DE4306033A1

DE4306033A1 - Resistmuster und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE4306033A1
Application number: DE4306033A
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Tanaka; Mitsuaki Morigami; Iwao Higashikawa; Takeo Watanabe
Original assignee: Sortec Corp
Current assignee: Sortec Corp
Priority date: 1992-04-23
Filing date: 1993-02-26
Publication date: 1993-10-28
Also published as: KR930022495A; US5326672A; KR100272797B1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Resistmuster zur Herstellung von ultrahochintegrierten (ULSI) Halbleiter anordnungen, akustischen Oberflächenwellenbauelementen, Quanteneffektbauelementen, Supraleiterbauelementen, Mikro maschinenteilen (Mikrogetriebe usw.), elektronischen Schaltungsteilen, fotoelektronischen Bauelementen usw. und betrifft auch ein Verfahren zum Bilden solcher Resistmu ster. Insbesondere ist die Erfindung darauf gerichtet, ein Verfahren zum Bilden dieser Muster und ihre Struktur so auszulegen, daß bei der Bildung von feinen Mustern oder von Musterbestandteilen mit hohem Schlankheitsgrad ein Einstür zen der Musterbestandteile effektiv verhindert wird.

Stand der Technik

Für den hohen Integrationsgrad bei der ULSI-Technik besteht Bedarf an der Bildung äußerst feiner Resistmuster, und es wurde viel Forschungsaufwand betrieben mit dem Ziel, Resistmuster mit Mindestabmessungen von 0,2 bis 0,3 µm zu bilden, die neuesten Forschungen zielen sogar auf Mindest abmessungen von 0,1 µm. Entsprechend den bei Speichern üblichen Integrationsgraden werden Resistmuster mit Linienbreiten konstruiert, die z. B. 0,35 µm für einen 64- Megabit-DRAM oder 0,25 µm für einen 256-Megabit-DRAM betra gen, wobei der Abstand zwischen den Musterelementen norma lerweise ebenso groß wie die Linienbreite ist. Da außerdem die Strukturen derselben Muster in sich wiederholender Weise bis zu den Rändern der Musterbildungsfläche gebildet werden, liegen die Musterelemente in den Musterbildungsflä chen eng beieinander. Andererseits wurden auch Verfahren zur Bildung feiner Muster mit großer Dicke erforscht. Für die Herstellung mikromechanischer Einrichtungen beispiels weise ist die technische Entwicklung so weit fortgeschrit ten, daß sich Resiststrukturen mit sehr hohem Schlankheits grad bilden lassen, unter Verwendung von Resistschichten hoher Dicke (z. B. 100 µm).

Zur Belichtung des Resists für die Bildung der Resistmuster werden verschiedene Strahlungsquellen verwendet, z. B. eine Ultraviolettlampe mit g-Linie (Wellenlänge 436 nm) oder 1-Linie (365 nm), ein KrF- oder ArF-Excimerlaser, ein Elektronenstrahl, ein Ionenstrahl oder Röntgenstrahlen. Zum Entwickeln des Resists wird hauptsächlich ein Naßentwick lungsverfahren angewandt, das eine Entwicklerflüssigkeit benutzt. Da die Naßentwicklung wegen des Abwaschens mit einem Spülmittel eine saubere und leicht durchzuführende Behandlung ist, wird sie zukünftig verbessert und weiterentwickelt werden.

Die Fig. 9 zeigt ein Beispiel für die einzelnen Prozesse einer herkömmlichen Resistmusterbildung, wobei Naßentwick lung angewandt wird. Wie bei (a) dieser Figur gezeigt, wird ein Resist 2 als Schicht auf ein Substrat 1 aufgebracht, und nahe dem Resist 2 wird eine ein gewünschtes Muster tragende Maske 3 angeordnet, wie bei (b) gezeigt, um dieses Muster über eine Linse (nicht dargestellt) einzubelichten. Als Strahlung für die Belichtung können Ultraviolettstrah len, tiefes Ultraviolettlicht, Röntgenstrahlen, ein Elek tronenstrahl oder ein Ionenstrahl verwendet werden. Dann wird, wie bei (c) gezeigt, das Resist 2 in einen Entwickler 4 getaucht, worin die belichteten Bereiche mit einer ande ren Geschwindigkeit als die unbelichteten Bereiche gelöst werden, so daß im Resist eine Musterstruktur 2a entsteht. Anschließend werden der Entwickler und das darin gelöste Resist durch ein Spülmittel 5 ausgewaschen, wie es bei (d) gezeigt ist. Schließlich wird, wie bei (e) gezeigt, das Spülmittel weggetrocknet, und die Resiststrukturen 2a sind fertig. Diese Trocknung erfolgt gewöhnlich durch eine Trockenschleuder, worin das Substrat 1 mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht wird.

Wenn das Resistmuster durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellt wird und wenn die gebildete Struktur sehr fein ist (z. B. Musterelemente mit einer Breite von 0,2 µm oder weniger) oder die Musterelemente hohen Schlank heitsgrad (Verhältnis ihrer Höhe zu ihrer Breite) haben, können Musterelemente 22a, 22b, 22c an ihren oberen Teilen aneinanderkommen, wie in Fig. 10(a) gezeigt, oder enge Musterelemente 23a bzw. 24a können sich gegen andere Elemente 23b bzw. 24b lehnen und umfallen, wie in Fig. 10(b) bzw. 10(c) gezeigt. Die Musterelemente können also öfter umfallen oder einstürzen. Wie in der Fig. 11 veran schaulicht, ist diese Tendenz besonders bei Musterelementen 25a, 25g zu bemerken, die sich am äußersten Rand der Musterbildungsfläche befinden.

Wenn also Bauelemente mit hoher Dichte integriert werden sollen oder die schmalen Musterelemente in engen Abständen angeordnet werden sollen, um kompakte Erzeugnisse herzu stellen, können die gewünschten Resistmuster wegen der beschriebenen Einsturzgefahr nicht zuverlässig gebildet werden, so daß die Produktausbeute reduziert und die Zuver lässigkeit vermindert wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen verschiedenen Probleme des Standes der Tech nik gemacht und soll bei der Bildung von Resistmustern, insbesondere wenn die zu bildenden Musterelemente schmal und eng beabstandet sind oder hohen Schlankheitsgrad haben, ein Umfallen oder Einstürzen der Musterelemente wirksam verhindern. Aufgabe der Erfindung ist es, ein hierzu geeignetes Verfahren und eine Musterstruktur anzugeben, so daß eine hohe Produktausbeute erzielbar ist.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bilden von Resistmustern wird der Randwinkel der Berührung zwischen einem Resist und einem Spülmittel innerhalb eines vorbe stimmten Bereichs eingestellt. Eine flüchtige oberflächen aktive Substanz (flüchtiges Benetzungsmittel), die beim Trocknen nicht zurückbleibt, kann dem Spülmittel zugemischt werden, um die Oberflächenspannung zu reduzieren. Die Wegtrocknung des Spülmittels kann in einem kritischen Zustand des Spülmittels erfolgen, damit die Oberflächen spannung nicht ausgeübt wird. Durch diese Maßnahmen kann eine zusammenziehende Kraft zwischen den Resistmuster elementen geschwächt oder zu Null gemacht werden, womit sich verhindern läßt, daß die Musterelemente umfallen oder einstürzen, was sehr häufig bei der Bildung von sehr feinen Resistmustern oder von Resistmusterelementen hohen Schlank heitsgrades zu befürchten ist. Andererseits kann durch besonders strukturierte Resistmusterelemente wirksam verhindert werden, daß äußerste Exemplare zusammenkommender Hauptmusterelemente umfallen. Durch Erzielung solcher Effekte wird die Produktausbeute erhöht. Die Erfindung kann in Verbindung mit unterschiedlichen Quellen für Lithogra phie-Belichtung wie Licht, Elektronenstrahl, Röntgenstrah len, Ionenstrahl, usw. gleichermaßen gut angewendet werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt in einer erläuternden Darstellung die Bedin gungen des Resists und des Spülmittels, die für einen idealen Randwinkel bei der vorliegenden Erfindung eingestellt sind;

Fig. 2 zeigt in einer Schnittansicht eine Grundstruktur eines erfindungsgemäßen Resistmusters;

Fig. 3 zeigt in einer erläuternden Darstellung einen gewöhnlichen Zustand von Resist und Spülmittel beim Spülvorgang;

Fig. 4 veranschaulicht in einer erläuternden Darstellung, warum Musterelemente an den äußeren Seiten umfallen;

Fig. 5 veranschaulicht in einer erläuternden Darstellung, wie der Randwinkel gemessen wird;

Fig. 6 zeigt in einem Schaubild für ein erstes Beispiel der Erfindung die Beziehung zwischen dem Randwinkel und einer Mindestdicke des Resists, bei welcher das Muster einstürzt;

Fig. 7 zeigt in einer Draufsicht Verdrahtungsmuster, die gebildet werden, um das Resistmuster gemäß einem vierten Beispiel der Erfindung zu erhalten;

Fig. 8 zeigt in einer Draufsicht Verdrahtungsmuster, die gebildet werden, um das Resistmuster gemäß einem fünften Beispiel der Erfindung zu erhalten;

Fig. 9 veranschaulicht ein herkömmliches Verfahren zur Bildung von Resistmustern;

Fig. 10 zeigt typische Bedingungen für das Umfallen von Resistmusterelementen, und

Fig. 11 veranschaulicht das Umfallen der am weitesten außen liegenden Musterelemente auf der Musterbildungs fläche.

In den Figuren bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Substrat, die Bezugszahl 2 bezeichnet ein Resist, die Bezugszahlen 2a-2f, 20a-20g, 21a-21g, 22a-22c, 23a, 23b, 24a, 25a, 25b bezeichnen Resistmusterelemente, die Bezugszahl 3 bezeich net eine Maske, die Bezugszahl 4 bezeichnet einen Entwick ler, die Bezugszahl 5 bezeichnet ein Spülmittel, und die Bezugszahlen 6a, 6b, 60a, 61a, 62a, 63a bezeichnen Attrappen-Musterelemente.

Bevorzugte Ausführungsform zur Realisierung der Erfindung

Auf Fortschritte der Erfindung wird ausführlich eingegangen werden.

Es ist offensichtlich, daß das Einstürzen von Elementen des Resistmusters während eines Prozesses zwischen dem Zuführen eines Entwicklers und dem Wegtrocknen eines Spülmittels erfolgt. Bisher war jedoch nicht klar, bei welchem Schritt des Prozesses dies geschieht. Die Erfinder sind dieser Frage nachgegangen und haben herausgefunden, daß das Resistmuster beim Trocknen des Spülmittels einstürzt. Wei tere Nachforschungen haben folgendes aufgeklärt:

Das Resist (im allgemeinen auf der Basis von Novolak-Harz, Styrolharz oder Phenolharz) wirkt, bevor es mit einem Entwickler behandelt worden ist, hydrophob gegenüber dem Spülmittel (im allgemeinen Wasser), sobald es jedoch einen Entwickler berührt (im allgemeinen eine alkalische Lösung), wechselt seine Oberfläche zu einer hydrophilen Eigenschaft. Somit erfährt das zwischen den Resistmusterelementen 2a und 2b gespeicherte Spülmittel 5 beim Trocknen eine Einsenkung seiner Oberfläche eingedrückt, wie in Fig. 3 dargestellt. Der Druck P, der unter einer solchen Bedingung im Inneren des Spülmittels herrscht, läßt sich durch folgende Formel (1) beschreiben:

P = δ (1/R₁ + 1/R₂) (1)

Bei eingesenkter Oberfläche ist der innerhalb des Spülmit tels geschaffene Druck negativ (also ein Unterdruck), und zwischen den Resiststrukturen 2a und 2b wird eine Anzie hungskraft auf deren Wände ausgeübt. σ ist die Oberflächen spannung der Flüssigkeit, während R₁ und R₂ Radien einer Hauptkrümmung sind (wenn die Flüssigkeitsoberfläche längs einer Ebene durchschnitten wird, die eine Normale zur Flüssigkeitsoberfläche an irgendeinem Punkt dieser Oberflä che enthält, ändert sich im allgemeinen der Krümmungsradius des Schnittbildes, wenn sich der Radius in dieser Ebene dreht, und die beiden Extremwerte des sich ändernden Radius sind die Radien R₁ und R₂ der Hauptkrümmung).

Als bei einem Muster aus abwechselnden Linien und Zwischen räumen von jeweils 0,2 µm Breite eine Anziehungskraft zwischen den Musterelementen berechnet wurde, hatte die Oberflächenspannung σ des Wassers bei 23°C den Wert 72,28 dyn/cm, der gemessene Randwinkel war gleich Null, R₁ = 0,2 · 10^-4 cm, und R₂ = ∞ cm, und es wurde ein Unterdruck von etwa 7 · 10⁶ dyn/cm² (etwa 7 Gewichtskilogramm pro cm²) erzeugt. Es wurde gefunden, daß dieser Unterdruck eine Ursache dafür war, daß eng zusammenkommende Musterelemente umfielen. Wenn die Zwischenräume zwischen den Musterelemen ten klein waren, beschrieb die Flüssigkeitsoberfläche infolge der Oberflächenspannung eine Kurve gleichmäßiger Krümmung. Wenn l der Abstand zwischen den Musterelementen und R der Randwinkel ist, dann läßt sich der Radius der Hauptkrümmung durch die nachfolgende Formel (2) beschrei ben:

R₁ = l/(2 · cosR) (2)

Somit läßt sich der Unterdruck durch die untenstehende Formel (3) beschreiben, und je feiner die Muster werden, desto stärker ist die anziehende Kraft, die umgekehrt proportional zu den Musterzwischenräumen ist:

P ∼ 1/l (3)

Je feiner das Muster wird, desto eher stürzen die Muster elemente zusammen; es können sogar auch Musterelemente umfallen, die aus einem Film kleiner Dicke bestehen (also niedrigen Schlankheitsgrad haben).

Eine Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, den Unterdruck dadurch zu vermindern, daß man R1 groß macht. Unter Rückgriff auf die obigen Formeln (1) und (2) läßt sich der Druck P mit der nachstehenden Formel (4) beschreiben:

P ≈ (2σ cos R)/l (4)

und wenn R gleich 90° ist, d. h. wenn eine Bedingung wie gemäß der Fig. 1 geschaffen ist, gibt es keine anziehende Kraft zwischen den Musterelementen.

Auf der Grundlage des obengenannten Gedankens kann gemäß der vorliegenden Erfindung das Umfallen oder Zusammenstür zen von Elementen des Resistmusters dadurch verhindert werden, daß man den Randwinkel R innerhalb eines vorbe stimmten Bereichs einstellt, der aus einem weiter unten beschriebenen Experiment resultiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung eines Resistmu sters ist im Grunde dadurch gekennzeichnet, daß beim Entwickeln des Resistmusters die Spülbehandlung so durchge führt wird, daß der Randwinkel zwischen dem Spülmittel und der Oberfläche des mit dem Entwickler behandelten Resists im Bereich von 60 bis 120° liegt.

Bei einem zweiten und einem dritten Verfahren wird der Randwinkel zwischen der Resistoberfläche und dem Spülmittel willkürlich eingestellt. Gemäß dem zweiten Verfahren kann die Einstellung des Randwinkels durch vorherige Bemessung gewisser Komponenten (z. B. Kohlenstoff usw.) im Resist erfolgen, welche die hydrophobe Eigenschaft oder die hydro phile Eigenschaft des Resists gegenüber dem beim Spülvor gang zu verwendenden Spülmittel bestimmen.

Bei einem dritten Verfahren werden für den Spülprozeß Spül mittel zweier oder mehrerer Sorten verwendet, wobei die erste Hälfte des Prozesses ein Spülmittel benutzt, welches die Eigenschaft der Resistoberfläche verändern kann, um die Oberflächenqualität des Resistmusters, indem man es für eine vorbestimmte Dauer dem Spülmittel aussetzt, zu ändern und dadurch den Randwinkel für die restliche Hälfte des Spülvorgangs einzustellen.

Unter Berücksichtigung der obigen Formel (4) besteht ein viertes Verfahren darin, den Unterdruck von einem anderen Gesichtspunkt her zu vermindern. Ein Grundgedanke hierbei ist, die Oberflächenspannung σ zu senken und dadurch den Druck P zu reduzieren, um so das Umfallen der Musterele mente zu verhindern. Bei einer konkreten Ausführungsform wird dem beim Spülvorgang zu benutzenden Spülmittel eine oberflächenaktive Substanz (Benetzungsmittel) hinzugegeben, um die Oberflächenspannung zu reduzieren. Dieses Benet zungsmittel sollte sich verflüchtigen können, um beim Trocknen nicht auf dem Substrat zurückzubleiben, weil es sonst Flecken nach dem Spülvorgang hinterläßt.

Da bei diesem Verfahren die Oberflächenspannung des Spül mittels vermindert wird, wird die anziehende Kraft, die beim Trocknen des Spülmittels verursacht wird, stark reduziert, und es ist möglich, ein Umfallen dünner Resist musterelemente zu verhindern.

Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung betrifft Maßnah men zum Reduzieren der Oberflächenspannung σ, wobei es der Grundgedanke ist, die Oberflächenspannung σ keine Kraft auf die Resistoberfläche ausüben zu lassen, um so das Entstehen des Unterdruckes P zurückzuhalten und dadurch ein Umfallen der Musterelemente zu verhindern. Ein konkretes Verfahren hierzu besteht darin, die Spülmitteltrocknung unter solchen Bedingungen vorzunehmen, daß das Spülmittel (oder eine Ersatzflüssigkeit hierfür) kritisch wird und die anziehende Kraft zu Null wird, um so die anziehende Kraft beim Trock nen auf Null zu bringen und das Umfallen von Musterelemen ten zu verhindern.

Allgemein gibt es bei einer bestimmten Temperatur- und Druckbedingung, dem sogenannten kritischen Punkt, einen Zustand (kritischer Zustand), der weder flüssig noch gasförmig ist. Unter dieser Bedingung ist keine flüssige oder gasförmige Phase vorhanden, und somit gibt es keine Grenzfläche und keine Oberflächenspannung. Man kann die Trocknung unter Nutzung dieses Zustandes durchführen, also ein Verfahren der "Trocknung im kritischen Punkt" anwenden. Wenn man Probestücke, die mit der Flüssigkeit angefüllt sind, in den kritischen Zustand bringt, ohne die gasförmige Phase zu durchlaufen (ohne eine Koexistenz von flüssiger und gasförmiger Phase zu durchschreiten), und das Probe stück anschließend in die gasförmige Phase bringt, ohne die flüssige Phase zu durchschreiten (also in ähnlicher Weise ohne die Koexistenz von gasförmiger und flüssiger Phase zu durchlaufen), kann das Spülmittel weggetrocknet werden, ohne Beeinflussung durch die Oberflächenspannung. Diese fünfte Ausführungsform der Erfindung benutzt beim Trocknen des Spülmittels das Verfahren der Trocknung im kritischen Punkt.

Da bei diesem Verfahren beim Trocknen keine Oberflächen spannung auf das Spülmittel wirkt, gibt es keine anziehende Kraft zwischen den Musterelementen, und das Umfallen dieser Elemente läßt sich verhindern.

Die obenerwähnte Ausführungsform ist gerichtet auf Maßnah men zur Vermeidung des Umfallens von Musterelementen. Eine Beobachtung des tatsächlichen Verhaltens der Musterelemente hat aber gezeigt, daß es oft die am weitesten außen liegen den Elemente innerhalb des Musterbildungsbereichs sind, die sich gegen andere Elemente lehnen und umfallen.

Nach Forschungen der Erfinder ist anzunehmen, daß die außenliegenden Musterelemente aus den nachstehend beschrie benen Gründen umfallen. Wie aus der Fig. 4 zu entnehmen ist, wirkt an den äußersten Musterelementen 2a, 2f auf der Musterbildungsfläche nur jeweils einseitig eine Kraft (f₁, f₁₀), so daß dort ein Ungleichgewicht besteht, welches das Umfallen der Elemente verursacht. Andererseits sind an den sich dazwischen konzentrierenden Musterelementen (2b bis 2e) die dort wirkenden Kräfte (f₂ und f₃, f₄ und f₅, f₆ und f₇, f₈ und f₉) jeweils im Gleichgewicht, so daß diese Elemente nicht umfallen (es wird davon ausgegangen, daß die für das Gleichgewicht und das Ungleichgewicht verantwortli chen Kräfte in Richtung der Breite der Musterelemente gerichtet sind und daß in Längsrichtung der Elemente genü gende Entfernungen sind, so daß es kein Problem hinsicht lich des Gleichgewichtes und des Ungleichgewichtes der Kräfte gibt).

Eine Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht darin, wie in Fig. 2 gezeigt, rings um den Bereich der Musterele mente 2a bis 2f (im folgenden als "Hauptelemente" bezeich net) unechte oder Pseudo-Musterelemente (Attrappen) 6a, 6b als Resiststrukturen zu bilden, so daß eine Oberflächen spannung (f₀ und f₁, f₁₀ und f₁₁) auch an den Hauptelemen ten 2a, 2f beidseitig wirkt und dadurch das Kräftegleichge wicht hergestellt wird, welches ein Umfallen der Hauptele mente 2a, 2f verhindert.

Bei der vorstehend beschriebenen Musterstruktur sind die Hauptelemente 2a bis 2f mit jeweils gleicher Breite ausgebildet, und die Zwischenräume zwischen den Elementen sind alle genauso breit wie diese Breite, und eine Mehrheit von ihnen weisen in dieselbe Richtung. Wenn also die Haupt elemente regelmäßig angeordnet sind, genügt es, die Attrap penelemente 6a, 6b entlang beiden Seiten in der Länge mindestens der Hauptelemente 2a bis 2f anzuordnen, und es ist nicht notwendig, daß die Attrappenelemente über eine Mehrzahl von Elementen 2a bis 2f reichen.

Wenn die Hauptelemente 2a bis 2f regelmäßig in der vorste hend beschriebenen Weise angeordnet sind und wenn die Attrappenelemente 6a, 6b im gleichen Abstand angeordnet sind, wie er zwischen den Hauptelementen 2a bis 2f besteht, sind die Oberflächenspannungen (f₀ und f₁, f₁₀ und f₁₁), die auf beiden Seiten der Hauptelemente 2a und 2f wirken, jeweils einander gleich und stellen ein Gleichgewicht her.

Die Attrappenelemente 6a, 6b sind jeweils einer Kraft f_a bzw. f_b ausgesetzt, welche das betreffende Element nur von der einen Seite her nach innen zieht. Um zu verhindern, daß die Attrappenelemente 6a, 6b hierdurch umfallen, sind sie so ausgelegt, daß sie jeweils eine größere Grundfläche als die Hauptelemente 2a bis 2f haben. Das heißt, die Attrap penelemente werden vorzugsweise mit einem geringerem Schlankheitsgrad ausgebildet als die Hauptelemente 2a bis 2f.

Beispiel 1

Nachstehend werden praktische Beispiele der ersten bis dritten erfindungsgemäßen Verfahren im einzelnen erläutert.

Es wurden Resistmaterialien zubereitet, die Kohlenstoffe in unterschiedlichen Zugabemengen enthielten, und einige Sorten der Resistmaterialien wurden zunächst so zubereitet, daß die Randwinkel zwischen den Resistoberflächen und den Spülmitteln beim Spülvorgang unterschiedlich waren. Da der Kohlenstoff für die hydrophobe Eigenschaft verantwortlich ist, konnten die Randwinkel durch Bemessung des Kohlen stoffgehaltes eingestellt werden.

Diese Resistmaterialien wurden entsprechend einem gewöhnli chen Lithographieverfahren als Schichten aufgetragen, wärmebehandelt, entwickelt und gespült. Nachdem das Spül mittel einmal weggetrocknet war, wurde Spülmittel erneut auf die Resistmaterialien gebracht, und die Randwinkel R zwischen den Resistoberflächen und den Spülmitteln wurden gemessen, wie in Fig. 5 gezeigt. Hier wurde eine Flüssig keit aus Tetramethylammoniumhydroxid für den Entwickler benutzt, und zum Spülen wurde Wasser verwendet (der Entwickler ist nicht auf Tetramethylammoniumhydroxid beschränkt, es können auch alkalische Lösungen wie eine Natriumhydroxid-Lösung, eine Kaliumhydroxid-Lösung, usw. benutzt werden).

Es wurden Untersuchungen angestellt über die Beziehung zwischen dem Randwinkel R bei einem Muster, das abwech selnde Linien und Zwischenräume von jeweils 0,15 µm Breite enthielt, und der Mindestdicke des Resistfilms, die zum Umfallen von Musterelementen führt. Die Fig. 6 zeigt die Ergebnisse dieser Untersuchungen.

Zur Herstellung einer hochintegrierten Struktur (LSI) mit einer Musterfeinheit von 0,15 µm ist eine Dicke der Resist muster von 1 µm erforderlich. Um ein Resistmuster dieser Dicke so zu bilden, daß es nicht einfällt, sollte der Rand winkel auf Werte von 60° bis 120° eingestellt werden, wie es aus der Fig. 6 entnehmbar ist. Ferner ist zu entnehmen, daß im Bereich von 75° bis 105° die Kurve für die kritische Resistfilmdicke, bei welcher das Muster einfällt, weit hoch extrem verläuft, woraus man erkennt, daß dieser Bereich besonders geeignet ist, um das Umfallen von Musterelementen zu verhindern.

Liegen die Dimensionen von Linien und Zwischenräumen im Bereich von 0,18 bis 0,2 µm, dann ist es möglich, DRAM- Speicher mit einer Kapazität von 1 Gigabit herzustellen. Bei Strukturdimensionen im Bereich von 0,13 bis 0,18 µm ist es möglich, DRAM-Speicher für 4 Gigabit herzustellen, und wenn man mit den Strukturdimensionen auf 0,1 µm herunter geht, dann können digitale RAM-Speicher für 16 Gigabit und Quanteneffekt-Bauelemente hergestellt werden. Wenn man also den Randwinkel innerhalb des Bereichs von 60° bis 120° kontrollieren kann, dann läßt sich ein DRAM-Speicher der 4- Gigabit-Klasse herstellen, ohne daß die Gefahr des Umfal lens von Elementen der Musterstruktur besteht.

Andere Versuche der Erfinder haben bestätigt, daß ähnliche Wirkungen wie oben auch erzielt werden, wenn man einen organischen Entwickler und ein organisches Spülmittel verwendet. Bei Benutzung zweier oder mehrerer Sorten von Isopropylalkohol und Wasser oder von Isopropylalkohol und Freon als Spülmittel traten keine Probleme auf, wenn der Randwinkel innerhalb des besagten Bereichs eingestellt werden konnte.

Andererseits wirkt, wenn ein ganzes Resistmuster in das Spülmittel eingetaucht ist, die Oberflächenspannung nicht auf das Resistmuster; sie beginnt erst zu wirken, wenn das Resist beim Trocknen teilweise heraustritt, wie in Fig. 1 gezeigt. Deswegen genügt es, daß die Forderung hinsichtlich des Randwinkels erst im letzten Spülmittel erfüllt wird.

Beispiel 2

Nachstehend wird ein Beispiel einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Als erstes wurde PMMA als Resist auf das Substrat geschich tet und für zwanzige Minuten auf einer Temperatur von 170°C gebrannt.

Anschließend wurde mit Röntgenstrahlen ein gewünschtes Muster einbelichtet. Die Lichtquelle ist nicht auf Röntgen strahlen beschränkt, es kann auch ein Elektronenstrahl, ein Ionenstrahl oder tiefe Ultraviolettstrahlung verwendet werden.

Die Entwicklungen erfolgten mittels eines Entwicklers, der eine Mischung aus 1 Teil Methylisobutylketon (MIBK) auf 3 Teile Isopropylalkohol (IPA) enthielt. Die Entwicklungszeit betrug drei Minuten.

Das Spülen wurde mit einem Spülmittel durchgeführt, bei welchem sich der Isopropylalkohol mit dem Wasser mischte, und dann erfolgte die Trocknung mittels einer Trockenschleu der. Da der Isopropylalkohol eine flüchtige Flüssigkeit ist, blieb nach Verdampfung nichts von ihm auf dem Substrat zurück.

Das auf diese Weise gebildete Resistmuster mit 0,2 µm breiten Linien und Zwischenräumen und einer Dicke von 1,3 µm wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet.

Die Resistmuster, bei denen zum Spülen nur Wasser verwendet worden war, enthielten umgefallene Elemente, während es in den Mustern, bei denen das Spülmittel mit dem Isopropyl alkohol gemischt war, keine Einstürze gab.

Da auch in diesem Fall die Oberflächenspannung nur dann wirkt, wenn das Resist während des Wegtrocknens des Spül mittels teilweise zum Vorschein kommt, sollte die oberflä chenaktive Substanz (Benetzungsmittel) im letzten Spülmit tel vorhanden sein, um die Oberflächenspannung zu reduzieren.

Beispiel 3

Nachstehend wird ein Beispiel für eine fünfte Ausführungs form eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Wie beim vorherigen Beispiel wurde zunächst das Resist auf das Substrat geschichtet und wärmebehandelt (gebrannt). Das Resist und die Bedingungen der Wärmebehandlung waren die gleichen wie beim vorherigen Beispiel.

Anschließend wurde ein gewünschtes Muster durch Röntgen strahlen einbelichtet. Die mögliche Lichtquelle ist nicht auf Röntgenstrahlen beschränkt, es kann auch ein Elektro nenstrahl, ein Ionenstrahl oder tiefe Ultraviolettstrahlung verwendet werden.

Auch beim hier beschriebenen Fall erfolgten die Entwicklun gen mittels eines Entwicklers, der eine Mischung aus 1 Teil Methylisobutylketon (MIBK) auf 3 Teile Isopropylalkohol (IPA) enthielt. Die Entwicklungsdauer betrug 3 Minuten.

Das ganze Substrat wurde dann im Isopropylalkohol gespült.

Anschließend wurde das Substrat auf etwa -35°C abgekühlt und dann mit dem nunmehr matschähnlichen Isopropylalkohol in einen Druckbehälter gebracht, der mit Trockeneis angefüllt war (d. h. das Substrat war in diesem Stadium als Ganzes im Spülmittel untergetaucht, und auf das Resistmu ster wirkte keine Oberflächenspannung).

Bei anschließendem schnellem Erwärmen auf 20°C und Erhöhen des Druckes auf nicht weniger als 70 kg/cm² wurde der Isopropylalkohol durch flüssiges CO₂ ersetzt.

Aus diesem Zustand wurde das Substrat auf 40°C erwärmt und zum kritischen Punkt gebracht, und während das CO₂ in Gas überging, wurde dieses Gas langsam abgelassen, womit der Trockenvorgang beendet war.

Das so gebildete Resistmuster mit Linien und Abständen von jeweils 0,1 µm Breite und mit 1 µm Dicke wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet. Die Resistmuster, bei denen das Wegtrocknen des Spülmittels gemäß dem Stand der Technik durch eine Trockenschleuder erfolgt war, enthielten Einstürze von Musterelementen, während das hier beschrie bene Verfahren der Trocknung im kritischen Punkt keine Veranlassung hierfür gegeben hatte.

Wenn das Resistmuster in der oben beschriebenen Weise vollständig im Spülmittel untergetaucht ist, tritt die Oberflächenspannung nicht auf, und wenn ein Teil des Resists erscheint, wirkt die Oberflächenspannung hierauf ein. Daher sollte die Spülbehandlung, bis unmittelbar vor der Trocknung im kritischen Punkt, unter vollständiger Bedeckung des gesamten Resistmusters durch das Spülmittel durchgeführt werden.

Beispiel 4

Verdrahtungsmusterelemente 20 (entsprechend den Hauptmu sterelementen) mit einer Breite X von 0,2 µm und einem Abstand Y1 von 0,2 µm wurden entworfen, wie es in der Fig. 7 gezeigt ist. Zur gleichen Zeit wurden Musterelemente 60a, 61a, die den Attrappen-Musterelementen entsprechen, zu beiden Seiten der Verdrahtungsmusterelemente 20 vorgesehen. Ein Abstand Y2 zwischen dem äußersten Verdrahtungsmuster element 20a und dem Musterelement 60a sowie zwischen dem äußersten Verdrahtungsmusterelement 20g und dem Musterele ment 61a wurde wie der obenerwähnte Abstand Y1 auf 0,2 µm festgelegt, und die Breite Z1 des Musterelementes 60a wurde auf 0,4 µm und die Breite Z2 des Musterelementes 61a wurde auf 0,6 µm eingestellt.

Die Belichtung erfolgte durch SOR-Bestrahlung (Synchrotron Orbital Radiation), um das Muster auf ein Resist aus AZ- PN100 (Warenbezeichnung der Firma Hoechst) einer Filmdicke von 1,3 µm zu übertragen.

Nach dem Entwickeln mittels einer alkalischen Lösung wurde mit Wasser gespült und in einer Trockenschleuder getrock net. Das so erhaltene Resistmuster hatte die gleichen Formen wie das in Fig. 7 gezeigte Muster.

Außerdem wurden Resistmuster herkömmlicher Strukturen ohne Anordnung der Attrappen-Musterelemente gebildet, also anders als das in der vorstehend beschriebenen Weise ausge bildete Resistmuster. Bei den Resistmustern der herkömmli chen Struktur stürzten die äußersten Hauptmusterelemente (entsprechend den Elementen 20a, 20g) ein, während die (ihnen entsprechenden) äußersten Hauptmusterelemente, die man beim vorliegenden Erfindungsbeispiel erhielt, nicht einstürzten.

Beispiel 5

Verdrahtungsmuster 21 (in ähnlicher Weise den Hauptmuster elementen entsprechend) mit einer Breite von 0,2 µm, einem Seitenabstand Y1 von 0,2 µm, einer Länge L von 1,0 µm und einem Längsabstand Y3 von 0,4 µm wurden wie das in Fig. 8 gezeige Muster entworfen, das später auf das Resist übertragen werden sollte. Gleichzeitig wurden zu beiden Seiten der Verdrahtungsmusterelemente zusätzliche Muster elemente 62a, 63a entsprechend den Attrappen-Musterelemen ten angeordnet. Ein Abstand zwischen dem äußersten Verdrah tungsmusterelement 21a und dem Musterelement 62a sowie ein Abstand Y2 zwischen dem äußersten Verdrahtungsmusterelement 21g und dem Musterelement 63a wurden wie der weiter oben genannte Abstand Y1 auf 0,2 µm festgelegt, und die Breite Z der Musterelemente 62a und 63a betrug 0,4 µm.

Dieses Muster wurde belichtet, entwickelt, gespült und getrocknet wie bei den vorhergehenden Beispielen, und man erhielt ein Resistmuster der gleichen Gestalt wie diejenige des in Fig. 8 gezeigten Musters.

Außerdem wurde ein Resistmuster der gleichen Gestalt wie in Fig. 8 ohne Anordnung der Attrappen-Musterelemente gebil det, wobei jedoch die äußersten Hauptmusterelemente (entsprechend den Elementen 21a, 21g) umfielen. Anderer seits wurde bei den Resistmustern, die gemäß dem hier beschriebenen Beispiel erhalten wurden, das Umfallen der äußersten Hauptmusterelemente (entsprechend den Elementen 21a, 21g) verhindert.

Claims

1. Verfahren zum Bilden von Resistmustern, die durch Behandlung mit einem Entwickler und einen Spülvorgang entwickelt werden, gekennzeichnet durch eine derartige Durchführung der Spülbehandlung, daß der Randwinkel der Berührung zwischen einem verwendeten Spülmittel und der Oberfläche eines Resists, das mit einem Entwickler behandelt worden ist, innerhalb des Bereichs von 60° bis 120° liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Durchführung der Spülbehandlung, daß der besagte Randwinkel innerhalb des Bereichs von 75° bis 105° liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Durchführung der Spülbehandlung, daß der besagte Randwinkel im Bereich von 90° liegt.

4. Verfahren zum Bilden von Resistmustern, die durch Behandlung mit einem Entwickler und einen Spülvorgang entwickelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Komponenten, die eine hydrophobe Eigenschaft und eine hydrophile Eigen schaft eines willkürlichen Resists gegenüber einem Spülmit tel bestimmen, so eingestellt werden, daß sich ein gewünschter Randwinkel der Berührung zwischen dem Spülmit tel und der Oberfläche des mit dem Entwickler behandelten Resist einstellt.

5. Verfahren zum Bilden von Resistmustern, dadurch gekennzeichnet, daß Spülmittel zweier oder mehrerer Sorten verwendet werden und daß die Oberfläche eines Resists, das mit einem Entwickler behandelt worden ist, in einer ersten Prozeßhälfte einem Spülmittel ausgesetzt wird, welches eine Oberflächenqualität des Resists ändert, und daß der Rand winkel eingestellt wird, der sich zwischen einer Resist oberfläche und einem in einer restlichen Prozeßhälfte zu verwendenden Spülmittel ergibt.

6. Verfahren zum Bilden von Resistmustern, die beim Entwickeln einer Spülbehandlung unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülbehandlung mit einem Spülmittel durchgeführt wird, das eine oberflächenaktive Substanz enthält, die beim Wegtrocknen des Spülmittels verdampft.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächenaktive Substanz Isopropylalkohol ist.

8. Verfahren zum Bilden von Resistmustern, die beim Entwickeln einer Spülbehandlung unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülmittel oder eine Ersatzflüssig keit für das Spülmittel unter einer Bedingung getrocknet wird, die das Spülmittel oder die Ersatzflüssigkeit in einen kritischen Zustand bringt.

9. Resistmuster, dadurch gekennzeichnet, daß um einen Bereich der Bildung von Hauptmusterelementen Attrappen- Musterelemente angeordnet sind.

10. Resistmuster nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß die Hauptmusterelemente regelmäßig angeordnet sind und daß die Attrappen-Musterelemente entlang beiden Seiten und in Längenrichtung mindestens der Hauptmusterelemente angeordnet sind.

11. Resistmuster nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptmusterelemente regelmäßig angeordnet sind und daß die Attrappen-Musterelemente gegenüber den äußersten Hauptmusterelementen in jeweils einem Abstand angeordnet sind, der gleich dem regelmäßigen Abstand der Hauptmusterelemente zueinander ist.

12. Resistmuster nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlankheitsgrad der Attrappen- Musterelemente geringer ist als derjenige der Hauptmuster elemente.