DE69131732T2

DE69131732T2 - Verfahren zur Erzeugung eines Musters

Info

Publication number: DE69131732T2
Application number: DE69131732T
Authority: DE
Inventors: Taichi Koizumi; Masaru Sasago; Yoshiyuki Tani
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1991-03-27
Publication date: 2000-06-08
Anticipated expiration: 2011-03-28
Also published as: EP0766141A2; EP0766141B1; DE69129561T2; EP0449272A3; JP2661317B2; EP0449272A2; US5275921A; DE69131732D1; EP0449272B1; EP0766141A3; JPH03276157A; DE69129561D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Musters, das bei der Herstellung von Halbleiterelementen, etc. angewandt wird. Mehr speziell bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Musters, das für die Mustererzeugung unter Verwendung von Ultraviolettstrahlen von 450 nm oder weniger, insbesondere der i-Linie von 365 nm als eine Energiequelle, für die Exposition angewandt wird.
Es wurde berichtet, konventionelle Ätzlacke vom chemischen Verstärkertyp zusammen mit Strahlen des fernen Ultravioletts (z. B. aus Excimerlaser), Röntgenstrahlen und der Elektronenstrahllithographie einzusetzen, und es wurden gute Ergebnisse erhalten. Ihre Anwendung bei der i-Linie, welche eine kurze Wellenlänge hat und die Ausbildung eines feinen Musters verspricht, wurde ebenfalls in Betracht gezogen; jedoch wurde dies selten versucht, da konventionelle Ätzlacke vom chemischen Verstärkertyp wenig Absorption für die i-Linie besitzen und als keine Empfindlichkeit gegenüber der i-Linie besitzend eingestuft wurden. Unter solchen Umständen exponierten die vorliegenden Erfinder Ätzlacke vom chemischen Verstärkertyp mit der i-Linie und bestätigten, daß Ätzlacke vom chemischen Verstärkertyp ebenfalls in einem i-Linienbereich wirksam sind. In Fig. 8 ist ein Beispiel eines Muster erzeugenden Verfahrens unter Verwendung eines konventionellen Ätzlackes vom chemischen Verstärkertyp gezeigt. Ein konventioneller Ätzlack 6 vom chemischen Verstärkertyp wird durch Rotation auf einem Halbleitersiliziumsubstrat aufgeschichtet, und dann wird er sanft auf einer Heizplatte 3 bei 90ºC für 90 sec gebrannt, um einen Muster erzeugenden Film von 1,28 um Dicke [Fig. 8(a)] zu erhalten. Als nächstes wird eine i-Linie 4 durch eine Maske 5 [Fig. 8(b)] aufgelegt. Das Aushärten wird auf der Heizplatte 3 bei 110ºC für 90 sec [Fig. 8(c)] durchgeführt. Danach wird die Entwicklung mit Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) für 60 Sekunden durchgeführt, um die belichteten Abschnitte 6A des konventionellen, das Muster bildenden Materials 6 aufzulösen, damit ein Muster vom Positivtyp 6B [Fig. 8(d)] erhalten wird. Jedoch zeigen konventionelle Ätzlacke vom chemischen Verstärkertyp geringe Absorption für die i-Linie, wie zuvor erwähnt; daher werden sie leicht durch die Reflexion von dem Substrat, wie in Fig. 8(b) gezeigt, unter Bildung eines Musters in Gestalt von umgekehrten Kegeln, wie in Fig. 8(d) gezeigt, beeinflußt; als Ergebnis waren sie nicht in der Lage, ein vollständig zufriedenstellendes Muster zu liefern.
Wie zuvor erwähnt, bestätigten die vorliegenden Erfinder, daß konventionelle Ätzlacke vom chemischen Verstärkertyp ebenfalls in einem i-Linienbereich wirksam sind. Da sie geringe Absorption für die i-Linie zeigen, werden diese Ätzlacke jedoch leicht durch die Reflexion von dem Substrat beeinträchtigt und bilden ein Muster von umgekehrter Kegelgestalt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Im Hinblick auf die zuvor geschilderte Situation bezweckt die vorliegende Erfindung die Bereitstellung eines Mustererzeugungsverfahrens zur Erzeugung eines Musters von guter Gestalt bei hoher Empfindlichkeit in einem breiten Verfahrensbereich (Maskenlinearität, breiter Brennpunktbereich) unter Verwendung als eine Energiequelle für die Exposition der i-Linie von 365 nm oder von Ultraviolettstrahlen, welche eine Wellenlänge von 365 nm oder weniger besitzen, und als eines Ätzlackes eines Ätzlackes vom chemischen Verstärkertyp.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Erzeugung eines Musters, umfassend:
eine Stufe der Bildung eines dünnen Filmes eines Ätzlackes vom chemischen Verstärkertyp auf einem Substrat, der Absorption in einem i-Linienbereich besitzt,
eine Stufe der Exposition des Ätzlackfilmes selektiv mit einer i-Linie oder Ultraviolettstrahlen, welche eine Wellenlänge von 365 nm oder weniger haben,
eine Stufe der Hitzebehandlung des Substrates, und
eine Stufe der Entwicklung des erhaltenen Ätzlackfilms mit einer Entwicklerlösung zur Bildung eines Musters des Ätzlackfilmes auf dem Substrat.
Damit der Ätzlack vom chemischen Verstärkertyp Absorption in einem i-Linienbereich haben kann, wird ein Farbstoff verwendet, welcher Absorption in einem i-Linienbereich besitzt und abnehmende Absorption bei der Exposition mit der i- Linie zeigt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A bis 1D sind Querschnittsansichten, welche Stufen des Mustererzeugungsverfahrens von einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigen.
Fig. 2 ist eine Ultraviolettspektralkurve des das Muster bildenden Materials von einem Beispiel der vorliegenden Erfindung, worin die ausgezogene Linie den Zustand vor der Lichtexposition anzeigt und die gestrichelte Linie den Zustand nach der Lichtexposition anzeigt.
Fig. 3 ist eine Kurve der Bestrahlungscharakteristik des Musterbildungsmaterials von einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist eine Ansicht, welche eine Mustergestalt zeigt, die mit dem Musterbildungsmaterial von einem Beispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
Fig. 5 ist ein Diagramm, welches den Brennweitenbereich des Musterbildungsmaterials von einem Beispiel der vorliegenden Erfindung wiedergibt.
Fig. 6 ist eine Ultraviolettspektralkurve eines Ätzlackes vom chemischen Verstärkertyp, der aus einem konventionellen Material besteht.
Fig. 7 ist eine Ansicht, welche eine Mustergestalt zeigt, die mit einem konventionellen Ätzlack vom chemischen Verstärkertyp, der keinen Farbstoff enthält, gebildet wurde.
Fig. 8A bis 8D sind Querschnittsansichten, welche Stufen eines konventionellen Musterbildungsverfahrens zeigen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 6 zeigt eine Ultraviolettspektralkurve eines Ätzlackes vom chemischen Verstärkertyp, der aus einem konventionellen Material besteht. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, zeigt der konventionelle Ätzlack vom chemischen Verstärkertyp wenig Absorption für die i-Linie. Jedoch wird der konventionelle Ätzlack vom chemischen Verstärkertyp gegenüber der i- Linie empfindlich und kann ein Muster bilden, wenn er einen Säureerzeuger enthält, der selbst sehr wenig Absorption in einem i-Linienbereich besitzt. Wenn daher der konventionelle Ätzlack vom chemischen Verstärkertyp der Lichtexposition, so wie er vorliegt, unterworfen wird, wird ein Ätzlackmuster GB von T-Gestalt oder umgekehrter Kegelgestalt gebildet, wie in Fig. 7 gezeigt.
Die vorliegenden Erfinder bestätigten, daß ein Muster mit guter Gestalt dadurch erhalten werden kann, daß zu einem konventionellen Ätzlack vom chemischen Verstärkertyp ein Farbstoff, der herabgesetzte. Absorption nach dem Aussetzen gegenüber Lichtexposition zeigt (z. B. Naphthochinondiazidsulfonsäureester) zugesetzt wird, damit der Ätzlack Absorption in einem i-Linienbereich besitzt und weiterhin dadurch, daß die Transmission des erhaltenen Ätzlackes auf 40-80% eingestellt wird. Die Zugabe eines Farbstoffes reduziert in starkem Maße die Reflexion von dem Substrat, wodurch ein Muster mit guter Gestalt erhalten werden kann. Ein Muster von noch weiter verbesserter Gestalt kann dadurch erhalten werden, daß die Transmission eines Ätzlackes vom chemischen Verstärkertyp, der einen herabgesetzte Absorption durch Lichtexposition aufweisenden Farbstoff enthält, auf 40-80% vor der Lichtexposition und auf 90-98% nach der Lichtexposition eingestellt wird. Dies erfolgt nicht nur, weil die Einstellung des Transmissionsgrades in starkem Maße die Reflexion von dem Substrat reduziert, sondern auch deshalb, weil der Farbstoff verminderte Absorption bei Lichtexposition zeigt, d. h. ein Photoausbleichen, und als Folge hiervon wird der Kontrast zwischen den belichteten Abschnitten und den nicht belichteten Abschnitten hoch.
So reduziert die Zugabe eines Farbstoffes oder eines Farbstoffes, der herabgesetzte Absorption durch Lichtexposition zeigt, zu einem konventionellen Ätzlack vom chemischen Verstärkertyp in starkem Maße die Reflexion von dem Substrat, ergibt hohen Kontrast zwischen den belichteten Abschnitten und den nicht belichteten Abschnitten als Folge des Photoausbleichens des Farbstoffes und ermöglicht die Erzeugung eines guten Musters.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Eine Reagens mit der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt und als Musterbildungsmaterial verwendet.
Basispolymeres mit der folgenden Formel (I) 30 g
m : n = 1 : 1
2, 6-Dinitrobenzyl-p-toluolsulfonat 1,5 g (1,0-5,0 g)
Naphthochinondiazidsulfonsäureester (Farbstoff) 0,2 g (0,1-0,4 g)
Diethylenglycoldimethylether 70 g
Ein Verfahren der Musterzeugung unter Verwendung des oben angegebenen Materials wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 erklärt. Das Musterbildungsmaterial 2, das so hergestellt worden war, daß es die oben angegebene Zusammensetzung besaß, wurde mittels Rotation auf ein Siliziumhalbleitersubstrat 1 aufgeschichtet und schwach auf einer Heizplatte 3 bei 90ºC für 90 Sekunden gebrannt, um einen Mustererzeugungsfilm von 1,28 um Dicke [Fig. 1A] zu erhalten. Gelegentlich hat das Substrat 1 hierauf in vielen Fällen einen Isolier-, Halbleiter- oder Leiterfilm. Die Ultraviolettspektralkurve des das Muster erzeugenden Films ist in Fig. 2 gezeigt. Dieser Ätzlack hatte Transmissionsgrade von 60% vor der Lichtexposition und von 95% nach der Lichtexposition. Die Bestrahlungscharakteristik des Films ist in Fig. 3 gezeigt. So ergab der Film hohe Empfindlichkeit und einen hohen γ-Wert. Als nächstes wurde mit einer i-Linie 4 mit 365 nm durch eine Maske 5 [Fig. 1B] belichtet. Zu diesem Zeitpunkt zeigen die belichteten Abschnitte 2A einen größeren Transmissionsgrad mit Fortschritt der Lichtexposition als Folge des Photoausbleichens des Naphthochinondiazidsulfonsäureesters, und sobald der Transmissionsgrad einen bestimmten Wert erreicht hat, beginnt 2,6- Dinitrobenzyl-p-toluolsulfonat (ein Säureerzeuger), eine Säure zu bilden. Die Säure wird kaum in den Grenzbereichen zwischen den belichteten Abschnitten und den nicht belichteten Abschnitten erzeugt, da das Bestrahlungslicht sehr schwach in den Grenzbereichen ist und durch den Naphthochinondiazidsulfonsäureester adsorbiert wird. Das reflektierte Licht von dem Substrat wird ebenfalls durch den Naphthochinondiazidsulfonsäureester adsorbiert, und es besteht wenig Möglichkeit, daß die nicht belichteten Abschnitte durch das reflektierte Licht von dem Substrat beeinflußt werden. Als Ergebnis unterscheidet sich das Ausmaß der Säureerzeugung stark zwischen den belichteten Teilen und den nicht belichteten Teilen. Da ein Drahtmuster, hergestellt aus Al oder dergleichen, das eine hohe Reflexionskraft besitzt, üblicherweise auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, zeigt das Substrat im allgemeinen hohe Reflexion. Die vorliegende Erfindung ist in einem solchen Fall besonders brauchbar.
Der bestrahlte Ätzlack wird dann auf einer Heizplatte 3 bei 110ºC für 90 Sekunden [Fig. 1C] gebrannt, wodurch die erzeugte Säure ein Basispolymeres in dem Ätzlackmaterial 2 angreift, was zu einer durch die folgende Reaktionsgleichung gezeigten Reaktion Anlaß gibt. Als Ergebnis wird das Basispolymere zu einem Polyvinylphenol umgewandelt, welches in einer polaren Entwicklerlösung wie wäßriger alkalischer Lösung löslich ist.
Eine Säure wird ebenfalls bei dieser Reaktion erzeugt, und diese Säure greift ein anderes Polymermolekül an, um dieselbe Reaktion herbeizuführen. Daher erfolgt die Sensibilisierung hauptsächlich bei der Wärmebehandlung nach der Lichtexposition; die Menge von erzeugter Säure kann sehr klein sein; daher ist die Empfindlichkeit sehr hoch. Nach der Wärmebehandlung wurde das das Muster bildende Material 2 mit einer Mischung aus Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) und 10% Isopropylalkohol für 30 Sekunden entwickelt, um die belichteten Teile 2A des Materials 2 zu entfernen, damit ein Positivtyp-Muster 2B [Fig. 1D] erhalten wird. Ein Muster von hohem Kontrast konnte erhalten werden, weil die Menge von erzeugter Säure zwischen den belichteten Teilen und den nicht belichteten Teilen stark differierte.
Fig. 4 zeigt ein Linien- und Raummuster von 0,6 um.
Wie aus Fig. 4 deutlich ist, ergab der oben beschriebene Test zur Mustererzeugung ein Muster mit guten Eigenschaften und hohem Kontrast.
Ein Vergleich des zuvor hergestellten Ätzlackes der vorliegenden Erfindung mit einem konventionellen Ätzlack vom chemischen Verstärkertyp, welcher keinen Farbstoff enthält, ist im folgenden in Tabelle 1 gezeigt. TABELLE 1
Wie in Tabelle 1 ersichtlich ist, ergibt der Ätzlack der vorliegenden Erfindung einen großen γ-Wert (hohen Kontrast), da er einen Farbstoff enthält. Aus dem gleichen Grund wird der Ätzlack kaum durch die Reflexion von dem Substrat beeinträchtigt. Als Ergebnis bewirkt der Ätzlack der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu dem konventionellen, keinen Farbstoff enthaltenden Ätzlack keine Musterverdünnung, in welcher der Kontrast zwischen den belichteten Abschnitten und nicht belichteten Abschnitten niedrig ist und ein beliebiges Muster von 0,6 um oder darunter dünner wird, und er ermöglicht die Bildung eines Musters von 0,4 um oder darüber, was für die Maskendimension vorteilhaft ist. Fig. 5 zeigt einen Brennweitenbereich in 0,5 um Linie des Ätzlackes der vorliegenden Erfindung. So besitzt der vorliegende Ätzlack einen breiten Brennpunktbereich von 3,3 um im Bereich. Als Folge des hohen Kontrastes hat der vorliegende Ätzlack eine sehr hohe Auflösung von 0,35 um, verglichen mit 0,45 um des keinen Farbstoff enthaltenden, konventionellen Ätzlackes. Weiterhin hat der vorliegende Ätzlack verbesserte Hitzebeständigkeit, da er ein Polyvinylphenol als ein Basispolymeres enthält.
Wie oben ersichtlich ist, ist der Ätzlack der vorliegenden Erfindung dem konventionellen Ätzlack, welcher keinen Farbstoff enthält, weit überlegen.

Beispiel 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß als Harz ein durch die folgende Formel wiedergegebenes Harz verwendet wurde:
m : n = 2 : 3
Dieselben guten Ergebnisse wie in Beispiel 1 wurden erhalten.

Beispiel 3

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß als Säureerzeuger eine durch die folgende Formel wiedergegebene Verbindung verwendet wurde:
Dieselben guten Ergebnisse wie in Beispiel 1 wurden erhalten.
In den oben angegebenen Beispielen wurde als Basispolymeres ein Polymeres verwendet, welches durch Schutz der Hydroxylgruppe eines Polyvinylphenols mit einer tert.-Butoxy gruppe erhalten wurde. Das Basispolymere kann ein beliebiges Harz sein, welches eine Gruppe aufweist, die alkalilöslich in einer sauren Umgebung ist, beispielsweise Polymere, geschützt mit einer Methylgruppe, einer Isopropylgruppe, einer t-Butylgruppe, einer Methoxymethylgruppe, einer Isopropoxymethylgruppe, einer Tetrahydropyranylgruppe, einer Tetrahydrofuranylgruppe, einer Trimethylsilylgruppe, einer tert.-Butoxycarbonylgruppe und einer Isopropoxycarbonylgruppe.
Als Säureerzeuger wurde 2,6-Dinitrobenzyl-p-toluolsulfonat oder ein Oniumsalz verwendet. Der Säureerzeuger kann eine beliebige Verbindung sein, welche zur Erzeugung einer Säure bei der Exposition mit Ultraviolettstrahlen fähig ist, wie Sulfonsäureverbindungen und Carbonsäureverbindungen. Bevorzugte Beispiele sind wie folgt:
Als Farbstoff wurde ein Farbstoff verwendet, welcher herabgesetzte Absorption nach der Exposition mit Ultraviolettstrahlen zeigt, wie Naphthochinondiazidsulfonsäuresterverbindung, Michler's Keton und 2,4-Diethylthioxanthon. Ein solcher Farbstoff kann ein beliebiger Farbstoff sein, welcher Absorption in einem Ultraviolettbereich aufweist und bei der Exposition mit ultravioletten Strahlen herabgesetzte Absorption zeigt.
Wie zuvor beschrieben, liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines Musters unter Verwendung eines neuen das Muster erzeugenden Materials, welches hohe Empfindlichkeit gegenüber Ultraviolettstrahlen, insbesondere der i-Linie, besitzt, was ein Muster von hohem Kontrast ergibt und welches gegenüber einem lithographischen Verfahren stabil ist. Das Musterbildungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist für Produkte der Maße 0,45-0,50 um anwendbar, ergibt Halbleiterelemente von verbesserter Feinheit und Ergebnis und hat einen hohen industriellen Wert.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung eines Musters, welches umfaßt: Ausbilden auf einem Substrat eines dünnen Films von einem chemischen Verstärkungsätzlack, der eine Absorption bei etwa 365 nm oder weniger aufweist und aus einer Zusammensetzung erhalten wurde, welche umfaßt:

(a) ein Basispolymeres, das aus einem Polyvinylphenol erhalten wurde und eine tert-Butoxygruppe hat, welche die Hydroxygruppe des Polyvinylphenols schützt,

(b) einen Säureerzeuger, und

(c) einen Farbstoff, der eine abnehmende Absorption bei Lichtexposition zeigt,

Exponieren des Ätzlackfilms selektiv mit Ultraviolettstrahlen, die eine Wellenlänge von 365 nm oder weniger haben, Hitzebehandeln des Substrates und Entwickeln des erhaltenen Ätzlackfilms mit einer Entwicklerlösung zur Bildung eines Ätzlackfilmmusters auf dem Substrat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Basispolymere als eine Gruppe zum Schützen der Hydroxygruppe eine Methylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine tert-Butylgruppe, eine Methoxymethylgruppe, eine Isopropoxymethylgruppe, eine Trimethylsilylgruppe, eine tert-Butoxycarbonylgruppe oder eine Isopropoxycarbonylgruppe hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Farbstoff ein Naphthochinondiazidsulfonsäureester ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der dünne Ätzlackfilm einen Transmissionsgrad von 40-80% vor der Exposition mit Licht und von 90-98% nach der Exposition mit Licht hat.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Säureerzeuger aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: