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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden
eines feinen Musters. Diese Erfindung wird zur Herstellung von
Halbleitervorrichtungen und integrierten Schaltungen durch
Musterbildung mit einem Elektronenstrahl benutzt.
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Bislang wird bei der Herstellung von ICs oder LSIs die
Musterbildung durch Photolithographie mit Ultraviolettstrahlen
erreicht. Im Laufe der Miniaturisierung der Vorrichtungen
schreitet die Verwendung von Stepperlinsen mit einer hohen NA
und von Lichtquellen mit einer kurzen Wellenlänge voran, was
jedoch vom Nachteil einer geringen Brennweite begleitet ist.
Im Laufe der Miniaturisierung der Muster von LSI-Vorrichtungen
und der Herstellung von ASICs kommt auch die
Elektronenstrahllithographie
zur Anwendung. Für die Bildung eines feinen
Musters mittels Elektronenstrahllithographie ist ein
Elektronenstrahlresist vom Positivtyp von besonderer
Bedeutung. Als Resitst ist Poly(methylmethacrylat) (PMMA) dafür
bekannt, die höchste Auflösung zu besitzen, weist jedoch den
Nachteil einer geringen Empfindlichkeit auf. Daher gab es in
letzter Zeit eine Anzahl von Vorschlägen hinsichtlich der
Erhöhung der Empfindlichkeit von Elektronenstrahlresists vom
Positivtyp. Beispielsweise wurden offenbart
Elektronenstrahlresists vom Positivtyp, wie etwa Poly(Butylmethacrylat), ein
Copolymer aus Methylmethacrylat und Methacrylsäure, ein
Copolymer aus Methacrylsäure und Akrylonitril, ein Copolymer aus
Methylmethacrylat und Isobutylen, Poly(isopropenylketon) und
Fluoropolymethacrylat. Diese Resists besitzen eine
eletronenentziehende Gruppe als Seitenkette oder eine einfach
aufbrechbare Bindung in der Grundkette. Das Ziel ist der Erhalt einer
hohen Empfindlichkeit durch die Einfachheit des Aufbrechens
der Grundkette mit einem Elektronenstrahl, aber es kann nicht
der Aussage zugestimmt werden, daß das Bedürfnis für sowohl
eine hohe Auflösung als auch eine hohe Empfindlichkeit auf
genügende Weise zufriedengestellt ist.
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Zusätzlich gibt es bei der herkömmlichen
Elektronenstahllithographie Probleme hinsichtlich einer geringen
Trockenätzbeständigkeit des Elektronenstrahlresists und
hinsichtlich eines schädlichen Einflußes auf die
Mustergenauigkeit durch Naheffekte bei Vorwärtsstreueung und Rückstreuung
der Elektronen.
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Zum Lösen derartiger Probleme ist ein einen
mehrlagigen Resist verwendendes Verfahren ein sehr wirksames
Verfahren, bei dem die Funktion des Resists aufgeteil ist zwischen
einer musterbildenden Lage und einer ebnenden Lage. Die
Figuren 4A - 4D sind Figuren zum Erläutern eines einen dreilagigen
Resist verwendenden Vorgangs bei der
Elektronenstrahllithographie.
Auf dem Halbleitersubstrat 1 wird als Grundlage 41
zum Unterdrücken der Naheffekte eine organische Schicht mit
einer Dicke von 2 - 3 um aufgebracht, als Zwischenlage 42 wird
eine anorganische Schicht, wie etwa eine SiO&sub2;-Schicht oder
dergleichen oder ein anorganischer Polymerfilm, wie etwa SOG
(spin on glass) oder dergleichen mit einer Dicke von 0,2 um
aufgebracht und als obere Lage wird ein Elektronenstrahlresist
43 mit einer Dicke von 0,5 um aufgebracht (Fig. 4A). Nach
Belichten mit einem Elektronenstrahl 44 kann durch Entwickeln
ein Resistmuster 45 erhalten werden (Fig. 4B). Das
Trockenätzen der Zwischenlage 42 wird unter Verwendung des
Resistmusters als Maske ausgeführt (Fig. 4C) und das Trockenätzen
der Grundlage 41 wird unter Verwendung der Zwischenlage als
Maske ausgeführt (Fig. 4D). Durch Anwendung des vorstehend
erläuterten, einen mehrlagigen Resist verwendenden Vorgangs
können feine Muster mit einem großen Seitenverhältnis gebildet
werden.
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Wie vorstehend erläutert, ist das einen dreilagigen
Resist verwendende Verfahren ein effektives Verfahren, aber es
gibt Probleme, wie etwa die Komplexität des Verfahrens und die
Änderung der Resistausdehnung zur Zeit der Musterübertragung.
Insbesondere wird die Verwendung einer dicken Grundlage
benötigt, auf Grund eines starken Einflusses der Naheffekte auf
die Mustergenauigkeit bei der Elektronenstrahlbelichtung.
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Daher wurden Silizium enthaltende Resists und
anorganische Resists, die gleichzeitig als Maske für die
Grundlage und als Resistlage wirken können, entwickelt.
Beispielsweise gibt es Polymere mit einer Siloxanbindung in der
Grundkette, leiterartige Polysiloxane und calcogenidglasartige
anorganische Resists, aber diese haben immer noch keine
genügende Trockenätzbeständigkeit und ihre Empfindlichkeit und
Auflösung sind gering und daher sind sie immer noch weit von
einer praktischen Anwendung entfernt. Bei diesen Resists wird
ein organisches Lösungsmittel als Entwicklungslösung benutzt,
was große Empfindlichkeitsschwankungen und eine geringe
Dimensionsstabilität der Resists sowie eine geringere Prozeß
ausbeute bedeutet. Umweltverschmutzung ist ebenfalls ein
Problem.
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Zur Lösung dieser Probleme haben die Erfinder eifrig
Elektronenstrahlresists vom Negativtyp mit hoher
Empfindlichkeit untersucht und als Ergebnis diese Erfindung vollendet.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden eines
feinen Musters, umfassend die Schritte des Bildens eines
organischen Polymerfilms auf einem Halbleitersubstrat gefolgt
von einer Wärmebehandlung, Aufbringen eines Restists bestehend
aus einem durch die allgemeine Formel (I) dargestellten
Zyklokohlenstoffsilan:
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wobei R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; jeweils Wasserstoff oder eine
Alkygruppe sind,
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einem Polymerharz und einem Photosäuregenerators auf
dem organischen Polymerfilm, gefolgt von einer
Wärmebehandlung, musterweises Belichten mit einem Strahl elektrisch
geladener Teilchen, Bilden eines Resistmusters durch Entwickeln
und Ätzen des organischen Polymerfilms unter Verwendung des
Resistmusters als Maske.
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Diese Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bilden
eines feinen Musters, wie vorstehend beschrieben, bei dem der
Resist zusätzlich ein durch die allgemeine Formel (II)
dargestelltes Polysilan enthält:
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wobei R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; jeweils Wasserstoff oder eine
Alkylgruppe sind und n eine positive ganze Zahl ist.
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Ferner betrifft diese Erfindung ein Verfahren zum
Bilden eines feinen Musters, wie vorstehend beschrieben, bei dem
der Resist zusätzlich ein durch die allgemeine Formel (III)
dargestelltes Polydisinalylenphenylen enthält:
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wobei R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; jeweils Wasserstoff oder eine
Alkylgruppe sind und n eine positive ganze Zahl ist.
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Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Schaffung
eines Verfahrens zum Bilden eines feinen Musters mit einer
hohen Empfindlichkeit zum Ausbilden eines eine hohe
Trockenätzbeständigkeit aufweisenden Resistmusters beim
direkten Schreiben mit einem elektrisch geladenen Strahl unter
Verwendung
eines Elektronenstrahls, eines fokussierten
Ionenstrahls oder dergleichen mit einem einlagigen Resist oder
einem mehrlagigen Resist. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum
Bilden eines feinen Musters ist durch die Verwendung eines aus
einem Zyklokohlenstoffsilan, einem Polymerharz und einen
Säuregenerator bestehenden Materials wirksam beim Bilden eines
genauen, feinen Resistmusters mit einer hohen
Trockenätzbeständigkeit und einer hohen Empfindlichkeit und trägt im hohen
Maße zur Herstellung von ultrahochintegrierten Schaltungen
bei.
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Andere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden
aus der folgenden Beschreibung und der begleitenden Zeichnung
deutlich.
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In der beigefügten Zeichnung sind die Figuren 1A bis
3C Schnittansichten zum Erläutern von Beispiele dieser
Erfindung darstellenden Verfahren. Die Figuren 4A bis 4D sind zum
Erläutern eines herkömmlichen, einen dreilagigen Resist
verwendenden Verfahrens dienende Schnittansichten.
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Bei dieser Erfindung wird als Resist verwendet ein
Dreikomponentenmaterial, bestehend aus Zyklokohlenstoffsilan,
dargestellt durch die allgemeine Formel (I):
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wobei R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; jeweils Wasserstoff oder eine
Alkylgruppe sind,
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einem Polymerharz und einem Photosäuregenerator
(Resist A).
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Als vorstehend erwähntes Polymerharz können
Phenolharze, wie etwa ein Novolak-Harz und dergleichen verwendet
werden. Weil diese Polymerharze als Lösungsverzögerer wirken,
kann ein wässriges, organisches Laugenbad als
Entwicklungslösung verwendet werden.
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Als Photosäuregenerator werden erfindungsgemäß
eingesetzt organische Halogenide, wie etwa 1,1-(p-Chlorophenyl)-
2,2,2-Trichlorethan und dergleichen.
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Wenn dieser Resist belichtet wird, wird vom
Säuregenerator eine Lewissäure gebildet und das
Zyklokohlenstoffsilan wird vermittels der katalytischen Wirkung der
Lewissäure wie unten dargestellt polymerisiert.
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Der Resist, der Gegenstand der Polymerisation mittels
der Lewissäure ist, bildet ein Muster vom Negativtyp. Weil der
Resist ein Phenolharz, wie etwa ein Novolak-Harz oder
dergleichen enthält, kann eine organische, alkalische
Entwicklungslösung eingesetzt werden.
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Ebenfalls wird als Resist verwendet ein Material
bestehend aus einem durch die allgemeine Formel (II)
dargestellten Polysilan als Photoinitiator:
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wobei R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; jeweils Wasserstoff oder eine
Alkylgruppe und n eine positive ganze Zahl ist, und dem
vorstehend erwähnten Zyklokohlenstoffsilan (Resist B).
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Dieser Resist wird beim Belichten auf ähnliche Weise
wie vorstehend beschrieben polymerisiert und bildet eine
hochmolekulare Verbindung, um dadurch ein Muster vom
Negativtyp auszubilden.
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Als Resist vom Negativtyp kann ebenfalls verwendet
werden ein Material bestehend aus einem durch die allgemeine
Formel (III) dargestellten Polydisilanylenphenylen als
Photoinitiator:
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wobei R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; jeweils Wasserstoff oder eine
Alkylgruppe und n eine positive ganze Zahl ist, und dem
vorstehend erwähnten Zyklokohlenstoffsilan (Resist C).
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Bei den obigen allgemeinen Formeln (I), (II) und (III)
besitzen die durch R&sub1;, bis R&sub4; dargestellten Alkylgruppen
vorzugsweise
1 bis 10 Kohlenstoffatome und besonders bevorzugt 1
bis 5 Kohlenstoffatome. Das vorstehend erwähnte Polysilan (II)
bzw. Polydisilanylenphenylen (III) besitzt ein
Molekulargewicht von 100.000 bis einigen Hunderttausend, vorzugsweise
100.000 bis 300.000.
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Durch Verwendung eines vorstehend erwähnten, Silizium
enthaltenden Materials als obere Lage eines doppellagigen
Resists kann ein mehrlagiger Resist auf einfache Weise gebildet
werden. Weil das vorstehend erwähnte, Silizium enthaltende
Material in der Grundkette lediglich Si-Atome, C-Atome und
Phenylgruppen enthält ist seine Trockenätzbeständigkeit genügend
gut und die Empfindlichkeit ist auf Grund einer chemischen
Verstärkungstechnik genügend gut, und ein genaues, feines
Resistmuster kann gebildet werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bilden eines
feinen Musters wird nachstehend in der richtigen Reihenfolge
beschrieben.
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Zunächst wird ein organischer Polymerfilm auf einem
Halbleitersubstrat gebildet. Zur Bildung des organischen
Polymerfilms einsetzbare Polymere umfassen Polymere, wie etwa
PMMA, einen Novolak-Harz und dergleichen, die beim
herkömmlichen, einen mehrlagigen Resist verwendenden Verfahren
benutzt werden.
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Als nächstes wird der organische Polymerfilm einer
Wärmebehandlung unterzogen. Die Wärmebehandlung wird über
einen Zeitraum von 20 bis 30 Minuten bei 150 bis 220ºC
ausgeführt.
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Einer der vorstehend beschriebenen Resists A-C wird
auf diesen organischen Polymerfilm aufgebracht und einer
Wärmebehandlung unterzogen, wie vorstehend beschrieben.
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Der so erhaltene Film wird musterweise mit einem
elektrisch geladenen Strahl belichtet und zur Bildung eines
Resistmusters entwickelt. Als elektrisch geladener Strahl kann
ein Elektrodenstrahl oder dergleichen benutzt werden.
Methylisobuthylketon, ein wässriges, organisches Laugenbad
oder dergleichen wird als Entwicklungslösung verwendet.
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Durch Ätzen des organischen Polymerfilms unter
Verwendung des obigen Resistmusters als Maske wird ein feines
Musters gebildet.
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Erfindungsgemäß werden feine Muster auf einfache Weise
gebildet vermittels eines Resistverfahrens unter Verwendung
des vorstehend erwähnten, eine hohe Empfindlichkeit
aufweisenden, Silizium enthaltenden Elektronenstrahlresists. Das
Verfahren kann vereinfacht werden, eine Dimensionsverschiebung
bei der Musterübertragung kann vermieden werden, eine wässrige
Lösung kann als Entwicklungslösung mit hoher Empfindlichkeit
eingesetzt werden und ein genaues, feines Resistmuster kann
mit einer hohen Auflösung gebildet werden.
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Diese Erfindung wird nachstehend detailliert unter
Bezugnahme auf die Beispiele und Referenzbeispiele erläutert.
Diese Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele
beschränkt.
REFERENZBEISPIEL 1
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Eine Ethylcellosolvazetatlösung, enthaltend ein
Zyklokohlenstoffsilan dargestellt durch die folgende Formel:
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ein Phenolharz und einen Photosäuregenerator 1,1 - bis (p-
Chlorophenyl)- 2,2,2-trichlorethan wurde auf ein
Halbleitersubstrat getropft und für eine Drehbeschichtung bei 2000 U/Min
benutzt. Diese wurde 20 Minuten bei 150ºC gebrannt zur
Herstellung eines 1,2 um dicken Resistfilms. Der Film wurde
musterweise mit einem Elektronenstrahl bei einer
Beschleunigungsspannung von 30 kV und einer Dosis von 10 uC/cm²
belichtet und einer Entwicklung mit einem wässrigen, organischen
Laugenbad unterzogen zur Schaffung eines genauen Resistmusters
vom Negativtyp.
REFERNEZBEISPIEL 2
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Ein durch die folgende Formel dargestelltes Polysilan:
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und ein Zyklokohlenstoffsilan wurden in Ethylzellosolvazetat
gelöst und unlösliche Bestandteile wurden zur Herstellung
einer Resistlösung ausgefiltert. Diese Resistlösung wurde auf
ein Halbleitersubstrat aufgebracht, für eine Drehbeschichtung
bei 2000 U/Min benutzt und 20 Minuten bei 150ºC gebrannt zur
Bildung eines 1,2 um dicken Resistfilms. Der Film wurde
musterweise mit einem Elektronenstrahl bei einer
Beschleunigungsspannung von 30 kV und einer Dosis von 10uC/cm²
belichtet, und mit Methylisobutylketon (MIBK) entwickelt zum
Schaffen eines genauen Resistmusters vom Negativtyp.
REFERENZBEISPIEL 3
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Ein durch die folgende Formel dargestelltes
Polydisilanylenphenylen:
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und ein Zyklokohlenstoffsilan wurden in Zellosolvatzetat
gelöst und unlösliche Bestandteile wurden zur Herstellung einer
Resistlösung ausgefiltert. Diese Resistlösung wurde auf ein
Halbleitersubstrat getropft, für eine Drehbeschichtung bei
2000 U/Min benutzt und 20 Minuten bei 150ºC gebrannt zur
Bildung eines 1,2 um dicken Resistfilms. Der Film wurde
musterweise mit einem Elektronenstrahl bei einer
Beschleunigungsspannung von 30 kV und einer Dosis von 10 uC/cm²
belichtet und mit MIBK entwickelt zur Schaffung eines genauen
Resistmusters vom Negativtyp.
BEISPIEL 1
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Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf die Figuren
1A bis 1C erläutert. Novolak-Harz wurde zur Bildung eines die
Grundlage 11 bildenden, organischen Polymerfilms auf ein
Halbleitersubstrat 1 aufgebracht bis zu einer Dicke von 2 um und
20 Minuten bei 220ºC gebrannt. Der im Referenzbeispiel 1
benutzte Resist wurde als Elektronenstrahlresist 12 mit einer
Dicke von 0,3 um auf den organischen Polymerfilm aufgebracht
und 20 Minuten bei 150ºC gebrannt (Fig. 1A). Als nächstes
wurde der Resist musterweise mit einem Elektronenstrahl bei
einer Beschleunigungsspannung von 30 kV und einer Dosis von
10uC/cm² belichtet und mit einem wässrigen, organischen
Laugenbad entwickelt zur Herstellung eines genauen, feinen
Resistmusters 14 (Fig. 1B). Die Grundlage 11 wurde unter
Verwendung
dieses Resistmusters als Maske geätzt und ein genaues und
vertikal feines Resistmuster wurde erhalten (Fig. 1C).
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Wie vorstehend erläutert, wurde bei diesem Beispiel
ein Resistmuster mit einer hohen Empfindlichkeit bei einer
geringen Dosis gebildet, weil die vom Säuregenerator gebildete
Lewissäure als Katalysator wirkte und dadurch eine einfache
Polymerisation des Zyklokohlenstoffsilans zu einem hohen
Molekulargewicht bewirkte. Weil das Novolak-Harz als
Lösungsverzögerer zugemischt wurde, konnte das wässrige, organische
Laugenbad als Entwicklungslösung eingesetzt werden. Weil der
Siliziumgehalt des Resists sehr hoch war, war dessen
Ätzbeständigkeit herausragend, um dadurch eine gute
Übertragung des Resistmusters zu gestatten.
BEISPIEL 2
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Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf die Figuren
2A bis 2C erläutert. Novolak-Harz wurde mit einer Dicke von 2
um auf einem Halbleitersubstrat 1 aufgebracht zur Bildung des
die Grundlage 21 ausbildenden organischen Polymerfilms und 20
Minuten bei 220ºC gebrannt. Der im Referenzbeispiel 2
eingesetzte Resist wurde als Elektronenstrahlresist 22 mit einer
Dicke von 0,3 um auf den organischen Polymerfilm aufgebracht
und 20 Minuten bei 150ºC gebrannt (Fig. 2A). Als nächstes
wurde der Resist musterweise mit einem Elektronenstrahl 23 bei
einer Beschleunigungsspannung von 30 kV und einer Dosis von 10
uC/cm² belichtet. Durch Entwickeln mit MIBK wurde ein genaues,
feines Resistmuster 24 erhalten (Fig. 2B). Durch Ätzen der
Grundlage unter Verwendung dieses Resistmusters als Maske
wurde ein genaues, vertikal feines Resistmuster hergestellt
(Fig. 2C).
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Wie vorstehend erläutert wurde bei diesem Beispiel
unter Verwendung eines eine hohe Empfindlichkeit zeigenden,
Silizium enthaltenden Resists als obere Resistlage des
doppellagigen Resists ein feines Resistmuster mit einer hohen
Genauigkeit hergestellt.
BEISPIEL 3
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Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf die Figuren
3A bis 3C erläutert. Novolak-Harz wurde mit einer Dicke von 2
um auf einem Halbleitersubstrat 1 aufgebracht zur Bildung des
die Grundlage 31 ausbildenden, organischen Polymerfilms und 20
Minuten bei 220ºC gebrannt. Der im Referenzbeispiel 3
eingesetzte Resist wurde als Elektronenstrahlresist 32 mit einer
Dicke von 0,3 um auf die organische Polymerlage aufgebracht
und 20 Minuten bei 150ºC gebrannt (Fig. 3A). Dieser wurde
Musterweise mit einem Elektronstrahl 33 bei einer
Beschleunigung von 20kV und einer Dosis von 10 uC/cm² belichtet und nach
Entwicklung mit MIBK wurde ein genaues, feines Resistmuster 34
erhalten (Fig. 3B). Unter Verwendung dieses Resistmusters als
Maske und durch Ätzen der Grundlage 31 wurde ein genaues und
vertikal feines Resistmuster hergestellt (Fig. 3C).