als negativ bzw. positiv. Das Resistmaterial kann entweder direkt der Strahlungsquelle ausgesetzt werden, oder es kann zwischen der Strahlungsquelle und dem Resistmaterial eine Maske vorgesehen werden.

Es wurden verschiedene Methoden zum lithographischen Nachbilden oder Erzeugen von Mustern entwickelt. So z. B. wurden die Photolithographie und die Röntgenstrahlenlithographie entwickelt. Es wurde auch noch eine dritte Lithographiemethode entwickelt, nämlich die Elektronenstrahllithographie. Diese Methode stellt ein durch hohe Auflösung und hohe Genauigkeit ausgezeichnetes Mittel zur Herstellung von Mustern für Dünnschichtbauelemente und integrierte Schaltungen dar. Grundsätzlich handelt es sich bei dieser Methode jedoch um einen seriellen Prozeß, d. h», die Muster werden Schritt für Schritt geschrieben, und das Schreiben nach dieser Methode ist der angewandten Methode entsprechend langsam und derzeit teuer. Hauptsächlich aufgrund dieser Beschränkungen Wird die Elektronenstrahllithographie üblicherweise nur zum Direktschreiben von Mustern bei Bauelementen eingesetzt, die zu Forschungszwecken dienen, oder es wird eingesetzt, wenn extrem hohe Auflösung oder Genauigkeit gefordert wird. Demzufolge besteht

BAD ORIGINAL

die hauptsächliche Anwendung der Elektronenstrahllithographie derzeitig in der Herstellung von Präzisions-Mastermasken für die Photolithographie. Die Photolithographie ist dasjenige Verfahren, das derzeit bei der Bauelementherstellung am meisten eingesetzt wird, und die teuere Herstellung von Master-Masken rechtfertigt sich, da derartige Masken für die Fabrikation von hunderten, wenn nicht tausenden von Wafern dienen. Die derzeit verwendeten Master-Masken besitzen typischerweise eine auf einem Glassubstrat befindliche, mit einem Muster versehene Chromschicht.

Die oben dargelegten Beschränkungen bezüglich Geschwindigkeit und Kosten derzeitiger Elektronenstrahl-Lithographieverfahren sind möglicherweise anhand folgender Überlegungen besser verständlich: Wenn ein Muster-Merkmal, beispielsweise ein Rechteck, in ein positives Resistmaterial eingeschrieben wird, tastet gemäß einem herkömmlichen Bestrahlungsverfahren der Elektronenstrahl die gesamte Fläche des Merkmals nach einem bestimmten Schema ab, wobei der Strahl an jedem Punkt, d. h. an jeder Adresse innerhalb des Merkmals solange verbleibt, wie es die "Belichtung" des Resistmaterials erfordert. Demnach bestimmt sich die zum Schreiben eines Musters erforderliche Zeit durch die zum Positionieren des Strahls auf jedes Merkmal erforderliche Zeit und - für jedes Merkmal - die

O O 4L O I

zum "Belichten" des Merkmals benötigte Zeit. Ist der Strahl einmal positioniert, so wird die zum Schreiben eines Musters mindestens benötigte Zeit bestimmt durch die Abtastgeschwindigkeit und/oder die Dosis, die bei gegebener Strahlstärke erforderlich ist,, um das Resistmaterial in dem gewünschten Umfang zu "belichten"'. Bei der Entwicklung von Elektronenstrahl-Lithographieanlagen und Resistmaterialxen werden die Schreibgeschwindigkeit und die erforderliche Dosis in erster Linie berücksichtigt.

Wenn nicht das zu schreibende Merkmal eine mit der kleinsten Adressiergröße der jeweiligen zum Schreiben verwendeten Maschine vergleichbare Größe hat, so ergibt sich angesichts des oben beschriebenen Verfahrens, daß ein großer Teil der Schreibarbeit insoweit redundant ist, als von dem Resistmaterial mehr "belichtet" wird, als zum exakten Definieren des Musters, d. h. der Positionen und Formen der Merkmale, absolut notwendig ist.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß die meiste Information bezüglich des Musters in angemessener Weise übertragen wird, wenn lediglich der Umriß jedes Merkmals dem Strahl ausgesetzt würde, da hierdurch die Lage und die Gestalt des Merkmals vollständig definiert wird. Der Ton des Merkmals, der

BAD ORIGINAL

für gewöhnlich dadurch bestimmt wird, ob das Resistmaterial innerhalb des Umrisses erhalten bleibt oder entfernt wird, könnte durch oinen anschließenden Prozeßschritt festgelegt werden.

Demnach schafft die Erfindung ein Verfahren zum Bilden eines Musters in einem auf einem Substrat befindlichen Material, welches ein strahlungsempfindliches Material enthält. Bei dem Verfahren werden dadurch, daß sie einer Strahlung ausgesetzt werden, zumindest Abschnitte des Materials definiert, die Umrisse der Merkmale des Musters bilden, wodurch strahlungsbetroffene erste Flächenbereiche geschaffen werden, die Eigenschaften besitzen, welche sich von denen nicht-strahlungsbetroffener, keine Umrisse bildender zweiter Flächenbereiche unterscheiden. Das Material wird getont, wobei das Ausmaß der Tonung durch die ersten Flächenbereiche begrenzt wird.

Dadurch, daß lediglich Merkmalsumrisse bestrahlt werden und in einem anschließenden Schritt die inneren Flächenbereiche selektiv getont werden, läßt sich die Schreibzeit in vielen Fällen reduzieren. Ein derartiger Schreibvorgang könnte auch weitere Vorteile mit sich bringen. Zunächst ist bei einigen Mustern die dem Substrat zugeführte Strahlungsdosis wesentlich verringert, so daß man vorteilhafte Ergebnisse erzielt.

- - . j ύ 4 L 3

Bei der Elektronenstrahllithographie streuen die Elektronen sowohl in das Resistmaterial als auch in das Substrat ein. Dieses Streuen hat ein Verschwimmen des Hintergrunds und eine effektive räumliche Veränderung der optimalen Bestrahlungsdosis zur Folge. Dieser abträgliche Effekt, der üblicherweise als Naheffekt bezeichnet wird, sollte bei einigen Arten von Merkmalen abgemildert werden, z. B. bei zwei einen geringen Abstand voneinander aufweisenden relativ großen Blöcken, wenn lediglich die Umrisse der Blöcke geschrieben werden. Darüberhinaus könnten in einigen Fällen Bestrahlungskorrekturen einfacher berechnet werden, da der Schreibvorgang eine stärkere örtliche Ausprägung besitzt. Außerdem kann beim Direktschreiben auf Substraten, die einer Beschädigung durch Elektronen unterliegen, eine Verringerung der realen Dosis den Schreibvorgang erträglicher machen, wenn nur die Merkmal-Umrisse bestrahlt werden. Wäre das Verfahren zum Steuern der Tonung in ausreichendem Maße flexibel, so könnte das gleiche Resistmaterial sowohl für positive als auch für negative Bilder verwendet werden, ohne daß die Schreibzeit nennenswert geändert wird. Daher könnte ein optimales Resistmaterial, welches auf der Grundlage verschiedener Gesichtspunkte ausgewählt wird, z. B. nach Maßgabe der Auflösung, für beide Tonungsmuster eingesetzt werden.

Die Erfinder haben herausgefunden, daß ein Verfahren zum

BAD ORIGINAL

Bilden eines Musters in einem auf einem Substrat befindlichen Material wünschenswerte Ergebnisse liefert, wenn bei dem Verfahren wenigstens Abschnitte des Materials durch Bestrahlung deformiert und dabei Umrisse von Merkmalen gebildet werden, woraufhin die durch diese Bestrahlung definierten ersten Flächenbereiche Eigenschaften besitzen, welche sich von denen unbestrahlter keine Umrisse definierender zweiter Flächenbereiche unterscheiden, und das Material getont wird, wobei das Ausmaß der Tonung durch die ersten Flächenbereiche begrenzt wird.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann das Definieren dadurch erfolgen, daß ein von einem Resistmaterial überzogenes Substrat einem Elektronenstrahl ausgesetzt und das Resistmaterial dann entwickelt wird, wobei die zum "Belichten" des Merkmals benötigte Zeit und die gesamte Strahlungsdosis im Vergleich zu der bisher bekannten Elektronenäbrahl-Lithographie verringert werden. Das Bestrahlen ("Belichten") ändert zumindest eine Eigenschaft des Materials in den bestrahlten Bereichen, d. h., das der Strahlung ausgesetzte Material ist strahlungsempfindlich. Durch die Tonung wird mindestens eine Eigenschaft des Materials geändert, beispielsweise wird Material, welches sich entweder im Inneren oder im Äußeren der der Strahlung ausgesetzten Flächenbe-

reiche befindet, entfernt. Bei dieser Ausführungsform wird durch den Entwicklungsschritt das Resistmaterial auf dem Umriß des Merkmals entfernt, so daß in dem Resistmaterial eine Öffnung geschaffen wird. Die Tonung kann bewirkt werden durch eine selbst-ablaufende chemische Reaktion, die in dem Resistmaterial an einer Stelle innerhalb oder an einer Stelle außerhalb des Merkmals eingeleitet wird, wobei die chemische Reaktion durch die in dem Resistmaterial befindliche Öffnung beschränkt wird. Somit dient der in dem Resistmaterial ausgebildete Umriß (die Kontur) des Merkmals nicht nur zum Definieren der Geometrie des Merkmals, sondern auch als Graben oder Ausnehmung, die das Innere des Merkmals von dem außerhalb des Merkmals angesetzten Tonungsvorgang trennt bzw. das Äußere des Merkmals von dem innerhalb des Merkmals angesetzten Tonungsvorgang trennt. Der Umriß ist ein ringförmiges Merkmal, welches nicht zu einer willkürlich kleinen Größe geschrumpft werden kann, d. h., der Umriß hängt mehrfach " zusammen. Aufgrund der Analogie zwischen Lithographieverfahren gemäß der Erfindung und der Verwendung von Gräben und Wegen in Feldern zur Begrenzung von Buschfeuern soll die hier beschriebene Lithographiemethode zweckmäßigerweise als "Buschfeuer-Lithographie" (Brush Fire Lithography) bezeichnet werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand

BAD ORIGINAL

der Zeichnung näher erläutert. Die Fig. 1 bis 6 zeigen jeweils in perspektivischer Ansicht eine Vorrichtung/ die durch die Bürstenfeuer-Lithographie mit einem Muster versehen wird.

Die Erfindung soll anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels erläutert werden, nämlich der Bildung eines Musters in einer auf einem Isolierstoff wie z. B. Glas befindlichen Metallschicht, z. B. Chromschicht. Der Isolierstoff kann ein Substrat bilden oder kann eine Isolierschicht sein, die ein Substrat bedeckt. Dem Fachmann wird anhand der Beschreibung des Ausführungsbeispiels klar werden, daß das Verfahren auch andere Ausführungsbeispiele umfaßt.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Struktur, die ein Isolierstoff-Substrat 1 aufweist, welches mit einer Schicht 3 abgedeckt ist. Die Schicht 3 ist ihrerseits mit einem strahlungsempfindlichen Material 5 überzogen, das üblicherweise als Resistmaterial bezeichnet wird. Bei dem Resistmaterial handelt es sich um ein Positivresistmaterial wie z. B. Polymethylmethacrylat. Das Substrat 1 enthält beispielsweise Glas, und die Schicht 3 enthält beispielsweise ein Metall, z. B. Chrom. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wurde der Umriß eines Merkmals 7, welches rechtwinklig ist, auf dem Resistmaterial als Umrißlinie ausgezogen, wobei der beschrie-

'"t i- v» I vj

bene Flächenbereich mit 9 bezeichnet ist. Das "Belichten", d. h., der Verarbeitungsschritt zum Schreiben des Merkmals, erfolgt zweckmäßigerweise mittels eines abtastenden Elektronenstrahls, und ändert die Eigenschaften der dem Elektronenstrahl ausgesetzten Flächenbereiche. Die die Erzeugung und die Abtastbewegung des Strahls, die Strahlintensität und dergleichen betreffenden Einzelheiten sind dem Fachmann bekannt und bedürfen hier keiner näheren Erläuterung. Es können auch andere "Belichtungs"-Methoden eingesetzt werden, z. B. ein fokussierter Ionenstrahl, und es können selbstverständlich auch andere geometrische Gebilde geschrieben werden.

Der belichtete Abschnitt (der Begriff "Belichten" steht hier z. B. auch für die Bearbeitung mit einem Elektronenstrahl oder dergleichen) des Resistmaterial, welcher leichter löslich ist als der nicht-belichtete Abschnitt des Resistmaterials, wird in einem geeigneten und an sich bekannten Entwickler entfernt, so daß sich die in Fig. 2 dargestellte Struktur ergibt. Dann wird der nun freiliegende Abschnitt der Chromschicht entfernt, indem beispielsweise in der freiliegenden Zone geätzt wird. Hierdurch erhält man die Struktur gemäß Fig. 3. Das verbleibende Resistmaterial wird dann abgestreift, so daß eine Chrominsel 7 stehenbleibt, die von ihrer Umgebung durch einen in der Chromschicht gebildeten

BAD ORIGINAL

Graben getrennt ist, wie man in Fig. 4 sieht. Das Beaufschlagen von abschnitten des Resistmaterial^ mit Strahlung, das Entwickeln des Resistmaterial und das Entfernen des beaufschlagten Abschnitts der Chromschicht bildet den hier auch als Definierschritt bezeichneten Verfahrensschritt zum Definieren des Umrisses des Merkmals.

Der Tonungsschritt, der eine Eigenschaft des Materials verändert, erfordert ein weiteres Ätzen oder einen weiteren Verarbeitungsschritt. Das Tonen von Chrom kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Wird beispielsweise das Substrat in verdünnte Salzsäure eingetaucht und z. B. mit einem aus Aluminium bestehenden Gegenstand irgendwo außerhalb des Umrisses in Berührung gebracht, d. h. mit einem Punkt außerhalb des Grabens, so entsteht ein "positives" Bild des gewünschten Merkmals, d. h., ein Chrom-Rechteck, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Alternativ führt die Verwendung eines an sich bekannten handelsüblichen Ätzmittels auf Cerium-Basis bei dauerndem Kontakt mit Kupfer an einem Punkt außerhalb des Grabens zu einem "negativen" Bild entgegengesetzter Tonung. Dieses ist in Fig. 6 gezeigt. Man sieht, daß offensichtlich eine Justierung der Abmessungen des ursprünglich belichteten Resistmaterialmusters erforderlich sind, wenn exakte identische positive und negative Bilder erzeugt werden sollen. Die in den Fig. und 6 dargestellten Strukturen können als Masken bei der

MusterZeichnung von Substraten verwendet werden.

Ein vorteilhafter praktischer Gebrauch der Erfindung wird bei einer Ausführungsform gemacht, bei der auf einer Isolierfläche eine Metallschicht vorgesehen ist, da hierfür leicht verfügbare Mittel zur Realisierung einer Buschfeuer-Litho-" graphie zur Verfügung stehen. Das Entfernen des Metalls in einem den Umriß jedes Merkmals definierenden schmalen Streifen kann erreicht werden durch praktisch jedes Lithographieverfahren, z. B. durch Ionenstrahl-Lithographie, an das sich ein Zerstäubungsschritt und dergleichen anschließt. Ebenso kann man Gebrauch machen von der Elektronenstrahl-Lithographie, gefolgt von dem oben beschriebenen chemischen Ätzen.

Nach dem Entfernen des Merkmalsumrisses werden die so ausgezeichneten Metallmerkmale oder Merkmale einer leitenden Schicht elektrisch von ihrer Umgebung getrennt, so.daß eine Tonungsverarbeitung anschließen kann, die z. B. gesteuert wird, indem an individuelle getrennte Merkmale unterschiedliche elektrische Vorspannungen angelegt werden. D. h., ein Abschnitt der elektrisch leitenden Schicht wird selektiv vorgespannt. Diese Ausführungsform kann man als elektrisch gesteuerte Buschfeuer-Lithographie bezeichnen, entsprechend der englischsprachigen Bezeichnung abgekürzt mit ECBFL

BAD ORIGINAL

(Electrically Controlled Brush Fire Lithography). Solche elektrischen Vorspannungen können eingesetzt werden in verschiedenen Elektrolytlösungen, um ein Vorzugsätzen, ein Anodisieren oder ein Elektroplattieren unterschiedlich vorgespannter Abschnitte der Metallschicht, die auf lithographischem Wege mit einem Muster versehen und ausgezeichnet wurden, zu erreichen.

Weiterhin kann man bei dem speziellen Ausführungsbeispiel einer auf einem Isolierstoffsubstrat befindlichen Chromschicht die Aktivität bestimmter Ätzmittel, die üblicherweise beim Ätzen von Chrom eingesetzt werden, durch Einsatz geeigneter elektrischer Vorspannungen, z. B. verursacht durch Kontaktgabe mit gewissen Metallen während des Ätzvorgangs, entweder unterdrücken oder fördern. Es zeigt sich zum Beispiel bei in verdünnte Salzsäure eingetauchten Chromschichten, daß die Schichten von einer Passivierungsschicht geschützt sind, die entweder von Anfang an vorhanden ist oder in der Salzsäure gebildet wird. Die Chromschichten werden dann nicht geätzt. Dieses Verhalten entspricht dem an sich bekannten Phänomen der Passivität bei Chrom und anderen Metallen. Ein während des Eintauchens erfolgender mechanischer und elektrischer Kontakt mit einem aktiven Metall, ζ. B. Al oder Zn, welches oben erwähnt wurde, liefert eine zweckmäßige elektri-

BAD ORiGIMAL

sehe Vorspannung, welche die Passivierungsschicht in einem örtlichen Flächenbereich um die Kontaktstelle herum entfernt. In dieser Zone wird das Chrom chemisch aktiv und beginnt sich aufzulösen. Diese aktive Zone dient zum elektrischen Vorspannen benachbarter passivier Zonen auf ein niedrigeres Potential, ähnlich wie es bei dem Kontakt mit dem aktiven Metall der Fall ist, wodurch solche Zonen ebenfalls aktiv werden. Auf diese Weise wird der gesamte angeschlossene Bereich einer Chromschicht aktiviert und löst sich auf, während solche Bereiche, die keinen elektrischen Kontakt haben, passiv bleiben und sich nicht auflösen.

Des weiteren läßt sich die Aktivität der oben erwähnten Ätzmittel auf Cerium-Basis, welche üblicherweise zum Ätzen von Chromschichten eingesetzt werden, durch eine geeignete elektrische Vorspannung unterdrücken. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß eine Kontaktgabe mit Kupfer erfolgt, wobei sich beide Metalle in dem Ätzmittel befinden. Ein derartiger elektrischer Schutz erstreckt sich über einen Bereich der Chromschicht, dessen Ausmaß bestimmt wird durch den Spannungsabfall in der Schicht, welcher sich durch einen Stromfluß zu dem Schutz-Kontakt ergibt. Die Größe des geschützten Bereichs kann man durch Variieren bestimmter Faktoren steuern, z. B. durch Variieren der Schichteigenschaften, etwa des spezifischen Widerstands der Schicht, öder der

BAD ORIGINAL

Ätzmitteleigenschaften, wie etwa der Ätzmittel-Konzentration. Es können Mehrfach-Schutzkontakte verwendet werden, um eine Überlappung von Schutzzonen zu erzielen. Diese Methoden können dem Zweck dienen, SpannungsSchwankungen in den Schichten möglichst klein zu halten. Hierdurch läßt sich auf einfache Weise der Schutz einer Maske voller Größe erzielen. Der Fachmann erkennt, daß sich elektrische Vorspannungen nicht nur bei Chrom, sondern bei einer Vielfalt von Metallen auf schwach leitenden Substraten in geeigneten Elektrolyten anwenden lassen, um durch dieses elektrische Trennverfahren nach Wunsch getonte Muster herzustellen.

Obschon diese Besonderheiten der Erfindung konkret anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt werden, bei denen ein Naßätzen erfolgt, so kann man ähnliche Ergebnisse erzielen, wenn vom Plasma-Ätzen oder vom physikalischen Zerstäuben Gebrauch gemacht wird, wobei die die elektrisch trennenden Umrisse enthaltende trockene Metalloberfläche auf ähnliche Weise getont werden kann, indem unterschiedliche Spannungen für verschiedene elektrisch isolierte Merkmale verwendet werden, so daß aufgeladene Teilchen des Plasmas von den vorgespannten Zonen entweder angezogen oder abgestoßen werden.

Der Fachmann erkennt verschiedene Besonderheiten und Eigenschaften der ECBFL. Das Verfahren läßt sich z. B. sehr

BAD ORIGINAL

einfach bei Mustern von in einfacher Weise verbundenen Merkmalen realisieren, d. h. bei Merkmalen, die eine umfassende externe Begrenzung und keine internen Begrenzungen aufweisen, so daß alles, was auf der Außenseite der so umrissenen Merkmale liegt, einen einzigen gemeinsamen Bereich bildet, bei dem sämtliche Punkte miteinander in Verbindung stehen. Derartige Muster erreicht man bei auf Isolierstoff-Substraten befindlichen Chromschichten beispielsweise dadurch, daß in der oben erläuterten Weise ein Kontakt des gemeinsamen Bereichs mit Al oder Cu geschaffen wird. In vielen Fällen läßt sich die ECBFL auch für mehrfach verbundene Merkmale realisieren, d. h. für Merkmale mit internen Grenzen. Bei einer auf einem Isolierstoff befindlichen Chromschicht können mit Mustern versehene, mehrfach verbundene Merkmale in einem gemeinsamen Hintergrund bei Bedarf vollständig geschrieben werden, falls die "positive" Struktur geschaffen wird, d. h. die Struktur, bei der der gemeinsame Bereich entfernt wird. Hierzu werden gemäß der ECBFL die betreffenden inneren Flächenbereiche jedes Merkmals ebenso wie der Außenumriß belichtet, und diese Flächenbereiche werden beispielsweise in einem ersten Ätzschritt entfernt. Dann wird in der oben beschriebenen Weise der gemeinsame Flächenbe-. reich in einem zweiten Ätzschritt entfernt.

Wünschenswert wäre es, ein adressierbares Mittel zur Verfü-

BAD ORIGINAL

gung zu haben/ um allgemeinere Merkmalsmuster zu behandeln. Für eine auf einem Isolator befindliche Chromschicht besteht dieses Mittel darin, sämtliche Merkmale durch geätzte Gräben auszuzeichnen und dann aus Al oder Zn bestehende Überlagerungsschichten auf jeweils einen kleinen Abschnitt jedes Merkmals aufzubringen, welches entfernt werden soll. Nach diesem Schritt, den man als "Dekorieren" bezeichnen kann, wird die Struktur in verdünntes HCl eingetaucht, und die "dekorierten" Merkmale werden fortgeätzt, weil die Metall-Dekorierungen deren Passivität beseitigen. Dieses Verfahren ist insoweit komplizierter, als ein separater Lithographie-Schritt zur Herstellung der Dekorierungen erforderlich ist. Jedoch ist auch der oben für Muster mit einfach verbundenen Merkmalen beschriebene einfache Prozeß bereits sehr nützlich, weil-viele Muster, z. B. einzelne Schichten von integrierten Schaltungen diesem einfachen Typ entsprechen.

Es gibt zahlreiche weitere Besonderheiten der Buschfeuer-Lithographie, deren Vorteile angesprochen werden sollen. Bei der oben beschriebenen ECBFL-Ausfuhrungsform und in vielen Ausfuhrungsformen der BFL (Buschfeuer-Lithographie) handelt es sich bei dem ersten Schritt, bei welchem der Merkmalsumriß ausgezeichnet wird, um den kritischen Ätzschritt hin-

BAD ORIGINAL

sichtlich der Steuerung der Linienbreite, genauso wie es z. B. bei der üblichen Herstellung einer Master-Maske der Fall ist. Es besteht jedoch kaum die Möglichkeit, daß entweder eine Über- oder eine Unter-Ätzung beim Ätzen des zweiten größeren Flächenbereichs erfolgt, da die Gräben als sehr wirksame Stopper-Zonen dienen. Ferner werden bei der Buschfeuer-Lithographie lediglich relativ feine Linien für ein Muster geschrieben, welches zahlreiche Merkmalsformen und -großen enthalten kann. Eine verbesserte Genauigkeit des Musters läßt sich deshalb erzielen, weil einige Verarbeitungs schritte, z, B. das Entwickeln des Resistmaterials oder das Naßätzen, häufig Ergebnisse zeitigen, die mit der Merkmalsgröße schwanken.

Außerdem kommt dem Auftreten von Defekten bei der BFL eine andere qualitative Bedeutung zu als bei der herkömmlichen Lithographie. Bei der ECBFL kann es vorkommen, daß ein Merkmal eines Musters ausgelöscht wird, wenn sich auf dem Umriß des Merkmals ein Punkt-Defekt befindet, welcher das Merkmal elektrisch mit einem Nachbar-Merkmal verbindet» Falls notwendig, lassen sich Probleme'mit derartigen Defekten beispielsweise dadurch vermeiden, daß die Umrißlinien bei größeren Merkmalen mit doppelter Linienbreite ausgeführt werden. Jedoch haben im Gegensatz dazu verschiedene Arten von Defekten, die bei üblichen Lithographieverfahren nach-

BAD ORIGINAL

\J \J t L. «J 1

teilige Auswirkungen haben, ζ. B. ein Staubteilchen auf der Resistmaterial-Oberfläche oder ein Punkt-Defekt in dem Resistmaterial, keine abträglichen Auswirkungen in vielen Ausführungsformen der Buschfeuer -Lithographie, wenn diese Defekte im Inneren eines Merkmals liegen.

Außerdem gibt es im Zwischenstadium der ECBFL, in welchem die Umrisse definiert sind, jedoch noch keine Tonung stattgefunden hat, die Gelegenheit, einige Defekte in geeigneter Weise zu erkennen und zu beheben. So z. B. kann man die elektrische Trennung der verschiedenen, einfach verbundenen Merkmale prüfen, indem man das Muster mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) oder einer anderen in bezug auf das elektrische Potential der Merkmale empfindlichen Vorrichtung betrachtet. Bei Verwendung eines REM leuchten die elektrisch getrennten Merkmale aufgrund von Ladungseffekten buchstäblich auf. Dann kann man den Versuch unternehmen, das Muster zu reparieren, oder das Muster kann in dieser relativ frühen Verarbextungsstufe der Bauelementherstellung als Ausschuß fortgeworfen werden, bevor durch eine Weiterverarbeitung noch höhere Kosten entstehen. Existiert beispielsweise ein über eine Umrißlinie greifender Mikro-Kurzschluß aufgrund einer unvollständigen Ätzung, so kann dieser Kurzschluß durch weiteres Ätzen beseitigt werden. Beim direkten Schreiben einer komplizierten Schaltung würde eine derartige

BAD ORlGiNAL

Diagnose in einem frühen Stadium stattfinden, und das Muster und somit das Bauelement würden möglicherweise wieder brauchbar werden. In der Praxis kann bei der Bauelementherstellung die Verstärkung eines Defekts, die gleichsam naturgemäß bei der Buschfeuer—Lithographie erfolgt, sogar vorteilhaft sein, da an einer Merkmalskante befindlicher Defekt häufig fatale Folgen haben kann, und ein derartiger Effekt bei üblichen Lithagraphie-Fehlererkennungsmethoden nicht feststellbar ist.

Dem Fachmann ist klar, daß die ECBFL auf die Musterbildung bei anderen Metallen oder leitenden Stoffen auf Isolierstoff Substraten ausgedehnt werden kann, und daß das Isolierstoff substrat auch eine isolierende Pufferschicht oder Schichten sein kann, die auf vollständig oder teilweise leitende Substrate oder auf solche Substrate aufgebracht sind, auf die bereits vorher verschiedene Bauelementschichten aufgebracht wurden. Eine derartige Struktur gestattet das direkte Schreiben von Bauelementmustern durch die ECBFL oder andere Ausführungsformen der BFL, da das endgültige Metallmuster als Maske zum selektiven Entfernen der Pufferschicht und anschließenden Verarbeitung des darunterliegenden Substrats verwendet werden kann.

Außerdem ist die Erfindung nicht beschränkt auf positive

BAD ORIGINAL

Resistmaterialien und das Ätzen von Linien. Wird ein negatives Resistmaterial in einem Abhebe- oder Negativrelief-Prozeß verwendet, so lassen sich Muster herstellen, die den oben erläuterten Mustern ähnlich sind, indem die identischen Muster geschrieben werden und anschließend eine Elektroplattierung oder eine Niederschlagung von Metall erfolgt, nachdem dieses Resistmaterial entwickelt wurde, woraufhin das Resistmaterial entfernt wird, so daß die gewünschten Metallmuster stehen bleiben.

Obschon bei dem obigen Ausführungsbeispiel das Schreiben des gesamten Umfangs der Merkmale erfolgte, so liegt es im Rahmen der Erfindung, wenn nicht der vollständige Umriß geschrieben wird. So zum Beispiel können unbeabsichtigte Brüche in dem Umfang vorhanden sein. Allerdings muß ein wesentlicher Teil des gesamten Umrisses geschrieben werden, d. h., es muß soviel des Umrisses geschrieben werden, daß die Merkmalsform zweifelsfrei angezeigt ist. Darüberhinaus muß von dem Umriß ein ausreichend großer Teil geschrieben werden, um den Tonungsprozeß steuern zu können. Der Umriß kann auch mit variierenden Breiten und mit internen Strukturen geschrieben werden. Er kann beispielsweise zweimal geschrieben werden und Linien aufweisen, die die inneren und die äußeren Linien verbinden, was zu einer Struktur führt, die einem Gehsteig ähnelt.

BAD ORSGINAL

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Elektronenstrahl-Lithographie eingesetzt. Es versteht sich jedoch, daß auch andere Strahlungen in vorteilhafter Weise bei anderen Ausführungsformen vorgesehen werden können. Beispielsweise kann es sich bei der auftreffenden Strahlung auf dem Gebiet der Lithographie um Partikel handeln, wie z. B. Elektronen, Ionen, Atome, Moleküle oder Photonen wie z. B. Licht oder Röntgenstrahlen. Die auftreffende Strahlung kann die Form fokussierter Einzel- oder Mehrfach-Strahlenbündel haben, die zu einem Fleck oder einer speziellen Form fokussiert sind, z. B. auf ein Liniensegment oder ein Rechteck. Das Strahlungsmuster kann auf dem Substrat auch durch fokussierte Bilder oder durch Schattenwurf einer geeigneten Maske gebildet werden. Die Strahlung könnte über das strahlungsempfindliche Material getastet werden, so daß sie in unterschiedlichen Bereichen zu unterschiedlichen Zeiten auftrifft oder in sämtlichen gewünschten Bereichen gleichzeitig auftritt.

Die Wirkung der auf das s-trahlungsempf indliche Material auftreffenden Strahlung könnte z. B. in einem Abtragen des Materials bestehen, wie es beim physikalischen Zerstäuben oder reaktiven Ionenätzen der Fall ist, könnte darin bestehen, die chemischen oder die physikalischen Eigenschaften des Materials zu ändern, wie es beim Belichten des Resist-

BAD ORJGfMAL

materials der Fall ist, oder könnte auch darin bestehen, daß wie bei der Ionenimplantation oder bei der Materialniederschlagung von Partikeln Material hinzugegeben wird. Die Strahlung könnte außerdem eine Vermischung oder chemische Reaktion zwischen getrennten Verbindungen der Oberflächenschichten bewirken.

Weiterhin ist zu beachten, daß das das Substrat überziehende Material mehr als eine Materialschicht umfaßt. Diese Schichten könnten einzeln oder in Verbindung dazu dienen, die benötigte Strahlungsempfindlichkeit zu schaffen und könnte außerdem dazu beitragen, die Tonung der Muster zu definieren. Weiterhin könnte das Substrat derart strahlungsempfindlich sein, daß es den Prozeß beschleunigt, wie es z. B. beim Dotieren von Silicium mittels eines fokussierten Ionenstrahls der Fall ist, wodurch die Substrat-Leitfähigkeit geändert würde, um eine anschließende selektive elektrochemische Behandlung, z. B. das Ätzen der umgebenden Merkmale zu ermöglichen.

Die Grenzen lassen sich vollständig dadurch definieren, daß das Material einer Strahlung ausgesetzt wird, wie es z. B. beim fokussierten Ionenstrahl der Fall ist, oder es können zusätzliche Schritte erforderlich sein, wie z. B. das Entwickeln des Resistmaterials. Außerdem können mehrere Schritte erforderlich sein, die Grenzen zum Zwecke der Bauelementher-

BAD ORIGINAL

stellung vollständig zu definieren: z. B. kann an die Entwicklung des Resistmaterial das Entfernen oder Ändern einer darunterliegenden Schicht anschließen, z. B. das Ätzen von Metallschichten.

Die Tonung, d. h. die Änderung einer Eigenschaft der ausgezogenen Merkmale des Materials, kann mit Mitteln erfolgen, bei denen sich das in dem ausgezogenen Merkmal befindliche Material anders verhält als das Material außerhalb des Merkmals und bei denen die Grenze dazu verwendet wird, benachbarte Merkmale in unterschiedlicher Weise zu ändern. Die Tonung kann außerdem durch die Kante des Materials gestoppt werden. In der obigen Beschreibung wurden elektrische Hilfsmittel beschrieben, mit denen die unterschiedlichen Merkmale auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen gehalten werden. Andere geeignete Methoden zum Unterscheiden zwischen Merkmalen beim Tonungsprozeß umfassen die Verwendung einer Substanz oder eines Phänomens, welches sich durch oder auf dem Material fortpflanzt, welches jedoch nicht einen Merkmalsumriß oder eine Grenze überschreiten kann, weil die Eigenschaften der Grenze von denen des benachbarten Materials abweichen. Sich fortpflanzende Substanzen könnten diffundierende Lösungs-Atome, -Moleküle oder -Ionen sein, elektrische Ladungen oder Flüssigkeiten, die die Oberfläche des Materials oder seine Gitter-Zwischenplätze benetzen. Die oben erwähnten

BAD ORSGSNAL

Phänomene, die eine Fortpflanzung beinhalten, umfassen elektrische oder magnetische Felder, Wärme, Schall oder eine Phasenänderung. Letztere kann beispielsweise eine Änderung der Kristallstruktur, ein Schmelzen, eine Glasbildung, Polymer-Vernetzung oder eine Ketten-Aufspaltung sein. In vielen Ausführungsformen läßt sich das Ausbreiten der Substanz oder des Phänomens dadurch begrenzen, daß das Material an den Merkmalsgrenzen entfernt wird. Zum Steuern des Tonungsprozesses kann man jedoch auch die Materialeigenschaften an den Grenzen ändern.

Obschon das hier speziell beschriebene Ausführungsbeispiel sich auf die Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen oder anderer Mikro-Schaltungen bezieht, läßt sich das Verfahren gemäß der Erfindung auch in anderen Gebieten einsetzen, bei denen auf Substraten Muster gebildet werden. So z. B. lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Hard-Copies und Anzeigevorrichtungen vereinfachen.

Andere Ausführungsformen sind möglich. So zum Beispiel können die Umrisse der Merkmale in ein positives Resistmaterial eingeschrieben werden, und dann kann man das Resistmaterial entwickeln, um die Merkmale umgebende Gräben zu bilden. Man kann Metall unter einem solchen Winkel aufdampfen, daß einige Abschnitte der Gräben, z. B. die Böden der Gräben, nicht be-

BAD ORIGINAL

schichtet werden. Die sich ergebende Metallschicht enthält Merkmale, die elektrisch voneinander durch die Resistmaterial-Gräben getrennt sind, und die man dann durch die ECBFL oder andere Tonungsprozesse tonen kann. Das beim Tonen der Materialschicht übrigbleibende Resistmaterial kann man durch Plasmaätzen oder andere Methoden entfernen, und man kann das Substrat dann modifizieren.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können zwei Schichten aus positivem Resistmaterial auf ein Substrat aufgebracht werden. Dann kann man die Merkmale in ihrem Umrissen so schreiben, wie es oben beschrieben wurde, und man kann das Resistmaterial entwickeln. Für einige ausgewählte Merkmale kann dann eine starke Bestrahlung an Punkten innerhalb der Umrißlinien erfolgen. Diese Bestrahlung ist dann ausreichend intensiv, so daß beide Resistmaterialschichten in den betreffenden Zonen unlöslich werden. Dann wird mit einem Lösungsmittel sämtliches Material der unteren Resistmaterialschichten mit Ausnahme der unlöslichen Zonen abgelöst, so daß dasjenige Resistmaterial in den Merkmalen, welches von der inneren starken Bestrahlung nicht betroffen wurde, entfernt wird. Die sich ergebende Struktur kann man beispielsweise als eine Maske für die Ionenimplantation oder für anderer gerichtete Prozesse zum Modifizieren des Substrats verwenden.

BAD ORIGINAL

Leerseite

Claims (18)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Bilden eines Musters in einem auf einem Substrat befindlichen Material, welches strahlungsempfindliches Material enthält, bei dem Merkmale des Musters bildende Abschnitte des Materials definiert werden, indem die Abschnitte einer Strahlung ausgesetzt werden, wodurch strahlungsbetroffene erste Flächenbereiche geschaffen werden, die Eigenschaften besitzen, welche sich von denen nicht-strahlungsbetroffener zweiter Fiächenbereiche unterscheiden,

dadurch gekennzeichnet , daß die ersten Flächenbereiche zumindest teilweise lediglich die Umrisse der Merkmale des Musters darstellen, und daß das Material getont wird, wobei das Ausmaß des Tonens durch die ersten Flächenbereiche begrenzt wird.

Rededcestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 88 3603/883604 Telex 5212313 Telegramme Patentconsult

Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 4186237 Telegramme Patentconsult

Telefax (CCITT 2) Wiesbaden und München (0B9) 8?M ι j !8 Attention Patenlconsult

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß das Material außerdem eine elektrisch leitende Schicht zwischen dem strahlungsempfindlichen Material und dem Substrat besitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet , daß das strahlungsempfindliche Material ein Resistmaterial aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlung eine elektromagnetische Strahlung ist,

5. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlung einen Teilchenstrahl enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet , daß der Teilchenstrahl Elektronen enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet , daß der Definier-Schritt das Entwickeln des Resistmaterials

BAD

und das damit einhergehende Freilegen von Abschnitten der elektrisch leitenden Schicht umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet , daß die elektrisch leitende Schicht ein Metallfilm ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet , daß der Definier-Schritt außerdem das Entfernen solcher Ab schnitte der elektrisch leitenden Schicht umfaßt, die durch das Entwickeln freigelegt wurden.

10. Verfahren nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet , daß die elektrisch leitende Schicht Chrom enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 9,

dadurch gekennzeichnet , daß das Resistmaterial abgestreift wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet , daß der Tonungs-Schritt das selektive Vorspannen eines Abschnitts der elektrisch leitenden Schicht und das Eintauchen in ein Ätzmittel umfaßt.

BAD ORIGINAL

- O O HZ.J I Ό

13. Verfahren nach Anspruch 1O,

dadurch gekennzeichnet , daß der Tonungs-Schritt das Kontaktieren eines Abschnitts des Chroms mit einem Metall und das Eintauchen in ein Ätzmittel umfaßt.

14. Verfahren nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Al enthält und daß das Ätzmittel HCl enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet , daß das Metall Kupfer enthält und daß das Ätzmittel ein Chrom-Ätzmittel auf Cerium-Basis enthält.

16. Verfahren nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet , daß der Tonungs-Schritt eine Vorzugsätzung umfaßt.

17. Verfahren nach Anspruch 9, .

dadurch gekennzeichnet , daß der Tonungs-Schritt Anodisieren umfaßt.

18. Verfahren nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet , daß der Tonungs-Schritt Elektroplattieren umfaßt.

BAD ORIGINAL