PROCESS FOR THE PRODUCTION OF DIMENSIONAL STABLE STRUCTURES WITH A HIGH ASPECT PROPORTION IN THE 1 MILLIMICRON REGION AND BELOW FOR MICROELECTRONICS, AND USE OF THIS PROCESS FOR THE PRODUCTION OF X-RAY MASKS

Abstract: 1. A process for the production of precisely dimensioned structures with a high aspect ratio in the region of 1,3mm and less, such as are used in particular for the production of masks in micro-electronics, by the irradiation of lacquer layers which are sensitive to photon, electron, X-ray and ion beams, in which the actual layer which is to be structured is structured by means of wet or dry etching procedures by way of auxiliary layers which consist of at least three metals or metal oxides, characterised in that following the production of the layers (2, 3, 4, 5, 6) which are to be structured, until the start of the structuring procedure, an additional layer (7) which passivates the outermost auxiliary layer (6) is applied.

Description: Verfahren zum Herstellen von masshaltigen Strukturen mit hohem Aspektverhältnis im 1 pm-Bereich und darunter für die Mikroelektronik und Anwendung dieses Verfahrens zur Herstellunq einer Röntgenabsorbermaske. Die Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von masshaltigen Strukturen mit hohem Aspektverhältnis im 1 Bereich und darunter, wie sie insbesondere für die Fertigung von Masken in der Mikroelektronik verwendet werden, durch Bestrahlen von für Fotonen-, Elektronen-, Röntgen- und Ionenstrahlen empfindlichen Lacken, bei dem die eigentliche zu strukturierende Schicht über aus Metallen oder Metalloxiden bestehender Hilfsschichten mittels Nassoder Trockenätzprozessen strukturiert wird, sowie die Anwendung dieses Verfahrens zur Herstellung einer Röntgen absorberrr#aske. Bei der Herstellung von masshaltigen Submikronstrukturen und Strukturen mit hohem Aspektverhältnis (sehr schmale Stege im Vergleich zur Höhe) werden Ionenstrahlätzprozesse angewendet, wobei sich unter den Strukturen aus für Fotonen-, Elektronen-, Röntgen- und Ionenstrahlen empfindlichen Lacken Schichtfolgen befinden, die entweder direkt oder über Hilfsschichten aus Metallen, Metalloxiden oder metallorganischen Verbindungen strukturiert werden. Die Strukturierbarkeit der Hilfsschicht ist sehr problematisch, da sie stark von den Prozessabläufen in der Technologie abhängig ist und damit schwer reproduzierbar ist. An offenen Oberflächen bilden sich nämlich Grenzschichten aus, welche die Selektivität bei den Ätzprozessen sehr negativ beeinflussen. Näheres ist aus einem Aufsatz von Hörz und Fromm aus der Zeitschrift "Vacuum", Band 33, No. 5, (1983), auf den Seiten 265 - 270 zu entnehmen. Aus einem Aufsatz von Cantragel in IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-22, No. 7, Juli 1975, Seiten 483 - 486, ist bekannt, zunächst einen dünnen Metallfilm, zum Beispiel aus Titan, Vanadin, Mangan oder Aluminium über der zu ätzenden Schicht aufzubringen und mit Lack zu strukturieren. Dieser strukturierte Metallfilm dient dann selbst als Maskierung für die darunterliegende Schicht. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass bei vielen Metallen die Ätzrate des Oxids mit Argon-Ionen.wesentlich geringer ist als die des Metalles selbst. Auf diese Weise kann man zunächst, zum Beispiel durch Ionenstrahlätzen mit reinem Argon das entsprechende Metall strukturieren und dann weiter als Maske benutzen, indem man mit einer Mischung aus Argon und Sauerstoff weiterätzt. Das Pletall- oxid wird dann während des Ätzens an der Oberfläche der Metallmaske gebildet. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, dass sich die Metallschicht, die als Maske dienen soll, schon vor der Strukturierung, zum Beispiel während der Lagerung der Substrate sowie beim Aufbringen und Ausheizen des Lackes mit einer Oxidschicht bezieht und dadurch den Ätzprozess erschwert. Die Selektivität gegengber den verwendeten Lacken (insbesondere PMMA = Polymethylmethacrylat) ist zu gering, um einen Lackschwund zu vermeiden. Dieser führt zu einem Nassverlust und damit zu schrägen und undefinierten Flanken bei der Hilfsschicht, die sich dann ihrerseits nicht niasshaltig übertragen lässt. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem diese Nachteile nicht auftreten. Die erfindungsgemässe Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im Anschluss an die Herstellung der zu strukturierenden Schichten bis zum Beginn des Strukturierungsvorganges eine die Hilfsschicht passivierende zusätzliche Schicht aufgebracht wird. Dabei liegt es im Rahmen des Erfindungsgedankens, dass als Passivierung bei Verwendung von aus Metall oder Metallkombinationen bestehenden Hilfsschichten eine Gold- oder Platinschicht und bei Verwendung einer aus Metalloxiden bestehenden Hilfsschicht eine Kohlenstoffschicht vorgesehen ist. Diese Passivierungsschicht hat die Funktion, offene Grenzflächen gegen chemische Reaktionen, wie zum Beispiel bei Metallen, vor Oxidation, zu schützen, indem sie als Sperrschicht oder als Ätzstop wirkt. Dadurch wird die Lagerung der Substrate, sowie ein Anlagen- oder Verfahrenswechsel wesentlich erleichtert. Es ist aber auch möglich, anstelle der Gold- oder Platinschicht eine Schicht aus Silber, Palladium oder Kupfer zu verwenden. Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung wird nachfolgend anhand eines besonders günstigen Ausführungsbeispiels bei der Herstellung einer Röntgenabsorbermaske noch näher beschrieben. Dabei wird auf die Figuren 1 bis 5 Bezug genommen, die im Schnittbild die Verfahrensfolge darstellen. Figur 1: Eine zum Beispiel aus Glas bestehende Platte 1 wird mit einem Sandwich-Aufbau bedampft, der alle notwendigen Haft-, Ätzstop-, Absorber-, Hjlfs- und Passivierungsschichten enthält, die während des Strukturierens in einer Ionenstrahlätzanlage benötigt werden. Diese sind eine 20 nm dicke erste Titanhaftschicht 2, eine 400 nm dicke erste Goldschicht 3 als Ätzstop bei der Rückseiten ätzung des Glasträgers 1 im Transmissionsbereich (11) und die Schichtfolge für die Absorberstrukturierung (4, 5, 6, 7). Diese besteht aus einer 20 nm dicken Haft- und Ätz stop-Schicht 4 (zweite Titanschicht), einer 800 nm dicken Goldabsorberschicht 5 (zweite Goldschicht), einer 70 nm dicken Titanhilfsschicht 6 (dritte Titanschicht) und der 30 nm dicken erfindungsgemässen, zum Beispiel aus Gold bestehenden Passivierungsschicht 7 (dritte Goldschicht). Die Goldpassivierungsschicht 7 verhindert vor der Strukturierung die ganze oder teilweise Umwandlung der dritten Titanschicht 6 in Titanoxid. Auf die mit der Schichtenfolge (2, 3, 4, 5, 6, 7) versehene Glasplatte 1 wird ein für Elektronenstrahlen empfindlicher Lack (PMMA) in einer Schichtdicke von 1000 nm aufgebracht. Das durch Elektronenstrahlschreiben erzeugte Lackmuster 8 (siehe Figur 2) wird anschliessend in einem vierstufigen Ätzprozess in einer lonenstrahlätzanlage geätzt. Die Goldpassivierungsschicht 7 und die Titanhilfsschicht 6 werden physikalisch. mittels Argonionenbeschuss strukturiert. Durch Zugabe von Sauerstoff wird während des nächsten Ätzschrittes die Titanhilfsschicht 6 gezielt in eine Titanoxidschicht (16) umgewandelt, um eine höhere selektive Ätzrate der darunterliegenden Schicht 5 zu erreichen, um diese masshaltig strukturieren zu können. Die Zugabe von Sauerstoff führt zu einem reaktiven Ätzprozess. Durch die Zugabe von Sauerstoff erniedrigt sich die Ätzrate von Gold um 15 X und die von Titan um 95 % bei gleichbleibenden Anlagenparametern. Die Figur 3 zeigt die Anordnung nach der Entfernung der Lackinaske 8 und der Strukturen der Goldschicht 7 und nach der Oxidation der Titanhlfsmaske (6) zu Titanoxid (16), sowie der Strukturierung der Goldabsorberschicht 5. Die Parameter beim Ätzen sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich. EMI5.1 <tb> Ätzschritt <SEP> Ätzwinkel <SEP> Ätzzeit <SEP> Ätzqas <tb> <SEP> I <SEP> DC <SEP> 5 <SEP> Min. <SEP> 3 <tb> <SEP> 3 <SEP> sccm <SEP> Argon/#in. <tb> <SEP> II <SEP> 300 <SEP> 15 <SEP> Min. <tb> <SEP> III <SEP> 300 <SEP> 15 <SEP> Min. <SEP> ) <SEP> 3 <SEP> sccm <SEP> Argon/Min. <tb> <SEP> IV <SEP> DC <SEP> 10 <SEP> Min. <SEP> ) <SEP> + <SEP> 5 <SEP> sccm <SEP> 02/Min. <tb> Beschleunigungsenergie: 700 eV Ionenstromdichte 0.5 mA/cm2 Beim ersten Ätzschritt wird die Passivierungsschicht 7 beseitigt, beim zweiten Ätzschritt die Titanhilfsschicht 6 strukturiert. Hier wird bereits in die Goldschicht 5 hineingeätzt, um den Abschattungseffekt in Gold und nicht im Titan (6) zu haben. Damit erhält man senkrechte Kanten der Titanschicht 6. Beim dritten Ätzschritt wird Sauerstoff zugegeben und die Titanschicht 6 in eine Titanoxidschicht 16 umgewandelt. Der restliche Lack (8) verschwindet sehr schnell, so dass die dünne Titanoxidschicht 16 als alleinige Ätzmaske dient. Das Ätzen erfolgt bei einem Ätzwinkel von 300. Der Abschattungseffekt wird durch die geringe Maskenhöhe verringert. Der vierte Ätzschritt erfolgt bei einem Winkel von 0 , um auch noch in schmalen Gräben zu ätzen und den Fuss der Goldschicht 5 beseitigen zu können. Die Schwankungen in der Reproduzierbarkeit der Ätzung liegen unter 10 S bei Strukturbreiten von 0,5 ijin (Absorberschichtdicke 800 nie). Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, wird vor der Rückseiten ätzung auf die mit Strukturen (5, 6) versehene Oberfläche (2, 3, 4) des Substrates-1 eine Polyimidschicht 9 von 2000 - 5000 nm Dicke aufgebracht. Figur 5 zeigt die Anordnung nach der Rückseitenätzung, das heisst, nach Entfernung der Unterlagenplatte 1, sowie der Titanschicht 2, der Goldschicht 3 und der Titanschicht 4 im Transmissionsbereich 11. Die 400 nm dicke Goldschicht 3 bildet einen guten Atzstop für die Glasätzung des Maskenträgers (1) im Transmissionsbereich 11. Die Ätzung wird durchgeführt mit Argon als Ätzgas in einer Ionenstrahlätzanlage bei einer lonenstromdicke von 0,2 mA/cm2 und einer Beschleunigungsspannung von 500 eV. Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist neben Titan auch für andere metallische Hilfsmasken wie zum Beispiel Hafnium, Zirkon, Vanadin, Chrom, Mangan, Aluminium, Niob und Tantal anwendbar. Als Ätzstopschicht lassen sich Gold, Platin, Silber, Pal ladium, Kupfer oder Kohlenstoff speziell beim reaktiven Trockenätzen von Metalloxiden, wie zum Beispiel Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Titanoxid, Wolframoxid, anwenden. Ein weiteres Anwendungsgebiet dieser Schicht ist in ihrer Funktion als Sperrschicht gegen das Eindringen von Entwicklerlösungen auf metallorganischen oder organischen Unterlagen, zum Beispiel bei ihrer Verwendung in erla- genresistsystemen: a) auf den anorganischen Zwischenschichten b) zwischen 2 Photolacken oder c) zwischen oberem Photolack und darunter liegender or ganischer Schicht (zum Beispiel aus Polyimid), zu sehen. 8 Patentansprüche 5 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von masshaltigen Strukturen mit hohem Aspektverhältnis im 1 #m-Bereich und darunter, wie sie insbesondere für die Fertigung von Masken in der Mikroelektronik verwendet werden, durch Bestrahlen von für Fotonen-, Elektronen-, Röntgen- und Ionenstrahlen empfindlichen Lacken, bei dem die eigentliche zu strukturierende Schicht über aus Metallen oder Metalloxiden bestehenden Hilfsschichten mittels Nass- oder Trockenätzprozessen strukturiert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Anschluss an die Herstellung der zu strukturierenden Schichten (2, 3, 4, 5, 6) bis zum Beginn des Strukturierungsvorganges eine die Hilfsschicht(en) (6) passivierende zusätzliche Schicht (7) aufgebracht wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Passivierung bei Verwendung von aus Metall oder Metallkombinationen bestehenden Hilfsschichten (6) eine Gold-, Silber-, Palladium-, Kupfer- oder Platin-Schicht (7) vorgesehen ist. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Passivierung bei Verwendung einer aus Metalloxiden bestehenden Hilfsschicht (6) eine Kohlenstoff-Schicht (7) vorgesehen ist. 4. Verfahren zum Herstellen einer Röntgenabsorbermaske nach Anspruch 1 bis 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h den Ablauf des Aufbringens folgender Metallschichten auf einer als Substrat dienenden, aus Glas, Quarz oder Silizium bestehenden Platte (1): a) einer als Haftschicht dienenden ersten Titanschicht (2), b) einer als Ätzstop bei der Rückseitenätzung der Glas platte (1) dienenden ersten Goldschicht (3), c) einer als Haft- und/oder Ätzstopschicht dienenden zwei ten Titanschicht (4), d) einer zweiten, als Absorberschicht dienenden Gold schicht (5), e) einer dritten, als Hilfsstrukturierungsschicht dienen den Titanschicht (6),und f) einer als Passivierungsschicht dienenden dritten Gold schicht (7), weiterhin g e k e n n z e i c h n e t d u r c h g) das Aufbringen eines für Elektronen-, Fotonen-, Ionen oder Röntgenstrahlen empfindlichen Lackes (8), h) Belichtung und Entwicklung des Lackes (8) entsprechend der gewünschten Struktur, i) Strukturierung der Goldpassivierungsschicht (7), der Titanhilfsschicht (6) und Anätzen der Goldabsorber schicht (5) durch unterschiedlich langes und unter schiedlich gerichtetes reaktives lonenstrahlätzen mit Argon als Ätzgas, j) Entfernen der Lackmaske (8), der Goldpassivierungs schicht (7), Aufoxidation der Titanhilfsschicht (6) und Strukturieren der Goldabsorptionsschicht (5) mit Titanoxid als Maskierung durch unterschiedlich langes und unterschiedlich gerichtetes reaktives Ionenstrahl ätzen mit Argon und Sauerstoff als Ätzgas, k) Aufbringen einer Polyimidschicht (9) auf der struk turierten Oberfläche, 1) Entfernen der Bereiche des Substrates (1), der ersten und zweiten Titanschicht (2, 4) sowie der ersten Gold schicht (3) im Transmissionsbereich (11) durch Rück seitenätzung in der Ionenstrahlätzanlage mit Argon als Ätzgas 5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass anstelle von Gold als Passivierungsschicht (7) Platin, Silber, Palladium oder Kupfer verwendet wird. 6. Verfahren nach Anspruch 4 und /oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass anstelle von Titan als Hilfsschicht (6) eine aus Hafnium, Zirkon, Vanadin, Chrom, Mangan, Aluminium, Niob oder Tantal bestehende Metallschicht verwendet wird. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dicke der Passivierungsschicht (7) aus Platin, Palladium, Silber oder Gold auf einen Bereich von 20 bis 50 nm und die Dicke der Hilfsschicht (6) auf einen Bereich von 50 bis 100 nm eingestellt wird. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dicke der Passivierungsschicht (7) aus Kupfer auf einen Bereich von 20 bis 100 nm und die Dicke der Hilfsschicht (6) auf einen Bereich von 50 bis 200 nm eingestellt wird.

Inventors: MATHUNI, JOSEPH, DR. RER. NAT., DIPL-PHYS., SCHNEIDER-GMELCH, BRIGITTE, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: G03F1
IPC codes: G03F1