DE2416543A1 - Verfahren zum bilden eines elektronennegativlackmusters - Google Patents

Description

BLUMBACH . WESER ■ BERGEN & KRAMER

PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHEN 24 16543

DlPL-ING. P. G. BLUMBACH · DIPL-PHYS. DR. W. WESER . DIPL-ING. DR. JUR. P. BERGEN DIPL-ING R KRAMER

WIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43 · TEL. (06121) 562943, 561998 MÖNCHEN

Western F<:iectric Company

Incorporated Bartelt 4

Verfahren zum Bilden eines Elektronen-Negativlackmusters

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden eines Elektronen-Negativlackmusters auf der Oberfläche eines Substrates, bei dem ein Teil des Elektronenlackes von einer Elektronenquelle entsprechend dem gewünschten Muster bestrai It wird, wodurch der bestrahlte Teil des Elektronenlackes relativ zum unbestrahlten Teil unlöslich wird, und bei dem der unbestrahlte Teil des Elektronenlackes durch Waschen mit einem Lösungsmittel selektiv entfernt wird, wodurch sich ein entwickeltes Reliefbild ergibt.

Während der letzten 10 Jahre wurde immer häufiger mit Elektronenstrahlungen gearbeitet, um "Fotolack"-Materialien bei der Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen zu bestrahlen. Ein solches Verfahren liierte feine Linien-

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muster, die mit den Mitteln der konventionellen Fotolithografie nicht zu erreichen waren. Obwohl Versuche in der jüngsten Zeit Elektronenlacke mit einem ausgezeichneten Auflösungsvermögen, einer geringen Fehlstellendichte und ausreichenden Adhäsionseigenschaften erbrachten, wird fortgesetzt weiter daran gearbeitet, Fotolacke mit optimalen Eigenschaften zu entwickeln.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines gemusterten Reliefbildes in einem für Elektronenstrahlung empfindlichen Elektronen-Negativlack beschrieben, der eine hohe thermische Stabilität und ausgezeichnete Adhäsionseigenschaften zeigt. Es gehört, kurz gesagt, zu dem Verfahren , dass eine Elektronenquelle genügender Energie ein mit einer Polydiallylorthophthalat-Dünnschicht überzogenes Substrat bestrahlt, um zu bewirken, daß die Polydiallylorthophthalat-Moleküle vernetzt werden, wodurch das Molekulargewicht des bestrahlten Teiles größer wird. Die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der bestrahlten und nichtbestrahlten Gebiete des Polydiallylorthophthalat, nämlich

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die unterschiedliche Löslichkeit, werden ausgenutzt, um das nicht bestrahlte Muster selektiv vom Substrat zu entfernen. Das auf dem Substrat verbleibende Muster ist etwa als Ätzmaske verwendbar.

Im folgenden wird ganz allgemein ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben, das bei der Fotolackentwicklung angewendet werden kann. Dabei wird auf bestimmte Betriebsparameter und die verwendeten Materialien hingewiesen.

Der beschriebene "Fotolack" basiert auf einem Polymer, das durch Homopolymerisieren eines Diallylorthophthalat-Monomere bei erhöhten Temperaturen gebildet worden ist, indem konventionelle Katalysatoren wie z.B. Benzoylperoxid verwendet wurden. Das Monomere ist seiner Natur nach bifunktioneü. Deshalb ist das Polymerisieren schwierig und fahrt dazu, daß entweder lösliche thermoplastische oder unlösliche, in der Wärme härtbare Produkte entstehen. Die löslichen Produkte werden allgemein zu den Betepolymeren

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oder Vorpolymeren gerechnet, die bei geringen Monomereumsetzungen abgeschieden werden. Von diesen löslichen Produkten nimmt man an, daß sie aus Monomeregliedern bestehen, die mit einer Allylgruppe pro Monomereglied vernetzt sind, wobei der Allylgruppenrest für nachfolgende Reaktionen verfügbar bleibt. Diese zahlreichen anhängenden Allylgruppen bilden yernetzungs stellen und sind für die hohe Elektronenempfindlichkeit des Monomere verantwortlich.

Das so erhaltene Vorpolymer wird, damit es im Schleuderverfahren aufgetragen werden kann, in Form einer Lösung angesetzt. Eine solche Lösung enthält fünf bis zwanzig Prozent Polymer in konventionellen Lösungsmitteln wie z.B. 1, 2-Dichloroäthan, Chlorobenzen, Diäthylenglycolmonoäthyläther und dergleichen auf. Die .ausgewählten Lösungsmittel verdampfen entweder relativ langsam oder enthalten Lösungsmittel mit einem niedrigen Siedepunkt wie etwa Cyclohexanon, damit sichergestellt wird, daß bei der Anwendung des Schleuder-Auftrags Verfahrens eine gleichmäßige Schicht hoher Qualität entsteht.

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Fine Lösung von 15% Polydiallylorthophthalat in Cyclohexanon liefert bei 4(.CO Umdrehungen pro Minute G, G Mikrometer dicke Schichten. Für die vorliegenden Zwecke eignen sich 0, 2 - 5 Mikrometer dicke Schichten, doch werden 0, 5 - 1, 5 Mikrometer dicke Schichten bevorzugt.

Man wählt Materialien als Substrat aus, wie sie gewöhnlich bei der Halbleiterherstellung verwendet werden, z.B. Silizium, SiliziumdioKid, Aluminium, Titan, Platin, Palladium, Kupfer, Wolfram, usw. Die Adhäsionseigenschaften von Polydiallylorthophthalat auf solchen Substraten sind ausgezeichnet, und es ist keine "Wärmebehandlung vor dem Bestrahlen erforderlich. Doch kann das Lösungsmittel bei Raumtemperatur in die Luft verdampfen, ehe effektiv bestrahlt wird.

Dann werden die Schichtbereiche, die stehen bleiben und das gewünschte Muster bilden sollen, entsprechend dem gewünschten Muster mit einem Elektronenstrahlenbündel ausreichender Energie bestrahlt, um die bestrahlten Gebiete

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zu vernetzen, wodurch ein Löslichkeitsunterschied zwischen den bestrahlten und nichtbestrahlten Teilen entsteht. Danach lassen sich die unbestrahlt gebliebenen Bereiche entfernen. Man kann praktisch bestrahlen, indem man eine metallische Schattenmaske verwendet, die ein von einem Beschleuniger oder einer Quelle mit Wärmeemission ausgesendetes Elektronenstrahlenbündel gemustert durchläßt, oder indem alternativ dazu ein feines Elektronenstrahlenbündel wie in einem Rasterelektronenmikroskop digital gesteuert aus- und dunkelgetastet wird (scanning and blanking). Für die oben erwähnte Schichtdicke ist eine Elektronenenergie zwischen 2 und 50 keV erfor-

_7 derlich. Bei diesen Spannungen ist eine Dosierung von 5 χ 10

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bis 5 χ 10 Coulomb pro cm notwendig, um das Polydiallylorthophthalat ausreichend zu vernetzen, damit ein entwickeltes Reliefbild hergestellt werden kann.

Beispielsweise kann eine 0, 6 Mikrometer dicke Polydiallylorthophthalat-Schicht, die auf einer Siliziumdioxid-Oberfläche niedergeschlagen ist, Elektronen in einer Dosierung von

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5 χ 10 Coulomb pro cm und unter einer Beschleunigungsspannung von 7 keV ausgesetzt werden, um optimale Reliefmuster zu liefern, wenn anschließend entwickelt wird.

Um das gewünschte Reliefbild der bestrahlten Polydiallylorthophthalatschichten zu erhalten, ist es notwendig, das nicht bestrahlte nnd nicht vernetzte Material zu entfernen. Das kann praktisch dadurch geschehen, daß man tie unbestrahlten Bereiche mit einem als Lösungsmittel wirkenden Entwickler wäscht, indem man sie entweder in den Entwickler eintaucht oder Auf sprühentwicklungs verfahren anwendet. Um ausreichend zeichnungsscharfe Muster zu erhalten, ist der gewählte Entwickler so zusammengesetzt, daß er schaumfrei entwickelt und das vernetzte Material beim Entwickeln nur minimal aufquillt. Man erhält geeignete Entwickler, indem man Lösungsmittel wie z.B. 1,2-Dichloroäthan, Chlorobenzen, Chloroform, Diäthylenglycolmonomäthyläther, etc. mit Veidünnungsmitteln wie etwa Isopropylalkohol, Butylacetat oder anderen aliphatischen Estern mischt.

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Die Entwicklerzusammensetzung wird durch Zugabe von genügend Verdünnungsmittel so gesteuert, daß nur ein minimales Aufquellen auftritt und außerdem sichergestellt wird, daß innerhalb einer Zeitdauer von 30 bis 90 Sekunden schaumfrei (scum-free) entwickelt wird. Im Falle der bereits oben erwähnten bestrahlten C, 6 Mikrometer dicken Polydiallylorthophthalat-Schicht kann durch 45 Sekunden langes Besprühen mit einer Mischung aus gleichen Volumenteilen Chlorobenzen und Allylacetat entwickelt werden.

Um Reliefbilder hoher ( ualität zu erhalten, sollte der Entwickler ad !!ständig von der Polydiallylorthophthalatoberfläche abgewaschen oder fortgespült werden, um auszuschließen, daß sich erneut gelöstes Polymer auf der interessierenden Oberfläche niederschlägt. Das Spülungsmittel muß mit dem Entwickler verträglich sein, d. h. es darf kein gelöstes Polymer ausfällen und außerdem das stehengebliebene oder verbleibende Polymer w eder entwickeln noch aufquellen. Das Spülungs mittel muß mit einer Geschwindigkeit verdampfen, die geeignet

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ist, die l^Ji'obe nach dem bpül^n zu trocknen. LUe in den i'ntwicklern verwendeten Verdünnungsmittel aus aliphatischera Ester, besonders Butyl und x\mylacetate, sind besonders gut für solche Zwecke geeignet. Bei der Herstellung der 0, 6 Mikrometer dicken Polydiallylorthophthalatschicht würde unmittelbar nach dem Entwickeln eine 30 Sekunden lange Sprühbehandlung mit Butylacetat und daran anschließend ein Abblasen mit trockenem Stickstoff erfolgen.

Wenn die gewünschten Reliefbilder oder Muster gebildet sind, wird 20 bis 60 Minuten lang auf 170 bis 190°C erwärmt. Dieser Schritt dient dazu, das Polymer, das stehenbleibt, um das Muster zu bilden, vollständig zu vernetzen, es besser am Substrat anhaften zu lassen und gegen Ätzen widerstandsfähiger zu machen.

Nach der Warmbehandlung sind die Proben zum Ätzen oder für ein anderes Verfahren, das Reliefbilder erfordert, bereit. Fachleute werden ohne weiteres erkennen, daß

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PolydiaUylorthophthalat nicht nur den Zweck erfüllt, ein "■"oto"- bzw. Hüektronenlack für chemische Ätzbehandlungen zu sein, sondern auch eine hohe thermische Stabilität auf-Aveist, die es nahelegt, Polydiallylorthophthalat als Lötmaske, beim Aufdampfen oder Aufstäuben von Metallen auf solche Polymermuster oder beim formgebenden Abtragen von Material mittels Ionenstrahlung oder Ätzen durch Rückzerstäuben des Substrates in nicht vom Fotolack bedeckten Gebieten zu vewenden.

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Claims (8)

BLUMBACH ■ WESER ■ BERBEN & KRAMER PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHEN 2416543 DIPL.-ING. P. G. BLUMBACH · DIPL.-PHYS. DR. W. WESER · DIPL.-ING. DR. JUR. P. BERGEN DIPL-ING. R. KRAMER WIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43 · TEL (06121) 5629 43, 561998 MÖNCHEN 11 PATENTANSPRÜCHE

1. \ Verfahren zum Bilden eines Clektronen-Negativlackmusters

auf der Oberfläche eines Substrates, bei dem ein Teil des Elelctronenlackee von einer Elektronenquelle entsprechend dem gewünschten Muster bestrahlt wird, wodurch der bestrahlte Teil des Elektronenlackes relativ zum unbestrahlten Teil unlöslich wird, und bei dem der unbestrahlte Teil des Elektronenlackes durch AVaschen mit einem Lösungsmittel selektiv entfernt wird, wodurch sich ein entwickeltes Reliefbüd ergibt,

dadurch gekennzeichnet, daß als Elektronenlack ein Lack mit Polydiallylorthophthalat verwendet wird.

2, Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenlackmuster nach der Lösungsmittel-

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wäsche mit einem aliphatischen Ester geopült wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lackmuster nach dem Spülen außerdem einer Warmbehandlung unterworfen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß 20 bis 60 Minuten lang auf 170 bis 190°C erwärmt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungsmittelwäsche in einer Mischung des Lösungsmittels mit einem Verdünnungsmittel erfolgt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Wäsche durch Aufsprühen erfolgt.

7. Verfahrennach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Waschen durch Eintauchen in ein Lösungsmittel erfolgt.

8. Elekfcronen-Negativlackmuster, das nach dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche vorbereitet ist.

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