DE3150056A1

DE3150056A1 - "maske zur verwendung bei lithopraphischen verfahren"

Info

Publication number: DE3150056A1
Application number: DE19813150056
Authority: DE
Inventors: Phillip D. Murrysville Pa. Blais
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1980-12-17
Filing date: 1981-12-17
Publication date: 1982-07-15
Also published as: GB2089524B; JPS57124352A; GB2089524A

Description

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Maske zur Verwendung bei lithographischen Verfahren

Die Erfindung bezieht sich auf die Bearbeitung von Halbleitern, insbesondere auf lithographische Verfahren, bei denen mit u/eichen Röntgenstrahlen oder mit Ionenstrahlen gearbeitet uiirti.

Ein grundsätzlicher Grenzu/ert für hohe Integrationsdichte bei Halbleiterschaltungen ist durch die bei dem lithographischen Prozeß arzielbare Auflösung gegeben. Die größten Aussichten für Fortschritte bei der Lithographie bieten heute das sogenannte Elektronenstrahlschreiben und Verfahren, bai denen gerichtete kurzuiellige Strahlung, z3 Röntgenstrahlung oder gerichtete Ionenstrahlung eingesetzt warden. Das Elektronenstrahlschreiben ergibt zwar hohe Auflösung, ist aber wegen des für den Strahlschreibvorgang erforderlichen hohen Zeitaufwands ein verhältnismäßig langsames Verfahren. Lithographie mit Röntgenstrahlung und gerichteter Ionenstrahlung bietet Schwierigkeiten, weil die Masken brüchig sind, denn bei der bevorzugten Maske handelt

2Q es sich um dünne Metallfolien, beispielsweise aus Beryllium, Diese Maske ist aber nicht nur zerbrechlich, sondern sie läßt sich auch nur mit großer Mühe ausrichten, weil zur Ausrichtung optische Techniken bevorzugt werden (zB Anwendung sichtbaren Lichts) und die aus Metallfolie bestehende Maske im Sichtbaren undurchsichtig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine lithographische Maske zu entwickeln, die mit optischen Mitteln ausrichtbar ist.

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Die Maske meist einen für sichtbares Licht durchlässigen Tragrahmen mit daran angebrachten', Mustern auf, die Markierungen für die optische Ausrichtung darstellen. Eine vorzugsweise aus Metall bestehende Folie, die für weiche Röntgenstrahlung oder für Ionan durchlässig ist, ist an dem Bleirahmen befestigt und wird von ihm in gespanntem Zustand gehalten. Eine vorzugsweise aus einem zweiten Metall be- . stehende, mit Mustsr versehene Schicht ist an der Folie angebracht, um ausgewählte Bereiche der Folie für weiche Röntgenstrahlung oder Ionsnstrahlung undurchlässig zu machen.

Bsi der Ausübung des beschriebenen lithographischen Verfahrens wird die Maske dazu benutzt, Resistschichtan, deren chemischer Aufbau je nach der Belichtung durch weiche Röntgenstrahlung oder Iononstrahlan verändert warden kann, solektiv zu belichten. Nach der Belichtung werden dia Rssistschichten entwickelt, so daß sich ein mit Huster versehener Schutzüberzug ergibt, der bsi dsm lithographischen Verfahren 3ingesstzt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbsispiei und an Hand der Zeichnungen erläutert.

Fig.1 ist ein Querschnitt durch den tragenden Maskenrahmsn und dia daran angebrachte Folie;

Fig.2 zeigt die Herstellungsweise der ebenen Fläche, die aus Teilen des tragenden Rahmens und der Folie besteht; Fig.3 verdeutlicht dan Vorgang des Verbindens der Folie mit dem tragenden Rahmen;

Fig.4 ist ein Querschnitt durch den tragenden Rahmen mit daran befestigter Folia und darüberlisgenden Schichten aines Metalls und des Photorasists;

Fig.5 zeigt den Vorgang des Einschreibens mit dem Elektronenstrahl, welches Verfahren für die Herstellung der Maske benutzt wird;
Fig.6 ist ein Querschnitt durch die fertige Maske.

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Fig.1 zeigt als Schnittbild den Tragrahmen 10 und die dünne ι¹ j^f.allfolie 12, die vorzugsweise aus Beryllium besteht und e.ne Dicke von größenordnungsmäßig 25^m hat; sie ist mit dem Tragrahmen fest verbunden. Bei der bevorzugten Ausführungsform können die äußere bzw die innere Umgrenzung 11 bzui 13 des Tragrahmens Kreis- oder RechteckPorm oder eine anaere geeignete Form haben. Da der Tragrahmen 10 aus Glas besteht, ist sr normalerweise für weiche Röntgenstrahlung nicht durchlässig. Dadurch wird die für die Herstellung von Maskenmustern, die für die lithographische Technik mit tuaichcr Röntgenstrahlung geeignet sind, nutzbare Fläche auf das Fenster begrenzt, das von der inneren Umgrenzung 13 des Tragrahmens 10 gebildet luird. Bereiche des Tragrahmens 10, die über dsn äußaran Rand 15 der Folie 12 hinausreichen, warden zur Anbringung von Markierungen für das Ausrichten dar Maske mit sichtbarem Licht benutzt.

Dia Oberfläche der Folie 12 und dar Tragrahmen 10 bilden ains praktisch ebene, gemeinsame Unterseite 14. Die Folie 12 ist unter solchen Bedingungen mit dem Tragrahmen 10 verbunden morden, daß die Folie 12 ständig in allen Richtungen unter Spannung steht, so daß eine stabile ebene Flächa der Folie entstanden ist.

Fig.2 zeigt den ersten Schritt des Vorgangs, durch den die Folie 12 mit dem Tragrahmen 10 verbunden uiird. Eine erste, praktisch abene, beispielsweise aus rostfreiem Stahl gefertigte Platte 16 wird als Unterlage für die Folie 12 benutzt. Der Tragrahmen 10 aus Glas wird so angeordnet, daß die innere Umgranzung 13 des Tragrahmens 10 über den Außanrand 15 der Folie 12 nach innen übergreift. Eine zweite ebene Platte 13 wird auf den Tragrahmen 10 aus Glas gelegt. Dann tuird auf die beidan Platten 16 und 18 Druck ausgeübt, und der ganze Aufbau luird bis zum Erweichungspunkt des gläsernen Tragrahmans 10 erhitzt. Unter diesen Bedingungen wird der Glasrahman 10 darart varformt, daß seine unteren Kanten

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praktisch bündig mit der Untarseita der Folis 12 liegen. Dadurch entsteht die praktisch ebene Unterseite, die in Fig.1 gezeichnet ist und oben erwähnt luurde.

Fig.3 erläutert das Vorgehen zum Verbinden der Folie 12 mit dem Glasteil 10. Die Folie 12 ist von Haus aus leitend, ujsil dafür vorzugsweise Beryllium oder ein anderes Metall verwendet uird. Durch Erhitzen des Glasrahmens 10 bis auf die Temperatur, bei der er plastisch verformbar ist, iuird dieses Teil auch geringfügig elektrisch leitend. Eine ausraichsnd große Spannungsquella 17 wird so angeschlossen, daß **·" :ine Spannung zu/ischen der Folie 12 und dem Tragrahmsn 10

liegt; jetzt fließt zwischen diesen Teilen ein elektrischer Strom. Die für das Verbinden arfordarlicha Zeit hängt von der Temperatur und dam StromfluÖ ab. Diese Art des Varbindens ist an sich bekannt und wird im einzelnen in dsr

US-Patentschrift 3 397 278 (D.I.Pomerantz) beschrieben.

~ Als Erläuterung für die Art und Waisa der Herstellung dar

Glas/Metall-Verbindung wird auf die genannte US-Patentschrift ausdrücklich Bezug genommen,

Das obanbeschriebena Verbinden findet, ja nach der für den Tragrahmen 10 gewählten Glasart, normalerweise bai ainer Temperatur zwischen 300 und 800^eC statt. Der Glasrahmen —" hat im allgemeinen einen geringfügig kleineren Wärmeaus

dehnungskoeffizienten als die Metallfolie 12. Wann der Varbindevorgang abgeschlossen ist und der Glasrahman 10

und dia Folie 12 abgekühlt sind, wird in der Folia 12 sin Spannungszustand aufrechterhalten, dar dazu führt, da3 die gemeinsama Oberfläche 14 von Glasrahman 10 und Folia 12 praktisch eben ist, wie das oban im Zusammenhang mit Fig.1 3rörtart wurde.

Mach dgm Abkühlen das Tragrahmens 10 und der Folie 12 wird dia von dam Tragrahmen 10 und dsr Folie 12 gebildets Unt-3rs^it^ mit einer dünnen Schicht Gold 20 bslsgt, dio vorzu.jsw..;iso eine Dicke zwischen 0,5 und 1 lim hat. Damit din

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Goldschicht 20 besser haftet, kann die Unterseite von Tragrahmt.-' 10 aus Glas und Folie 12 aus Beryllium zunächst mit ainer äußerst dünnen Beschichtung, beispielsweise aus Titan, versehen werden. Auf die Oberseite der Goldschicht 20 wird sine dünne Schicht 22 aus Photoresist aufgetragen.

Das schamatisch dargestallte Elektronanstrahlgerät 24 wird zum selektiven Belichten das Photoresists 22 benutzt. Das für Zwecks der Röntganstrahl-Photolithographie zu verwendende Muster ist beschränkt auf einen Bereich innerhalb des Fanstars, das durch die innere Umgrenzung 13 des Tragrah-.Tiäna 13 definiert ist, weil der Tragrahmen aus Glas für dia uiaicha .Töntgenstrahlung nicht durchlässig ist. Die auf dan Tindarn d3s Tragrahmens 10 aufliegenden Bereiche des Photoresists, die über die Kante der Folie 12 hinausgreifen, warden zur Anbringung von Markierungen für die optische Ausrichtung ausgenutzt; diese Markierungen werden dazu varwendat, in an sich bekannter Waise die Maske mit Hilfe von sichtbarem Licht auszurichten. Das Elektranenstrahl-Einschrüibgerät 24 kann in üblicher Weise gesteuert werden und kann sowohl das geforderte Muster für die lithographischen Techniken als auch die Markierungen für die Ausrichtung erzeugen.

Nach d-3tn Elektronsnstrahlschreiben wird die Photoresistschicht 22 in üblicher Weise entwickelt, und die GoIdschicht 20 wird geätzt, so daß ein Muster für lithographische Verfahransschritte innerhalb des durch die innere Umgrenzung 13 dos Tragrahmens 10 definierten Fensters entstaht; außerdam werden Markierungen für die optische Ausrichtung in dam über den Außenrand 15 dar Folie 12 hinausgreifenden Bereich gebildet. Die fertige Maske ist in Fig.6 uiadergageban.

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Die Goldbilder lassen sich auch durch Sperrverfahren oder Galvanisierverfahren herstellen. Die technischen Schritte zur Herstellung dsr Goldbilder sind in Jedem Falle bekannt.

Die in Fig.6 dargastelLte Maske ist besonders geeignet für lithographische Verfahren zur Bearbeitung von Halbleiterplättchen mit Röntgenstrahlung und gerichteter Ionenstrahlung, Ein typisches lithographisches Verfahren ist schematisch in Fig.7 dargestellt. Auf ein Halbleitersubstrat wird nach einer der üblichen Methoden eins dünne Schicht 28 von Photo-IQ resist aufgetragen. Dann wird die Maske so ausgerichtet, daß die Musterschicht 20 aus Gold sich in dar Nähe der Photoresistschicht 28 befindet oder sie sogar berührt. Die Ausrichtungsmarken und diB Kanten der Maske werden dazu benutzt, die Maske gegenüber dem Substrat richtig auszuricnten; bai diesem Vorgang bedient man sich der üblichen Methoden zur optischen Ausrichtung. Anschließend wird sine weiche Röntgenstrahlung oder eine Ionenstrahlung gegen die Oberseita der Maske gerichtet. Die iueich-3 Röntgenstrahlung oder die Ionenstrahlung durchdringt weder das den Tragrahmen 10 bildende Glas noch die Teile der Metallfolie 12, dia von der gemusterten Goldschicht 20 bedeckt werden. An den Stallen aber, ujo sich Öffnungen in der Musterschicht 20 aus Gold bsfinden, soiuait diese öffnungen innerhalb der inneren Umgrenzung 13 des Tragrahmens 10 liegen, durchdringen die u/eichen Röntganstrahlen oder die Ionenstrahlen die Folie 12 und treffen auf die Photoresistschicht 28. Der chemische Aufbau dsr Photoresistschicht wird von den Röntgenstrahlen oder dan Iononstrahlan verändert. Dann wird die Photoresistschicht entwickelt und weiterbahandelt, damit sis in üblicher Weise verwendbar ist.

3ai dam obenbeschriebenen Verfahren werden weiche Röntgenstrahlung und Ionenstrahlung eingesetzt, weil die heute verfügbaren Resistarten für die Anwendung harter Röntgenstrahlung nicht geeignet sind. Bei der photolithographischan Her-

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stellung von Halbleiterplättchen ist die eru/ähnte Ausrichtung iw \tisch nur während des zweiten und u/eiterer photolithographischer Herstellungsschritte. Die erste Maske sollte daher so aufgebaut sein, daß die innere Umgrenzung das Tragrahmens 10 weiter ausgedehnt ist als die aktive Fläche d r Schaltung. Während des ersten Herstellungsschrittes müssen Ausrichtungsmuster Für das Ausrichten mit den Ausrichtungsmarkierungen hergestellt werden. Daraus ergibt sich ohne weiteres, daß die obenbeschriebene Maske dem Typ zuzurechnen ist, der bei dem zweiten und bei u/eiteren Herstallungsschritten benutzt wird, u/eil sie Ausrichtungsmarkierungen in den Teilen des Tragrahmens 10 aufweist, die über den Rand 15 der Folie 12 hinausragen.

Claims

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Maske zur Verwendung bei lithographischen Verfahren, mit einem Tragrahmen (10), an dem ein gemustertes Element angebracht ist, dadurch gekennzeichnet,

daß der Tragrahmen strahlungsdurchlässig innerhalb eines ersten Frequenzbandes und strahlungsundurchlässig innerhalb eines zweiten Frequenzbandes ist,

daß eine Folie (12), die strahlungsundurchlässig innerhalb des ersten Frequenzbandes und strahlungsdurchlässig innerhalb des zweiten Frequenzbandes ist, an dem Tragrahmen angeordnet ist, der über den Rand der Folie hinausragt,

und daß eine in beiden Frequenzbändern undurchlässige, mit P4uster versehene Schicht (20) die Maske bedeckt.

2.) Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dar Tragrahmen aus Glas besteht.

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3.) Maske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus Metall bastsht.

4.) Maske nach Anspruch 1, 2 odsr 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Folie aus Beryllium bsstaht.

5.) Maske nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Berylliumfolie ständig gespannt ist, und daß dia Spannung dadurch hervorgerufen wird, daß die Bbrylliumfalie mit dam Glasrahman bei einer über 20D^cC lieganden Temperatur verbundan ist.

5.) Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Teile des Tragrahmens, die über den Umriß d3r Folie hinausragen, Muster in einer strahlungsundurchlässigen Schicht aufweisen, die Markiarungsn für die Ausrichtung bilden.

7.) Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche., dadurch gekennzeichnet,

daß der Tragrahmen für sichtbares Licht durchlässig ist, so daß die Maske nach einem mit sichtbarem Licht arbeitenden Verfahren ausgerichtet werden kann.