DE2740180C2

DE2740180C2 - Maske für Elektronenbildprojektion und Verfahren zum Herstellen einer solchen Maske

Info

Publication number: DE2740180C2
Application number: DE2740180A
Authority: DE
Inventors: Hewson Nicholas Graham King; Julian Portway Salfords Redhill Surrey Scott
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-09-09
Filing date: 1977-09-07
Publication date: 1984-07-12
Also published as: DE2740180A1; JPS5816612B2; FR2364495A1; US4137458A; FR2364495B1; JPS5355985A; GB1557064A

Description

Die Erfindung betrifft eine Maske für Elektronenblldprojektion entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Maske. Eine Maske dieser Art 1st aus dem »Journal of Applied Physics«, Bd. 46 (1975), H. 2, S. 661 bis 664 bekannt.

s Masken für Elektronenblldprojektion eignen sich zur Herstellung großer Muster mit feinen Details auf Silicium- und anderen Substraten bei der Herstellung z. B. integrierter Schaltungen, magnetischer »Bubble-«Schaltungen und anderer Anordnungen, die Details in der Größenordnung von weniger als 1 p.m erfordern. In der US-PS 36 79 497, in »Solid State Electronics«, Bd. 12 (1969), S. 841 bis 848 und in »Proceedings of Sixth International Conference on Electron and Ion Beam Science and Technology« (Electronical Society, Prince-

IS ton N. J.), S. 123 bis 136 sind ebenfalls Verfahren zum Projizieren eines Elektronenbildes In einem breiten Strahl einer Photokathode beschrieben, die über Fenster einer Maske belichtet wird, die einem gewünschten Elektronenbild entsprechen.

Bei Anwendung von Elektronenblldprojekttonstechnlken bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen ist es gewöhnlich erforderlich, daß aufeinanderfolgende selektive Belichtungen mit verschiedenen Elektronenstrahl mustern stattfinden, well verschiedene Teile einer Halbleiterscheibe aufeinanderfolgende Bearbeitungsschritte, meistens in verschiedenen Gebieten, erfordern, um verschiedene Zonen der Anordnung zu erhalten. Es ist meistens notwendig, daß die für jede dieser mehrfachen Belichtungen verwendeten Masken richtig in bezug auf die Halbleiterscheibe ausgerichtet, sind, was dadurch erreicht werden kann, daß jede Maske mit Hilfe einer Bezugsmarkierung auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe ausgerichtet wird. Die Markierung kann von dem Elektronenstrahl Identifiziert und ein von der Markierung abgeleitetes Signal kann zum Korrigieren der Lage der Maske In bezug auf die Markierung verwendet werden (siehe z. B. die US-PS 37 10 101, US-PS 37 15 242 und US-PS 38 32 561 sowie »I.E.E.E. Transactions on Electron Devices«, Band ED-22 (1975) 7, S. 409 bis 413).

Ein Problem, das sich bei der Anwendung von Elektronenbildprojektlon ergibt, besteht darin, daß Gebiete in einem Muster, die eine hohe mittlere Durchlässigkeit aufweisen, z. B. zickzackförmlge Matrizen in magnetlsehen »Bubblew-Schaltungsmustern, in bezug auf Gebiete, die eine niedrige mittlere Durchlässigkeit aufweisen, z. B. T-Stab matrizen In magnetischen »Bubble«- Schaltungsmustern, überbelichtet werden. Diese Überbelichtung 1st einem Näherungseffekt (»proximity effect«) zuzuschreiben, der In »J. Vac. Sei. Technol.«, Bd. 12 (1975), S. 1271 beschrieben ist und durch rückgestreute Elektronen herbeigeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Maske der obengenannten Art den Effekt der rückgestreuten Elektronen auf ein Mindestmaß zu beschränken und so Fehler In dem entwickelten Elektronenreslstmuster, das unter Verwendung einer Elektronenblldprojektlonsmaske hergestellt wird, zu vermelden.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Unter einem »transparenten Substrat» 1st hler ein transparentes, anorganisches Substrat zu verstehen, das

z. B. aus Glas, geschmolzenem Siliciumoxid oder künstlichem Saphir besteht.

Es wurde gefunden, daß bei Anwendung einer Quelle diffusen Lichtes zur Belichtung der photoempfindlichen

Verbindung in dem transparenten Überzug nur eine einzige Belichtung erforderlich ist, sogar für ein Maskenmuster, das Gebiete mit einem niedrigen Grad der Bedeckung (z. B. 5%) mit undurchsichtigem Material (z. B. eine T-Stabstruktur in einer magnetischen »Bubble«-Schaltung) oder Gebiete mit einem höheren Grad der Bedeckung (z. B. 50%) mn undurchsichtigem Material (z. B. zickzackförmige Gebiete in magnetischen »Bubble«-Schaltungen) enthält.

Durch das erfindungsgemäße Verfahre» hergestellte Masken können bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen Anwendung finden.

Die Dicke des transparenten Überzugs einer Maske für Elektronenbildprojektion nach der Erfindung hängt von dem Bereich der Elektronen ab, die von dem Substrat rückgestreut werden, wobei das Substrat einen elektronenempfindlichen Reslstüberzug trägt, der, mit Elektronen bestrahlt wird, die von der Maske für die Elektronenblldprojektlon erzeugt werden. Die Dicke des transparenten Überzugs muß gleich ±50% des Bereiches der rückgestreuten Elektronen sein. Wenn somit die Maske mit einem Siliziumsubstrat verwendet werden soll, bei dem der Bereich der rückgestreuten Elektronen 1 bis 2 μπι beträgt, muß die Dicke des transparenten Überzugs 0,5 bis 3 μπι betragen. Mit einem Tantalsubstrat, bei dem der Bereich der rückgestreuten Elektronen 0,1 bis 0,2 μπι beträgt, muß der transparente Überzug eine Dicke von 0,05 bis 0,3 μπι aufweisen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein mit einer undurchsichtigen Metallschicht überzogenes Substrat aus geschmolzenem Slllzlumoxld, das einen Überzug aus einem positiv wirkenden elektronenempfindlichen Resist trägt, der mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird;

Fig. 2 das Gebilde nach Flg. 1 nach Auflösung der bestrahlten Gebiete des Resists;

Flg. 3 das Cebllde nach Flg. 2, nachdem die belichteten Gebiete der Metallisierung durch Plasmaätzen entfernt worden sind;

Fig. 4 das Gebilde nach Fig. 3, nachdem der verbleibende elektronenempfindliche Resist entfernt worden 1st;

Flg. 5 das Gebilde nach Fig. 4, nachdem es mit einer Schicht aus Celluloseacetobutyrat überzogen worden Ist;

Fig. 6 das Gebilde nach Fig. 5, nachdem eine Oberflächenschicht verseift worden ist;

Flg. 7 das Gebilde nach Fig. 6, nachdem die verselfte Schicht sensibllisiert worden ist;

Flg. 8 schematisch eine Anordnung zur Bestrahlung der photoempfindlich gemachten Oberflächenschicht durch das undurchsichtige Metallmaskenmuster;

Fig. 9 das Gebilde nach Flg. 7, nachdem ein physikalisch entwickeltes Metallbild auf der senslbllisierten verselften Schicht erzeugt worden Ist, und

Flg. !0 schematisch eine Anordnung zur Bearbeitung einer Halbleiterscheibe.

Es sei bemerkt, daß die Dicken der Schichten nicht In den richtigen Verhältnissen in bezug auf die Breiten der Öffnungen dargestellt sind.

Eine Scheibe aus geschmolzenem Siliziumoxid 1 (mit einem Durchmesser von 65 mm und einer Dicke von 2 mm), die eine 10 nm dicke Schicht 2 aus Chrom trug, die durch Zerstäubung abgelagert worden war, wurde mit einem 0.3 μΐη dicken Überzug 3 aus einem durch Polymethylmethacrylat gebildeten positiv wirkenden elektronenempfindlichen Resist versehen. Der Resistüberzug 3 wurde mit Elektronen gemäß einem gewünschten Muster (Fig. !) bestrahlt, wobei eine in »I.E.E.E. Transactions on Elektron Devices«, Band ED 22, Nr. 7 (Juli 1975), S. 376 bis 384 beschriebene Elektronenstrahlanordnung zur Herstellung einer Maske verwendet wurde. Der bestrahlte Resistüberzug wurde in einem Gemisch von 95 Volumenteilen Propanol-2 und 5 Volumenteilen Wasser 3 Minuten lang bei 20° C in entwickelt; das entwickelte Resisimuster zeigt Fig. 2. Die belichteten Gebiete der Chromschicht wurde dann während 12 Minuten unter Verwendung einer Atmosphäre aus 66,7 Pa eines Gemisches von 20 Volumenteilen Helium einer Plasmaätzbehandlung unterworfen; das geäzte Maskenmuster la zeigt Fig. 3. Die unbestrahlten Gebiete 3a des elektronenempfindllc'nen Resists wurden anschließend durch Eintauchen In kalte rauchende Salpetersäure entfernt (Fig. 4). Eine 5 μπι dicke Schicht 4 aus Celluloseacetobutyrat, die auf dem Maskenmuster la und den belichteten Gebieten der Scheibe 1 angebracht war (F i g. 4), wurde durch Zentrifugieren einer 15gew.-96lgen Lösung von »Tenlte 2.236 A« in einem Gemisch von Methylglycolacetat, Äthanol und Aceton (in einem Volumenverhält-" nis von 2 : 1 : 1) bei 4250 Umdrehungen/min während 30 Sekunden hergestellt (Fig. 5). »Tenite 2.236 A« ist ein durch Celluloseacetobutyrat gebildetes Spritzgußprodukt von Eastman Chemical Products. Die Schicht 4 wurde bei 12O⁰C während einer Stunde in der Luft getrocknet und wies eine Dicke von 5 μπι auf. Die Schicht 4 wurde dadurch verseift, daß das überzogene Substrat 1 in eine 6,5gew.-%ige Lösung von Kaliumhydroxld in einem Gemisch von Methanol und Wasser in einem Volumenverhältnis von 8:2 während 7 Minuten eingetaucht und bewegt wurde. Die verseifte Schicht 5 (Fig. 6) wies eine Dicke von nahezu 2,5 μπι auf. Die Verseifung wurde dadurch beendet, daß die überzogene Scheibe 1 in eine 9gew.-%ige Lösung von Milchsäure In einem Gemisch von Methanol und Wasser in einem Volumenverhältnis von 8 : 2 eingetaucht wurde. Das überzogene Substrat 1 wurde dann in Wasser gespült.

Die überzogene Scheibe wurde 1 Minute lang noch In feuchtem Zustand In Propanol-1 eingetaucht und dieser Vorgang wurde zweimal in frischem Propanol-1 wiederholt. Der verselfte Teil 5 wurde anschließend dadurch senslbilisiert, daß die überzogene Scheibe 1 in eine Lösung von 0,1 Mol/l von 3,5-Dichlor4-dlmethylamlnobenzoldiazo-t-butylsulfid in Propanol-1 während 3 Minuten eingetaucht wurde. Die überzogene Scheibe 1, die eine photoempfindliche Schicht Sa trug (Fig. 7), wurde dann aus der Lösung entfernt und wurde durch Zentrifugieren bei 4000 Umdrehungen/min während 30 Sekunden getrocknet.

Die photoempfindliche Schicht 5a wurde dann während 1 Minute durch das undurchsichtige Maskenmuster la mit Hilfe einer Quelle diffusen Lichtes belichtet, die aus einem Schirm gesinterten Quarze 6 und einer ^-W-HPR-Hochdruck-Quecksllberdampflampe 7 bestand, wobei die Lampe 7 sich in einem Abstand von 1 m von der Scheibe 1 befand (Flg. 8).

Die überzogene Scheibe wurde dann 2 Sekunden lang In eine wäßrige Keimbildungslösung aus 0,005 Mol/l Mucuionltrat, 0,025 Mol/l Silbernitrat und 0,01 Mol/l Salpetersäure eingetaucht. Die überzogene Scheibe wurde dann 4 Sekunden lang In Wasser gespült und wurde danach 1 Minute lang In einen physikalischen Entwickler eingetaucht, der aus einer wäßrigen Lösung

bestand, die enthielt:

0,050 Mol/1
0,010 Mol/l
0,010 Mol/l
O;O33 Mol/I
0,020 Gew.-96
0,020 Gew.-%

Ferroammoniumsulfat

Ferrinltrat

Silbernitrat

Zitronensäure

Armac 12 D (Handelsname)

Llssapol N (Handelsname).

(Armac 12 D ist eine kationogene oberflächenaktive Verbindung aus nahezu 90% Dodecylamlnacetat, nahezu 9% Tetradecylamlnacetat und zum übrigen aus höheren Alkylaminacetaten. Llssapol N 1st eine nichtionogene oberflächenaktive Verbindung, die aus einem Kondensationsprodukt von Aethylenoxid mit Alkylphenol besteht).

Dadurch wurde ein durchscheinendes Metailmuster 56 gebildet, das sich auf den belichteten Gebieten der photoempfindlichen Schicht 5a befand, die mit diffusem Licht bestrahlt worden waren (Flg. 8). Dieses Metallmuster Sb setzte die mittlere Lichtdurchlässigkeit durch die Öffnungen in der Maske auf einen Wert von 50% der mittleren Lichtdurchlässigkeit beim Fehlen des Metallmusters 5b herab.

Fig. 10 zeigt eine Anordnung zur Bestrahlung einer elektronenempfindlichen Resistschicht 9 aus einem positiv wirkenden Polymethylmethacrylatresist auf einer Siliziumscheibe 8 unter Verwendung der durch das oben an Hand der Fig. 1 bis 9 beschriebene Verfahren hergestellten Elektronenbildprojektionsmaske. Eine Vakuumkammer 11 wird an einem Ende mittels der Scheibe 1 aus geschmolzenem Siliziumoxid und am anderen Ende mittels einer die Siliziumscheibe 8 tragenden Metallplatte 10 verschlossen. Eine Photokathodenschicht 13 aus Cäslumjodld wird auf einer elektrisch leitenden transparenten Titanschicht (nicht dargestellt) angebracht, die sich über die Oberfläche der Maske erstreckt, die sich Innerhalb der Vakuumkammer 11 befindet. Die Resistschicht 9 wird gemäß dem gewünschten Elektronenstrahlmuster dadurch bestrahlt, daß die Maske mit ultraviolettem Licht aus einer Quecksilberdampfentladungslampe 12 bestrahlt wird, nachdem der Druck in der Vakuumkammer 11 auf 1,3· 10"²Pa herabgesetzt worden 1st, während die SlIizlumscheibe 8 auf +20 kV In bezug auf die transparente Titanschicht gehalten wird. Die Bestrahlung der Maske wird während einer Zelt fortgesetzt, die genügend 1st, um eine befriedigende Belichtung der Resistschicht 9 mit dem Elektronenbild zu erhalten, das von der teilweise maskierten Photokathodenschicht 13 erzeugt wird. Die bestrahlte Resistschicht wird dann mit einem Gemisch von 95 Volumenteilen Propanol-2 und 5 Volumentellen Wasser entwickelt, wonach die maskierte Siliziumscheibe z. B. dotiert werden kann, wobei die entwickelte Reslstscheibe als Diffusionsmaske verwendet wird und bekannte Techniken zur Ablagerung und zum Diffundieren eines Dotierungsmittels angewendet werden.

Es Ist einleuchtend, daß das undurchsichtige Maskenmuster einer Maske nach der Erfindung aus anderen Materlallen als Chrom, z. B. aus Gold, Nickel, Aluminium, Tantal, Nlckel-Chrom-Leglerungen, Chromsesquloxid und Tantaloxid, bestehen kann. Auch kann das Maskenmuster z. B. durch chemisches Ätzen oder Sputterätzen hergestellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Maske für Elektronenblldprojektion, die ein gegenüber UV-Strahlung transparentes Substrat (1) enthält, auf dem ein für sichtbare und UV-Strahlung undurchsichtiges Maskenmuster (2a) ausgebildet ist, über dem eine Photokathodenschicht (13) angeordnet ist, und an die eine Hochspannung anlegbar Ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein transparenter Überzug (5a) über das undurchsichtige Maskenmuster (2a) und über die Teile des Substrats (1) erstreckt, die durch öffnungen in dem Maskenmuster (2e) freigelassen sind, und daß sich ein Metallbild (56) mit einem den Öffnungen entsprechendes Muster über dem transparenten Überzug (5a) befindet, welches Metallbild (56) eine solche optische Dichte hai, daß die mittlere Lichtdurchlässigkeit durch die Öffnungen in der Maske (2a) auf einen Wert zwischen 25 und 80* der mittleren Lichtdurchlässigkeit durch diese Öffnungen beim Fehlen des Metallbildes (Sb) herabgesetzt ist.

2. Maske für Elektronenblldprojektion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das undurchsichtige Maskenmuster aus Chrom, Gold, Nickel, einer Nlckel-Chrom-Legierung, Tantal, Aluminium, Chromsesquioxld oder Tantaloxid besteht.

3. Verfahren zum Herstellen einer Maske für Elektronenblldprojektion nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem auf einem transparenten Substrat (1) ein undurchsichtiges Maskenmuster (2a) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein transparenter Überzug (5a) aufgebracht wird, der sich über das undurchsichtige Maskenmuster (2a) und die öffnungen des undurchsichtigen Maskenmusters erstreckt, wobei zumindest eine Oberflächenschicht des transparenten Überzugs (5a) eine lichtempfindliche Verbindung enthält, die bei Belichtung ein Reaktionsprodukt erzeugt, mit dessen Hilfe Kupfer und/oder Quecksilber, Palladium, Platin, Silber oder Gold aus einer wäßrigen Lösung eines Salzes des betreffenden Materials ablagerbar sind, daß der transparente Überzug (Sa) durch das undurchsichtige Maskenmuster (la) hindurch mit diffusem Licht belichtet wird, daß der so belichtete transparente Überzug dann mit einer wäßrigen Lösung eines Salzes von Kupfer und/oder Quecksilber, Palladium, Platin, Silber oder Gold In Kontakt gebracht wird und daß das so gebildete latente Metallbild In der Welse entwickelt wird, daß die mittlere Lichtdurchlässigkeit durch die öffnungen des undurchsichtigen Maskenmusters (2a) und den sie bedeckenden transparenten Überzug auf 25 bis 80% der mittleren Llchtdurchlässlgkelt durch die Öffnungen des undurchsichtigen Maskenmusters ohne das Metallbild herabgesetzt wird.

4. Verwendung der Maske für Elektronenblldprojektion nach Anspruch 1 oder 2 bei einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, wobei die Dicke des transparenten Überzugs (Sa) so gewählt 1st, daß sie der Hälfte bis dem Anderthalbfachen des Streubereichs der vom Halbleitermaterial zurückgestreuten Elektronen gleich 1st.