DE2416186B2

DE2416186B2 - Maske zur strukturierung duenner schichten

Info

Publication number: DE2416186B2
Application number: DE19742416186
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr.-Ing 8012 Ottobrunn Politycki
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-04-03
Filing date: 1974-04-03
Publication date: 1978-05-03
Also published as: FR2266955B1; DE2416186C3; FR2266955A1; US4061814A; DE2416186A1; JPS50135560A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Maske zur Strukturierung dünner Schichten mittels Elektronenstrahlen, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genauer beschrieben ist.

Bei der Herstellung moderner Dünnschichtele- -₎₅ mente mit hoher Miniaturisierung müssen dünne Schichten, insbesondere Lackschichten, außerordentlich fein strukturiert werden. Die Leiterbahnen und Zwischenräume der Strukturen weisen eine Breite von teilweise weniger als 0,5 f.m auf. Die Gesamtfläche, _b0 die von der Struktur eingenommen wird, liegt beispielsweise in der Größenordnung von 5 · 5 mm². Die Herstellung einer solchen Struktur ist beispielsweise in »Journ. of the Electrochemical Society«, Vol. 116, No. 7, July (1969), S. 1033-1037 beschrieben. _b5 Wie aus der Fig. 4 dieser Druckschrift hervorgeht, wird ein elektronenempfindlicher Lack mittels eines scharfgebündelten Elektronenstrahles entsprechend der gewünschten Struktur beschrieben, d. h. belichtet. Dieses Schreiben mittels eines feinfokussierten Elektronenstrahles ist ein verhältnismäßig zeitraubendes Verfahren.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die zu strukturierende Schicht, im allgemeinen die Lackschicht, durch eine Maske hindurch mit einem Elektronenstrahlbündel zu bestrahlen. Dieses Verfahren ähnelt also der Belichtung einer lichtempfindlichen Schicht mittels gewöhnlichem Licht bzw. UV-Strahlung durch eine Maske hindurch, wie es beispielsweise bei Verfahren der Fotolithografie angewandt wird.

Aus der DE-OS 2332091, insbesondere aus den Fig. 1 und 2, sind Masken bekannt, die z. B. aus Kupfer bestehen und für das Hindurchtreten der Elektronenstrahlen Öffnungen und Ausnehmungen haben, die selbst das Muster der Strukturierung sind. Schwierigkeiten ergeben sich aber, wenn das abzubildende Muster z. B. aus Bündeln langer und dicht beieinanderliegender Leiterbahnen mit beispielsweise weniger als 2 μπι Breite besteht.

Bislang sind keine Masken bekanntgeworden, wie sie für die projektionsoptische Herstellung derartiger strukturierter dünner Schichten mittels Elektronenstrahleit benötigt werden. Die nicht miteinander in Verbindung stehenden Teile der Maske brauchen eine stützende Unterlage bzw. Halterung, die jedoch keine genügende Durchlässigkeit für Elektronen aufweisen. Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, diese Schwierigkeit zu überwinden.

Diese Aufgabe wird mit einer wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Maske gelöst, die erfindungsgemäß entsprechend dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 ausgebildet ist.

Die Erfindung macht Gebrauch von dem an sich bekannten Effekt der auf Streustrahlung beruhenden Kantenunterstrahlung, der bewirkt, daß die Elektronenstrahlen auch noch in die Randbereiche solcher Gebiete der zu strukturierenden Schicht gelangen, die - entsprechend einem rein geometrischen Strahlengange - von der Maske abgedeckt sind. Dieser Unterstrahlungseffekt ist davon abhängig, welche Dicke die zu strukturierende Schicht hat, welche Energie die Elektronen aufweisen, und welche Bestrahlungsdauer gewählt wird. Innerhalb der zu strukturierenden Schicht ist der Bereich der Unterstrahlung beispielsweise ca. 0,2 μηι breit. Benutzt man Masken, die ca. die 5fache Größe der herzustellenden Struktur besitzen, und stellt man mit Mitteln der Elektronenoptik ein um das 5fache verkleinertes Abbild der Maske auf der zu strukturierenden Schicht her, so wird eine Halterung, deren Stege ca. 1 μπι breit sind, auf Grund des erfindungsgemäß ausgenutzten Unterstrahlungseffekts vollständig unterstrahlt, so daß auf der zu strukturierenden Schicht eine Abbildung der Halterung unterbleibt. Für die abzubildenden Konturen der Masken müssen wegen des Unterstrahlungseffekts entsprechende Maßkorrekturen vorgesehen werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden hochfeine Netze als Halterung der Maskenteile verwandt.

Im folgenden werden die Erfindung und Ausführungsbeispiele an Hand der Figuren erläutert: Fig. 1 zeigt in schematisierter Form die Elektronenstrahlapparatur, die Fig. 2 bis 5 zeigen Masken, die Fig. 6 bis 10 zeigen die Herstellung der Maske, die Fig. 11 zeigt die Ausnutzung des Unterstrahlungseffektes.

Gemäß Fig. 1 enthält die Elektronenstrahlappara-

tür ein Elektronenstrahlerzeugungssystem, das eine spitze Kathode 10 mit einem Wehnelt-Zylinder 11 und eine Anode 12 besitzt. Durch eine öffnung der Anode tritt der Elektronenstrahl 13 aus dem Elektronenstrahterzeugungssystem aus. Nach dem Durchtritt durch eine erste magnetische Sammellinse, den Kondensor 14, fällt der Elektronenstrahl auf die erfindungsgemäße Maske 15. Mittels einer zweiten Sammellinse, der Abbildungslinse 16, wird der von der Maske kommende Elektronenstrahl 13 auf die zu strukturierende Schicht 17 geworfen, wobei dort eine den Konturen der Maske entsprechende Struktur erzeugt wird. Die erzeugten Strukturen sind außerordentlich klein, so daß die ohne Hilfsmittel schwer sichtbar sind. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, eine Beobachtungseinrichtung vorzusehen: In der Figur besteht diese beispielsweise aus einer weiteren elektronenoptischen Sammellinse 18, die die erzeugte Struktur auf einem Bildschirm 19 vergrößert abbildet und somit sichtbar macht.

Wie auch von gewöhnlichen Lichtbildprojektoren bekannt ist, ist es zweckmäßig, den Kondensor 14 bezüglich seiner Brennweite so auszulegen, daß das Bild der Kathodenspitze-annähernd in die Mitte der Abbildungslinse 16 fällt. Dadurch erreicht man, daß alle Elektronenstrahlen, die auf den Kondensor treffen, auch die Abbildungslinse 16 durchsetzen, d. h. es geht keine Strahlungsenergie verloren.

Die elektronenoptischen Linsen können auch als Linsensysteme ausgebildet sein. Die Anodenspannung betrug beispielsweise 20000 V.

Die Art der verwendeten Masken und ihre Herstellung wird an Hand der folgenden Figuren gezeigt. Fig. 2 zeigt ein erstes Beispiel. Mit dieser Maske sollen karoähnliche Strukturen erzeugt werden. Die für die Elektronenstrahlen durchsichtigen Bereiche 1, 2, 3, 4 der Maske sind erfindungsgemäß entsprechend der bevorzugten Ausführungsform als Netze ausgebildet. Die für die Elektronenstrahlen undurchlässigen Bereiche 5, 6, 7, 8, 9 sind geschlossene Metallschichten.

Fig. 3 zeigt eine Maske, die das Negativbild der in Fig. 2 dargestellten Maske ist. Dementsprechend sind hier die Bereiche 30, 31, 32, 33 für Elektronenstrahlen undurchsichtige Metallschichten. Für Elektronenstrahlen durchsichtig sind die netzförmig ausgebildeten Bereiche 34, 35, 36, 37, 38 dieser Maske.

Es ist ersichtlich, daß jede Maske auch mehr als vier Abbilder der zu erzeugenden Strukturen, wie es in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, aufweisen darf. Es lassen sich ohne weiteres Masken für mehrere tausend Strukturen herstellen. Diese Abbilder der Strukturen werden dann alle gleichzeitig auf die zu strukturierende Schicht abgebildet, wobei dann eine entsprechende Zahl dieser Strukturen erzeugt wird. Ebenso ist es ersichtlich, daß Masken für anders geformte als die dargestellten Strukturen hergestellt werden können. Die Darstellung in den Fig. 2 und 3 wurde aus Gründen der zeichnerischen Einfachheil gewählt.

Aus Fig. 2 ersieht man noch den Vorteil, daß die für Elektronenstrahlen undurchlässigen Bereiche 6,7, 8,9 außer den netzförmigen Halterungen keiner weiteren Abstützung bedürfen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei Beispiele möglicher netzförmiger Halterungen. Fig. 4 zeigt ein Netz, das einem Rundlochsieb gleicht, Fig. 5 zeigt ein Netz, dessen Löcher annähernd quadratisch sind. Beide Netzformen sind so ausgebildet, daß die Netzstege an keiner Stelle breiter als 2 μίτι sind, der Durchmesser der Rundlöcher und die Breite der quadratischen Löcher beträgt mehr als 2 μι.

An Hand der Fig. 6 bis 10, die Schnittbilder dar-

"> stellen, wird die Maskenherstellung erläutert: Gemäß Fig. ό werden auf eine Glasplatte 100, die während der Maskenherstellung als Maskenträger dient, eine Haftschicht 200 aus Chromnickel (CrNi) mit einer Dicke von ca. 100 bis 20U A und eine Kupferschicht

ι» .201 mit einer Dicke von ca. 1000 A aufgedampft Auf dieser Kupferschicht wird eine Fotolackstruktur 300 erzeugt. Diese Fotolackstruktur stellt das genaue Negativbild der zu erzeugenden Maske dar, insbesondere stellt sie an den entsprechenden Bereichen das nega-

ii tive Bild der gewünschten netzförmigen Halterung dar.

Danach wird gemäß Fig. 7 auf den von Lackstrukturen nicht bedeckten Bereichen der Kupferschicht eine ca. 500 bis 2000 A dicke Nickelschicht 400 elektrolytisch abgeschieden: Damit ist die Maske bereits fertiggestellt. Man braucht nur noch den Lack zu entfernen und die Maske durch Auflösung der Kupferschicht oder durch mechanisches Abziehen von der Unterjage zu befreien.

Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Maske kann es jsdoch von Vorteil sein, zuvor die Bereiche der Maske, die nicht netzförmig ausgebildet sind, in den Fig. 2 und 3 waren das beispielsweise die für Elektronenstrahlen undurchlässigen Bein reiche 5, 6, 7, 8, 9, 30, 31, 32, 33, durch eine weitere Metallabscheidung zu verstärken. Dies ist in den Fig. 8 bis 10 dargestellt: Gemäß Fig. 8 werden die netzförmigen Bereiche der Maske mit einer dicken Schicht Schutzlack 500 abgedeckt. Danach erfolgt ge-

)-, maß der Fig. 9 eine Verstärkung der vom Schutzlack nicht abgedeckten Teile der Nickelschicht 400 durch eine weitere Nickelabscheidung 401. Danach erfolgt die bereits bei Fig. 7 besprochene Ablösung der jetzt teilweise verstärkten Maske von der Unterlage.

M) Fig. 10 zeigt dementsprechend ein Schnittbild durch einen Bereich der fertigen Maske.

Die obenangegebenen Materialien für die Maske und die Haftschicht haben sich als vorteilhaft herausgestellt. Es sind jedoch auch andere Materialien ver-

4-, wendbar, z. B. Kupfer oder Gold statt des Nickels für die Maske und Silber für die Haftschicht. Wird für die Maske Kupfer verwandt, wird die Kupferschicht 201 weggelassen.

Netze, wie sie bei der Erfindung für die Halterungen benutzt werden, sind an sich schon aus der Druckschrift »Kupfer« Nr. 3 (1S>72), 22 bekanntgeworden. Jedoch ist das dort beschriebene Netz wesentlich gröber, so daß man nur dann einen ausreichenden Unterstrahlungseffekt erreichen kann, wenn man verhältnismäßig sehr große Masken benutzt und dann deren Bild elektronenoptisch stark verkleinert. Würde man Netze nach dieser Druckschrift verwenden, müßten die Masken gegenüber der Erfindung ca. 5mal so groß sein und elektronenoptisch um das 20fache verklei-

_b0 nert abgebildet werden, so große Masken sind jedoch unhandlich.

In Fig. 11 ist dargestellt, daß bei der elektronenoptischen Abbildung der Maske 15 auf die zu strukturierende Schicht 17 nur das Abbild 112 der zu er-

_b5 zeugenden Struktur abgebildet wird, und zwar die Struktur 113. Eine Abbildung der netzförmigen Halterungen 115 der Maske unterbleibt auf Grund des Unterstrahlungseffektes auf Grund der Feinheit des

Netzes.

Innerhalb der Elektronenstrahlenapparatur sind die Masken in Halterungsrahmen eingespannt. Es können die gleichen Rahmen verwandt werden, wie sie für Aufdampfmasken bekannt sind. Eine mögliche Rahmenkonstruktion ist beispielsweise in der DOS 1796 202 beschrieben.

Um ein Durchhängen der Masken in der Elektronenstrahlapparatur sicher zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Elektronenstrahlapparatur so anzuordnen, daß die optische Achse des Strahlenganges horizontal verlauft, dadurch sind die Masken hängend einge spannt und können sich auf Grund der Schwerkrafl nicht durchbiegen.

Die Masken können auch in einem von den Darstellungen in den Fig. 6 bis H) abweichenden Verfah ren hergestellt werden. Beispielsweise ist es möglich zuerst nur ein Netz zu erzeugen, wobei die Fotolackschicht 300 ein Negativbild des Netzes darstellt. Danach werden dann geschlossene Metallschichten in Form der zu erzeugenden Strukturen elektrolytisch abgeschieden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche:

1. Maske zur Strukturierung von Dünnfilmschaltungen mitteis Bestrahlung der zu strukturierenden Schicht durch die Maske hindurch mit einem Elektronenstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (IS) in Bereichen, die für den Durchtritt der Elelctronenstrahlen (13) vorgesehensind, derart hochfeine Halterungen (115) aufweist, daß bei der elektronenoptischen Abbildung der Masken auf die zu strukturierende Schicht diese Halterungen vollständig unterstrahlt werden.

2. Maske nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Halterungen hochfeine Netze sind.

3. Maske nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß sie hängend eingespannt ist, so daß ihre Flächennormalen horizontal liegen und daß der Elektronenstrahl mit seiner optischen Achse parallel zu diesen Flächennormalen geführt wird.

4. Maske nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus Metall besteht.

5. Maske nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß die netzförmigen Halterungen eine Stegbreite von weniger als 2 μΐη besitzen, und daß zwischen den Stegen öffnungen mit einer Weite von mehr als 2 μπι liegen.

6. Maske nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus einem der Metalle Nickel, Kupfer oder Gold besteht.

7. Verfahren zur Herstellung einer Maske nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß ein mikrogalvanoplastisches Verfahren benutzt wird, bei dem zunächst auf einer Unterlage zumindest eine metallische Haftschicht (200) aufgebracht wird, dann auf dieser Haftschicht (200) eine Lackschicht (300) aufgebracht und diese entsprechend einem Negativbild der gewünschten Maske strukturiert wird, und daß daraufhin eine weitere Metallschicht (400) elektrolytisch auf den unbedeckten Anteilen der Haftschicht (200) abgeschieden und die so entstandene Maske von der Unterlage abgelöst wird.

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