专利摘要:

公开号:WO1988009961A1
申请号:PCT/EP1988/000143
申请日:1988-02-26
公开日:1988-12-15
发明作者:Wolfgang Bartsch;Stephani Dietrich
申请人:Siemens Aktiengesellschaft;
IPC主号:G03F7-00
专利说明:
[0001] Anordnung zur Strukturierung durch Fotolithografie und Verfah- ren zu ihrer Herstellung
[0002] Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Strukturie¬ rung durch Fotolithografiemit einem Zwei-Lagensystem von Foto¬ lackschichten, die nacheinander jeweils mit einer vorbestimmten Dicke aufgebracht sind. Diese Fotolackschichten enthalten in einem organischen Lösungsmittel ein Polymer und eine als Inhibitor dienende fotoaktive Verbindung, deren Absorptions¬ vermögen als Funktion der Expositionsenergie nach Faktoren bestimmt ist. Dieses Zwei-Lagensystem ist geeignet zum He stellen von Dünnfilm-Magnetköpfen und beispielsweise für vanische Prozesse in der Mikroelektronik.
[0003] Die Fotolacke gehören zur Klasse der Positiv-Resists, die auf Diazoquinone oder artverwandten Verbindungen als Inhibitor und Novolak als Basispolymere basieren. Das Absorptionsvermögen dieser Fotolacke ergibt sich - in Abhängigkeit von der Exposi¬ tionsenergie - durch die Analyse aus einem Faktor A für eine lichtabhängige Absorption und einem Faktor B für eine lichtun¬ abhängige Absorption sowie einen Faktor C für seine optimale Empfindlichkeit (Dill in IEEE Transact. on El..Devices Vol. ED-22, No. 7, July 1975, S. 445-452).
[0004] Bei der bekannten Fotolithografie mit handelsüblichen Foto¬ lacken über verhältnismäßig hohe Stufen kann die Maske an den Stufen bei der Belichtung infolge von Beugungs- und Interfe¬ renzeffekten unterstrahlt werden. Die Maßhaltigkeit der ge¬ wünschten Struktur ist daher nur mit verhältnismäßig großem Arbeitsaufwand einzustellen. Die an den Stufen unterschiedli¬ chen Lackschichtdicken führen infolge der unterschiedlichen
[0005] EHSATZBLATT Reintransmission und damit der schichtdicken-abhängigen Ent¬ wicklungsrate im alkalischen Medium zu einem ausgeprägten, sogenannten "bulk-effect" mit stark variierendem Lackprofil, was zur Kontrastverminderung beiträgt.
[0006] An hohen, stark reflektierenden' Stufen, wie beispielsweise mit Metallen belegten Stufen, wird das Lackprofil durch langreich- weitige Streueffekte zusätzlich beeinflußt, was zu einer weite¬ ren, zusätzlichen Kontrastverminderung führt. Man hat deshalb den bekannten, auf Diazoquinone-Novolak basierenden Systemen noch eine zusätzliche Farbstoff-Komponente (dye) zugefügt.
[0007] Mit diesem Spezial-Lack, sogenanntem Dye-Resist, können jedoch nur Schichten bis zu wenigen μm Dicke hergestellt und auch keine hohen Stufen überdeckt werden (Bolsen in Microelectronic Engineering 3 (1985), Seiten 321 bis 328).
[0008] Es ist ferner ein Zwei-Lagensystem bekannt, bei dem eine Foto¬ resist-Schicht noch mit einer zusätzlichen CEM-Schicht (con- trast enhanced aterial) versehen ist. Ein Vermischen der bei¬ den Schichten wird durch eine zusätzliche Sperrschicht (barrier layer) verhindert. In Verbindung mit einer Fotoresist-Schicht von beispielsweise etwa 1 bis 2 μm und einer CEM-Schicht von beispielsweise etwa 4000 bis 5000 8 kann beispielsweise eine als Sperrschicht dienende Zwischenlage von etwa,850 bis 2300 S vorgesehen sein. Diese Zwischenlage verhindert außerdem das An¬ greifen der Fotoresist-Schicht durch die Lδsungsmittelent- wicklung, mit der die CEM-Schicht wieder entfernt werden muß. Mit diesem Zweilagensystem sind jedoch ebenfalls nur verhält- nismäßig geringe Schichtdicken möglich und es können auch keine hohe Stufen abgedeckt werden (Pavelchek in SPIE, Vol. 538, Optical Microlithographie IV (1985), Seiten 78 bis 85).
[0009] Zur Strukturierung von Schichten durch Fotolithografie kann bekanntlich ein Positiv-Fotolack aufgeschleudert und an-
[0010] ERSATZBLÄTT schließend bei einer verhältnismäßig geringen Temperatur von etwa 90 bis 100°C getrocknet (soft bake) werden. Anschließend wird der Fotolack mit einer der gewünschten Struktur entspre¬ chenden Maske belichtet. Die mit der Belichtung zugeführte Energie wird der Dicke und den Eigenschaften der Lackschicht angepaßt. Beispielsweise wird für eine 1 bis 2 μm dicke Foto¬ lackschicht eine Energie von etwa 50 bis 150 mJ/cm2 zugeführt. Eine unterschiedliche Dicke der Lackschicht an Stufen des zu strukturierenden Materials erfordert im Prinzip auch eine ent- sprechende Änderung der zugeführten Belichtungsenergie. Für eine Lackschicht mit einer Dicke von beispielsweise etwa 16 μm an einer Stufe wäre beispielsweise eine Belichtungsenergie von 500 bis 1000 mJ/cm2 erforderlich. Diese verhältnismäßig hohe Strahlungsenergie kann aber an Dünnstellen der Lackschicht zu einer Unterstrahlung führen. Durch die Bestrahlung wird die Löslichkeit des Positiv-Resists in einem basischen Entwickler erhöht. Die unterstrahlten Stellen werden somit während der Entwicklung ebenfalls angegriffen oder sogar entfernt. Die Folge ist eine entsprechende Kontrastvermiriüerung der herge- stellten Struktur. In verschiedenen technischen Anwendungsbe¬ reichen, beispielsweise in der Mikroelektronik und insbeson¬ dere bei der Herstellung von Dünnfilm-Magnetköpfen, müssen je¬ doch Oberflächen mit Stufen strukturiert werden, deren Höhe beispielsweise 20 μm wesentlich übersteigen kann.
[0011] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Strukturierung durch Fotolithografie mit Fotolack anzuge¬ ben, die für hohe Stufen mit gutem Kontrast geeignet ist.
[0012] Bekanntlich ist die nach der Entwicklung verbleibende Fotolack Schichtdicke von der Exp.ositionsenergie abhängig. Man muß des¬ halb die Belichtung und die Entwicklung aufeinander abstimmen, damit nach der Entwicklung noch eine vorbestimmte Schichtdicke des Fotolackes bleibt. Eine Fotolackschicht mit einer Dicke vo beispielsweise 0,4 μm wird nach einer Belichtung mit 100 mJ/cm2 mit der Entwicklung im alkalischen Medium vollständig aufge-
[0013] ERSATΣBLATT löst. Dies ist bei der Belichtung durch eine Maske zu berück¬ sichtigen, da auch unterstrahlte Bereiche fortentwickelt wer¬ den. Man erhält somit nach der Belichtung durch eine vorgege¬ bene Maske eine Änderung der Verteilung der fotoaktiven Ver- bindung sowohl innerhalb der Fotolackschicht entsprechend dem Absorptionsvermögen als auch in lateraler, der Maskenebene paralleler Richtung entsprechend der Unterstrahlung.
[0014] Die erwähnte Aufgabe wird nun erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1» Durch die untere Fotolackschicht mit geringer Absorption und hohem Molekularge¬ wicht wird die verhältnismäßig hohe Stufe in gewisser Weise planarisiert, ohne daß diese Schicht an Lichtempfindlichkeit einbüßt, da nur verhältnismäßig geringe Softbake-Temperaturen von vorzugsweise 100 bis 110*C zum Antrocknen dieser ersten Schicht erforderlich sind. Entsprechend der sich an der Stufe einstellenden Schichtdicke dieser Fotolackschicht wird die zweite Fotolackschicht mit hoher Absorption und geringerem Mo¬ lekulargewicht aufgebracht, wobei die einzustellende Schicht- dicke dieser zweiten Fotolackschicht bei bekanntem Absorptions¬ vermögen beider Materialien an der zur Entwicklung erforderli¬ chen Reintransmission bemessen wird.
[0015] Die unterschiedliche Absorption der beiden Fotolackschichten erhält man aus dem Verhältnis der Absorptionskoeffizienten im unbelichteten Zustand. Dieses Verhältnis (A+B) der oberen Schicht/(A+B) der unteren Schicht beträgt mindestens 1,5. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt es wenigstens 2, wir jedoch 3 nicht wesentlich überschreiten.
[0016] Das Verhältnis der Molekulargewichte MW beider Fotolackschich¬ ten MW obere Schicht/MW. untere Schicht beträgt mindestens 1,2. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt es etwa 1,8; es wird jedoch einen Faktor 3 nicht wesentlich überschreiten.
[0017] ERSATZBLATT Eine Sperrschicht zwischen den beiden Fotolackschichten ist we¬ gen der unterschiedlichen Molekulargewichte nicht erforderlich. Dieses Zwei-Lagen-System büßt nichts an Lichtempfindlichkeit ein; es ist beispielsweise für einen Verbund von 7,5 μm Gesamt- dicke nur eine geringe Expositionsenergie von etwa 370.mJ/cm2 erforderlich. Es hat außerdem den besonderen Vorteil, daß nach der Belichtung durch eine gegebene Maske beide Schichten in einem gemeinsamen Entwicklungsprozeß mit einem einzigen alka¬ lischen Medium entwickelt werden können.
[0018] Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 ein Schnitt durch einen Teil eines Zweilagensystems gemäß der Erfindung schematisch veran¬ schaulicht ist. In Figur 2 ist die Absorption verschiedener Photolacke in Abhängigkeit von der Energieeinstrahlung in einem Diagramm dargestellt.
[0019] Gemäß Figur 1 ist die Oberfläche eines Substrats 2 in einem vorbestimmten, in der Figur nicht begrenzten Bereich mit einer durch Fotolithografie zu strukturierenden Oberflächenschicht 4, beispielsweise einer Metallschicht, versehen, die über einer Stufe mit einer Höhe H von beispielsweise 20 μm aufgebracht ist. Die Oberfläche ist mit einer ersten Fotolackschicht 6 mit geringer Absorption, aber hohem Molekulargewicht bedeckt. Durch die Stufe erhält diese erste Fotolackschicht 6.eine unter¬ schiedliche Dicke. Beispielsweise kann am Fuß der Stufe die Dicke a, etwa 16 μm betragen, während die Dicke b, in den Be¬ reichen oberhalb der Stufe und neben der Stufe etwa 8 μm und die Dicke c, am Anfang der nicht näher bezeichneten Abfallflan- ke nur etwa 3 bis 4 μm beträgt. Hierdurch wird eine gewisse Planarisierung der verhältnismäßig großen Stufe erreicht.
[0020] Diese Fotolackschicht 6 wird in gleicher Weise mit einer weite¬ ren Fotolackschicht 8 mit hoher Absorption und geringerem Mole- kulargewicht versehen. Die Dicke dieser zweiten Fotolackschicht
[0021] ERSÄTZBLATT 8 wird so gewählt, daß das Verhältnis der Schichtdicke der un¬ teren Fotolackschicht 6 zur Schichtdicke der oberen Fotolack¬ schicht 8 - in der Ebene gemessen - vorzugsweise zwischen 0,7 und 4 liegt. Die Schichtdicke wird durch die Höhe der Stufe, die Schichtdickεnverteilung der unteren Schicht an den Stellen a,, b, und c, und durch die zur Entwicklung erforderliche Reintransmission bei möglichst großem Kontrastgewinn bestimmt. Die Dicke der zweiten Fotolackschicht 8 mit großer Absorption ist vorzugsweise wesentlich geringer als die Dicke der ersten Fotolackschicht 6 mit geringerer Absorption .und beträgt vor¬ zugsweise höchstens die Hälfte der Dicke der unteren Fotolack¬ schicht 6 und kann im gesamten Bereich an den Stellen a b2 und c2 beispielsweise etwa 4 μm betragen.
[0022] Damit sie sich nicht vermischen, haben die beiden Schichten 6 und 8' unterschiedliches Molekulargewicht. Sie unterscheiden sich durch einen Faktor
[0023] K = d n1 1,5
[0024] V und vorzugsweise wenigstens K > 2, wobei d die Schichtdicke in μm, n die Drehzahl/min beim Aufschleudern und V der vom Hersteller genannte Festkörpergehalt der Schicht in % ist.
[0025] Zum Herstellen des Zwei-Lagensystems kann die erste Fotolack¬ schicht 6 vorzugsweise bei einer Drehzahl von etwa 3000 U/min aufgeschleudert werden. Anschließend wird die erste Fotolack¬ schicht 6 bei einer Temperatur von etwa 70"C bis 180*C, vor¬ zugsweise etwa von 90*C bis 120*C, während einer Zeit von etwa 2 bis 60 min, vorzugsweise etwa 5 bis 15 min, auf einer Hot- plate oder im Umluft- oder auch im Vacuu -Ofen getrocknet. Die zweite Fotolackschicht 8 kann vorzugsweise auf die gleiche Weise aufgebracht werden und wird dann ebenfalls bei einer Te -
[0026] ERSÄTZBLATT peratur von etwa 70°C bis 110'C, vorzugsweise bei einer Tem ratur von 90βC bis 100'C, während einer Zeit von etwa 2 bis 60 min, vorzugsweise etwa 5 bis 15 min, getrocknet.
[0027] Die Fotolackschichten 6 und 8 können ferner auch durch Sprü lackung, Tauchbelackung oder auch durch sogenanntes Roller- ting aufgebracht werden.
[0028] Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, dieses Zwei-Lagens stem mit Wasserdampf zu sättigen.
[0029] In Abhängigkeit von der Gesamtdicke der Schichten 6 und 8 v etwa 12 μm wird die Belichtung mit einer Energie von beispi weise etwa 550 mJ/cm2 bis 1300 mJ/cm2 im Kontakt-, Proximit oder Projektionsbelichtungsverfahren durchgeführt. Die Ent¬ wicklung in einem alkalischen Medium mit einem pH-Wert von beispielsweise etwa 10 bis 14 erfolgt je nach Gesamtschicht dicke und Belichtung über eine Zeit von etwa 60 bis 360 s.
[0030] Im Diagramm gemäß Figur 2 ist die Absorption pro μm Schicht dicke in Abhängigkeit von der eingestrahlten Energie E in l rithmischem Maßstab für zwei verschiedene Fotolacke bei ver schiedenen Schichtdicken der Lacke aufgetragen. Aus den Ein kungskurven (bleaching-Kurven) ist zu entnehmen, daß die Ab sorption der verschiedenen Fotolacke im Bereich geringer En gieeinstrahlung entsprechend dem Absorptionskoeffizienten A + B etwa gleich bleibt, dann entsprechend seiner optische Empfindlichkeit gemäß einem Empfindlichkeitsfaktor C abnim der im Gegensatz zum bekannten Empfindlichkeitsfaktor C (na Dill) von der Schichtdicke beeinflußt ist, und dann bei hoh Energieeinstrahlung entsprechend dem Absorptionskoeffizient nur noch gering absorbiert. Die Schichdicken der beiden Materialien werden gemäß ihrem bekannten Absorptionsvermöge gewählt, daß die im Diagramm strichpunktiert angedeuteten
[0031] ERSÄTZBLÄTT Steigungen im Bereich C wesentlich voneinander abweichen. Da¬ mit wird erreicht, daß die Steigung der Einwirkungskurve des Verbundes aus beiden Fotolacken gemäß der Erfindung im Bereich C erhöht wird im Vergleich zcπr Steigung der Einwirkungskurve der unteren Fotolackschicht, die als Maskierung im nachfolgen¬ den Ätzprozeß der Oberflächenschicht 4 dient. Gemäß dem Dia¬ gramm erhält man so nach dem Entwicklungsprozeß des Zwei-Lagen¬ systems aus den Fotolackschichten 6 und 8 ein kontrastverstärk¬ tes Lackprofil.
[0032] ERSATZBLATT
权利要求:
ClaimsPatentansprüche
1. Anordnung zur Strukturierung durch Fotolithografie mit einem Zwei-Lagensystem mit von Fotolack-Schichten, die nacheinander jeweils mit einer vorbestimmten Dicke aufgebracht sind und in einem organischen Lösungsmittel ein Polymer und eine als Inhi¬ bitor dienende fotoaktive Verbindung enthalten, deren Absorp¬ tionsvermögen als Funktion der Expositionsenergie durch einen Faktor A für eine lichtabhängige Absorption,
B für eine lichtunabhängige Absorption und
C für seine optimale Empfindlichkeit bestimmt ist, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Merkmale : a) die untere Fotolack-Schicht (6) hat eine geringe Absorption b) die obere Fotolack-Schicht (8) hat eine hohe Absorption c) es sind Fotolack-Schichten (6, 8) mit unterschiedlichem Molekulargewicht vorgesehen d) die untere Fotolack-Schicht (6) ist in der Ebene schleuder¬ bar bis zu einer Dicke von mindestens 3,3 μm bei einer Drehzahl von etwa 4000 U/min e) die Dicken der beiden Fotolack-Schichten (6, 8) sind bei bekanntem Absorptionsvermögen auf eine vorbestimmte Rein¬ transmission abgestimmt f) das Verhältnis der Schichtdicken der unteren Fotolack- Schicht (6) zur oberen Fotolack-Schicht (8), beträgt 0,7 bis 4.
2. Anordnung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Merkmale: a) die untere Schicht (6) mit geringer Absorption hat einen
Faktor
A von 0,4 bis 0,5/μm,
B von 0,04 bis 0,06/μm und
C von 40 bis 60 mJ/cm2
ERSATZ3LATT b) die obere Schicht (8) mit hoher Absorption hat einen
Faktor
A von 0,8 bis 1,1/μm
B von 0,09 bis 0,14/μm und C von 40 bis 80 mJ/cm2 .
3. Anordnung nach Anspruch 1 mit aufgeschleuderten Fotolack¬ schichten (6, 8) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß sich die Fotolack-Schichten (6, 8) durch einen
unterscheiden, wobei d die Schichtdicke, n die Drehzahl und V der Festkörpergehalt ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß
K ^ 2 ist.
5. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß die Trocknung der unteren Schicht 6 bei einer Temperatur zwischen 70*C und 180*C, vorzugsweise zwischen 90*C und 120*C, erfolgt. .
6. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß die Entwicklung des Zwei-Lagensystems in einem alkalischen Medium mit einem pH-Wert zwischen 10 und 14 erfolgt.
7. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach Anspruch 6, d a d u r ch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ent-
E SAϊΣBLATT wicklung des Zwei-Lagensystems so erfolgt, daß die Basizitat der Entwicklungsmedien mit zunehmender Entwicklungszeit an¬ steigt.
8. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß die Schichtdicken der beiden Fotolack-Schichten (6, 8) so aufeinander abgestimmt werden, daß sich die Einwirkungskurven dieser Schichten in ihrem mittleren Bereich (C ) um etwa die doppelte Steigung unterscheiden (Fig. 2).
i n
Die Anordnung enthält ein Zwei-Lagensystem mit Photolack- Schichten (6, 8) mit vorbestimmter Dicke, die in einem organi¬ schen Lösungsmittel ein Polymer und eine als Inhibitor dienende photoaktive Verbindung enthalten, deren Absorptionsvermögen durch Faktoren A, B und C bestimmt ist.
Erfindungsgemäß ist eine untere, dicke Schicht (6) mit geringer Absorption und eine obere, dünne Schicht (8) mit hoher Absorp¬ tion sowie unterschiedlichem Molekulargewicht vorgesehen. Die Dicken der beiden Fotolackschichten sind bei bekanntem Absorp¬ tionsvermögen auf eine vorbestimmte Reintransmission abge¬ stimmt.
Mit diesem Fotolack-System können insbesondere starke Topogra- fie-Änderungen auf der Oberfläche eines Substrates mit feinen Strukturen belegt werden.
FIG 1
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同族专利:
公开号 | 公开日
EP0367762A1|1990-05-16|
引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
法律状态:
1988-12-15| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
1988-12-15| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
1989-10-23| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1988902438 Country of ref document: EP |
1990-05-16| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1988902438 Country of ref document: EP |
1992-09-01| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1988902438 Country of ref document: EP |
优先权:
申请号 | 申请日 | 专利标题
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