DE2333902A1

DE2333902A1 - Verfahren zum ausrichten von masken fuer weiche roentgenstrahlung

Info

Publication number: DE2333902A1
Application number: DE19732333902
Authority: DE
Inventors: Henry Ignatius Smith; David Lewis Spears; Ernest Stern
Original assignee: Massachusetts Institute of Technology
Current assignee: Massachusetts Institute of Technology
Priority date: 1972-06-29
Filing date: 1973-06-29
Publication date: 1974-01-17
Also published as: JPS5142470B2; US3742229A; FR2191764A5; JPS4959576A; DE2333902B2

Description

DipL-big. Richard MüHer-Börnef

Dtt-kq. Hons-Iienridi Wey 68

Berlin, den 29. Juni 1973

Massachusetts Institute
of Technology

Verfahren zum Ausrichten von Masken für weiche Röntgenstrahlung

Gegenstand dieser Erfindung ist ein Auerichtsystem, das gewährleistet, dass jede einzelne Maske für weiche Röntgenstrahlen innerhalb eines Satzes derartiger Masken sich in richtigem Register mit einem zu belichtenden Substrat befindet und dass jedes Muster auf diesen Masken gegenüber den entsprechenden Mustern auf den anderen Masken des Satzes exakt angeordnet ist.

Neuerdings ist die Lithographie mit weichen Röntgenstrahlen

309883/1367

als Verfahren zur Vervielfältigung von ebenen Bildern mit einer unter einem Mikron liegenden Auflösung vorgeschlagen worden; siehe Patentanmeldung lfd. Nummer 217*902 vom 1*1. Januar 1972 von Snith u.a. mit dem Titel "Vorrichtung und Verfahren für die Lithographie für weiche Röntgenstrahlen". Masken für weiche Röntgenstrahlen sind mit von einem Wandler bei einem Elektrodenabstand von 1,3 Mikron für akustische Oberflächenwellen erzeugten Bildern hergestellt und mit gutem Erfolg vervielfältigt worden. Somit hat die Lithographie für weiche Röntgenstrahlen ein Auflösungsvermögen gezeigt, das höher ist als das bei der gewöhnlichen Licht-Lithographie erreichbare und das etwa mit dem der Verfahren vergleichbar ist, die mit Abtastung durch einen Elektrodenstrahl arbeiten. Die Einfachheit und die niedrigen Kosten der Lithographie für weiche Röntgenstrahlen deuten darauf hin, dass sie in Zukunft einen beträchtlichen Einfluss auf die Herstellung von Vorrichtungen mit ultrahoher Auflösung haben dürfte. Es können jedoch bei vielen Fertigungsverfahren mehrere Maskierungs-Arbeitsgänge erforderlich sein. Dabei müssen die durch die verschiedenen Masken erzeugten Bilder registerhaltig übereinandergelegt werden. Indessen ist dabei eine weit höhere Genauigkeit erforderlich als bisher, da die bisherigen Maskenvervielfältigungs-Verfahren keine Bilder reproduzierten, die im Submikron-Bereich liegende Elemente enthielten; beim Elektrodenstrahl-Abtastverfahren, nach dem Bilder mit im £r,b-

309883/1367

ORIGINAL

raikron-Bereich liegenden Elementen bisher erzeugt wurden, wird jedes Bild einzeln abgetastet und die Masken nicht vervielfältigt, so dass eine Registerhaltigkext der einzelnen Masken nicht erforderlich ist. Dahingegen muss das Bild auf jeder Maske in einem Satz Masken, der zur Fertigung einer vollständigen Schaltung oder einer ganzen Vorrichtung auf einem Subetrat benötigt wird, mit Submikron-Genauigkeit mit den entsprechenden Bildern jeder der anderen Masken des Satzes in Register gebracht werden, da sonst die Bilder trotz genauen Fluchtens zwischen Maske und Substrat nicht mit dem Bild oder den Bildern in Register gebracht werden können, die zuvor auf derselben Bildfläche reproduziert worden sind.

Es ist daher ein Ziel dieser Erfindung, ein Ausrichtsystem für ein Lithographieverfahren für weiche Röntgenstrahlen zu erhalten, dessen Submikron-Genauigkeit der der Lithographie für weiche Röntgenstrahlen entspricht und das darüberhinaus einfach und billig ist und die weifchen Röntgenstrahlen ausnutzt, die von den Arbeitsgängen der Lithographie für weiche Röntgenstrahlen her zur Verfügung stehen.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, ein solches Ausrichtsystem zu erhalten, das für genaue Registerhaltigkeit der einzelnen Masken innerhalb eines Maskensatzes gegenüber einem zu belichtenden Substrat sorgt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein derartiges Ausrichtsystem zu erhalten, das gewährleistet, dass

309883/ 1 367

ORIGINAL INSPECTED

233--02

die Bilder auf den einzelnen Masken eines Maskensatzes gegenüber den entsprechenden Bildern der anderen Masken richtig angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für eine effiziente Anwendung der Lithographie für weiche Röntgenstrahlen ein Ausrichtsystem unbedingt erforderlich ist, dass weiterhin auf Grund der hohen Genauigkeit, d.h. der sehr kleinen Bildelemente im Mikron-Bereich, die mit diesem Verfahren möglich ist, dieses Ausrichtsystem durch hohe Genauigkeit gekennzeichnet sein muss unc' dass als wichtigere Erkenntnis ein System dieser Art am besten in der Ausnutzung der weichen Röntgenstrahlen besteht, die von den Arbeitsgängen der Lithographie für weiche Röntgenstrahlen zur Verfügung stehen.

Merkmal der Erfindung ist ein Ausrichtsystem für ein Lithographieverfahren für weiche Röntgenstrahlen zum Ausrichten einer Maske gegenüber einem mit einem Bild zu bedruckenden Substrat, wozu sich erste Registereinrichtungen auf der Maske befinden und zweite Registereinrichtungen auf dem Substrat. Eine der Registereinrichtungen ist eine erste Einrichtung mit einer bestimmten Form zum Absorbieren von weichen Röntgenstrahlen und die andere der Registereinrichtungen ist eine zweite Einrichtung zum Absorbieren von weichen Röntgenstrahlen, die in sich einen Raum mit derselben bestimmten Form enthält. Eine der Registereinrichtungen wird über einem für We_-: zehe Röntgenstrahlen

309883/ 1 367

ORIGINAL INSPECTED

durchlässigen Registerfenster auf der Maske^itragen und die andere Registereinrichtung über einem für weiche Röntgenstrahlen durchlässigen Registerfenster auf dem Substrat.

Weitere Ziele, Kennzeichen und Vorzüge werden sich aus der nachstehenden Beschreibung eines vorzuziehenden Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen ergeben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schenatische Draufsicht einer Mastermaske mit Registereinrichtungen und Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen nach dem erfindungsgemässen Ausrichtsystem, Fig. 2 eine schematische Querschnittsseitenansicht längs der Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht, die Belichtung des elektronenempfindlichen Abdeckmaterial mit einem Abtast-Elektronenmikroskop zur Erzeugung der Registereinrichtungen und Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen auf der Mastermaske zeigt,

Fig. k eine schematische Seitenansicht der Mastermaske von Fig. 3 nach Entwicklung des belichteten Abdeckmaterials, Fig. 5 eine schematische Querschnittsseitenansicht der Maxtermaske, nachdem ein weiche Röntgenstrahlen absorbierendes Material auf die belichteten Flächen aufgebracht worden ist und nachdem das restliche, elektronenempfindliche Abdeckmaterial weggelöst worden ist,

Fig. 6 eine schematische Querschnittsseitenansicht, aus' der

309883/1367

ORIGINAL KNSPECTED

~⁶~ ■ 23^,-02

die Benutzung weicher Röntgenstrahlen zur Erzeugung einer Bildmaske mit der Mastermaske hervorgeht, Fig. 7 eine schematische Querschnittsseitenansicht der Bildmaske von Fig. 6 nach Entwicklung der belichteten Anteile des Abdeckmaterials,

Fig. 8 eine schematische Querschnittsseitenansicht der Bildmaske von Fig. 7 nach Aufbringen eines weiche Röntgenstrahlen absorbierenden Materials auf die entwickelten Anteile und nachdem das restliche gegen weiche Röntgenstrahlen abdeckende Material weggelöst worden ist,

Fig. 9 eine schematische Draufsicht der Bildmaske von Fig. 8,

Fig. IO eine schematische Querschnittsseitenansicht der Bildmaske längs der linie 10-10 von Fig. 9, nachdem Bilder auf ihr erzeugt worden sind,

Fig. 11 eine Querschnittsseitenansicht der Bildmaske von Fig. 10, nachdem unter den Registereinrichtungen und unter den Bildern Fenster geätzt worden sind, Fig. 12 eine schematische Querschnittsseitenansicht, aus der die Benutzung weicher Röntgenstrahlen und der Bildmaske zur Erzeugung von Registereinrichtungen auf einem Substrat hervorgeht,

Fig. 13 eine schematische Querschnittsseitenansicht des Substrats von Fig. 12, nachdem der belichtete Anteil entwickelt und durch ein weiche Röntgenstrahlen absorbierende Material ersetzt worden ist, nachddm der unbelichtete AnLe weggelöst worden ist,

309883/1367

ORIGINAL JNSPHCTED

2332902

Fig. l4 eine Ansicht des Substrates von Fig. 13, nachdem unter den Registereinrichtungen Fenster eingeätzt worden sind, Fig. 15 eine Draufsicht des Substrates von Fig. Ik, Fig. l6 eine schematische Querschnittsseitenansicht eines Lithographiesystems für weiche Röntgenstrahlen unter Benutzung eines erfindungsgemässen Ausrichtverfahrens, um Registerhaltigkeit zwischen einer Bildmaske und einem zu bedruckenden Substrat zu erhalten, und Fig. 17 eine schematische, axonometrische Ansicht einer Bildmaske mit mehreren Bildzonen, bei der Registereinrichtungen und Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen gemäss dem erfindunjrsgemässen Ausrichtsystem zur Anwendung kommen.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung kann eine Mastermaske benutzt werden, die Ausrichteinrichtungen trägt, die mindestens zwei Registereinrichtungen und eine Arbeitstisch-Markrerungseinrichtung für jedes auf einem Substrat zu erzeugende Bild umfassen. Die Registereinrichtungen und die Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen werden auf der Mastermaske unter Verwendung eines Abtast-Elektronenmikroskops erzeugt,- und jede der Ausrichteinrichtungen hat eine bestimmte Form, die durch ein weiche Röntgenstrahlen absorbierendes Material abgegrenzt wird, das sich auf einem durchlässigen Anteil der Mastermaske befindet. Ebenso hat jede der Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen eine ganz bestimmte Form, die durch weiche Röntgenstrahlen absorbierendes Material abgegrenzt wird, das sich auf für weiche

309883/ 1367

OFHGINAL INSPECTED

Röntgenstrahlen durchlässigen Anteilen der Mastermaske befindet. Nach den in der Lithographie für weiche Röntgen¹-strahlen üblichen Verfahren wird ein ganzer Satz Bildmasken durch Belichtung mit weichen Röntgenstrahlen durch die Mastermaske hindurch hergestellt. Jede der so erhaltenen Bildmasken trägt eine oder mehrere Registereinrichtungen, die den Registereinrichtungen auf der Mastermaske gleichen. Bei diesen Registereinrichtungen kann es sich um ein Positiv oder Negativ der ganz bestimmten Form handeln, die die Registereinrichtungen auf der Mastermaske haben. Ebenso enthält jede der Bildmasken mehrere Arbeitstisch-Markierungeeinrichtungen, die den Arbeitsstisch-Markierungseinrichtungen auf der Mastermaske entsprechen und bei denen es sich ebenfalls um ein Positiv oder Negativ der entsprechenden Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen auf der Mastermaske handeln kann. Jeder dieser Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen auf der Bildmaske ist eine Bildzone zugeordnet. In allen diesen Zonen aller Bildmasken wird nach den in der Abtast-Elektronenmikroskopie üblichen Verfahren ein Bild erzeugt. Benutzt «an die Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen als Ausgangspunkt, so kann das Abtast-Elektronenmikroskop exakt ein Bild auf einer Maske und kompatible Bilder an derselben relativen Position auf allen anderen Bildmasken des Maskensatzes erzeugen. Somit ist jedes der Bilder, die auf eine Bildzone eines Substrats aufgedruckt werden sollen, um das Ganzbild zu erhalten, genau

309883/ 1 367

-9- 2-333002

in Register mit allen anderen Bildern auf allen anderen Bildmasken, die nacheinander auf das Substrat aufgelegt werden müssen. Die auf dem Substrat erzeugten Registereinrichtungen haben exakt dieselbe Form wie die auf der Mastermaske und auf allen Bildmasken, stellen jedoch die Umkehrung der Registereinrichtungen auf der Bildmaske dar. Das hat zur Folge, dass bei Registerhaltigkeit zwischen den Registereinrichtungen auf irgendeiner der Bildaasken einerseits und den Registereinrichtungen auf dem Substrat andererseits keine weiche Röntgenstrahlung diese Zone von Bildmaske und Substrat durchdringen kann. Somit können Sensoren für weiche Röntgenstrahlung dazu benutzt werden, durch die Registereinrichtungen hindurchgehende, weiche Röntgenstrahlen aufzuspüren und ein mit den Sensoreinrichtungen verbundener Null-Indikator dazu benutzt werden, festzustellen, wann exakte Registerhaltigkeit vorliegt. Ein eine oder mehrere piezoelektrische Antriebseinheiten umfassender Servomechanismus kann dazu benutzt werden, Substrat und Bildmasken zueinander zu bewegen, um eine Nullanzeige zu erhalten, die exakter Registerhaltigkeit entspricht. Wenn diese Registerhaltigkeit vorliegt, wird das Bild aller Bildzonen auf der mit dem Substrat fluchtenden Bildmaske unter Benutzung weicher Röntgenstrahlen auf das Substrat gedruckt. Nach Drucken mit der ersten Bildmaske wird diese Maske entfernt und durch eine zweite Bildmaske ersetzt, die in die richtige Registerhaltigkeit mit dem Substrat gebracht wird und der zweite Satz Bilder auf die Bildzonen auf dem Sub-

309883/1367

—..*. INSPECTED

-¹⁰- · 233^02

strat aufgebracht. Das wird fortgesetzt, bis alle Bilder auf jeder der Bildmasken auf alle entsprechenden Zonen auf dem Substrat aufgebracht worden sind und in jeder der Bildzonen auf dem Substrat ein Ganzbild erzeugt worden ist. Über die Einzelheiten der Lithographie für weiche Röntgenstrahlen kann man sich aus der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung "Lithographie-Vorrichtung für weiche Röntgenstrahlen" informieren, die unter der lfd. Nummer 217.902 von Henry I. Smith, David L. Spears und Ernest Stern am Ik. Januar 1972 angemeldet worden ist.

Das zum Erzeugen relativ durchlässiger Anteile oder Fenster benutzte Ätzverfahren ist in der Patentanmeldung "Maskenträgersubstrat für weiche Röntgenstrahlung" beschrieben, die am gleichen Tage von David L. Spears, Henry I. Smith und Ernest Stern eingereicht worden ist.

Fig. 1 zeigt eine Mastermaske 10 mit Ausrichteinrichtungen, bestehend aus zwei Registereinrichtungen 12 und Ik und zwei Arbeitstisch-Mafckierungseinrichtungen 16 und l8. Typischerweise hat jede Maske zwei Registereinrichtungen, und jeder Bildzone ist eine Arbeitstisch-Markierungseinrichtung zugeordnet. Da Fig. 1 eine Mastermaske 10 mit zwei Bildzonen 20, 22 zeigt, weist sie auch zwei Arbeitstisch-Markierungeeinrichtungen 16 und l8 auf. Jede der Registereinrichtungen lä und l4 umfasst eine Schicht 2k aus weiche Röntgenstrahlung absorbierendem Material, die einen offenen Raum 26 enthält, der die Form 28 der Registermarkierung 25

309883/1367

ORIGINAL INSPECTED

festlegt. Im dargestellten Falle hat die Form 28 der Registermarkienmg die Gestalt eines Objekts mit vier hervorstehenden Punkten.

Ebenso umfassen auch die Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen l6 und l8 jeweils eine Schicht 30 aus weiche Röntgenstrahlung absorbierendem Material. Die Arbeitstischmarkierung 32 besteht aus vier Räumen 34 in der Form 36 eines griechisch-orthodoxen Kreuzes ohne Mittelteil. Die Registereinrichtungen 12 und Ik und die Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen l6 und l8 befinden sich auf durchlässigen Teilen der Mastermaske,10, und zwar jeweils über den Fenstern
40 und 42 bzw. 44 und 46 (Fig. 2). Die Membrane 48, 50,
52 und 54 in den Fenstern 40 bzw. 42 bzw. 44 bzw. 46 ist recht dünn und somit für weiche Röntgenstrahlung durchlässig, während die übrigen Zonen der Mastermaske 10, die viel
dicker sind, für weiche Röntgenstrahlung relativ undurchlässig sind.

Zur Anfertigung der Mastermaske 10 kann man von einem Plättchen 60 (Fig. 3) aus Silizium ausgehen, das bis zu einer Tiefe von ein paar Mikron mit Bor doziert worden ist, um eine Bordiffusionsschicht 62 zu bilden. Dann wird das
Plättchen 60 auf einer Seite mit einer Schutzschicht 64
aus z.B. Siliziumdioxid beschichtet und auf der anderen
Seite mit einer Schicht 66 aus Polymethylmethacrylat, das gegen Elektronen empfindlich ist, Plättchen 60 wird dann in einem Abtast-Elektronenmikroskop 68 behandelt, das die

309883/1367

Bilder auf Schicht 66 erzeugt, die die Registereinrichtungen 12 und l4 sowie die Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen darstellen. Das Plättchen 60 kommt in einem Entwickler
aus z.B. 40 % Methylisobutylketon und 60 % Isopropylalkohol zur Entwicklung, um die belichteten Zonen 67 von der
Schicht 66 zu entfernen, die nun Registereinrichtungen 12 und 1^t und Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen 18 abgrenzen.

Dann werden die in der Schicht 66 zurückbleibenden, verschiedenen Löcher 70 (Fig. 4) mit einem weiche Röntgenstrahlung absorbierenden Material gefüllt, etwa durch Bedampfen mit Gold. Die übrigen Teile von Schicht 66 werden dann
durch Lösen mit einer Trichloräthylen-Lösung entfernt. Die nun zurückbleibenden Anteile aus weiche Röntgenstrahlung absorbierendem Material 24 (Fig. 5) definieren nun die
Registermarkierung 25 der Registereinrichtungen 12 und 14, und das weiche Röntgenstrahlung absorbierende Material 30 definiert die Arbeitstischmarkierung 32 der Arbeitstischmarkierungseinrichtungen. Mit einem Ätzmittel wie gepufferter Fluorwasserstoffsäure, die das Siliziumdioxid der
Schicht 64 angreift, jedoch nicht das Silizium des Plättchens 60, werden Öffnungen 72, 74, 76 und 78 in die Schicht 64 geätzt. Das Plättchen 10 ist nun soweit vorbereitet, dass die Fenster 40, 42, 44 und 46 (Fig. 2) hineingeätzt sind. Es kann ein Ätzmittel benutzt werden, das die restlichen Anteile der Siliziumdie«i4schicht 62 nicht angreift, wohl

309883/1367

aber die offenen Flächen des Siliziumplättchens 60 in den Öffnungen 72, 74, 76 und 78· Man erreicht das durch Verwendung einer 115 °C heissen Lösung von 68 ml Äthylendiamin, 12 g Pyrocatechol und 32 ml Wasser, die man etwa 1 1/2 Std. einwirken lässt. Dieses Ätzmittel ätzt das Siliziumplättchen 60 gut, greift jedoch die Bordiffusionsschicht 62 nicht an. Auf diese Weise werden, wie es Fig. 2 zeigt, Fenster %0, 42, 44 und 46 in dünnen Membranen 48, 50, 52 und 54 erzeugt, die sie bedecken· Dieses Verfahren ist eingehend in der Patentanmeldung "Maskenträgersubstrat für weiche Röntgenstrahlung" von David L. Spears, Henry I. Smith und Ernest Stern beschrieben, die gleichzeitig mit der vorliegenden angemeldet worden ist.

Die fertige Mastermaske 10 (Fig. 2) kann nun, wie in Fig. 6 dargestellt, zur Anfertigung eines Satzes Bildmasken benutzt werden, von denen eine, nämlich die Bildmaske 80, aus einem Plättchen Silizium 82 besteht, das eine Bordiffusionsschicht 84 wie das oben beschriebene enthält. Plättchen 82 trug eine Schicht 86 aus einem gegen weiche Röntgenstrahlung empfindlichen Material, wie etwa Polymethylmethacrylat, auf einer Seite und eine Schutzschicht 88 aus Material wie Siliziumdioxid auf der anderen Seite. Die Schicht 86 wird durch die Fenster 40, 42, 44 und 46 in der Mastermaske 10 hindurch,belichtet und zwar mit weicher Röntgenstrahlung 91 aus einer Quelle für wecjiche Röntgenstrahlung 90, so dass auf der Schicht 86 die Registereinrichtungen 12 und 14 und

309883/1367

die Arbeitstischmarkierungseinrichtungen 16 und l8 definiert werden. Die belichteten Anteile 92 von Schicht 86 werden dann einem Entwickler ausgesetzt, wie etwa einer Lösung von 40 % Methylisobutylketon und 60 % Isopropylalkohol, um unter Hinterlassung von Löchern 9^li anstelle dieser Anteile (Fig. 7) die belichteten Anteile 92 der Schicht 86 zu entfernen. Die Löcher 9^ werden mit «inen weiche Röntgenstrahlung absorbierenden Material wie etwa Gold ausgefüllt und dann die noch verbliebenen Anteile von Schicht 86 durch Auflösen mit einer Trichloräthylenlösung entfernt, wobei eine Schicht weiche Röntgenstrahlung absorbierenden Materials 96 (Fig. 8) zurückbleibt, die einen zweiten Satz Regietereinrichtungen 12* und 1%' darstellt, die den Original-Registereinrichtungen 12 und Ik auf der Mastermaske 10 (Fig. l) gleichen.

Die Registereinrichtungen 12* und lV (Fig. 9) auf der Bildmaske 80 haben dieselbe Form 28' wie die Registereinrichtungen 12 und Ik, nur dass in diesem Falle die Registermarkierung 25' durch das weiche Röntgenstrahlung absorbierende Material 2k^% selbst abgegrenzt wird und nicht wie im Falle der Registereinrichtungen 12 und 14 durch den Raum 26, der von der weiche Röntgenstrahlung absorbierenden Schicht 2k umgeben ist. Ebenso umfassen die Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen 16' und l8' Arbeitstischmarkierungen 32', deren Form durch die weiche Röntgenstrahlung absorbierende Schicht 3°' definiert wird, die die Räume Jk' tatsächlich

309883/1367

ausfüllt, um die Form j6· der Arbeitstischmarkierung 32¹ zu definieren, während bei der Arbeitstischmarkierung 32 die Form j6 durch die die Räume Jk umgebende, weiche Röntgenstrahlung absorbierende Schicht 30 definiert wurde. In den Fig. 1-9 ist zwar dargestellt, dass es bei der Mastermaske 10 eine Variante der Register- und Arbeitstisch-Markierungen gibt, die willkürlich als Positive bezeichnet werden sollen, und dass die Bildmaske 80 Register- und Arbeitstischmarkierungen hat, die als Negative bezeichnet werden mögen, d.h., dass die Markierungen 25', 32' die Negative oder die Umkehrungen der Markierungen 25 und 32 sind, jedoch ist das nicht unbedingt eine Abgrenzung der Erfindung, wurde nämlich z.B. eine Negativabdeckung anstelle der Polymethylmethacrylat-Schicht 86 benutzt werden, so wären die Markierungen 25' und 32' die Positive der Markierungen 25 und 32.

Nun können die Bildzonen 20' und 22' auf der Bildmaske 80 unter Benutzung eines durch die Arbeitstisch-Makierungseinrichtungen 16' und 18' geführten Abtast-Elektronenmikroskops in der gleichen Weise mit den Bildern 100 und 102 (Fig. 10) bedruckt werden, wie dies anhand der Fig. 3-5 beschrieben wurde und wie es detailliert in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung "Vorrichtung und Verfahren für die Lithographie für weiche Röntgenstrahlung¹¹, lfd. Nummer 217.902, angemeldet am Ik. Januar 1972 durch Henry I. Smith, David L. Spears und Ernest Stern, angegeben ist. Nun können in der

309883/ 1 367

Siliziumdioxidschicht 88 Löcher 104, 106, 108 und 110 hergestellt^ werden, wie dies oben für die Schicht 64 beschrieben wurde. Dann werden, wie oben angegeben, Fenster 112, 114, 116 und 118 (Fig. 11) in das Plättchen 82 geätzt, wobei für weiche Röntgenstrahlung durchlässige Membranen 120, 122, 124 und 126 hinterbleiben.

Ein Substrat 130 (Fig. 12), auf dem ein Bild aufgebaut werden soll, wird aus einem Siliziumplättchen 132 mit einer Schicht 134 aus gegen weiche Röntgenstrahlung empfindlichem Material angefertigt, und zwar aus Polymethylmethacrylat aus der einen Seite und einer Schutzschicht I36 wie etwa Siliziumnitrid auf der anderen Seite. Dann wird die Schicht 134 mit weicher Röntgenstrahlung 91' (Fig. 12) durch eine Bildmaske hindurch belichtet. Bei diesem Arbeitsgang werden die Bildzonen 100 und 102 nicht belichtet, da auf dem Substrat I30 nur Ausrichteinrichtungen erzeugt werden müssen. Dabei kann irgendeine Einrichtung, wie gegen weiche Röntgenstrahlung undurchlässige Elemente I38, l40, zum Abdecken der Fenster II6 und II8 in der Bildmaske 80 benutzt werden, um zu verhüten, dass die Bilder 100 und 102 auf der Schicht I34 abgebildet werden. Jedoch geht weiche Röntgenstrahlung von der Quelle für weiche Röntgenstrahlung 90' durch die Fenster 112 und 114 durch die Registereinrichtungen 12' und l4' hindurch und belichten die Anteile 142 der Schicht 134. Die belichteten Anteile 142 werden durch Auflösen mit 40 % Methylisobutylketon und 60 % Isopropoylalkohol entfernt und durch weiche Röntgenstrahlung

309883/1367

absorbierendes Material ersetzt, wonach die restlichen unbelichteten Anteile l4l von Schicht 134 in Trichlorethylen aufgelöst werden können, so dass nur die Registereinrichtungen 12'' und 1V' (Fig. 13) zurückbleiben. Nun können im Plättchen 132 die Fenster 150 und 152 erzeugt werden, indem man das Silizium mit einem Ätzmittel, wie einer Mischung aus Fluorwasserstoff- und Salpetersäure oder einer Mischung von Fluorwasserstoff-, Salpeter- und Essigsäure, ätzt. Bei diesen Ätzmitteln wird die Ätzung mit einem Neutralisierbad praktisch kurz vor der anderen Oberfläche gestoppt. Im Falle des Substrates I30 kann ein weniger selektiv wirkendes Ätzmittel benutzt werden, da eine maximale Transparenz durch die Verwendung einer sehr dünnen Membrane, wie nachstehend erklärt werden soll, nicht unbedingt erforderlich ist. Die Registereinrichtungen 12'* und l4·' auf dem Substrat I30 (Fig. 15) umfassen eine Schicht 24" aus weiche Röntgenstrahlung absorbierendem Material, in der sich ein Raum 26*' mit der Form 28^ft der Registermarkierung 25 " befindet. Da die Bildmaske 80 zum Drucken auf dem Substrat I30 umgedreht wird, ist die Anordnung der Negativeinrichtungen auf dem Substrat I30 ein Spiegelbild von der auf der Bildmaske 80. Die Registereinrichtungen 12*' und l4·' sind die Umkehrung der Registereinrichtungen 12' und Ik' und die gleichen wie die Registereinrichtungen 12 und Ik. Dl· letztgenannte dieser speziellen Beziehungen ist jedoch für die Erfindung nicht wesentlich. Wichtig ist indessen, dass die Registereinrichtungen 12" und Ik·'

309883/1367

die Umkehrung der Registereinrichtungen 12' und Ik' sind, und zwar unabhängig davon, ob die Registereinrichtungen 12» und 14· oder 12'· und Ik·· die gleichen wie di· Original Registereinrichtungen 12 und Ik auf der Mastermaske 10 sind oder deren Umkehrung. Das Substrat 130 (Fig. Ik und 15) trägt zwei Bildzonen 20" und 22»', j#dceh keine Arbeitstischmarkierungen, da für die endgültige Ausrichtung nur erforderlich ist, dass jede nacheinander zur Anwendung kommende Bildmaske während der Belichtung zum Substrat 130 richtig ausgerichtet ist. Früher wurden alle Bilder auf allen Bildzonen wie etwa Zone 20' unter Verwendung der Arbeitetisch-Markierungseinrichtungen als Führung für das Abtast-Elektronenmikroskop erzeugt, so das· alle Bilder auf den Bildzonen jeder der nacheinander zur Anwendung koaaenden Bildmasken gegenüber allen Bildern an derselben Stelle der anderen Bildmasken im Satz richtig auegerichtet ist.

Bei der praktischen Anwendung wird das Substrat 130 mit einer Schicht l60 aus gegen weiche Röntgenstrahlung empfindlichem Material wie Polymethylmethacrylat beschichtet und dann mit weicher Röntgenstrahlung 91" aus einer Quelle für weiche Röntgenstrahlung 90" durch eine Bildmaske 80 hindurch belichtet. Die weiche Röntgenstrahlung 91'' aus der Quelle für weiche Röntgenstrahlung 90'' geht durch die Fenster 112 und 114 in der Bildmaske 80 nur in den Zonen hindurch, die nicht durch das weiche Röntgenstrahlung absorbierende Material Zk* blockiert sind. Die weiche

309883/1367

Röntgenstrahlung, die nicht durch das wediche Röntgenstrahlung absorbierende Material 24' blockiert wird, geht dann an den nicht durch das weiche Röntgenstrahlung absorbierende Material 24· ' blockierten Stellend durch das Substrat 130 hindurch. Venn also Bildmaske 8O und Substrat I30 ausgerichtet sind, sind auch die weiche Röntgenstrahlung absorbierenden Materialien 24'' und 24' genau ausgerichtet, so dass keine weiche Röntgenstrahlung durch das Substrat 13O hindurchgeht und der Sensor für weiche Röntgenstrahlung 17O keine weiche Röntgenstrahlung feststellt. Das hat zur Folge, dass der Nullanzeiger 172 einen Nullpunkt registriert; es wird ein Zeichen dafür in die Steuerung 174 eingegeben. Ein Dopplungssystem mit dem Sensor für weiche Röntgenstrahlung 170· und dem Nullanzeiger 172' ist den Registereinrichtungen 14' und l4'· zugeordnet. Die Steuerung 174 kann zum Erzeugen von Signalen zum Ansteuern rechtwinklig zueinander orientierter, piezoelektrischer Antriebseinrichtungen 175, 175' benutzt werden, wie sie von der Firma Coherent Optics Inc. (Electro-Micrometer Modell Ik) bezogen werden können und die das Substrat I30 über sehr kleine Abstände in der Grössenordnung von einigen Mikron zu bewegen vermögen, wie sie für die exakte Ausrichtung von Bildmaske 80 und Substrat I3O erforderlich sind.

In der Praxis werden die weichen Röntgenstrahlen 91·', die durch die Fenster II6 und II8 der Bildmaske 8O hindurchgehen, vor dem Registervorgang blockiert. Wenn genaue

309883/1367

Registerhaltigkeit vorliegt, wird die Blockierung aufgehoben und die durch die Fenster 116 und Il8 um die Bilder 100 und 102 herum hindurchgehenden, weichen Röntgenstrahlen erzeugen ein Belichtungsbild in der Schicht l60, das dann entwickelt und durch Ätzen oder nach anderen dem Fachmann bekannten Gesichtspunkten weiterverarbeitet werden kann. Nach Abschluss dieses Arbeitsganges wird die nächste Bildmaske des Satzes anstelle der Bildmaske 80 eingelegt,und in den Zonen 20·' und 22'' wird das nächste Bild erzeugt, bis alle zur Herstellung des Ganzbildes in den Zonen 20·' und 22'' erforderlichen Bilder auf dem Substrat I30 reproduziert worden sind.

Typischerweise hat das erfindungsgemäss hergestellte Substrat mehrere Bildzonen und erfordert eine Bildmaske mit ebenso grosser Zahl von Bildzonen und Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen. So enthält auf Fig. 17 eine typische Bildmaske 80' zweiundvierzig getrennte Bildzonen I80, wobei jeder davon eine Arbeitstisch-Markierungseinrichtung I82 zügeordnet ist. Weiterhin enthält sie zwei Registereinrichtungen 184 und I86. Die Bildmaske 80· hat typischerweise die

2
Grosse von 1 inch ; jede der zweiundvierzig Bildzonen ist etwa 65 mil gross.

Dem Fachmann werden auch noch andere Ausführungsformen geläufig sein, die innerhalb der nachfolgenden Ansprüche liegen.

309883/1367

Claims

PATENTANSPRÜCHE

IJ Ausrichtsystem für ein Lithographiesystem für weiche Röntgenstrahlen einschliesslich eines Registersystems zur Herstellung von Registerhaltigkeit zwischen einer Maske und einem mit einem Bild zu bedruckenden Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer ersten Registereinrichtung auf dieser Maske und zweiten Registereinrichtungen

besteht
auf diesem Substrat,/wobei eine der Registereinrxchtungen eine erste weiche Röntgenstrahlen absorbierende Einrichtung ganz bestimmter Form ist und die andere der Registereinrxchtungen eine zweite, weiche Röntgenstrahlung absorbierende Einrichtung ist, die einen Raum einer ganz bestimmten Form enthält, wobei eine, der Registereinrichtungen über ein für weiche Röntgenstrahlung durchlässiges Register-Fenster auf der Maske geführt wird, während die andere Registereinrichtung über ein für weiche Röntgenstrahlung durchlässiges Registerfenster auf dem Substrat geführt wird und die eine der Registereinrichtungen die ttnkehrung der anderen ist.

2. Ausrichtsystemnnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ganz bestimmte Form vier hervorstehende Teile umfasst.

3. Ausrichtsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese hervortretenden Teile auf Querachsen in im Abstand voneinander angebrachten Paaren angeordnet sind.

*i. Ausrichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Detektor für weiche Röntgenstrahlung zum

309883/1367

Feststellen von um die ersten Adsorptions einrichtungen für weiche Röntgenstrahlung herum und durch den Raum in der zweiten Adsorptionseinrichtung für weiche Röntgenstrahlung hindurch gelangende, weiche Röntgenstrahlung umfasst und eine erste Nullanzeige-Einrichtung zum Feststellen eines Zeitpunktes, wo die ersten Adsorptionseinrichtungen den Raum in den zweiten Adsorptionseinrichtungen blockieren, woraus hervorgeht, dass sich Maske und Substrat in Register miteinander befinden.

5. Ausrichtsystera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es eine piezoelektrische Positionierungsvorrichtung umfasst, die in Abhängigkeit von der ersten Nullanzeige-Einrichtung Maske und Substrat gegeneinander bewegt, um richtige Registerhaltigkeit der ersten Registereinrichtung zu erhalten.

6. Ausrichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Sätze erster und zweiter Registereinrichtungen auf jeder Maske bzw. jedem Substrat vorhanden sind.

7. Ausrichtsystera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Arbeitstisch-Markierungssystem umfasst, um jedes Bild auf jeder Maske eines Maskensatzes gegenüber den entsprechenden Bildern auf den anderen Masken des Satzes richtig zu positionieren, wobei dieses Arbeitstisch-Markierungssystem eine Arbeitstischmarkierung ganz bestimmter Form umfasst.

309883/ 1367

8. Ausrichtsystem nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitstischmarkierung ganz bestimmter Form vier hervortretende Teile umfasst.

9. Ausrichtsystem nach Anspruch 8, dadurch-gekennzeichnet, dass die hervortretenden Teile auf Querachsen in im Abstand voneinander angebrachten Paaren angeordnet sind·

10. Ausrichtaystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese ganz bestimmte Form durch einen von einem ersten Material umgebenden Raum abgegrenzt wird.

11. Ausrichtsystem für ein Lithographiesystem für weiche Röntgenstrahlen, dadurch gekennzeichnet, dass es besteht aus: Einer Mastermaske mit zumindest einer ersten Registereinrichtung einer ersten Form in einem weiche Röntgenstrahlung absorbierenden Material, das sich auf einem für weiche Röntgenstrahlung durchlässigen Teil der Mastermaske befindet, mehreren Bildmasken, von denen jede auf einem für weiche Röntgenstrahlung durchlässigen Teil- eine zweite Registereinrichtung für jede der ersten Registereinrichtungen trägt, wobei die zweiten Registereinrichtungen eine der ersten Form gleiche zweite Form aus weiche Röntgenstrahlung absorbierendem Material umfassen, und

einem durch die Bildmaske hindurch zu belichtenden Substrat, das eine dritte Registereinrichtung für jede der zweiten Registereinrichtungen hat, wobei die dritten Registereinrichtungen eine dritte Form aus weiche Röntgenstrahlung absorbierendem Material umfassen, die die Umkehrung der

309883/ 1367

ORIGINAL WSPECTED

zweiten Form ist.

12. Ausrichtsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,, dass es einen Detektor für weiche Röntgenstrahlung umfasst, um festzustellen, ob weiche Röntgenstrahlung um die zweiten und dritten Registereinrichtungen herum gelangt, und eine Nullanzeige-Einrichtung, um festzustellen, wann die ersten und zweiten Registereinrichtungen den Durchgang weicher Röntgenstrahlen blockieren, woraus hervorgeht, dass sich Maske und Substrat in Register befinden.

13. Ausrichtsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Arbeitstisch-Markierungssystem umfasst, um jedes Bild auf jeder Maske eines Haskensatzes gegenüber den entsprechenden Bildern auf den anderen Masken des Satzes richtig zu positionieren, wobei dieses Arbeite ti s.ch-Markierungssystem mehrere erste Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen -je eine für jedes zu belichtende Bildumfasst, die sich auf einem für weiche Röntgenstrahlung durchlässigen Teil auf der Mastermaske befinden, und mehrere zweite Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen -je eine für jedes zu belichtende Bild-, die sich auf jeder der Bildmasken befinden.

1*1. Verfahren zur Herstellung eines Ausrichtsystems für weiche Röntgenstrahlen zum Ausrichten einer Maske für weiche Röntgenstrahlen und eines -Substrats, dadurch gekenneeichnet, dass es besteht aus:

Der Herstellung einer ersten Registereinrichtung einer ersten Form in weiche Röntgenstrahlung absorbierendem Material auf

309883/1367

einem für weiche Röntgenstrahlung durchlässigen Teil einer Mastermaske,

der Herstellung einer zweiten Registereinrichtung einer der ersten Form gleichen zweiten Form in weiche Röntgenstrahlung absorbierendem Material auf einem für weiche Röntgenstrahlung durchlässigen Teil,auf jeder von mehreren Bildmasken, und

der Herstellung von dritten Registereinrichtungen, die die Umkehrung der zweiten Form sind und zum Ausrichten mit entsprechenden der zweiten Formen auf aufeinanderfolgenden der Bildmasken dienen, auf einem Substrat.

15· Verfahren zur Herstellung eines Ausrichtsystems für weiche Röntgenstrahlen einer Maske für weiche Röntgenstrahlen und eines -substrates, dadurch gekennzeichnet, dass es bestellt aus:

Herstellung einer ersten Resgistereinrichtung einer ersten Form in weiche Röntgenstrahlen absorbierendem Material auf einem für weiche Röntgenstrahlung durchlässigen Teil einer Mastermaeke,

der Herstellung einer ersten Arbeitstisch-Markierungseinrichtung einer zweiten Form in weiche Röntgenstrahlung absorbierendem Material auf einem für weiche Röntgenstrahlung durchlässigen Teil einer Mastermaske, der Herstellung zweiter Registereinrichtungen einer dritten, der ersten gleichen Form in weiche Röntgenstrahlung absorbierendem Material auf einem für weiche Röntgenstrahlung durch·

309883/1367

lässigen Teil auf jeder von mehreren Bildmasken, und Herstellung von zweiten Arbeitstisch-Markierungseinrichtungen einer vierten, der zweiten gleichen Form auf jeder von mehreren Bildmasken.

309883/1367

Leerseite