DE2528666A1

DE2528666A1 - Verfahren zur herstellung einer maske fuer roentgenstrahl-lithographie

Info

Publication number: DE2528666A1
Application number: DE19752528666
Authority: DE
Inventors: Michael Hatzakis
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1975-06-27
Publication date: 1976-01-29
Also published as: GB1507752A; IT1039152B; JPS5117672A; DE2528666C2; JPS5312793B2; FR2279135A1; FR2279135B1

Description

Amtliches Aktenzeichen:

Aktenzeichen der Anmelderin:

Neuanmeldung
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Verfahren zur Herstellung einer Maske für Röntgenstrahl-Lithographje

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer unterschiedliche Dicken aufweisenden Maskenstruktur für insbesondere mit Röntgenstrahlen durchzuführende lithographische Verfahren, welche Maskenstruktur einen Träger mit einer ersten darauf haftenden dünnen Metallschicht umfaßt, die beide hinsichtlich der in Verbindung mit der fertigen Maske benutzten Strahlung transparent sind, wobei die eigentliche Maskenstruktur auf dieser Unterlage haftend aufgebaut wird.

Aus der früheren Anmeldung DT-OS 2 119 527 ist ein Verfahren zum Ätzen eines Films an verschiedenen Stellen mit verschiedener Tiefe bekannt, wobei der Film mit einer strahlungsempfindlichen Schicht überzogen und diese an den zu ätzenden Stellen bestrahlt wird. Dabei erfolgt die Bestrahlung mit Elektronenstrahlen, die örtlich unterschiedliche Bestrahlungsdichten aufweisen. Der am tiefsten zu ätzende Bereich wird als erstes mit der höchsten Bestrahlungsdichte bestrahlt. Die Bestrahlung erfolgt in den übrigen Bereichen mit demgegenüber verringerter Bestrahlungsdichte entsprechend der abnehmenden Dicke der durchzuführenden Ätzung. In mehreren Entwicklungsvorgängen wird zunächst die Fotolackschicht im Bereich der stärksten Bestrahlung vollständig entfernt und die darunterliegende Schicht erstmals geätzt. Im nächsten Entwicklungsschritt werden die Bereiche mit der zweithöchsten Bestrahlungsdichte nunmehr vollständig entfernt und die hierbei freigelegten Bereiche geätzt. Diese Entwicklungs- und anschließenden

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Ätzschritte werden entsprechend der durchzuätzenden Schichtabstufung bzw. Bestrahlungsabstufung durchgeführt.

Röntgenstrahlen sind mittlerweile für lithographische Herstellungsverfahren attraktiv geworden, weil sie die Ausbildung planarer Goldmuster auf dünnem Siliziumsubstraten erlauben, welche Muster ihrerseits ohne nennenswerte Absorption oder Streuung bzw. Beugung tief in ein Potolackmaterial projiziert werden können. 'Nach dem Entwickeln erhält man auf diese Weise Strukturen mit ieinem hohen Auflösungs- bzw. Wirkungsgrad. Solche vorteilhaften !Anwendungen von Röntgenstrahl-Lithographieverfahren sind im einzelnen dem Aufsatz "X-ray Lithography: Complementary Technique to jElectron Beam Lithography", von H. I. Smith u. a., Twelfth Symposium on Electron, Ion, Laser Beam Technology, MIT, Cambridge, JMass., Mai 21-23_S 1973 zu entnehmen, auf den hier bezug genommen wird.

jSoweit in der obengenannten Patentanmeldung von einer gestuften |Oxid- oder Metallschicht ausgegangen wird, ergeben sich solche Verjhältnisse in der Praxis bei der Herstellung von Halbleiterschal-■tungen. Wenn in früheren Verfahrensschritten in einer Oxidschicht ,öffnungen hergestellt wurden, um z. B. durch diese öffnungen in ;das darunterliegende Substrat Dotierungsstoffe einzudiffundieren oder zu implantieren, ergeben sich durch den anschließenden Re-

oxidationsschritt derartige Abstufungen der ursprünglichen Oxidschicht. Wenn mehrfach solche Verfahrensschritte durchzuführen sind, ergeben sich entsprechend viele Schichtabstufungen. In der genannten Patentanmeldung wird nun ein stufenweiser Ätzvorgang vorgeschlagen. Im allgemeinen würde man bezüglich des Abstands zwischen dieken Schichtbereichen wünschen, daß dieser gleich oder kleiner wäre als die Höhe der dieken Bereiche. Wegen des Unterätzens wird jedoch der Abstand stets größer sein als die Dicke der Schicht «nd ist oft doppelt so breit.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer insbesondere für Röntgenstrahl-Lithographie verwendbaren Maske an zugeben, das die Erzielung einer weiter verbesserten Auflösung gestattet. Insbesondere sollen damit Strukturen mit minimaler Linienbreite herstellbar sein, die den mittels Ätzen hergestellten Masken überlegen sind. Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unterjansprüchen gekennzeichnet.

Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels jund der Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert. j

In den Figurer 1 bis 7 sind die zur Ausführung der Erfindung aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte illustriert. Wie in Fig. 1 !dargestellt ist, beginnt man mit einem Substrat 2 aus irgendeinem !Material, auf das eine Metallschicht 4 von ungefähr 200 bis 300 A Dicke aufgebracht wird. Die Metallschicht 4 kann aus Gold, Kupfer, Permalloy oder einem anderen Metall bestehen, mit dem ein anderes Metall durch Elektroplattierung oder stromloses Abscheiden dauerhaft verbunden werden kann. Eine solche dünne Schicht 4 ist ebenso wie das Substrat 2 bezüglich Röntgenstrahlung sehr transparent. i

I Der nächste Herstellungsschritt ist in Fig. 2 gezeigt, wo ein '■- (Elektronen-)strahlungsempfindlicher Resist-Überzug 6, im folgenden auch Fotolackschicht 6 genannt, über die Metallschicht 4 aufgebracht wird. Diese Fotolackschicht wird mit einer Dicke aufgebracht, die größer ist als die beabsichtigte minimale Linienbreijte der nachfolgend fertiggestellten Maske. Bei Einsatz einer 'Röntgenstrahlung mit Wellenlängen zwischen 2 bis 10 A ist eine

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■Fotolackschichtdicke von etwa 2000 A bis zu einem Mikrometer an- ;gemessen. Ein geeignetes Material für derartige strahlungsempjfindliehe überzüge ist Poly-Methylmethacrylat-oder PMMA, wobei dies ein Fotolack ist, der empfindlich gegenüber einer Elektronen-

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einstrahlung ist, so daß nach dem Belichten mit einer solchen !strahlung das PMMA mit einem entsprechenden Lösungsmittel ent-

|wickelt werden kann.

Im dritten Verfahrensschritt wird die strahlungsempfindliche Schicht selektiv verschiedenen Belichtungsmengen A₅ B bzw. C !ausgesetzt, vgl. Fig. 3. Dabei ist angenommen, daß die Bestrahilungsmenge (bzw. -dichte) A größer ist als B und letztere wiederum größer ist als C. Derartig unterschiedliche Bestrahlungsdichten können rechnergesteuert festgelegt werden und bilden in Ihren Details nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise wird über eine rechnergesteuerte Anweisung die Bewegung eines Schreibstrahles so festgelegt, daß die Verweilzeit des Strahles auf einem selektiven Plächenbereich genau definiert ist. :)abei resultiert eine längere Verweilzeit des Schreibstrahles jauf der strahlungsempfindlichen Schicht 6 in einer höheren Bestrahlungsdichte dieses Bereiches.

Nach einer solchen unterschiedlichen Bestrahlung entsprechend ?ig. 3 wird die Fotolackschicht 6 soweit entwickelt, bis das am 3tärksten bestrahlte Gebiet (Strahlbereich A) im Bereich 8 ge-5ffnet ist, wogegen im Bereich der Strahlung B und C noch Resistmaterial verbleibt, vgl. Fig. 4. Als nächstes wird entsprechend Fig. 5 Gold oder ein anderes Röntgenstrahlen absorbierendes Material 10 in einer vorbestimmten Höhe innerhalb der öffnung 8 jauf die dort freigelegte Metallschicht 4 niedergeschlagen. Danach !wird der Entwicklungsvorgang des übrigen Fotolacks fortgesetzt, jbis das Gebiet im Strahlbereich B vollständig zur öffnung 12 durchentwickelt ist, wobei jedoch die Fotolackschicht 6 im Bereich des Strahles C noch vorhanden ist. Wiederum wird dann eine voraestimmte Metallmenge in die nunmehr beiden öffnungen niedergeschlagen, so daß die Metallschicht 10 durch die weitere Schicht 14 aufgestockt wird, die ihrerseits auch in der öffnung 12 der Fotolackschicht 6 entsprechend Fig. 4 vorliegt. Die abschließende Entwicklung legt dann den Strahlbereich C frei.

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Erneut wird eine vorbestimmte Menge Gold als Schicht 16 aufgebracht. Polglich werden drei unterschiedlich dicke Schichten aus Gold oder einem anderen Material erhalten, die dauerhaft mit der Metallschicht 4 verbunden sind. Die fertiggestellte Maske, von der nunmehr die gesamte Fotolackschicht 6 entfernt ist, weist über ihre Länge Bereiche unterschiedlicher Dicke auf, wobei auch mehr als drei unterschiedliche Dickenwerte vorgesehen werden können. Das hängt jeweils von der Dicke der anfänglichen strahlungsempfindlichen Schicht 6, deren Empfindlichkeit hinsichtlich der möglichen Abstufungen bei der Bestrahlung sowie der Möglichkeit ab, solche abgestuften Bestrahlungen einzustellen.

Das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Maske für Röntgenstrahlen (Fig. 7) ist besonders wirkungsvoll, weil es möglich ist, diese Maske in einem einzigen BestrahlungsVorgang in einer evakuierten Kammer auszubilden. Wollte man eine solche Maske mit unterschiedlichen Dicken einer Goldschicht in Stufenweisem Aufbau herstellen, würden die damit verbundenen Justage-Probleme erhebliche Schwierigkeiten bereiten. Die Ausrichtung der Maskenöffnungen für die getrennten Bestrahlungsvorgänge würde eine höhere Genauigkeit erfordern, als das eigentlich bezüglich der endgültigen Maske erfüllt sein müßte. Schließlich ist festzustellen, daß verschiedene Dicken der Metallschichten gewählt werden können, und zwar in Abhängigkeit von den Röntgenstrahlungen absorbierenden Materialien sowie der maximal zulässigen . Abschwächung solcher Röntgenstrahlen durch das Substrat 2 und die damit verbundene Schicht 4 derart, daß die vollständige Röntgenstrahl-Maske als differentieller Röntgenstrahl-Absorber wirken kann.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Herstellung einer unterschiedliche Dicken aufweisenden Maskenstruktur für insbesondere mit Röntgenstrahlen durchzuführende lithographische Verfahren, welche Maskenstruktur einen Träger mit einer ersten darauf haftenden dünnen Metallschicht umfaßt, die beide hinsichtlich der in Verbindung mit der fertigen Maske benutzten Strahlung transparent sind, wobei die eigentliche Maskenstruktur auf dieser Unterlage haftend aufgebracht wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- auf die erste dünne Metallschicht wird eine gleichmäßig dicke strahlungs-, insbesondere elektronenstrahlungsempfindliche Fotolackschicht aufgebracht und in dem gewünschten Muster einem einzigen BestrahlungsVorgang mit örtlich unterschiedlichen Bestrahlungsmengen, vorzugsweise -dichten, ausgesetzt;

- die derart unterschiedlich bestrahlten Bereiche werden einem ersten EntwicklungsVorgang unterworfen derart, daß die am stärksten bestrahlten Bereiche der Fotolackschicht in iroller Tiefe und die übrigen Bestrahlungsbereiche entsprechend ihrer geringeren Bestrahlungsmenge lediglich teilweise entfernt werden;

- in die vollständig freigelegten öffnungen der Fotolackschicht wird je eine Lage aus" einem Strahlen, insbesondere Röntgenstrahlen absorbierenden Materials eingebracht ;

- daran schließen sich entsprechend den Bestrahlungsabstufungen weitere Entwicklungsabschnitte mit je anschließendem Aufbringen einer ggf. weiteren Lage aus strahlabsorbierendem Material an, bis auch in den Bereichen mit der geringsten Bestrahlungsmenge die Fotolaekschicht vollständig entfernt und dort eine erste Lage aus strahlungsabsorbierendem Material aufgebracht ist.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hinsichtlich Elektronenstrahlung empfindliche Schicht

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größenordnungsmäßig 2000 A bis 1 Mikrometer dick ist.

;3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindliche Schicht aus Poly-Methylmethacrylat besteht.

*4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- ! durch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindliche

Schicht in einer Dicke aufgebracht wird, die größer I oder gleich ist der minimalen Linienbreite der herzuj stellenden Maskenstruktur.

|5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dai durch gekennzeichnet, daß die den Träger bedeckende hinsichtlich Röntgenstrahlen transparente erste dünne Metallschicht unter dem Gesichtspunkt einer guten Haf- ! tungsgrundlage für die darauf aufzubringenden strah-¹ lungsabsorbierenden Materiallagen ausgesucht ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskenstruktur mit unterschiedlicher Materialdicke durch lagenweises Aufbringen einzelner Maskenmaterialschichten anstatt eines oder

I mehrerer Ätzvorgänge aufgebaut wird.

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