DE4028647C2 - Verfahren zum Kopieren von Lochmasken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kopieren einer Lochmaske.

Lochmasken, die insbesondere aus dünnen Silizi­ ummembranen bestehen können, werden beispielsweise für die Ionenprojektions-Lithographie oder das Elektronenstrahl Proximyprinting benötigt. Auch in der Silizium- Mikromechanik werden Lochmasken, z. B. beim "High Speed, High Resolution Electron Lithography System" verwendet.

Zur Herstellung derartiger Lochmasken ist in der Ver­ gangenheit das gewünschte Muster einer Schaltung entweder durch Elektronenstrahl-Direktschreiben oder durch Röntgenstrahlbelichtung in einem Photolack erzeugt und dann durch eine anisotrope, reaktive Ionenätztechnik in die Membran übertragen worden. Dabei wird die Membran durchgeätzt, und man erhält die Muster als Löcher.

Die Herstellung von Lochmasken hat insbe­ sondere beim Elektronenstrahl-Direktschreiben einen wesentlichen Nachteil: Beim Elektronenstrahldirekt­ schreiben in einem Photolack (z. B. Polymethylmetacrylat PMMA) gibt es einen sogenannten Proximity-Effekt:

Durch den an einer Stelle auftreffenden Strahl wird nicht nur diese Stelle des Photolacks, sondern auch die Umgebung belichtet, da die hochenergetischen Elektronen (typisch 50 keV) die dünne Lackschicht mehr oder weniger ungestreut durchdringen und erst im darunterliegenden Substrat durch elastische oder inelastische Stöße gestreut werden. Ein Teil der Elektronen wird im Substrat an die Grenzschicht zwischen Substrat und Photolack zurückgestreut und kann dort die für die Belichtung notwendigen Sekundärelektronen niedriger Energie auslösen. Um die vom Elektronenstrahl getroffene Stelle herum wird von der genannten Grenz­ schicht her der Lack in einem Ringbereich belichtet, de­ ssen Breite im Bereich einiger µm liegt. Dieser Proximity- Effekt ist besonders ausgeprägt, wenn in geringer Entfern­ ung von vollständig beschriebenen Flächen, wie sie bis­ her zur Herstellung von Lochmasken erzeugt worden, sind feine Strukturen geschrieben werden sollen.

Bei der ebenfalls zur Belichtung von Photolackmasken für die Siliziumlochmasken-Herstellung eingesetzten Röntgenstrahllithographie spielt der Proximity-Effekt zwar nur eine untergeordnete Rolle. Die dabei verwendeten Rönt­ genstrahlabsorbermasken sind aber selbst mit Hilfe von Elektronenstrahldirektschreiben erzeugt worden, so daß die oben angeführten Vorteile bei der Musterübertragung durch Röntgenstrahlung mit übernommen werden können.

Als weiterer Nachteil bei der Herstellung insbesondere von Silizium-Lochmasken ist zu nennen, daß beim Durchätzen der Siliziummembranen - wie im übrigen auch bei allen anderen Trockenätzprozessen - großflächige Strukturen schneller als schmale Gräben oder kleine Löcher geätzt werden. Dies hängt mit dem verminderten Einfallswinkel von ätzaktiven Gasbestandteilen und mit dem reduzierten Austausch von gasförmigen Ätzprodukten aus einer engen Struktur zusam­ men. Die Zeit bis zum Durchätzen der großflächigen Strukturen muß deshalb noch um etwa 50% verlängert werden (Überätzzeit), um auch bei kleinen Strukturen die Membran zu öffnen.

In der EP 330 330 A2 wird ein Verfahren zur Herstellung von Stützgittermasken beschrieben, die vorzugsweise aus einem Siliziumsubstrat bestehen und eine mit Bor-Atomen dotierte Schicht aufweisen, auf der eine Photoresist­ schicht abgeschieden ist. Nach entsprechender Belichtung der Photoresistschicht werden die aufbelichteten Gittermuster mit Hilfe reaktiver Ionenätztechnik in das Maskenmaterial eingeätzt. Hierbei handelt es sich um die Bearbeitung mehrlagiger Schichtenfolgen, die eine stabile Stützgittermaske ergeben sollen.

In der GB 2 132 789 A werden die Vorzüge des Um­ rißschreibens beim Elektronenstrahlbelichten bei der Her­ stellung von Masken vorgestellt. Die in diesem Zusam­ menhang beschriebene Methode des Materialabtrages mit Hilfe der sogenannten "Brush Fire Lithography" erfordert die elektrische Abtrennung einzelner Schichtgebiete, so daß ein auf der einen Seite der Abtrennungslinie in­ itiierter Ätzvorgang nicht über diese Linie auf die andere Seite übergreifen kann. Notwendige Voraussetzung für einen derartigen elektrochemischen Ätzmechanismus ist jedoch eine spezielle Folge von leitenden und nichtleitenden Schichten, die im Falle von Lochmasken wegen der unter­ schiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten nicht in Frage kommen. Ferner wird auf Seite 2 linke Spalte, Zeilen 35 und 36 der Druckschrift ausgeführt, daß die Strahlbreite mit der das Umrißschreiben vorgenommen werden kann, auf­ grund der "Brush Fire Lithography" nicht beliebig re­ duziert werden kann.

Aus dem Artikel von A. Heuberger, "X-Ray Lithography", US- 2-Solid State Technology, Febr. 1986, S. 93-101, gehen grundsätzliche Zusammenhänge zur Röntgenstrahl- Lithography hervor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kopieren einer Lochmaske, derart weiterzuentwickeln, daß die Genauigkeit der Herstellung der Lochmasken erhöht wird und eine einheitliche Ätzrate sich ergibt.

Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch angegeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu kopierende Lochmaske zwischen einer Ionenquelle und einer Verkleinerungsoptik, der die mit einem, einen Umkehrpunkt aufweisenden Positiv-/Negativ-Photolack versehene Membran nachge­ ordnet ist, angeordnet ist, so daß die Belichtung des Photolacks derart erfolgt, daß die Photolackbereiche, die einer hohen sowie überhaupt keiner Ionenbestrahlung ausgesetzt worden sind, gegen einen Entwickler resistent sind, und daß die Kantenbereiche der Lochmaske, die auf dem Photolack abgebildet werden, beim Entwickeln als Gräben bis hinab zur Membran ausgebildet werden.

Hierbei wird nicht mehr das Muster selbst, sondern nur noch seine Umrandung im Photolack erzeugt. Beim nach­ folgenden Ätzprozeß wird dann die Umrandung durchgeätzt, und das Innere des Musters fällt heraus. Somit erhält man das gewünschte Muster.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1a, b eine Darstellung des erfindungsgemäßen Kopierverfahrens.

Im folgenden soll unter Bezugnahme auf die Fig. 1a und b das Verfahren zum Kopieren von Lochmasken beschrieben werden, das nicht mehr das Muster selbst, sondern nur noch seine Umrandung im Photolack be­ lichtet.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird die Maskenkopie beschrieben, bei der das Verfahren der Bildumkehr in einem Ionenprojektor im Maßstabsverhältnis des Projektors, z. B. 10 : 1 verkleinernd verwendet wird. Unter Bildumkehr versteht man das Verhalten eines Lacks (z. B. AZ 5206, Kalle- Hoechst) sich bei der "Belichtung" mit Ionen (z. B. He⁺) allmählich mit zunehmender Dosis von einem Positivlack zu einem Negativlack zu verwandeln.

Fig. 1a zeigt eine Ionenquelle 1′, der eine zu repro­ duzierende Lochmaske 2, die beispielsweise aus einer Siliziummembran bestehen kann, vorgeschaltet ist. Zwischen der zu bearbeitenden Siliziummembran 4, auf der ein Photolack 5, beispielsweise der bereits genannte AZ 5206 aufgebracht ist, befindet sich eine "Verkleinerungs-Optik" 6.

Bei einer He⁺-Dosis von 7_*10¹² Ionen/cm² ist der Um­ kehrpunkt Positivlack/Negativlack beim Lack AZ 5206 be­ reits erreicht. Die mit dieser Dosis überbelichteten Flächen (dunkle Schraffur in Fig. 1a) werden langsamer entwickelt als solche mit geringerer Dosis (helle Schraffur in Fig. 1a). Üblicherweise wird nach der Ionenbelichtung noch eine ganzflächige Belichtung des Photolacks, z. B. mit einer UV-Quelle, durchgeführt, um die nicht dem Ionenstrahl ausgesetzten Bereiche des Lacks durch den Entwickler ablösen zu können und so das ver­ kleinerte Negativ des Lochmaskenmusters im Lack zu er­ halten. Läßt man dagegen den ganzflächigen Belich­ tungsschritt weg, so erhält man die Umrandung der Muster als schmale Gräben, denn der Flächenbereich, der mit hoher Ionendosis belichtet worden ist, ist ver­ gleichsweise resistent gegen den Entwickler. Die Flächen, die überhaupt nicht belichtet wurden, sind ebenfalls re­ sistent. Zwischen diesen Bereichen gibt es wegen der Ionenstreuung einen Bereich, in dem die Ionendosis von hohen Werten auf niedrige Werte allmählich abfällt. Dieser Bereich wird am schnellsten entwickelt. Er ist das Abbild der Maskenkante und wird nach der Entwicklung als Graben 7 ausgebildet (Fig. 1b).

Claims (1)

1. Verfahren zum Kopieren einer Lochmaske, dadurch gekennzeichnet, daß die zu kopierende Lochmaske zwischen einer Ionenquelle und einer Verkleinerungsoptik, der die mit einem, einen Umkehrpunkt aufweisenden Positiv-/Negativ-Photolack versehene Membran nachge­ ordnet ist, angeordnet wird, und daß die Belichtung des Photolacks derart erfolgt, daß die Photolackbereiche, die einer hohen sowie überhaupt keiner Ionenbestrahlung ausgesetzt worden sind, gegen einen Entwickler resistent sind, und daß die Kantenbereiche der Lochmaske, die auf dem Photolack abgebildet werden, beim Entwickeln als Gräben bis hinab zur Membran ausgebildet werden.