NL8401525A - Maskerstelsel voor ultraviolette vacuumlithografie. - Google Patents

Description

*>_ __% 5 » * VO 6295

Titel; Maskerstelsel voor ultraviolette vacuumlithografie.

De uitvinding heeft betrekking op de vervaardiging van inrichtingen met zeer grote resolutie en meer in het bijzonder op maskerstelsels voor ultraviolette vacuumlithografie, dat wil zeggen lithografie, waarbij de golflengte van de invallende straling zich uitstrekt van 1000 -5 2000 S.

Lithografie is een standaardmethode voor het vervaardigen van de minuscule patronen, die bij geïntegreerde ketens en andere miniatuur-inrichtingen nodig zijn. Overeenkomstig deze methode wordt een met een lak beklede inrichtingssubstraat via een masker selectief blootgesteld 10 aan een bron van electromagnetische straling. De bestraalde gebieden van de laklaag ondergaan een chemische verandering, welke deze gebieden öf meer oplosbaar {positieve lak) èf minder oplosbaar (negatieve lak) dan de niet-bestraalde gebieden maakt. Vervolgens wordt een ontwikkelaar gebruikt om de meer oplosbare lakgebieden preferentieel te verwijderen, 15 welke gebieden de bestraalde gebieden bij de positieve lak en de niet-bestraalde gebieden bij de negatieve lak zijn. Materiaal kan dan in de openingen van de laklaag worden geëtst of neergeslagen.

Aangezien de kosten en het rendement van een geïntegreerde keten een functie zijn van de afmeting van de inrichting, zijn vele pogingen 20 gedaan tot het ontwikkelen van verbeterde patroongeefmethoden om de afmetingen van patroonkenmerken verder te reduceren. Een poging bij de ontwikkeling heeft zich gericht tot het gebruik van straling met korte golflengte om de met een lak beklede inrichtingssubstraat selectief te belichten aangezien het bekend is, dat de ongewenste interferentie- en 25 diffractieëffecten, die bij lithografie optreden, direkt verband houden met de golflengte van de straling. Zo heeft men zich bijvoorbeeld veel inspanning getroost bij het ontwikkelen van röntgenstralenlithografie dat wil zeggen lithografie, waarbij als stralingsbron röntgenstralen worden gebruikt. Het gebruik van röntgenstralen vereist, ofschoon 30 hierbij wordt voorzien in kleinere patroonafmetingen, een dure uitrusting voor het opwekken van de straling bij de vereiste intensiteit, en het maskerstelsel is buitengewoon fragiel.

Een andere poging bij de ontwikkeling om de patroongeving van een inrichtingssubstraat verder te verbeteren omvat de elekctronenbundel- 8401525 f ΐ - 2 - lithografie, waarbij een elektronenbundel het inrichtingspatroon direkt op een met lak beklede substraat ’’tekent". Deze procedure kan ook leiden tot een bijzonder geringe patroonafmeting doch vereist een dure en complexe installatie. Bovendien is het bij elektronenbundellithografie 5 nodig, dat elk inrichtingspatroon op een sequentiële punt-voor-punt wijze onder bestuur van een programmeerstelsel wordt getekend. Een dergelijke procedure is betrekkelijk tijdrovend en duur.

Volgens de uitvinding worden de tekortkomingen van de standaardtechniek geëlimineerd door gebruik te maken van een. maskerstelsel voor 10 ultraviolette vacuumlithografie, dat wil zeggen lithografie, waarbij de stralingsgolflengte tussen 1000 en 2000 S ligt. Het maskerstelsel omvat een uit een aardalkalihalogenide of een alkalimetaalhalogenide bestaande substraat, welke is bekleed met een patroonmateriaal, dat opaak is v.oor de ultraviolette straling in vacuo. Bij de beschreven uitvoeringsvorm 15 omvat het patroonmateriaal een laag van polvimide en een laag van germa- . nium. Bij voorkeur is het .patroonmateriaal transparant voor zichtbaar licht, waardoor de centrering tussen masker en inrichtingssubstraat wordt vereenvoudigd.

Een kenmerk van de uitvinding is, dat het betreffende maskerstel-20 sel mechanisch stabiel en robuust is en derhalve geen speciale armatuur vereist.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: fig. 1 een dwarsdoorsnede van het betreffende maskerstelsel na 25 het geven van een patroon aan een buitenste laklaag; fig. 2 een dwarsdoorsnede van het maskerstelsel nadat een patroon is gegeven aan een materiaallaag onder de lak; fig. 3 een dwarsdoorsnede van het maskerstelsel nadat een patroon is gegeven aan een andere materiaallaag onder de lak; en 30 fig. 4 een dwarsdoorsnede, welke het gebruik van het masker voor het geven van een patroon aan een inrichtingssubstraat toont.

Het in de figuren 1-4 afgeheelde bepaalde, illustratieve maskerstelsel omvat een substraat 101, welke is bekleed met een polyimidelaag 102, een germaniumlaag 103 en een laklaag 104. De laklaag 104 bestaat 35 uit een conventioneel lakmateriaal, zoals polymethylmethacrylaat (PMMA).

8401525 - 3 - ’ %

De substraat 101 kan bestaan uit een aardalkali- of metaalalkalihaloge- nidemateriaal zoals CaF^, BaF2r M5F2' SrF2 ^iF. De dikte van de substraat 101 wordt zodanig gekozen, dat de substraat transparant is voor de ultraviolette stralingsgolflengte in vacuo en toch mechanisch \ 5 robuust is.

Zoals aangegeven in fig. 1, wordt het gewenste patroon, dat bij een inrichtingssubstraat nodig is (of het fotografische negatief daarvan) in de laklaag 104 gevormd door elektronenbundellithografie. Dit patroon wordt voorgesteld door openingen 105. Elektronenbundellithogra-10 fie omvat de opeenvolgende stappen van het tekenen van het gewenste patroon op de laklaag 104 onder gebruik van een elektronenbundel en het daarna verwijderen van de bestraalde lak onder gebruik van een geschikte ontwikkelaar, zoals een oplossing van drie delen ethyleenglycolmono-ethylether in zeven delen methanol.

15 Om een elektronenlading van het maskerstelsel tot een minimum terug te brengen, welke lading kan leiden tot afwijkingen van de elektronenbundel ten opzichte van de beoogde baan daarvan, kan op de laklaag 104 voor de elektronenbundelpatroongeving een (niet afgebeelde) aluminium-laag worden aangebracht. De aluminiumlaag kan dan worden verwijderd 20 onder gebruik van een oplossing van natriumhydroxyde in water voordat de bestraalde lak wordt ontwikkeld. Het is natuurlijk duidelijk, dat de bovenbeschreven lakpatroongeving evenzeer van toepassing is bij een negatieve lak, waarbij de niet-bestraalde lakgedeelten door een ontwikkelaar worden verwijderd. Bovendien kunnen andere litho graf is che metho-25 den met grote resolutie, zoals ionenbundelbelichting of röntgenstralenbelichting, worden gebruikt voor het geven van een patroon aan de laklaag 104.

Voor een nauwkeurige elektronenbundelpatroongeving van de laag 104 is het nodig, dat de dikte van de laag 104 uniform is. Variaties 30 in de lakdikte kunnen leiden tot een onjuiste belichting van de lak en/of vervorming van het geschetste lakpatroon. Bovendien hebben dergelijke diktevariaties de neiging op te treden bi-j aardhalogenide- of alkalihalogenidesubstraten aangezien het substraatmateriaal zacht is en de neiging heeft om een ruw oppervlak te vertonen, dat niet op een een-35 voudige wijze mechanisch kan worden geëgaliseerd. Derhalve wordt bij 8401525 •J* - 4 - voorkeur de polyimidelaag 102 op de substraat 101 aangebracht voor het verschaffen van een glad bovenvlak 106.

Het van een patroon voorziene PMMA kan als een masker worden gebruikt om de polyimidelaag direkt te etsen. De etssnelheid van PMMA in 5 zuurstof is evenwel groter dan die van polyimide. Het gebruik van de germaniumlaag 103 vereenvoudigt evenwel de overdracht van het PMMA-patroon naar het polyimide aangezien het PMMA veel langzamer wordt geëtst dan het germanium in een SF plasma en het germanium praktisch niet wordt geëtst in een zuurstofplasma.

10’ Na het vormen van de openingen 105 in de laklaag 104, wordt het maskerstelsel onderworpen aan een reaktieve ionenetsing in een zwavel-hexafluoride (SFg)-atmosfeer. Dientengevolge strekken openingen 105 zich door de germaniumlaag 103 uit, als aangegeven in -fig. 2. Vervolgens wordt de inrichtingssubstraat volgens fig. 2 onderworpen aan een reaktieve 15 ionenetsing in de zuurstof, welke ertoe leidt, dat de openingen 105 zich verlengen via de polyimidelaag 102. Door de reaktieve ionenetsing in zuurstof wordt- ook de PMMA-laag 104 verwijderd. Het maskerstelsel na reaktieve ionenetsing in zuurstof is weergegeven in fig. 3.

Fig. 4 toont het gebruik van het maskerstelsel volgens fig. 3 20 voor het geven van een patroon aan het inrichtingssubstraat 401, welke is bekleed met een laag 402 van een normale lak, zoals PMMA. De laag 402 behoeft slechts op de inrichtingssubstraat 401 aanwezig te zijn dat wil zeggen in aanraking te zijn met de . substraat 401, zoals is weergegeven, of van de substraat 401 zijn gescheiden door een of meer tussenlagen.

25 De inrichtingssubstraat 401 kan deel uitmaken van een elektronische of fotonische inrichting. Zoals is aangegeven, is de germaniumlaag 103 in contact met de laklaag 402. Natuurlijk is het contact tussen het masker en de substraat niet nodig indien de straling uit het masker onder gebruik van een geschikte lens op de inrichtingssubstraat wordt gefocus-30 seerd. Het contact tussen het masker en de inrichtingssubstraat is eveneens niet nodig indien een gering verlies aan resolutie aanvaardbaar is. De lagen 102 en/of 103 zijn opaak voor ultraviolette straling 405 in vacuo, zodat deze straling zich slechts door de gebieden van het masker 101 beweegt, die op één lijn liggen met de openingen 105. Boven-35 dien kan de dikte van de lagen 102 en 103 zodanig worden gekozen, dat 8401525 ·· κ - 5 - de vereiste opaciteit wordt verkregen, en de lagen toch transparant zijn voor zichtbaar licht. Een dergelijke transparantheid vereenvoudigt in sterke mate de centrering van het masker ten opzichte van de inrichtings-substraat 401. Derhalve wordt de laklaag. 402 in de gebieden 403 selectief 5 bestraald. De bestraalde gebieden 403 kunnen worden verwijderd onder gebruik van een in de handel verkrijgbare ontwikkelaar, zodat het in het masker geschetste patroon op een nauwkeurige wijze naar de laklaag 402 wordt overgedragen.

VOORBEELD I

10 Een masker voor VUV-lithografie werd vervaardigd op een CaF2- substraat door eerst bij benadering 1500 £ polyimide, zoals XU-218, een handelsmerkprodukt van Ciba-Geigy Corporation, op te spinnen. Na verhitting bij 160°C gedurende één uur in lucht voor het uitdrogen van eventuele oplosmiddelen, werd een germaniumlaag met een dikte van 300 2 op bet 15 polyimide opgedampt. Vervolgens werd een laklaag met een dikte van 1000 2 opgesponnen en gedurende één uur bij 130°C verhit. Bij voorkeur werd op het polyimide door opdampen in vacuo een laag van aluminium met een dikte van 300 2 neergeslagen. In het PMMA. werd onder gebruik van een elektronenbundel van een aftastelektronenmicroscoop een patroon getekend.

20 Het patroon werd dan ontwikkeld in een oplossing van drie delen ethyleen-glycolmonoethylether en zeven delen methanol. Na het ontwikkelen werd de van een patroon voorziene substraat achtereenvolgens aan een reaktieve ionenetsing in zuurstof, SF- en zuurstof onderworpen teneinde een lak-residu van de belichte germaniumgebieden te verwijderen, het germanium 25 te etsen en het polyimide te etsen.

Het is natuurlijk duidelijk, dat het bovenbeschreven maskerstelsel slechts illustratief is voor een groot aantal verschillende stelsels volgens de uitvinding. Terwijl bij de beschreven uitvoeringsvorm de polyimidelaag en germaniumlaag opaak zijn voor VUV-straling, behoeft in 30 de eerste plaats slechts één van deze lagen opaak te zijn. Derhalve kan \de opake laag zich bij de substraat bevinden of daarvan zijn gescheiden door één of meer tussenlagen, welke niet opaak behoeven te zijn.

Tenslotte kan de polyimidelaag worden geëlimineerd en kan een laag van germanium, welke opaak is voor VUV-straling, direkt op de maskersubstraat 35 worden gevormd. Door de eliminatie van de polyimidelaag wordt evenwel de 8401525 >>' -V . ":r - 6 - de nauwkeurigheid van de maskerpatroongeving gereduceerd tengevolge van de ruwheid van de op dit moment ter beschikking staande aardhaloge-nide- of metaalhalogenidesubstraten.

8401525

Claims (15)

1- Lithografisch masher voorzien van een substraat waarop zich een materiaallaag bevindt, die opaak is voor straling, met het kenmerk, dat de substraat is.gekozen uit de groep bestaande uit CaF2 > BaF2' ' SrF2 en LiF en de materiaallaag bestaat uit tenminste één materiaallaag 5 op de substraat, welke laag is voorzien van tenminste één doorgaande opening, waarbij de materiaallaag opaak is voor straling met een golflengte in het ultraviolette gebied van het elektromagnetische spectrum in vacuo.

2. Masker volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de laag zich 10 bij de substraat bevindt.

3. Masker volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de laag van de substraat is gescheiden door tenminste één andere laag van tussengelegen materiaal.

4. Masker volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de laag poly-15 imide bevat.

5. Masker volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de laag germanium omvat.

6. Masker volgens conclusie 1 gekenmerkt door een tweede laag van germanium bij de laag en tegenover de substraat.

7. Masker volgens conclusie 6 gekenmerkt door een derde laag van een -lak bij de tweede laag en tegenover de genoemde laag.

8. Masker volgens conclusie 7 gekenmerkt door een vierde laag van aluminium bij de derde laag en tegenover de tweede laag.

9. Werkwijze voor het vervaardigen van een lithografisch masker met 25 het kenmerk, dat wordt voorzien in een substraat, gekozen uit de groep bestaande uit CaF2, BaF^, MgF2, SrF2 en LiF, tenminste één materiaallaag op de substraat wordt neergeslagen, welke materiaallaag opaak is voor straling met een golflengte in het ultraviolette gebied van het elektromagnetisch spectrum in vacuo, en in de materiaallaag een voorafbepaald 30 patroon wordt gevormd, dat tenminste één opening in de genoemde laag bepaalt.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de materiaallaag bij de substraat wordt neergeslagen. 8401525 4 - 8 -

11. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de laag wordt neergeslagen en van de substraat door tenminste één tussenlaag is -gescheiden.

12. Werkwijze volgens één der conclusies 9-11 met het kenmerk, dat 5 de laag polyimide omvat.

13. Werkwijze volgens een der conclusies 9-11 met het kenmerk, dat de laag germanium omvat.

14. Werkwijze volgens een van de conclusies 9 - 11, met het kenmerk, dat de laag germanium omvat.

15. Werkwijze voor het geven van een patroon aan een inrichting, waarbij tenminste één laklaag over de inrichtingssubstraat wordt neergeslagen, en de laklaag op een selectieve wijze wordt blootgesteld aan straling met een golflengte in het ultraviolette gebied van het elektromagnetische spectrum in vacuo, onder gebruik van een masker, dat tussen 15 de met een lak beklede substraat en de straling is opgesteld met.het kenmerk, dat het masker is voorzien van een maskersubstraat, gekozen uit de groep bestaande uit CaF2, BaF2, MgF2, SrF2 en LiF, en tenminste één materiaallaag op de maskersubstraat, welke laag is voorzien van tenminste één doorgaande opening, en waarbij de materiaallaag opaak is 20 voor de straling. 8401525