DE1521902A1 - Verfahren zur Herstellung einer optischen Maske - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer optischen MaskeInfo
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Dlpl.-lng. Erich E. Walther 2000 Hamburg ι, 22.Nov.1968
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1 S?19Π?
P 15 21 902.0 I OZ I 3UZ
(N 26 108 VIb/48d ) Akte: PHB-31 263
N.V.PhilipsTGloeilampenfabrieken
Verfahren zur Herstellung einer optischen Maske
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer optischen
Maske. Eine solche Maske dient zur photomechanischen Herstellung von Gegenständen, wobei die oberfläche eines Körpers
mit einer lichtempfindlichen Lackschicht (photo resist) überzogen und die Lackschicht durch die optische Maske belichtet
wird, die nicht belichteten oder belichteten Teile der Lackschicht, in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des verwendeten
Lackes, entfernt und dann von den frei gewordenen Oberflächenteilen des Körpers Material weggenommen oder an diesen Stellen
angebracht wird, worauf nötigenfalls auf dem Körper noch vorhandene Teile der Lackschicht ganz oder teilweise entfernt werden.
Dieses Verfahren kann z.B. bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen wie Transistoren, Dioden oder integrierter
Schaltkreise benutzt werden. Bei diesen Bauelementen werden die kennzeichnenden Eigenschaften in hohem Maße durch die Stelle
und die Abmessungen der am Halbleiterkörper angebrachten Metallteile und in bestimmten Fällen durch in dem Halbleiterkörper angebrachte
Muster von Zonen verschiedenen Leitfähigkeitstyps bedingt, die durch Diffusion unter Anwendung einer maskierenden
Oxydschicht erhalten werden. Aus diesem Grunde wird sehr große Genauigkeit beim Anbringen dieser Metallteile und Zonen gefordert.
Die beim Anbringen des verlangten Musters anzuwendenden Masken müssen stabile Abmessungen und eine solche Festigkeit
haben, daß sie verschiedene Male verwendet werden können. .
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BAD ORIGINAL
Die Herstellung optischer Masken jeder Form mit der zu diesem
Zweck notwendigen Genauigkeit ist kostspielig. Es ist außerdem nicht einfach, Halbleitervorrichtungen reproduzierbar herzustellen,
da die allgemein angewandten Verfahren zur Herstellung optischer Masken sich nicht gut reproduzieren lassen oder optische
Masken liefern, die keine konstanten Abmessungen haben.
Es können z.B. bei Masken aus Metallfolie, in der Löcher mit den verlangten Abmessunger· gestanzt oder geätzt worden sind, durch
Bearbeitung oder Erhitzung in das Material eingeführte Spannungen . eine Unstabili'cät dar Abmessungen mit sich bringen, oder sie kön-"
nen in Zusammenhang mit der geringen mechanischen Festigkeit der Maske sogar Krummziehen der Maske verursachen.
Eine Maske aus einer entwickelten, photographischen Platte hat den Nachteil, daß das darauf vorhandene Muster einen Saum oder
einen diffusen Rand hat, der auf der lichtempfindlichen Lackschicht wiedergegeben wird. Im allgemeinen ist der Saum eines photographischen
Emulsionsbildes grosser als der Saum eines "Photoresist?-
Bildes. Der Ausdruck "Saum" bezeichnet den Halbschatten rings um ein photographisehea Bild.
Im allgemeinen liefert eine Metallfolienmaske mit scharfen Rändern
) ein deutlicher definiertes Bild auf der Photomaskenschicht.
Für jede optische Maske gilt, daß es zum Erzielen der besten Resultate
notwendig ist, daß die Maske flach ist, wenn sie auf einer flachen Oberfläche benutzt wird und daß sie sich genau an die
Oberfläche der zu belichtenden, lichtempfindlichen Lackschicht legt,
Eine Maske aus einer photographischen Platte muß mit der Emulsionsschicht
an die Photomaskenschicht gelegt werden, und wenn die Maske wiederholt verwendet wird, ergibt sieh, daß deren Lebensdauer
kürzer ist als die einer Metallfolienmaske.
Die Erfindung bezweckt, diese Schwierigkeiten dadurch zu überwinden,
daß eine Maske hergestellt und benutzt wird, welche die • erwähnten Nachteile nicht und die Vorteile jeder der vorstehend
beschriebenen Masken wohl besitzt.
909822/1110 ba§ qr,ginal
Gemäß der Erfindung wird eine optische Maske dadurch hergestellt,
daß auf einer durchsichtigen Unterlage eine Metallhaut durch Aufdampfen angebracht wird, worauf Teile der Metallhaut mit einer
ätzbeständigen Schicht mittels eines an sich bekannten photomechanischen Verfahrens maskiert werden, worauf die nicht maskierten
Teile der Metallschicht durch ein geeignetes Ätzmittel entfernt werden.
Die durchsichtige Unterlage kann aus Glas, z.B. Borsilikatglas und
Natronglas, bestehen. In der Praxis ergibt sich dieses als das geeignetste Material für diesen Zweck. Mit Natronglas sind gute Resultate
erzielt worden, aber es ist eine langsame Abkühlung von ^
der Temperatur ab nötig, bei der die Metallschicht angebracht wird, um zu verhüten, daß Spannungen in dem Glas zurückbleiben.
Wirtschaftlich ist Natronglas über Borsilikatglas bei Massenherstellung
zu bevorzugen.
Optische Masken nach der Erfindung können unter Anwendung von Metallen
der Übergangsgruppen des periodischen Systems, d.h. der
Gruppen IV, V, VI, VII und VIII, verwendet werden. Die hochschmelzenden Übergangsmetalle wie Tantal und Molybdän müssen im Vakuum
unter Erhitzung mittels eines Elektronenstrahls niedergeschlagen werden.
Gemische aus Ubergangsmetallen wie Nickel und Eisen können auch
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Es ist auf diese Weise möglich, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der
Metallschicht an den der Unterlage anzupassen.
Bei Verwendung optischer Masken nach der Erfindung ergab es sich als möglich, Widerstände mit einer Breite von 25 Mikrometer und
Metalleitungen mit einer Breite von 12 Mikrometer herzustellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Herstellung einer optischen Chrommaske nachstehend näher erläutert.
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Eine Platte mit einer Oberfläche von 6,45 cm und einer Dicke von
0,75 mm aus Borsilikatglas wird in einer siedenden Teepol-Lösung (ein Benetzungsmittel der "Shell", das aus höheren Alkydsulfaten.
besteht) und dann in siedendem Trichloroäthylen von Staub und Fett
befreit. Dann wird die Platte an einer Heizplatte in einem zu entlüftenden
Raum befestigt. Es wird eine Menge Chrom in einer Wolframheizwendel in einem Abstand von 4,5 cm von der mit Chrom zu überziehenden
Glasplatte angebracht. Zwischen der Heizwendel und der Glasplatte befindet sich noch eine entfernbare,Äbschirmplatte. Bei
einem Druok von lo"^ Torr wird die Glasplatte auf 4500C erhitzt,
auf welcher Temperatur sie während fünf Minuten gehalten wird, um ein Temperaturgleichgewicht zu erzielen. Wird· eine Platte aus
Natronglas benutzt, so beträgt diese Temperatur 39O0C, auf welcher
Temperatur sie während fünf Minuten gehalten wird. Die Chromschicht wird in diesem Falle bei JJO0C niedergeschlagen.
Die Wolframwendel wird durch direkten Strom erhitzt, und das Chrom
wird auf das Glas übergedampft, dessen Temperatur während des Anbringens der Schicht auf 45O0C gehalten wird. Die Abschirmplatte
wird in dem Augenblick entfernt, in dem das Chrom zu verdampfen anfängt. Es wird eine Chromschicht mit einer Dicke von etwa
1000 S niedergeschlagen, die einen undurchsichtigen Spiegel bildet.
Das Niederschlagen beansprucht etwa 10 Minuten. Die Glasplatte wird dann während einer Stunde bis auf Zimmertemperatur abgekühlt,
um Oxydation der Chromoberfläche zu verhüten, was bei Abkühlung in Luft stattfinden würde. Eine etwaige Oxydschicht greift zwar
die Qualität der Maske nicht an, aber bei Vorhandensein einer · solchen Schicht werden beim Entfernen des Chroms durch Ätzen
Schwierigkeiten erfahren. Dann wird auf der Metallfläche eine Photomaske, z.B. aus einer Schicht von "Kopierlack P" der Firma
Kalle A.G. in Deutschland, angebracht. Dieser Lack besteht aus
einem Gemisch eines in Lauge löslichen Phenolharzes und einer lichtempfindlichen Orthodiazochinon-Verbindung. Das Gemisch ist
nicht in verdünnter Lauge löslich, aber wohl löslich nach Belichtung. Die Lacksohicht wird auf übliche Weise unter Anwendung einer
photographischen Platte mit dem gewünschten Muster als Maske belichtet.
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Vor Gebrauch wird der Photomaskenlack während einer halben Stunde zentrifugiert bei 2000 g. und dann durch sehr feines Filtrierpapier
filtriert. Der Lack wird durch eine 125 W Quecksilberdampf« lampe i'n einem Abstand von 40 cm belichtet. Die Belichtungszeit
•beträgt etwa 5 Minuten. Die Schicht wird auf übliche Weise, z.B.
durch Tauchen in eine 1 Gewichtsprozent Natriumhydroxydlösung oder in eine 2 Gewichtsprozent Kaliumhydroxydlösung, während einer Minute
entwickelt und dann in Luft bei einer Temperatur von 45°C
während 20 Minuten und darauf bei einer Temperatur von 150°C · während einer Minute getrocknet.
Das nicht von der Photomaske abgedeckte Chrom wird weggeätzt, indem
die Platte den Dämpfen einer siedenden, konzentrierten Salzsäurelösung ausgesetzt wird. Die Salzsäurekonzentration kann z.B.
70 Volumenprozent oder mehr betragen. Der ÄtzVorgang läßt sich
gut an der Rückseite der Glasplatte beobachten. Der Vorgang wird durch Tauchen der Platte in Wasser angehalten. Das Ätzen ist praktisch
vollkommen, wenn die Chromoberfläche grau wird und nicht mehr reflektiert; gerade nach diesem Stadium muß das Ätzen aufhören,
worauf die Platte gewaschen wird. Das Beenden des Ätzens in dem richtigen Augenblick ist eine fachmännische Aufgabe. Das
Ätzen kann mit Hilfe einer verdünnten Lauge beendet werden. Das Chrom kann auch mittels eines flüssigen Ätzmittels, z.B. einer
80 Volumenprozent HCl-Lösung oder einer 60 Volumenprozent Schwefelsäurelösung,
entfernt werden. Diese Ätzmittel entfernen das nicht von der Photomaske abgedeckte Chrom innerhalb etwa einer Minute.
In gewissen Fällen ist es wegen einer dünnen Oxydschicht auf dem Chrom notwendig, den ÄtzVorgang einzuleiten. Dies kann dadurch bewerkstelligt
werden, daß die Chromoberfläche mit einem Glasstab gekratzt wird. In gewissen Fällen kann das Ätzen durch die Säure
eingeleitet werden, indem der Säure fein verteiltes Zink- oder Nickelpulver zugesetzt oder indem die Chromoberfläche vor dem
'Atzen mit einer dünnen Schicht dieses Pulvers durch Aufstreuen
oder Aufschütten bedeckt wird.
Eine für Licht durchlässige, kreisförmige Scheibe mit einem Durchmesser
von 19,7 Mikrometer einschließlich des Saumes der Photo-
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maske, lieferte eine kreisförmige öffnung in der Chromschicht
mit einem Durchmesser von 19,2 Mikrometer.
Die Ränder der in der Chromschicht gemachten öffnungen entsprechen
den Innenrändern der Säume des Musters der photographischen Maske, was bedeutet, daß bei Verwendung einer Photomaske zum Belichten
einer Photomaskenschicht auf einer Chromschicht, der Saum um das Muster der Photomaske nicht auf der endgültigen Chrommaske wiedergegeben
wird.
Bei der Herstellung (Zeichnung des dargestellten Musters) konnte diese Änderung der Abmessungen berücksichtigt bzw. ausgeglichen
werden; denn es wurde festgestellt, daß über die ganze Maske die Verkleinerung (Schwindung) gleich ist und daß bei einem standardisierten
Verfahren insbesondere bei der Herstellung großer Stückzahlen eine hinreichende Reproduzierbarkeit erzielt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung liefert eine steife, optische Maske mit einem Muster scharf definierter Ränder. Die Metalloberfläche
ist hart und ritzfest und liegt genau auf der flachen Oberfläche einer Photomaskenschicht.
Die Masken nach der Erfindung werden unter anderem bei der Herstellung
von Halbleitervorrichtungen verwendet, bei denen Verunreinigungen in den Halbleiterkörper eindiffundiert werden sollen.
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Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung einer optischen Maske, dadurch gekennzeichnet,
daß auf einer durchsichtigen Unterlage eine Metallhaut durch Aufdampfen angebracht wird, worauf Teile der
Metallhaut mit einer ätzbeständigen Schicht mittels eines an sich bekannten photomechanischen Verfahrens maskiert werden,
worauf die nicht maskierten Teile der Metallschicht durch ein geeignetes Ätzmittel entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Metallhaut aus Chrom besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
durchsichtige Unterlage Glas benutzt wird.
4. Verfahren zur Herstellung von Gegenständen auf photomechanischem
Wege unter Anwendung einer Maske nach dem Verfahren nach Anspruch 1.
·"·' a 5 Acs.2 Ni. 1 ^>atz3 des Anciorunflsgeo, v.
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