DE2647242A1

DE2647242A1 - Elektrolithographische vorrichtung

Info

Publication number: DE2647242A1
Application number: DE19762647242
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Hiraoka
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-11-03
Filing date: 1976-10-20
Publication date: 1977-05-12
Also published as: JPS596506B2; JPS5258604A; IT1068535B; US4119688A

Description

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Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, i\i.Y. 10504

Amtliches !Aktenzeichen: Heuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: SA 975 029

jElektrolithographische Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektrolithoyraphische Vorrichtung zufii Herstellen von Mustern in einer elektronenstrahleiripfindlichen Schicht.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise in der integrierten Halbleitertechnik benötigt, wo sie zum Herstellen der dort erforderlichen Masken eingesetzt werden.

Beispielsweise sind bei der Herstellung von integrierten Schaltungen und Magnetplattenspeichern bereits röntgenstrahllithographische und elektronenstrahllithographische Techniken zum Duplizieren von Masken angewandt worden, die Muster mit Linienbreiten im Mikron- und Submikronbereich enthalten. Der Röntgenstrahl Iithographie haften mehrere Nachteile an. Hervorzuheben ist, daß diese Technik zeitaufwendig ist, daß das zu verwendende röntgenstrahlempfindliche Material nur eine geringe Empfindlichkeit aufweist und daß infolge der erforderlichen langen Bestrahlungszeit die Gefahr einer schädlichen Beeinflußung des die röntgenstrahlerapfindliche Schicht tragenden Substrates besteht. Bei der Elektronenstrahllithographie hat sich als nachteilig herausgestellt, daß auch diese Technik sehr zeitaufwendig ist, daß hohe Energien erforderlich sind und daß Sekundärelektronen auftreten. Schließlich muß bei der Elektronenstrahllithographie ein fokussierter Strahl entsprechend des gewünschten Maskenmusters abgelenkt werden.

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In der Zeitschrift "Solid State Electronics", 1969, Vol. 12, Seiten 041 - 843 ist unter dem Titel "An Electron Imaging System for the Fabrication of Integrated Circuits" bereits ein Versuch beschrieben, eine mit Elektronen arbeitende Bildprojektionsröhre extre,a hoher Auflösung zum Herstellen großer Halbleiterstrukturen mit vielen Transistoren mit Abmessungen im Mikronbereich einzusetzen. Als Elektronenquelle dient dabei eine Photokathocie. In dieser Technik erzielt man zwar bessere Ergebnisse als mit anderen lichtoptischen Verfahren, sie v/eist jedoch die bekannten Jachteile auf, die mit lichtoptischen Verfahren verbunden sind. Die zur Freisetzung der Elektronen verwendeten Photoelektronen haben nur einen geringen Wirkungsgrad. Außerdem sind nur wenige photoelektrische Materialien wie Cäsiumjodit, Paladiuiii und ähnliche bekannt, die als photoelektronenemittierende Kathoden verwendbar sind. Außerdem ist bei der Herstellung derartiger Kathoden die Dünnfilmtechnik anzuwenden.

Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine elektrolithographische Vorrichtung zum Herstellen von Mustern in einer elektronenstrahlempfindlichen Schicht anzugeben, die einen hohen Wirkungsgrad in der Elektronenfreisetzung aufweist, unaufwendig ist und eine hohe Auflösung gewährleistet.

Gemäß der Erfindung v/ird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die elektronenstrahlempfindliche Schicht zwischen zwei einen gegenseitigen Abstand aufweisenden Elektroden angeordnet ist, daß der von den Elektroden begrenzte Zwischenraum mit Elektronen angereichert ist und daß an die Elektroden ein gepulstes elektrisches Feld angelegt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert .

Es zeigen;

Fig. 1 eine schematische x'ei!ansicht eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit einer an der Kathode angeordneten Maske und

Fig. 2 eine schematische Teilansicht eines zweiten

erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit einer als Kontaktmaske auf der elektronenstrahlempfindlichen Schicht angeordneten Maske.

Die erfindungsgemäße elektrolithographisehe Vorrichtung besteht im Prinzip darin, daß zwischen zwei parallel zueinander angeordneten Elektroden ein inhomogenes elektrisches Feld erzeugt wird und daß die elektronenstrahlempfindliche Schicht in diesem Feld zwischen den Elektroden angeordnet wird. Diese Vorrichtung bzw. Methode erweist sich als außerordentlich unaufwendig und zeigt eine hohe Auflösung im i-ükron- und Submikronbereich. Eine störende Rückstreuung von Elektronen ist nicht festzustellen. Die Vorrichtung ist in erster Linie in der integrierten rfalbleitertechnik anwendbar, wo sie zum Duplizieren von !lüstern oder Masken dienen kann.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen, sind eine Kathode 10 und eine Anode 12 mit einer Spannungsquelle 14 verbunden. Die Kathode 10 und die Anode 12 bestehen bevorzugt aus flachen Platten, die parallel zueinander angeordnet sind. Als Material für diese Elektroden kann ein Metall oder auch ein Halbleitermaterial wie Silicium oder Germanium verwendet werden. Als vorteilhaft erweist es sich, wenn für die Kathode 10 Metalle mit niedriger Ausputzarbeit wie beispielsweise Platin, Iridium, Paladium, Nickel,

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Silber oder Gold eingesetzt werden. Ss sind jedoch auch andere Metalle wie Wolfram, Aluminium und Kupfer verwendbar. Weiterhin haben sich als brauchbar erwiesen, Oxyde wie beispielsweise Bariumoxyd, Strontiumoxyd, Calciumoxyd, Thoriumoxyd und/oder Mischungen davon. Boride, wie beispielsweise Bariumborid, Calciumborid, Cäsiumborid, Lanthanborid, Niobiumborid, Strontiumborid und Tantalumborid, weitherhin Carbide, wie beispielsweise Tantalcarbid, Strontiucacarbid und Titancarbid und schließlich Sulfide, wie beispielsweise 3ariurasulfid und Thoriumsulfid.

Die Kathode 10 und die Anode 12 weisen einen gegenseitigen Abstand zueinander auf und sind in einer Atmosphäre reduzierten Druckes in abgeschlossener Umgebung angeordnet. Die Druckreduzierung kann konventionell, beispielsweise durch Verwendung einer Vakuumpumpe 16 oder einer Diffusionspumpe erreicht werden.

Drücke im Bereich von 10 bis 10 Torr haben sich als vorteil-

— 2 haft erwiesen. Bei Drücken in der Größenordnung von 10 Torr bildet sich ein Plasma in dem nicht Elektronen, sondern positive Ionen vorherrschen. Positive Ionen sind aber unbrauchbar, da sie die Ilaske beschädigen und unbrauchbar machen. Auch das Einstellen niedrigerer Drücke in der Größenordnung von 10 und 10~⁷ Torr ist möglich, sie erweisen sich aber als nicht sehr vorteilhaft. Di3 Spannungs^uelle 14 liefert eine Gleich- oder Jechselüjjcinnany, die periodisch gapulst wird. Die Höhe der Spannung ist mindestens zwei Kilovolt, vorzugsweise mehrere ICilovolt. Die iilektroäencinorJminy befindet sich innerhalb einer vakuumdichte!! umhüllung 17, an die die Vakuumpumpe 15 angeschlossen ist. Der Anschluß der Elektroden an die Spannungsqualle erfolgt über elektrische Durchführungen 18.

Auf der Kathode 10 ist eine Ilaske 20 angeordnet, die das abzubildende Muster in Form von Ilaskenfenstern enthält. Die iiaske besteht vorzugsweise aus einem isolierenden Material. Die Anode 12 dient als Auflage für ein Substrat 22. Das Substrat 22 kann

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ein ,iafer aus Silicium oder Germanium sein. Die Verwendung des Substrates 22 in Verbindung mit der Anode 12 ist eine Möglichkeit der Realisierung, selbstverständlich kann auch das Substrat 22 selbst als Anode 12 eingesetzt werden. Auf der Oberfläche des Substrates 22 ist eine elektronenstrahlempfindliche Schicht 24 aufgebracht. Ss kann sich um eine positive oder negative elektronenstrahlerapfindliche Schicht handeln, vorzugsweise verwendet man eine positive Schicht, die beispielsweise aus PoIymethylmethacrylat, Kopolymeren, polymeren Ketonen, Polyolefinsulfonen oder ähnlichem. Es ist darauf hinzuweisen, daß zwischen der Maske 20 und der elektronenstrahlempfindlichen Schicht 24 ein Zwischenraum besteht, über einen angedeuteten Hagnetfeldgenerator 26 kann, falls erwünscht oder notwendig, ein Magnetfeld im Bereich der Elektroden 10 und 22 erzeugt werden.

Sobald die Spannungsquelle 14 gepulst wird, d. h. einen Spannungsimpuls liefert, wird zwischen Kathode 10 und Anode 12 ein elektrisches Feld aufgebaut. Aus den nicht von der Maske bedeckten Oberflächenbereichen der Kathode 10, also im Bereich der Maskenfenster, treten Elektronen aus, die in dem elektrischen Feld beschleunigt werden und dann auf die Oberfläche der elektronenstrahlempfindlichen Schicht mit hoher Energie, beispielsweise einer Energie entsprechend 10 kV, auftreffen. Dabei verändern sie die elektronenstrahlempfindliche Schicht 24 entsprechend dem Muster der Maske 20. Die weiteren anzuwendenden Verfahrensschritte sind konventioneller Art und bestehen darin, daß die Schicht entwickelt wird, daß Metall niedergeschlagen wird und daß schließlich die bestrahlten bzw. nicht bestrahlten Teile der elektronenstrahlempfindlichen Schicht entfernt werden. Diese Verfahrensschritte sind beispielsweise in der Veröffentlichung "IBM Journal of Research and Development", Vol. 12, Seite 251 (1968) angegeben.

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Ein evtl. über einen Magnetfeldgenerator 26 erzeugtes Magnetfeld kann bewirken, daß die Auflösung der Musterlinien im Mikron- und Submikronbereich ein Höchstmaß erreicht. Auch ohne ein Magnetfeld kann bereits eine Auflösung in der Größenordnung von ein Mikron erreicht werden. Mit einem zusätzlichen, senkrecht zur Elektrodenebene verlaufenden Magnetfeld, wird die Auflösung weiter erhöht.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend der Vorrichtung gemäß Pig. 1. Aus Vereinfachungsgründen sind einige identische Teile nicht dargestellt. Als wesentliche Teile sind nur die zwischen der Kathode 10A und der Anode 12A angeordneten Teile dargestellt. Die Anode 12A dient wiederum als Träger für das Substrat 22A. Auf dem Substrat 22A befindet sich die elektronenstrahlempfindliche Schicht 24A. In direktem Kontakt mit der Schicht 24A befindet sich die Maske 2OA. Zwischen der Maske 2OA und der Kathode 10A besteht ein Zwischenraum. Die bei der Vorrichtung nach Fig. 2 verwendete Methode wird auch als Kontaktmaskenmethode bezeichnet, da die Maske direkt auf die elektronenstrahlempfindliche Schicht aufgebracht ist.

Im folgenden sind zwei Anwendungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.

Beispiel 1

Zunächst wird auf einen Silicium-Wafer die elektronenstrahlempfindliche Schicht aus Polymethylmethacrylat aufgebracht und während einer Dauer von einer Stunde bei einer Temperatur von 160° C gehärtet. Die Dicke der Schicht beträgt etwa ein Mikron. Der Wafer wird dann auf die Oberfläche einer plattenförmigen Anode aus Kupfer gelegt. Die Kathode besteht aus Silber. Auf ihr ist eine Maske aus einer Mylar-Schicht aufgebracht, die

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!eine Dicke von 15 Mikron aufweist. Mit Hilfe eines Laserstrahls ist in die Mylar-Schicht ein Muster eingeschnitten, dessen Linienbreiten beispielsweise 10 ilikron betragen. An die Kathode wird nun ein etwa fünf Sekunden andauernder Spannungsimpuls angelegt, wobei über die Elektroden ein Strom von einigen Milliampere fließt. Dabei wird das Abbild der Maske auf die elektronenstrahleiapfindliche Schicht übertragen. Anschließend wird dieses Abbild entwickelt. Die erforderliche Einwirkung der Elektronen, Jd. h., die Dauer des Spannungsimpulses, von fünf Sekunden ist offensichtlich wesentlich kürzer als die bei der Röntgenstrahllithographie erforderlichen Seiten von mehreren Minuten.

Beispiel 2

Bei der in Fig. 2 dargestellten Kontaktmaskenmethode wird eine Mylar-Maske, die beispielsweise ein Ilaskenmuster mit einer Linienbreite von 15 .-iikron aufweist, auf die elek tronens tr ahlempfindliche Schicht aus Polymethylmethacrylat aufgebracht, die sich ihrerseits wieder auf einem Silicium-Wafer befindet. Der an die Kathode angelegte Spannungsimpuls hat im betrachteten Beispiel eine Dauer von etwa einer Minute. Auf diese Weise erhält man eine exakte Abbildung des Maskenmusters auf der elektronenstrahlempfindlichen Schicht. Nach der Entwicklung in 2-heptanon, die eine Dauer von etwa einer Minute beansprucht, erhält man Linienbreiten von etwa einem Ilikron. Die erzeugten Linienbreiten sind also beträchtlich geringer als die des Originalmusters. Die Ursache dafür liegt darin, daß das an den Kanten der Maske vorhandene statische elektrische Feld fokussiarend wirkt.

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10 Leerseite

Claims

PAIÜrHÄHSP Ii ü C H Ξ

Elektrolithograpiiische Vorrichtung zur Herstellung von "•lustern in einer alektronenstrahleiapfindlichsn bcliicht, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektronenstrahlempfindliche Schicht zwischen zv/ei einen gegenseitigen Abstand aufweisenden Elektroden angeordnet ist, daß der von den .Elektroden begrenzte Zwischenraum mit Elektronen angereichert ist und daß an die Elektroden ein gepulstes elektrisches Feld angelegt ist.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronenstrahlempfindliche Schicht an der als Anode dienenden Elektrode und daß i.a Zwischenraum zwischen Anode und der als Kathode dienenden anderen parallelen Elektrode eine das Muster in Form von Maskenfenstern aufweisende ilaske angeordnet ist.

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ilaske als Kontaktmaske direkt auf der elektronenstrahlempfindlichen Schicht aufliegt.

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die j>Iaske auf der Kathode angeordnet ist.

Vorrichtung" nach den Ansprüchen 1 - 4. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Anode und elektronens tr all leüipfindlicher Schicht ein Substrat angeordnet ist.

Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden ein Magnetfeld aufgebaut ist.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldlinien des Magnetfeldes senkrecht zur Ebene der Elektroden verlaufen.

u. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenanreicherung la 2wischenraun durch Einstellung eines geeigneten Druckes erfolgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zwischen 10 und 10 Torr liegt.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld durch eine an die Elektroden angelegte, gepulste Spannung von mindestens 2 kV erzeugt wird.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 ■- 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke Cler elektronenstrahlerapfincllichen Schicht zwischen 1 000 and 10 000 8 beträgt.

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