DE3019856A1

DE3019856A1 - Verfahren zur herstellung einer lithographie-maske

Info

Publication number: DE3019856A1
Application number: DE19803019856
Authority: DE
Inventors: James F Nester
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1979-06-27
Filing date: 1980-05-23
Publication date: 1981-01-15
Also published as: JPS565980A; JPS6331555B2; US4328298A

Description

B'e's ehr eibung

Die Erfindung betrifft allgemein Masken, die in der Lithographie verwendet werden, und insbesondere ein Verfahren. zur Herstellung einer_Maske, die für die Röntgenstrahlen-Lithographie eingesetzt werden kann.

Bei der Fertigung von integrierten Halbleiterschaltungen werden verschiedene Ausführungsformen der Lithographie verwendet, um einen Photoresist bzw. Photolack zu belichten, der auf einem Halbleiter-Scheibchen bzw. "-wafer" abgelagert worden ist. Im Zuge der fortschreitenden Miniaturisierung solcher Halbleiterschaltungen., d.h. , bei dem Bestreben, mehr Schaltungsbauteile auf einem bestimmten Chip unterzubringen, hat sich diese Lithographie zu kürzeren Wellenlängen hin weiterentwickelt. Kürzere Wellenlängen werden benötigt, um eine gute Auflösung und geringe Größen zu erreichen. Die Entwicklung führte also von der optischen Lithographie, die den Bereich des sichtbaren Lichtes des Spektrums der elektromagnetischen Wellen ausnutzt, über Lithographie im ultravioletten Wellenlängenbereich in jüngster Zeit zur Röntgenstrahlen-Lithographie. Röntgenstrahlen haben eine besonders kurze Wellenlänge, so daß extrem feine Details definiert werden können. Bei dieser Lithographie wird eine Maske mit dem gewünschten Muster zwischen der Strahlungsquelle, beispielsweise einer Quelle für UV- oder Röntgenstrahlen., und einem Halbleitersubstrat angeordnet, das mit dem Photolack beschichtet ist, auf den das Muster belichtet v/erden soll. Die Maske muß zu einer guten Definition der zu belichtenden Linien führen, wobei die maskierte Fläche lichtundurchlässig für die verwendete Strahlung ist, während das Maskensubstrat durchlässig

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für diese Strahlung ist. Wegen der kleinen Zeilenbreiten, die bei der Röntgenstrahlenlithographie erreicht werden sollen,wird jedoch die Herstellung einer Maske, die zu einer: guten Auflösung führt, zu einem technisch komplizierten: Problem. ■". " -

Bei Masken, die für die Röntgenstrahlen-Lithographie eingesetzt werden sollen, wird als typisches Absorptionsmaterial Gold eingesetzt. Obwohl andere Elemente eine erhöhte Absorption bei weichen Röntgenstrahlen zeigen, wird Gold bevorzugt eingesetzt, weil es leichter zu handhaben und zu verarbeiten ist. Dabei werden üblicherweise zwei, verschiedene Verfahren eingesetzt und zwar das Elektroplattieren bzw. Galvanisieren und das Aufdampfen/Abheben. Da bestimmte Maskensubstrate, die bevorzugt bei der Röntgenstrahlen-Lithographie eingesetzt werden,, nicht leitend sind, führt das Galvanisieren in-, der; Praxis zu Schwierigkeiten. Das Auf dampf /Abheb-Verfäiiren wird in am 26.12.. 79 eingereichten US-Pätentanmeldung, üSStT 107, 749 der Anmelderin (Erfinder; .0,,W. Buckley) beschrieben. Diese, im Prinzip sehr nützliche Technik kann jedoch nicht bei der Herstellung von Masken eingesetzt werden, die Merkmale bzw. Details mit. einer geringeren Größe als 1 Mikron enthalten:. .

In einer Veröffentlichung mit dem Titel "Electroless Gold Metallization for Polyvinylidene Fluoride Films" ("Stromlose Goldmetallisierung für Polyvinylidenfluorid-Filme") in 125 Journal Electrochemical Society 522, April 1978, von L.M. Schiavone, wird ein Verfahren für das Aufbringen eines galvanischen Überzuges auf einen Kunststofffilm beschrieben. Wie in diesem Artikel erläutert wird, müssen verschiedene, wesentliche Schritte durchgeführt werden, nämlich eine Reinigung, eine Sensibilisierung,

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eine Aktivierung, das Aufbringen des galvanischen Überzugs und eine Nachreinigung. Der Autor weist darauf hin, daß die Reinigung wahrscheinlich der wichtigste Schritt ist. Nach der Reinigung wird der Film sensibilisiert, indem ar in ein Bad aus lichtempfindlichen Salzen eingetaucht wird. Der Film wird dann belichtet. Anschließend wird der Film in eine Lösung aus einem Katalysator eingetaucht, der mit den aktivierenden Chemikalien reagiert» Wie von dem Autor erläutert wird, ist Palladium ein exzellenter Katalysator für Gold, so daß als bevorzugte Ausführungsform ein Palladiumchlorid/Essigsäure-Bad erwähnt wird. Nach dem Spülen wird der präparierte Film in ein auf Zyaniden basierendes Goldplattierungsbad eingetaucht, wobei sich Gold bevorzugt auf dem Palladium-Katalysator galvanisch ablagert. Es ist beobachtet worden,· daß das durch dieses komplexe Verfahren abgelagerte Gold schlecht an dem Substrat haftet; es wird angenommen, daß dieser Effekt in Beziehung steht zu der Gründlichkeit der anfänglichen Reinigung des Substrates.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Maske für die Röntgenstrahlen-Lithographie zu schaffen, bei dem ein Substrat verwendet wird, das nicht-leitend sein kann; auf dem Substrat wird ein röntgenstrahlenabsorbierendes Goldmuster ausgebildet; das Gold soll eine verbesserte Haftung auf dem Substrat haben und in der Lage sein, Merkmale bzw. Details mit Abmessungen von weniger als 1.Mikron zu definieren.

Zu diesem Zweck schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Lithographie-Maske vor, bei dem ein Substrat vorgesehen wird, das transparent für die bei dem Lithographieverfahren zu verwendende Strahlung ist; auf dem Substrat wird eine dünne, erste

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Schicht aus einem Metall abgelagert, das geeignet für das stromlose Aufbringen eines galvanischen Überzuges ist. Die dünne, erste Metallschicht wird dann mit einer Schicht aus einem Photoresist bzw. einem Photolack bedeckt; der Photolack wird durch eine Master-Maske belichtet, um die Flächen freizulegen, an denen die Absorption der lithographischen Strahlung erfolgen soll. Der Photolack wird dann entwickelt, um die dünne, ©rste.-Metallschicht"in den freiliegenden,belichteten . Flächen freizulegen. Anschließend wird das Substrat in ein Metallbad eingetaucht, in dem das stromlose Aufbringen eines galvanischen Überzugs erfolgt, wodurch eine relativ dicke, zweite Schicht des Metalls bevorzugt auf den freigelegten Flächen der ersten Metallschicht niedergeschlagen wird. Das plattierte, also mit einem galvanischen Überzug versehene Substrat wird dann aus dem Bad herausgenommen und von dem Photolack gereinigt.

Die Erfindung schafft also ein Verfahren zur Herstellung von Masken für die Röntgenstrahlen-Lithographie, die Details bzw...Zeichnungsmerkmale enthalten, deren Größe kleiner als 1 Mikron ist; dabei können sowohl leitende als auch nicht leitende Substrate verwendet werden. Bei diesem Verfahren wird zu Beginn, beispielsweise durch Aufdampfen im Vakuum, eine sehr dünne Schicht aus einem Röntgenstrahlen stark absorbierenden Material, wie beispielsweise Gold, aufgebracht. Eine Schicht des Photolacks wird auf die anfängliche Goldschicht aufgebracht, belichtet und entwickelt, um den Photolack in den freigelegten, belichteten Flächen zu entfernen. Anschließend wird die Maske in ein Bad eingetaucht, das in einem stromlosen Verfahren Gold als galvanischen überzug aufbringt.

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Dieses Verfahren beruht auf der Feststellung, daß die für das stromlose Aufbringen eines galvanischen Überzuges geeigneten Metalle als "Autokatalysatoren" wirken. Dementsprechend wird zusätzliches Gold von dem Bad bevorzugt auf der belichteten, freigelegten ersten Goldschicht abgelagert, so daß sich diese Schicht auf die gewünschte Dicke aufbauen kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 im stark vergrößerten Maßstab eine Querschnitts ansicht zur Erläuterung des Anfangsschrittes bei der Herstellung einer Maske mit dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 mit einer Darstellung eines weiteren Schrittes bei dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie die Fig. 1 und 2 mit der Darstellung eines weiteren Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie die Fig. 1 bis 3 mit einer Darstellung eines Teils der fertigen Maske.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der folgenden Feststellung: Bei dem Verfahren zur Ablagerung von Gold, wie es in dem oben erwähnten Artikel von Schiavone beschrieben wird, wird der auf dem Substrat gebundene chemische Katalysator (Palladium) rasch durch das ab-

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gelagerte Gold bedeckt und dient also nur dazu, die Goldablagerungsreaktion auszulösen, also die ersten Reaktions-.-schritte einzuleiten-/ Die anschließende Goldablagerung kann deshalb nur durch eine autokatalytische Wirkung des vorher abgelagerten Goldes geschehen. Dementsprechend schlägt die vorliegende Erfindung eine Vereinfachung des Verfahrens nach Schiavone vor, bei der keine Chemikalien für eine gründliche Reinigung, Photoaktivatoren und Katalysatoren mehr benötigt werden. Obwohl die folgende Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens im wesentlichen auf die Vergoldung mittels des Aufbringens eines galvanischen Überzugs gerichtet ist, tritt der dabei ausgenutzte, autokatalytische Effekt auch bei anderen Metallen auf, die in einem stromlosen Verfahren einen galvanischen überzug bilden. Zu diesen Metallen gehören beispielsweise Kupfer, Nickel, Arsen, Chrom, Kobalt, Eisen und Palladium.

Bei einer Aüsführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Gold als dünne, erste Schicht mit einer Dicke von'näherungsweise 200 A im Vakuum auf ein isolierendes Substrat aufgedampft. Teile, d.h., bestimmte Flächen dieser dünnen, ersten Schicht können dann maskiert werden, beispielsweise durch einen Photolack bzw. Photoresist; das Verfahren wird weiter fortgesetzt, indem dieses Material direkt in eine Lösung für das stromlose Vergolden, also zürn Aufbringen eines galvanischen Überzuges, eingetaucht wird. Bei Strukturen wie Masken für die Röntgenstrahlenlithographie kann Gold bis zu einer Dicke von mehr als 5000 S abgelagert werden. Wenn hinterher Flächen bzw, Bereiche des Substrates goldfrei.gemacht werden sollen, kann die 200 A Gold-Vorbeschichtung mit einem- geeigneten Ätzmittel entfernt werden. Dies führt selbstverständlich zu dem Verlust der 200 S dicken Goldschicht von den Ablagerungsflächen; dieser kleine Prozentsatz Goldentfernung ist jedoch nicht wichtig.

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Insbesondere in Fig. 1 ist ein Teil eines Films 10 dargestellt, der transparent für Röntgenstrahlen und aucti; : sonst als Substrat für eine Maske für die Röntgen- -. Strahlenlithographie geeignet ist. Es kann sich dabei beispielsweise um einen thermoplastischen Polyester (Polyethylen-Terephthalat) oder ein in der Wärme aushäEtbares Polyimid handeln, das jeweils unter den Warenzeichen Mylar bzw. Kapton verkauft wird. Auf die Oberfläche des Films 10 ist eine sehr dünne Schicht 12 aus Gold aufgebracht worden, beispielsweise durch Aufdampfen im Vakuum. Diese Goldschicht kann eine Dicke in der Größenordnung von 200 Ä haben. Um die Haftung des Goldes auf dem Film zu verbessern, kann vor der Goldschicht eine "Haut-"Schicht ("flash" layer) aus Chrom mit einer Dicke von näherungsweise 50 Ä aufgebracht werden. Auf die Goldschicht 12 wird dann eine Schicht 14 aus einem Photolack aufgebracht, der belichtet und ' entwickelt wird (die Schicht 14 aus dem Photolack sollte dicker sein als die letzte, endgültige Dicke der Gold-* schicht. Die belichteten Flächen werden anschließend in Abhängigkeit von dem Belichtungsmuster entfernt, wodurch bestimmte Flächen der Goldschicht 12 freigelegt werden, wie in Fig. 2 bei 12a angedeutet ist. Anschließend wird. das Maskensubstrat in eine stromlose Galvanisierlösung eingetaucht, beispielsweise eine Lösung mit folgenden Bestandteilen:

KAu(CN)₂ H₃O NH OH

Die Bestandteile einer solchen Lösung können von der Sel-Rex Division der Oxy Metal Industries Corporation, Nutley, New Jersey bezogen werden. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, schlagen sich die freien Goldionen in der Lösung bevorzugt auf dem Bereich 12a der Goldschicht 12

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nieder und zwar als Ergebnis der jetzt erkannten autokatalytischen Wirkung des Goldes. Die Abscheidungsgeschwindigkei't hängt von der Lösungstemperatur ab. Beispielsweise bei einer Temperatur von 55 C erreicht die abgeschiedene 'Schicht 10 eine Dicke von 5000 A in näherüngsweise 1 Stunde, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Die Schicht 16 sollte die Dicke der.. hotolackschicht 14 nicht übersteigen, um die "Pilzkopfbildung" ("mushrooming") über letzterer zu vermeiden.

Die Photolackschicht kann durch irgendein geeignetes Verfahren entfernt werden, indem sie beispielsweise in Azeton aufgelöst wird. Wenn das Substrat nach dem Aufbringendes galvanischen Überzuges goldfreie Bereiche haben sollte, kann es in einem geeigneten Ätzmittel, wie beispielsweise einer Jodlösung , geätzt werden. Die Entfernung einer 200 S dicken Goldschicht führt auch dazu, daß eine 200 A dicke Schicht von der abgeschiedenen Goldschicht 16 entfernt wird. In der Praxis führt dies jedoch zu keiner relevanten Änderung der erzielten 'Abmessungen. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, erhält man als Ergebnis einen Substratfilm 10, auf dem das Muster des abgeschiedenen Goldes 16 gut haftet. Wie durch Versuche festgestellt werden konnteί ist die · Haftung dieses -stromlos abgeschiedenen Goldes gleich der Haftung der vorher durch Aufdampfen im Vakuum aufgebrachten Goldschicht.*

.Das hier beschriebene Verfahren ist nicht auf die Herstellung von lithographischen Masken beschränkt, sondern kann auch bei anderen, ähnlichen Prozessen eingesetzt werden. In ähnlicher Weise können auch andere Metalle u Gold verwendet werden.

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Leerseite

Claims

-PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

ÖPL-ΙΝα

H. KINKELDEY

DR-ΙΝα

Q Π 1 Q Q ξ c ^w· STOCKMAiR

K, SCHUMANN

OR RER NAT. ■ DtPL-PHVa

f. H. JAKOB

DIPL-IMG

G. BEZOLD

8 MÜNCHEN

MAXIMILIAN3TRASSSE

P 15026
25. Mai 1980

The Perkin-Elmer Corporation
Main Avenue

Norwalk, Connecticut 06856
United States of America

Verfahren zur Herstellung einer Lithographie-Maske

Patent ansprü ehe

1. Verfahren zur Herstellung einer Lithographie-Maske,
d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , daß

a) ein Substrat vorgesehen wird, das transparent für
die bei dem Lithographie-Verfahren zu verwendende
Strahlung ist, daß

b) auf dem Substrat eine dünne erste Schicht aus einem
Metall abgelagert wird, das geeignet für das stromlose Aufbringen eines galvanischen Überzuges ist,
daß

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telefon (oas) 2aaaea telex 05-293Bo Telegramme monapat telekopierer

c) die erste Metallschicht mit einer Schicht aus einem Photoresist bedeckt wird, daß

d) der Photoresist durch eine Hauptmaske belichtet wird, um dadurch Flächen freizulegen, auf denen eine Absorption der lithographischen Strahlung gewünscht wird, daß

e) der Photoresist entwickelt wird-, um in diesen Flächen die dünne erste Metallschicht freizulegen, daß

f) das Substrat in ein stromloses Metallbad zum Aufbringen eines galvanischen Überzuges eingetaucht wird, wodurch eine relativ dicke, zweite Schicht des Metalls bevorzugt auf den freigelegten Flächen der ersten Metallschicht niedergeschlagen wird, und daß " ;

g) das mit dem galvanischen Überzug versehene Substrat, aus dem Bad entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem galvanischen überzug versehene Substrat geätzt wird, um eine Metallschicht mit einer Dicke zu entfernen, die im wesentlichen gleich der Dicke der ersten Metallschicht ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Gold verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Kupfer verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Nickel verwendet wird.

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:6. Verfahrennach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet:, daß als Metall Arsen verwendet wird.

7. Verfahren nach einem' der Ansprüche" 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet_r daß als Metall Chrom verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Kobalt verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, ■ daß als Metall Eisen verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet;, daß als Metall Palladium verwendet wird.

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