DE3842481A1 - Process for the production of an X-ray mask - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Röntgenstrahlmaske für die Ausbildung feingemusterter integrierter Schaltungen.The invention relates to a method for producing a X-ray mask for the training of finely patterned integrated circuits.
Auf photolithographischem Wege mit Hilfe von Licht, z. B. solchem der I- oder G-Linie hergestellte Muster sind be züglich ihrer Feinheit begrenzt. Zur Lösung dieses Problems gewinnt die unter Anwendung von Röntgenstrahlung, deren Wellenlänge kürzer ist als diejenige von Licht, durchge führte Röntgenstrahllithographie zunehmend an Bedeutung. Im Gegensatz zu der Photolithographie lassen sich jedoch weder die Größe vorgegebener Muster verkleinern, noch verkleinerte Muster auf bestimmte Objekte übertragen. Bei der Röntgenstrahllithographie bedient man sich folg lich eines maßstabgerechten Übertragungssystems, bei dem eine Röntgenstrahlung selektiv durchlassende Röntgenstrahl maske zwischen einer Röntgenstrahlungsquelle und das zu belichtende Objekt eingebracht wird, so daß ein Muster der Röntgenstrahlmaske bei ihrer Belichtung mit Röntgenstrah lung im selben Maßstab auf das Objekt übertragen werden kann. In diesem Falle bestimmt die Mustergenauigkeit (d. h. die Lage und Abmessung) der Röntgenstrahlmaske die Ge nauigkeit der erhaltenen Vorrichtungen. Das Maskenmuster muß folglich so genau sein, daß es der Hälfte bis einem Neuntel der schmalsten Musterlinie entspricht. Ob man in der Praxis mit der Röntgenstrahllithographie arbeiten kann, hängt davon ab, daß man eine Röntgenstrahlmaske einer der artigen Genauigkeit herstellen kann.Photolithographically using light, e.g. B. such as the I or G line patterns are limited in their delicacy. To solve this problem wins the using x-rays whose Wavelength is shorter than that of light, continuous X-ray lithography became increasingly important. In contrast to photolithography, however neither reduce the size of given patterns, nor transfer reduced patterns to certain objects. X-ray lithography uses the following Lich a true-to-scale transmission system in which an x-ray selectively transmitting x-ray mask between an x-ray source and that too exposing object is introduced, so that a pattern of X-ray mask when exposed to X-rays be transferred to the object on the same scale can. In this case, the pattern accuracy (i.e. the position and dimensions) of the X-ray mask the Ge accuracy of the devices obtained. The mask pattern must therefore be so precise that it is half to one Ninth corresponds to the narrowest pattern line. Whether you are in can work with X-ray lithography in practice, depends on having an x-ray mask one of the can produce like accuracy.
Die größte Schwierigkeit bei der Herstellung der Röntgen strahlmaske besteht in der Musterung eines einen Teil der Röntgenstrahlmaske bildenden Röntgenstrahlabsorbers, da dieses Röntgenstrahlabsorbermuster auf einem etwa 1 µm dicken und aus einem Schwermetall, wie W, Ta und Au oder einer Legierung derselben erzeugten Film einer Weiteabmessung von 0,3 µm oder weniger gebildet werden muß. Dies kann man mit Hilfe der unter Benutzung von Licht durchgeführten Photolithographie nicht erreichen. Das Wichtigste ist somit eine Lösung des Problems, wie man ein solches Röntgenstrahlabsorbermuster herstellen kann. Bei einer bekannten Verfahrensweise zur Ausbildung des Röntgenstrahl absorbermusters wird mittels Elektronenstrahl- oder konvergierter Ionenstrahllithographie ein hochmolekulares Resistmuster gebildet und durch dieses Resistmuster selektiv das Schwermetall Au plattiert. Bei einem anderen Verfahren erfolgt eine Musterung eines Resists, der auf einem Schwermetallfilm, z. B. einem W- oder Ta-Film, ge bildet wurde, mittels Elektronenstrahllithographie und Musterung des Schwermetallfilms durch reaktive Ionenätzung durch den Resist (hindurch).The greatest difficulty in producing the x-ray beam mask consists in the patterning of a part of the X-ray mask forming X-ray absorber since this X-ray absorber pattern on an approximately 1 µm thick and made of a heavy metal, such as W, Ta and Au or an alloy of the same produced film of 0.3 µm wide dimension or less must be formed. You can do this with Help of those carried out using light Do not achieve photolithography. The most important is thus a solution to the problem of how to do one X-ray absorber pattern can produce. At a known procedure for the formation of the X-ray absorber pattern is by means of electron beam or converged ion beam lithography a high molecular weight Resist pattern formed and by this resist pattern selectively plated the heavy metal Au. Another one A resist pattern is applied to the process a heavy metal film, e.g. B. a W or Ta film, ge was formed by means of electron beam lithography and Patterning of the heavy metal film by reactive ion etching through the resist.
Das bei beiden Verfahrensweisen benutzte hochmolekulare Resistmuster ist jedoch sowohl physikalisch als auch chemisch instabil und von extrem geringer mechanischer Festigkeit. Bei einer Au-Plattierung, bei der der Resist als Schablonenmaske dient, erfolgt beispielsweise die Plattierung bei etwa 50°C, um die Spannungen der auf plattierten Au-Schicht möglichst niedrig zu halten. In einem Plattierbad dieser Temperatur kann es jedoch ohne weiteres zu einer Ablösung oder Korrosion dieses üblichen Resists kommen. In einem anderen Fall, bei dem der Resist als Maske zum Ätzen eines Schwermetallfilms, z. B. eines W- oder Ta-Films dient, muß der Resist eine hohe Beständig keit gegen reaktive Ionenätzung aufweisen. Der gegenüber Elektronen- oder Ionenstrahlung hochempfindliche Resist ist jedoch gegenüber einem chlor- oder fluorhaltigen Plasmaätzmittel nicht beständig.The high molecular weight used in both procedures However, resist pattern is both physical and chemically unstable and of extremely low mechanical Strength. With Au plating where the resist is used as a template mask, for example Plating at around 50 ° C to relieve the stresses on the to keep the plated Au layer as low as possible. In a plating bath of this temperature can, however, without further to a detachment or corrosion of this usual Resists are coming. In another case where the resist as a mask for etching a heavy metal film, e.g. B. one If W or Ta film is used, the resist must have a high resistance have the ability to withstand reactive ion etching. The opposite Electron or ion radiation highly sensitive resist but is compared to a chlorine- or fluorine-containing one Plasma etchant not resistant.
Folglich bedient man sich also eines mit einem mehrlagigen Resist arbeitenden Verfahrens zur Bearbeitung des genann ten Schwermetallfilms. Bei dem mit einem zweilagigen Resist arbeitenden Verfahren wird beispielsweise auf einem für Röntgenstrahlung durchlässigen dünnen Film 51 aus SiN x u. dgl. ein Schwermetallfilm 52 gebildet. Danach wird auf dem zweilagigen Resist entsprechend Fig. 1A ein Schwermetallfilm 52 hergestellt. Der zweilagige Resist besteht aus einem Schutzfilm 53 aus SiO2 oder SiN x als Plasmaätzmaske für die Bearbeitung des Schwermetall films und einem Resist 54 aus PMMA (Polymethylmethacrylat), FBM (Fluorbutylmethacrylat) oder CMS (Chlormethylpoly styrol) hoher Empfindlichkeit gegenüber Elektronenstrahlen. Danach wird der Resist 54 mittels Elektronenstrahllitho graphie geätzt (vgl. Fig. 1B). Unter Benutzung des Resists 54 wird der Schutzfilm 53 durch reaktive Ionenätzung mittels gasförmigem CF4+O2 (vgl. Fig. 1C) gemustert. Schließlich wird unter Benutzung des Schutzfilms 53 als Maske der Schwermetallfilm 52 selektiv durch reaktive Ionenätzung mittels gasförmigem SF6 oder Cl2 geätzt (vgl. Fig. 1D), wobei ein Röntgenstrahlabsorbermuster entsteht.Consequently, one uses a method with a multilayer resist for processing the aforementioned heavy metal film. In the process using a two-layer resist, for example, a thin film 51 made of SiN x u. The like. A heavy metal film 52 is formed. A heavy metal film 52 is then produced on the two-layer resist in accordance with FIG. 1A. The two-layer resist consists of a protective film 53 made of SiO 2 or SiN x as a plasma etching mask for processing the heavy metal film and a resist 54 made of PMMA (polymethyl methacrylate), FBM (fluorobutyl methacrylate) or CMS (chloromethyl poly styrene) with high sensitivity to electron beams. Thereafter, the resist 54 is etched by means of electron beam lithography (see FIG. 1B). Using the resist 54 , the protective film 53 is patterned by reactive ion etching using gaseous CF 4 + O 2 (see FIG. 1C). Finally, using the protective film 53 as a mask, the heavy metal film 52 is selectively etched by reactive ion etching using gaseous SF 6 or Cl 2 (see FIG. 1D), an X-ray absorber pattern being produced.
Bei dem beschriebenen, mit mehrlagigen Resists arbeitenden Verfahren müssen viele und oftmals dünne Filme hergestellt werden. Wenn jedoch solche dünne Filme wiederholt unter Anwendung ungeeigneter Maßnahmen auf den anderen Filmen hergestellt werden, werden die untenliegenden Filme auf gerauht oder es erfolgt eine Schichtvermischung, wodurch die Schichtqualität beeinträchtigt wird. Folglich sollte die Anzahl der Filmherstellungsvorgänge für dünne Filme auf anderen Filmen so gering wie möglich gehalten werden. Schließlich dauert es auch recht lange, dünne Filme her zustellen. Mit zunehmender Herstellungsdauer bereitet folglich die Herstellung der Röntgenstrahlmaske immer größere Schwierigkeiten. Schließlich wird die Lagever schiebung der Muster und die Änderung der Musterform von der obersten Schicht auf die unterste Schicht, auf die das Muster übertragen wird, mit zunehmender Anzahl an dünnen Filmschichten inmer größer. Die derart erhaltenen Schwermetallfilmmuster zeichnen sich somit durch eine extreme Ungenauigkeit aus.In the described, working with multilayer resists Processes have to produce many and often thin films will. However, if such thin films are repeated under Use of unsuitable measures on the other films are made, the films below are based on roughened or there is a layer mixing, whereby the layer quality is impaired. Hence, should the number of thin film making operations be kept as low as possible on other films. After all, it takes a long, thin film deliver. Prepares with increasing manufacturing time hence the manufacture of the X-ray mask always bigger difficulties. Finally, the situation ver shifting the pattern and changing the pattern shape of the top layer on the bottom layer, on the the pattern is transmitted with increasing numbers thin film layers always larger. The so obtained Heavy metal film patterns are characterized by a extreme inaccuracy.
Zusätzlich wird oftmals auf der Oberfläche des Röntgen strahlmaskenmusters zum Schutz vor Beschädigungen ein extrem fester sowie physikalisch und chemisch stabiler Schutzfilm ausgebildet. Üblicherweise zur Herstellung des Schutzfilms verwendete hochmolekulare Harze, wie Polyimide, lassen jedoch in dieser Hinsicht erheblich zu wünschen übrig. Ein Siliziumoxidfilm stellt zwar einen festen Schutzfilm dar, wenn jedoch mittels physikalischer Beaufschlagungsverfahren, z. B. durch Zerstäubung, auf dem Röntgenstrahlmaskenmuster ein Siliziumoxidfilm her gestellt werden soll, besteht die Gefahr einer Änderung des Musters des Röntgenstrahlabsorbers. Darüber hinaus besteht auch eine gewisse Gefahr, daß die Musteroberfläche rauh wird. Bedient man sich anstelle der Filmablagerung einer Vakuumaufdampfung, ist die Haftung des Schutzfilms an dem Röntgenstrahlmaskenmuster schlecht. Dadurch wird es für den Schutzfilm schwierig, die Seitenwände des Röntgenstrahlabsorbermusters abzudecken. Beim Dampfphasen wachstum muß man bei Temperaturen über 400°C arbeiten. Bei solch hohen Temperaturen kommt es zu einer Deformierung des Röntgenstrahlabsorbermusters. Darüber hinaus erhöhen sich die Spannungen an der Grenzphase zwischen beiden be nachbarten Filmschichten, was zu einer Trennung des einen Films vom anderen infolge unterschiedlicher Wärmeausdeh nungskoeffizienten führt. Schließlich kommt es infolge einer Qualitätsänderung im Film zum Aufbau großer Spannungen im Absorber.In addition, often on the surface of the x-ray beam mask pattern to protect against damage extremely firm and physically and chemically stable Protective film trained. Usually for manufacturing of the protective film used high molecular resins such as Polyimides, however, allow considerably in this regard wish left. A silicon oxide film represents one solid protective film, but if by means of physical Application procedure, e.g. B. by atomization a silicon oxide film from the X-ray mask pattern there is a risk of change of the pattern of the X-ray absorber. Furthermore there is also some risk that the pattern surface gets rough. Use instead of film deposition vacuum evaporation, is the adhesion of the protective film bad on the X-ray mask pattern. This will it is difficult for the protective film to cover the side walls of the To cover the X-ray absorber pattern. During the vapor phase growth you have to work at temperatures above 400 ° C. At at such high temperatures, deformation occurs of the X-ray absorber pattern. In addition, increase the tensions at the border phase between the two be neighboring film layers, resulting in a separation of the one Films from the other due to different thermal expansion leads coefficient. Eventually it comes as a result a change in quality in the film to build up great tensions in the absorber.
Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile ist es aus der JP-OS 62-10 013 bekannt, den auf dem Röntgenstrahlabsorber muster gebildeten hochmolekularen Harzfilm zur Härtung des Schutzfilms einer Ionenbestrahlung auszusetzen. Es bereitet jedoch Schwierigkeiten, den Schutzfilm in Dickerichtung durch Bestrahlen mit Ar⁺ u. dgl. gleichmäßig zu härten. Darüber hinaus kann es auf der Oberfläche des Schutzfilms zu Fehlstellen und einer Rißbildung kommen, da der Atom radius der zur Ionenbestrahlung benutzten Ionen groß ist. Das Auftreten dieser Fehler und Risse führt zur Staub bildung u. dgl. auf der Oberfläche des Schutzfilms, wodurch wiederum das Röntgenstrahlabsorbermuster an Genauigkeit, der Schutzfilm an Festigkeit verliert.To avoid the disadvantages it is out of JP-OS 62-10 013 known on the X-ray absorber Patterned high molecular resin film for curing the Expose protective film to ion radiation. It prepares however, difficulties in the protective film in the direction of thickness by irradiation with Ar⁺ u. Like harden evenly. In addition, it can be on the surface of the protective film defects and cracks occur because of the atom radius of the ions used for ion irradiation is large. The appearance of these flaws and cracks leads to dust education u. Like. On the surface of the protective film, whereby again the X-ray absorber pattern in terms of accuracy, the protective film loses strength.
Bei den üblichen Verfahren zur Herstellung der Röntgen strahlmaske bereitet eine feine Musterung der Schwermetall schicht, d. h. der Schicht aus den als Röntgenstrahlabsorber dienenden Werkstoffen Au, W oder Ta, Schwierigkeiten, und zwar dergestalt, daß man die unbestrittenen Vorteile der Röntgenstrahllithographie nicht ausnutzen kann. Darüber hinaus bereitet auch noch die Herstellung qualitativ hoch wertiger Schutzfilme auf dem Röntgenstrahlabsorbermuster Schwierigkeiten.In the usual procedure for producing the x-ray jet mask prepares a fine pattern of the heavy metal layer, d. H. the layer of the as an X-ray absorber serving materials Au, W or Ta, difficulties, and in such a way that the undisputed advantages of X-ray lithography can not take advantage. About that In addition, the production is also of high quality quality protective films on the X-ray absorber pattern Difficulties.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein nicht mit den geschilderten Nachteilen der bekannten Verfahren be haftetes Verfahren zur Herstellung einer Röntgenstrahlmaske anzugeben, das eine Feinbearbeitung eines Schwermetall röntgenstrahlabsorbers ohne Benutzung eines mehrschichtigen Resists, d. h. lediglich mit einer einzigen Resistfilmlage, und unter Verwendung der Resistfilmlage als auf dem Röntgenstrahlabsorbermuster gebildeteter qualitativ hoch wertiger Schutzfilm ermöglicht.The invention was based on the object, a not with be the disadvantages of the known methods described liable method for producing an X-ray mask specify the finishing of a heavy metal x-ray absorber without using a multi-layer Resists, d. H. only with a single layer of resist film, and using the resist film layer as on the X-ray absorber pattern made qualitatively high high quality protective film.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Her stellung einer Röntgenstrahlmaske, welches dadurch ge kennzeichnet ist, daß man auf einen für Röntgenstrahlung durchlässigen dünnen Film einen Röntgenstrahlabsorber aufbringt, auf den Röntgenstrahlabsorber einen licht empfindlichen organischen Resistfilm appliziert, den Resist zur Bildung einer Resistmaske für ein Röntgenstrahl absorbermuster belichtet und entwickelt, die Resistmaske mit einer Synchrotronbahn- bzw. -orbitalstrahlung (im folgenden als "SOR" bezeichnet) bestrahlt und schließlich unter Verwendung der gehärteten Resistmaske zur Bildung des Röntgenstrahlabsorbermusters den Röntgenstrahlabsorber selektiv ätzt.The invention thus relates to a method for producing position of an X-ray mask, which thereby ge features is that you click on one for x-rays permeable thin film an X-ray absorber applies a light to the X-ray absorber sensitive organic resist film applied Resist to form a resist mask for an X-ray absorber pattern exposed and developed, the resist mask with a synchrotron orbital radiation (in hereinafter referred to as "SOR") and finally irradiated using the hardened resist mask to form the X-ray absorber pattern the X-ray absorber selectively etches.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Her stellung einer Röntgenstrahlmaske, welches dadurch ge kennzeichnet, daß man auf einen für Röntgenstrahlung durchlässigen dünnen Film einen lichtempfindlichen organi schen Resistfilm aufbringt, den Resist zur Bildung einer Resistmaske für ein Röntgenstrahlabsorbermuster belichtet und entwickelt, die Resistmaske zu ihrer Härtung mittels SOR bestrahlt und schließlich auf dem für Röntgenstrahlung durchlässigen dünnen Film, der nicht mit der gehärteten Resistmaske abgedeckt ist, zur Bildung des Röntgenstrahl absorbermusters selektiv einen Röntgenstrahlabsorber ab lagert.The invention further relates to a method for the manufacture position of an X-ray mask, which thereby ge indicates that one is on one for x-rays permeable thin film a photosensitive organi resist film, the resist to form a Resist mask exposed for an X-ray absorber pattern and developed the resist mask to harden it SOR irradiated and finally on that for X-rays permeable thin film that does not match the hardened Resist mask is covered to form the X-ray absorber pattern selectively an X-ray absorber stores.
Gegenstand der Erfindung ist schließlich noch ein Verfahren zur Herstellung einer Röntgenstrahlmaske, welches dadurch gekennzeichnet, daß man auf einem für Röntgenstrahlen durchlässigen dünnen Film ein Absorbermuster erzeugt, auf dem Röntgenstrahlabsorbermuster einen organischen Schutz film ablagert und schließlich den Schutzfilm mittels SOR bestrahlt.The invention finally also relates to a method for producing an X-ray mask, which thereby characterized in that one for x-rays permeable thin film produces an absorber pattern organic protection in the X-ray absorber pattern film and finally the protective film using SOR irradiated.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the drawings. In detail show:
Fig. 1A bis 1D Schnittdarstellungen der Schrittfolge des üblichen Verfahrens zur Herstellung der Röntgenstrahlmaske; FIGS. 1A to 1D sectional views of the sequence of steps of the conventional method of manufacturing the X-ray mask;
Fig. 2A bis 2D Schnittdarstellungen der Schrittfolge bei der Durchführung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; Figs. 2A to 2D sectional views of the sequence of steps in implementing the first embodiment of the inventive method;
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Ätzdauer und der geätzten Filmmenge; Fig. 3 is a graph showing the relationship between the etching time and the amount of film etched;
Fig. 4A bis 4D und Fig. 5A bis 5C Schnittdarstellungen der Schrittfolge bei Durchführung der zweiten bzw. dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. FIGS. 4A to 4D and FIGS. 5A to 5C are sectional views of the sequence of steps in carrying out the second and third embodiments of the inventive method.
Als Werkstoffe für einen für Röntgenstrahlung durchlässigen dünnen Film eignen sich erfindungsgemäß SiNx, SiC, bor dotiertes Si und dergleichen. Ihre Zugfestigkeit beträgt vorzugsweise weniger als etwa 4×109 dyn/cm2, da sie reißen, wenn ihre Zugbelastung zu groß ist.According to the invention, SiN x , SiC, boron-doped Si and the like are suitable as materials for a thin film which is transparent to X-rays. Their tensile strength is preferably less than about 4 × 10 9 dynes / cm 2 because they tear if their tensile load is too great.
Als Werkstoffe für einen Röntgenstrahlabsorber eignen sich Schwermetalle, wie Au, W, Ta, Mo und ähnliche Schwermetalle hohen Röntgenstrahlabsorptionskoeffizienten. Suitable materials for an X-ray absorber are Heavy metals such as Au, W, Ta, Mo and similar heavy metals high X-ray absorption coefficient.
Zur Herstellung lichtempfindlicher organischer Resists vom Negativ- oder Positiv-Typ eignen sich hochmolekulare Substanzen, wie PMMA, CMS oder FBM. Den Resist erhält man beispielsweise durch Spinnbeschichten.For the production of light-sensitive organic resists from Negative or positive types are suitable for high molecular weight Substances such as PMMA, CMS or FBM. You get the resist for example by spin coating.
Resistmuster werden durch Belichten von Resistschichten durch Applikation von Elektronenstrahlen oder fokussierten Ionenstrahlen und anschließendes Entwickeln durch Applikation von MIBK (Methylisobutylketon) und/oder IPA (Isopropanol) erhalten.Resist patterns are made by exposing resist layers by application of electron beams or focused Ion beams and subsequent development by Application of MIBK (methyl isobutyl ketone) and / or IPA (Isopropanol) obtained.
Die erfindungsgemäß auf Resistschichten applizierte SOR besteht aus einer Röntgenstrahlung hoher Intensität und Ausrichtung einer Wellenlänge von 0,01-10 nm (0,1-100 Å). Typische SOR erzeugt man mit Hilfe eines Elektronensammlerrings.The SOR applied according to the invention on resist layers consists of high-intensity X-rays and Alignment of a wavelength of 0.01-10 nm (0.1-100 Å). Typical SOR is generated using a Electron collector ring.
Erfindungsgemäß wird eine hochmolekulare Resistschicht mit SOR bestrahlt. Die Resistschicht ist zunächst leicht ab reibbar, sie wird jedoch zunehmend weniger abreibbar. Zuletzt erreicht die Abriebdicke einen Sättigungswert, wobei der Resist auch dann nicht mehr abreibbar ist, wenn auf die Schicht kontinuierlich SOR appliziert wird. Die Dicke der restlichen Resistschicht beträgt etwa 80% ihres ursprünglichen Dickewerts. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß bei Bestrahlung der Schicht mit Licht die hochmolekularen organischen Verbindungen mit C, O, H, C, S und dergleichen (d. h. die Werkstoffe des Resists) unter Abgabe von Sekundärelektronen niedriger Geschwindigkeit wiederholt aufgespalten und gebunden werden, so daß die Elemente mit Ausnahme von Kohlenstoff aus dem Resist eliminiert werden können und der Resist in eine an stark gebundenen Kohlenstoffatomen reiche Substanz übergeht. According to the invention, a high molecular resist layer is included SOR irradiated. The resist layer is slightly off at first friction, but it is becoming less and less abrasion. Finally, the abrasion thickness reaches a saturation value, the resist can no longer be rubbed off, if SOR is applied continuously to the layer. The thickness of the remaining resist layer is approximately 80% of their original thickness value. This is believed to be due to the fact that when the layer is irradiated with light the high molecular organic compounds with C, O, H, C, S and the like (i.e. the materials of the resist) with the release of secondary electrons Speed split and bound repeatedly, so the elements except carbon from the Resist can be eliminated and the resist in one substance rich in strongly bound carbon atoms transforms.
Bevorzugt besitzt die SOR eine Wellenlänge von etwa 0,4-5 nm (4-50 Å), so daß sie durch die Resistschicht in Dickerichtung gleichmäßige absorbiert werden kann. Ist die Wellenlänge kürzer als 0,4 nm (4 Å), ist die durch den Resist absorbierte SOR-Menge zu gering, um den Resist wirksam zu härten. Wenn andererseits die Wellenlänge 5 nm (50 Å) übersteigt, wird der Hauptteil der SOR durch den Resist bereits an seiner Oberfläche absorbiert, wobei die Resistoberfläche unvermeidlich rauh wird. Die eingestrahlte Menge an SOR wird in Abhängigkeit von dem verwendeten Resist gewählt, vorzugsweise sollte die SOR jedoch so lange kontinuierlich auf die Resistschicht appliziert werden, bis diese nicht mehr geätzt werden kann. Der Grund dafür ist, daß sich die Plasmaätzbeständigkeit des Resists verbessern läßt, wenn er bis zu diesem Belichtungsgrad belichtet wird. Eine diesem Erfordernis genügende SOR- Menge reicht von 7×104 bis 7×105 J/cm3 für einen PMMA-Resist und beträgt etwa 1×103 J/cm3 für die gemessen an einem PMMA-Resist empfindlicheren CMS- oder FMB-Resists. Wird die SOR auf die Resistschicht in einem ultrahohen Vakuum, d. h. bei einem Druck von unter 133×10-6 Pa (1×10-6 Torr), appliziert, ist es von Vorteil, wenn die Abnahme der SOR gering und der Wirkungsgrad der geschilder ten Carbonisierungsreaktion hoch sind.The SOR preferably has a wavelength of about 0.4-5 nm (4-50 Å) so that it can be absorbed uniformly by the resist layer in the thickness direction. If the wavelength is shorter than 0.4 nm (4 Å), the amount of SOR absorbed by the resist is too small to effectively cure the resist. On the other hand, when the wavelength exceeds 5 nm (50 Å), the majority of the SOR is already absorbed on the surface by the resist, and the resist surface inevitably becomes rough. The amount of SOR irradiated is selected depending on the resist used, but the SOR should preferably be applied continuously to the resist layer until it can no longer be etched. The reason for this is that the resistance to plasma etching of the resist can be improved if it is exposed to this degree of exposure. An amount of SOR which meets this requirement ranges from 7 × 10 4 to 7 × 10 5 J / cm 3 for a PMMA resist and is approximately 1 × 10 3 J / cm 3 for the CMS or, as measured on a PMMA resist FMB resists. If the SOR is applied to the resist layer in an ultra-high vacuum, that is to say at a pressure of less than 133 × 10 -6 Pa (1 × 10 -6 Torr), it is advantageous if the decrease in the SOR is low and the efficiency of the signs is low carbonization reaction is high.
Nach Bildung des Resistmusters erfolgt auf dem Röntgen strahlabsorber eine selektive Ätzung mittels eines chlor oder fluorhaltigen Plasmaätzgases, z. B. CCl4, PCl3, BCl3, CCl2F2, CBrF3, BF3, CF4+O2, C2F6, C3F3, Cl2, Cl2+O2, SF6, SF6+O2 und SF6+Cl.After formation of the resist pattern, a selective etching takes place on the X-ray absorber by means of a chlorine or fluorine-containing plasma etching gas, e.g. B. CCl 4 , PCl 3 , BCl 3 , CCl 2 F 2 , CBrF 3 , BF 3 , CF 4 + O 2 , C 2 F 6 , C 3 F 3 , Cl 2 , Cl 2 + O 2 , SF 6 , SF 6 + O 2 and SF 6 + Cl.
Andererseits erfolgt die Ausbildung eines Röntgenstrahlab sorbers selektiv an der Öffnung eines Resistmusters durch selektive CVD, nach einem Laserschmelzverfahren, durch Plattieren und dergleichen. Im Falle des Plattierverfahrens arbeitet man mit einer einen Röntgenstrahlabsorberwerk stoff, wie W, Au oder Ta, enthaltenden Flüssigkeit als Plattierbad.On the other hand, an X-ray beam is formed selectively at the opening of a resist pattern selective CVD, using a laser melting process Plating and the like. In the case of the plating process one works with an X-ray absorber plant liquid, such as W, Au or Ta, containing liquid Plating bath.
Bei Bestrahlung mit Licht kann der hochmolekulare Resist ausreichend gehärtet werden. Folglich eignet er sich als Resistmaske zur Plasmaätzung des Röntgenstrahlab sorbers und als Schablonenmaske zur Plattierung des Röntgenstrahlabsorbers. Das Resistmaterial eignet sich auch als Werkstoff für den Schutzfilm auf der fertigen Röntgenstrahlmaske. Die Verwendung des hochmolekularen Resists vereinfacht das Röntgenstrahlmaskenherstellungs verfahren und gestattet die Ausbildung von Röntgen strahlenmasken hoher Genauigkeit.When exposed to light, the high molecular resist be sufficiently hardened. It is therefore suitable as a resist mask for plasma etching of the X-ray beam sorbers and as a template mask for plating the X-ray absorber. The resist material is suitable also as a material for the protective film on the finished X-ray mask. The use of the high molecular weight Resists simplify X-ray mask manufacturing procedure and permits the formation of x-rays high accuracy radiation masks.
Des Verfahrens gemäß der Erfindung kann man sich zur Härtung eines Schutzfilms eines hochmolekularen Harzes, z. B. eines Polyimids, auf dem vorgebildeten Röntgen strahlabsorber bedienen. Hierbei bilden sich anders als bei der Belichtung der Resistschicht mit Ionenstrahlung keine Fehlstellen oder Risse in der Oberfläche des Schutzfilms.The method according to the invention can be Hardening of a protective film of a high-molecular resin, e.g. B. a polyimide, on the pre-formed X-ray operate the radiation absorber. Here are formed differently than when exposing the resist layer to ion radiation no imperfections or cracks in the surface of the Protective film.
Als Träger für die Röntgenstrahlmaske im Laufe ihrer Herstellung dient üblicherweise ein Substrat aus Si und dergleichen. Nach Fertigstellung der Röntgenstrahlmaske wird der Träger bzw. die Unterlage auf der Rückseite ge ätzt und zusammen mit der Röntgenstrahlmaske verwendet.As a carrier for the X-ray mask in the course of Production is usually made of a substrate made of Si and the like. After completion of the X-ray mask the carrier or the pad is on the back etches and used together with the X-ray mask.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher ver anschaulichen. The following examples are intended to illustrate the invention vivid.
Wie in Fig. 2A dargestellt wird auf einer Si-Unterlage 11 eines Flächenindex [100] und einer Stärke von 2 mm unter gesteuertem SiH2Cl2/NH3-Strom ein für Röntgenstrahlung durchlässiger dünner Film 12 aus Si einer Zugspannung von 5×108 dyn/cm2 nach einem unter vermindertem Druck durchgeführten CVD-Verfahren in einer Stärke von 1,5 µm abgelagert. Auf dem für Röntgenstrahlung durchlässigen dünnen Film 12 wird dann unter Steuerung der Strömungs geschwindigkeit eines Ar-Gasstroms ein W-Film (bzw. Röntgenstrahlabsorber) 13 einer Zugspannung von 1×108 dyn/cm2 in einer Stärke von 0,5 µm abgelagert, wobei das W-Target gleichstromzerstäubt wird. Schließlich wird auf dem W-Film 13 durch Spinnbeschichtung ein 1 µm dicker PMMA-Resistfilm 14 abgelagert.As shown in FIG. 2A, a thin film 12 made of Si, which is transparent to X-rays and has a tensile stress of 5 × 10, is placed on an Si base 11 with an area index [100] and a thickness of 2 mm under controlled SiH 2 Cl 2 / NH 3 current 8 dynes / cm 2 deposited in a thickness of 1.5 μm by a CVD process carried out under reduced pressure. A W film (or X-ray absorber) 13 with a tensile stress of 1 × 10 8 dynes / cm 2 and a thickness of 0.5 μm is then deposited on the thin film 12 , which is transparent to X-rays, while controlling the flow rate of an Ar gas stream. whereby the W target is atomized by direct current. Finally, a 1 μm thick PMMA resist film 14 is deposited on the W film 13 by spin coating.
Fig. 2B zeigt, daß der Resistfilm 14 mittels Elektronen strahlen belichtet und gemustert und dann mit MIBK ent wickelt wird. Auf diese Weise werden Teile des W-Films 13 freigelegt. Auf das Resistmuster 14 und die freigelegten Teile des W-Films 13 wird nun eine mittels eines Elektronensammlerrings erzeugte SOR 15 einer Wellenlänge von 2 nm (20 Å) appliziert. Insbesondere wird hierbei die SOR mittels eines SiC-Spiegels unter 2,5 GeV und 200 mA gebrochen und danach durch ein 5 µm dickes Al- Filter geleitet. Die eingestrahlte SOR-Menge beträgt 300 AS. Auf diese Weise wird die Dicke des Resistmusters 14 auf 800 nm (8000 Å) vermindert. Eine IR- und XPS- Analyse zeigt, daß das Resistmuster 14 seine Struktur geändert hat, wobei es keine Carbonylreste mehr ent hält und reich an Kohlenstoffatomen (geworden) ist. Fig. 2B shows that the resist film 14 is exposed to radiation by means of electrons and patterned and then developed with MIBK. In this way, parts of the W film 13 are exposed. An SOR 15 with a wavelength of 2 nm (20 Å) generated by means of an electron collector ring is now applied to the resist pattern 14 and the exposed parts of the W film 13 . In particular, the SOR is broken using an SiC level below 2.5 GeV and 200 mA and then passed through a 5 µm thick Al filter. The amount of SOR irradiated is 300 AS. In this way, the thickness of the resist pattern 14 is reduced to 800 nm (8000 Å). An IR and XPS analysis shows that the resist pattern 14 has changed its structure, whereby it no longer contains carbonyl residues and has become rich in carbon atoms.
Aus Fig. 2C geht hervor, daß unter Verwendung des nunmehr starren und stabilen Resistmusters 14 als Maske der W- Film 13 plasmageätzt wird. Die Ätzung erfolgt unter einem Druck von 1,33 Pa (0,01 Torr) bei einer Leistung von 150 W unter Verwendung eines CF4+O2-Ätzgases. Die Fig. 3 veranschaulicht die Ätzcharakteristika dieses Beispiels. Ein der SOR ausgesetzter PMMA-Resist wird selbst bei 30-minütiger oder längerer Ätzung kaum abge tragen. Die Ätzgeschwindigkeit beträgt weniger als das 0,1-fache der Ätzgeschwindigkeit eines nicht mit SOR bestrahlten PMMA-Resists. Durch diese 30-minütige Ätzung wird der 0,5 µm dicke W-Film 13 vollständig geätzt, wo bei genaue Linien und Abstände jeweils einer Breite von 0,2 µm entstehen.From Fig. 2C shows that by using the rigid and stable now resist pattern 14 as a mask, plasma etching of the W film 13. The etching is carried out under a pressure of 1.33 Pa (0.01 Torr) at a power of 150 W using a CF 4 + O 2 etching gas. FIG. 3 illustrates the etching characteristics of this example. A PMMA resist exposed to the SOR will hardly wear off even after etching for 30 minutes or longer. The etching rate is less than 0.1 times the etching rate of a PMMA resist not irradiated with SOR. Through this 30-minute etching, the 0.5 μm thick W film 13 is completely etched, where with precise lines and spacings a width of 0.2 μm is formed in each case.
Fig. 2D zeigt, daß die auf dem W-Film 13 verbliebene PMMA-Resistschicht 14 als Schutzfilm zum Schutz des W-Films 13 gegen mechanische Beschädigung oder Einschluß von Sekundärelektronen aus dem W-Film 13 während der Bestrahlung mit Röntgenstrahlung verwendet wird. Durch das Muster des W-Films 13 festgelegte Ausnehmungen werden mit einem Polyimidfilm 16 gefüllt, worauf der Mittelteil der Rückseite des Si-Substrats 11 geätzt wird. Auf diese Weise erhält man eine Röntgenstrahlmaske mit feinem Muster, bei der der W-Film 13 als ihr Röntgenstrahl absorber verwendet wird. Fig. 2D shows that the remaining on the W film 13 PMMA resist layer 14 is used as a protective film for protecting the W film 13 against mechanical damage or inclusion of secondary electrons from the W film 13 during the irradiation with X-rays. Recesses defined by the pattern of the W film 13 are filled with a polyimide film 16 , whereupon the central part of the back of the Si substrate 11 is etched. In this way, an X-ray mask with a fine pattern is obtained, in which the W film 13 is used as its X-ray absorber.
Der durch Bestrahlung mit SOR steif und stabil gemachte PMMA-Resist dient als Schablonenmaske. In in dem PMMA- Resist gebildeten Ausnehmungen wird eine Au-Schicht ab gelagert.The one made stiff and stable by irradiation with SOR PMMA-Resist serves as a stencil mask. In in the PMMA Resist-formed recesses are removed from an Au layer stored.
Wie aus Fig. 4A hervorgeht, wird auf einem Si-Substrat 21 ein SiNx-Film (bzw. für Röntgenstrahlung durchlässiger dünner Film) 22 abgelagert. Auf dem SiN x -Film 22 wird dann als Plattierunterlage ein 10 nm (100 Å) dicker Au/Cr-Film 27 abgelagert. As is apparent from Fig. 4A, a SiN x film (or by X-ray transparent thin film) 22 deposited on a Si substrate 21. A 10 nm (100 Å) thick Au / Cr film 27 is then deposited on the SiN x film 22 as a plating base.
Die Ablagerung des PMMA-Resists 24 erfolgt in entspre chender Weise wie in Beispiel 1. Die Filmdicke und die Art und Weise der Ablagerung entsprechen denjenigen von Beispiel 1.The PMMA resist 24 is deposited in a corresponding manner as in Example 1. The film thickness and the manner of the deposition correspond to those of Example 1.
Aus Fig. 4B geht hervor, daß der PMMA-Resist 24 durch entsprechende Elektronenstrahllithographie wie in Beispiel 1 gemustert wird. Hierbei wird der Au/Cr-Film 27 teilweise freigelegt. Danach werden das PMMA-Resistmuster 24 und die freigelegten Teile des Au/Cr-Films 27 in ent sprechender Weise wie in Beispiel 1 mit SOR 25 bestrahlt.From Fig. 4B that the PMMA resist 24 is patterned by a corresponding electron beam lithography as in Example 1 shows. Here, the Au / Cr film 27 is partially exposed. Thereafter, the PMMA resist pattern 24 and the exposed parts of the Au / Cr film 27 are irradiated in a corresponding manner as in Example 1 with SOR 25 .
Das (noch) unfertige Produkt wird in ein handelsübliches Plattierbad einer Temperatur von 50°C eingetaucht, wobei eine zunehmende Au-Plattierung an den freigelegten Teilen der Plattierunterlage 27 unter Bildung des aus einem Au- Film bestehenden Röntgenstrahlabsorbermusters 23 einer Stärke von 0,6 µm stattfindet (vgl. Fig. 4C). Das mittels SOR bestrahlte PMMA-Resistmuster wird selbst beim Ein tauchen desselben in das Plattierbad weder beschädigt noch abgelöst.The (still) unfinished product is immersed in a commercially available plating bath at a temperature of 50 ° C., with increasing Au plating on the exposed parts of the plating base 27 to form the X-ray absorber pattern 23 consisting of an Au film and having a thickness of 0.6 μm takes place (see Fig. 4C). The PMMA resist pattern irradiated with SOR is neither damaged nor detached even when it is immersed in the plating bath.
Fig. 4D zeigt, daß auf sämtlichen Oberflächen des un fertigen Produkts durch Spinnbeschichtung ein Polyimid film 26 abgelagert ist und daß das Si-Substrat 21 im Mittelteil seiner Rückseite geätzt ist. Auf diese Weise erhält man eine Röntgenstrahlmaske. Fig. 4D shows that a polyimide film 26 is deposited on all surfaces of the un finished product by spin coating and that the Si substrate 21 is etched in the middle part of its back. An x-ray mask is obtained in this way.
Diese Röntgenstrahlmaske absorbiert lediglich einen Teil Röntgenstrahlung, da der auf dem für Röntgenstrahlung durchlässigen dünnen Film gebildete Au/Cr-Film 10 nm (100 Å) dick ist. Der Au-Film 23 des Röntgenstrahlab sorbers ist lediglich 0,6 µm dick, so daß der Röntgen strahlabsorber Röntgenstrahlung ausreichend zu absorbie ren vermag. Folglich paßt der Kontrast zwischen dem für Röntgenstrahlung durchlässigen Bereich und dem Röntgen strahlung abschirmenden Bereich, so daß während der Musterübertragung keine Probleme auftreten.This X-ray mask absorbs only a part of X-ray radiation because the Au / Cr film formed on the X-ray transparent thin film is 10 nm (100 Å) thick. The Au film 23 of the X-ray absorber is only 0.6 μm thick, so that the X-ray absorber can absorb X-rays sufficiently. As a result, the contrast between the X-ray transmissive area and the X-ray shielding area fits so that no problems occur during the pattern transmission.
In diesem Beispiel dient durch Bestrahlung mit SOR steif und stabil gemachtes PMMA als Werkstoff für einen Röntgenstrahlschutzfilm.In this example, irradiation with SOR serves as a stiff and made stable PMMA as a material for one X-ray protective film.
Die Fig. 5A zeigt, daß entsprechend den in den Fig. 2A bis 2D dargestellten Schritten auf einem für Röntgen strahlung durchlässigen Film 32 aus SiN, der sich auf einem Si-Substrat 31 befindet, ein feingemusterter W- Film 33 erzeugt wurde. Zu diesem Zeitpunkt wird der PMMA- Resist, der durch Bestrahlung mit SOR gehärtet wurde, ent fernt. FIG. 5A shows that, in accordance with the steps shown in FIGS. 2A to 2D, a finely patterned W film 33 was produced on a film 32 made of SiN which is transparent to X-rays and is located on a Si substrate 31 . At this point, the PMMA resist that has been cured by irradiation with SOR is removed.
Fig. 5B zeigt, daß die PMMA-Schicht 36, gemessen von der Oberseite des SiN x -Films 32, 1 µm dick ist. Sämtliche Oberflächen des noch unfertigen Produkts werden durch Spinnbeschichtung beschichtet. Danach erfolgt eine Be strahlung mit SOR in entsprechender Weise wie in Bei spiel 1, wobei ein Schutzfilm großer mechanischer Festig keit entsteht. Das Si-Substrat 31 wird im mittleren Teil seiner Rückseite geätzt (vgl. Fig. 5C). Auf diese Weise erhält man eine Röntgenstrahlmaske. In dem Schutzfilm werden keine entsprechenden Risse und Fehlstellen wie in einer durch Ionenstrahlung bestrahlten Schicht ge bildet. Fig. 5B shows that the PMMA layer 36, measured from the top of the SiN x film 32 is 1 micron thick. All surfaces of the still unfinished product are coated by spin coating. This is followed by radiation with SOR in the same way as in example 1, with a protective film of great mechanical strength. The Si substrate 31 is etched in the middle part of its rear side (see FIG. 5C). An x-ray mask is obtained in this way. No corresponding cracks and defects are formed in the protective film as in a layer irradiated by ion radiation.
Obwohl auf dem Si-Plättchen ein Schwermetallmuster ge bildet und danach das Si-Plättchen - wie in den Bei spielen beschrieben - im Mittelteil seiner Rückseite geätzt wurde, kann das Si-Plättchen auch zunächst ge ätzt und danach der W-Film auf dem derart geätzten Si- Plättchen gebildet werden.Although a heavy metal pattern is formed on the Si plate and then the Si plate - as described in the examples - was etched in the middle part of its back, the Si plate can also be etched first and then the W film on the etched in this way Si platelets are formed.
Erfindungsgemäß kann der Resist als steife bzw. starre und stabile Ätzmaske oder als Schutzfilm verwendet werden, und zwar lediglich dadurch, daß man den Resist in Form eines lichtempfindlichen organischen Films mittels SOR bestrahlt.According to the invention, the resist can be rigid or rigid and stable etching mask or used as a protective film be, and only by the fact that the resist in the form of a photosensitive organic film irradiated with SOR.
Claims (18)
auf einem für Röntgenstrahlung durchlässigen dünnen Film (12) einen Röntgenstrahlenabsorber (13) aus bildet;
auf dem Röntgenstrahlenabsorber (13) einen licht empfindlichen organischen Resistfilm (14) erzeugt; den Resistfilm (14) zur Bildung einer Resistmaske (14) für die Musterung eines Röntgenstrahlenabsorbers (13) belichtet und entwickelt;
die Resistmaske (14) zu ihrer Härtung mittels Synchrotronbahn- bzw.-orbitalstrahlung (15) be strahlt und
unter Verwendung der gehärteten Resistmaske (14) selektiv den Röntgenstrahlabsorber (13) zur Bildung des Röntgenstrahlabsorbermusters (13) ätzt.1. A method for producing an X-ray mask, characterized in that
on an X-ray transparent thin film ( 12 ) forms an X-ray absorber ( 13 );
produces a light-sensitive organic resist film ( 14 ) on the X-ray absorber ( 13 ); exposed and developed the resist film ( 14 ) to form a resist mask ( 14 ) for patterning an X-ray absorber ( 13 );
the resist mask ( 14 ) for curing by means of synchrotron orbital orbital radiation (15) radiates and
using the hardened resist mask ( 14 ) selectively etches the X-ray absorber ( 13 ) to form the X-ray absorber pattern ( 13 ).
auf einem für Röntgenstrahlung durchlässigen dünnen Film (22) einen lichtempfindlichen organischen Resist film (24) ausbildet;
den Resistfilm (24) zur Bildung einer Resistmaske (24) zur Bildung eines Röntgenstrahlabsorbermusters (23) belichtet und entwickelt;
die Resistmaske (24) zu ihrer Härtung mittels einer Synchrotronbahn- bzw. -orbitalstrahlung (25) bestrahlt und
auf dem für Röntgenstrahlung durchlässigen dünnen Film (22), der nicht mit der gehärteten Resistmaske (24) zur Bildung des Röntgenstrahlabsorbermusters (23) be deckt ist, selektiv den Röntgenstrahlabsorber (23) ausbildet.7. A method for producing an X-ray mask, characterized in that
forms a light-sensitive organic resist film ( 24 ) on a thin film ( 22 ) transparent to X-rays;
exposing and developing the resist film ( 24 ) to form a resist mask ( 24 ) to form an X-ray absorber pattern ( 23 );
the resist mask ( 24 ) is irradiated by means of a synchrotron path or orbital radiation ( 25 ) and
on the X-ray transparent thin film ( 22 ), which is not covered with the hardened resist mask ( 24 ) to form the X-ray absorber pattern ( 23 ), selectively forms the X-ray absorber ( 23 ).
auf einem für Röntgenstrahlung durchlässigen dünnen Film (32) ein Röntgenstrahlabsorbermuster (33) her stellt;
auf dem Röntgenstrahlabsorbermuster (33) einen organischen Schutzfilm (36) erzeugt und den Schutzfilm (36) mittels Synchrotronbahn- bzw. -orbitalstrahlung (35) bestrahlt. 14. A method for producing an X-ray mask, characterized in that
on an X-ray transparent thin film ( 32 ) produces an X-ray absorber pattern ( 33 );
an organic protective film ( 36 ) is produced on the X-ray absorber pattern ( 33 ) and the protective film ( 36 ) is irradiated by means of synchrotron path or orbital radiation (35).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP62318779A JPH01161718A (en) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | Manufacture of x-ray mask |
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| DE3842481A1 true DE3842481A1 (en) | 1989-06-29 |
| DE3842481C2 DE3842481C2 (en) | 1992-12-24 |
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