DE2035191A1 - Verfahren zum Herstellen eines thermisch stabilen Photolackmusters - Google Patents

Description

Western Electric Company, Incorporated Curran et-al 1-1-6 New York 7, N.Y. 10007, V.St.A.

Verfahren zum Herstellen eines thermisch stabilen

Photolackmusters

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines thermisch stabilen Photolackmusters.

Die zunehmende Verfeinerung der Halbleitertechnologie führte zur Entwicklung zahlreicher Verarbeitungsmethoden wie oberflächliches Dotieren durch Beschüß mit einem Ionenstrahl, Ätzen mit Hilfe der kathodischen Zerstäubung usw., die Photolacke mit einer thermischen Stabilität bei Temperaturen oberhalb 400°C erfordern. Leider beginnen sich sämtliche handelsüblichen Photolacke bei Temperaturen in der Gegend von 200⁰C zu zersetzen; es besteht daher insoweit ein starkes Bedürfnis nach Photolacken mit hoher Temperaturbeständigkeit.

Gemäß der Erfindung wird diesem /-abgeholfen durch die Entwicklung eines neuen Photolacksystems mit Polyimidfilmen, die in Luft bis zu 400⁰C und darüber stabil sind. Kurz gesprochen wird die erfindungsgemäße Zusammensetzung erhalten durch Erzeugen einer Mischung aus einer polyamidischen (polyamic) Säure und einem löslichen Dichromätsalz, durch Auftragen der Mischung auf eine geeignete Unterläge, durch Belichten, Entwickeln und Aufheizen der resultierenden Beschichtung. Untersuchungen zeigten, daß die resultierenden Photolackzusammensetzungen zur Erzeugung photolithographischer Bilder mit einem Auflösungsvermögen von zwei Mikrometer benutzt werden

009887/1423

können, die thermisch stabil und leicht reproduzierbar sind.

Wie angegeben, ist die erste Verfahrensstufe des erfindungs-'gemäßen Verfahrens die Herstellung einer Mischung aus einer polyamidischen Säure und einem löslichen Dichromatsalz, das als ein lichtempfindliches Verletzungsmittel dient. Die ausgewählte polyamidische Säure umfaßt die erste Kondensationsreaktionsstufe von Pyromellitin-Dioanhydrid (pyromellitic dianhydride) und 4,4'-Diaminodiphenylather, aufgelöst in einem geeigneten Lösungsmittel wie i-Methyl-2-pyrrolidionon, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, etc. Die erhaltene Zusammensetzung enthält im Regelfall 10 bis 15 Gewichtsprozent Polymer.

Das verwendete Dichromatsalz kann jegliches bekannte Dichromatsalz sein, beispielsweise Natrium-, Kalium- oder Amoniumdichromat. Untersuchungen haben gezeigt, daß zum Erhalt der erforderlichen Eigenschaften im Enderzeugnis das Verhältnis von Polymer zu Dichromat in der Mischung zwischen 40:1 und 70:1 liegen muß.

Sine Photolacklösung v/ird dann durch Mischen der polyamidischen Säure mit dem Dichromat (wie dieses in einem Lösungsmittel aufgelöst ist) hergestellt, um eine Lösung zu erhalten, die 7 bis 10 Gewichtsprozent Polymer enthält. Dabei hängen der Mindest- und der Maximalgehalt von Erwägungen ab, die sich auf die Viskosität der Lösung beziehen.

009887/1423

Die go hergestellte anfängliche Photolacklösung wird dann im nächsten Verfahrensschritt auf eine geeignete Unterlage aufgetragen. Zweckmäßig erfolgt dieses nach üblichen Schleudermethoden, v.'obei ochleuderdrehzahlen im Bereich von 2000 bis 10000 Umdrehungen pro Minute benutzt werden. Die ausgewählte Unterlage kann eine Glasplatte sein, ein Halbleiterplättchen oder irgendeine fertiggestellte integrierte Schaltung. Die einsige Beschränkung für die Unterlage ist die, daß sie bei den im Rahmen des jeweiligen Herstellungsverfahren zur Anwendung gelangenden Temperaturen thermisch stabil ist. Demgemäß eignen sich als Unterlagematerialien zahlreiche Stoffe. Die Dicke des auf die Unterlage aufgebrachten Films reicht wünschenswert erweise von 0,1 bis 2 Mikrometer, wobei diese Grenzen durch praktische Erwägungen diktiert sind. Die Beschichtungen der gewünschten Dicke werden im allgemeinen während Zeitspannen aufgetragen, die von 1 bis 60 Sekunden reichen. Während der sehr kurzen Schleiiderbehandlung trocknen die auf die Oberfläche der Unterlage aufgebrachten Filme im allgemeinen durch Verdampfung des Lösungsmittels. Sollten jedoch Filme mit einer Dicke in der Größenordnung von 2 Mikrometer gewünscht sein, so wurde es als nützlich gefunden, eine nachträgliche Warmbehandlung auszuführen, wobei die Beschichtung 1 bis 5 Minuten lang auf 40 bis 70⁰C erhitzt wird. Der Trocknungsvorgang kann visuell durch Änderungen im Interferenzmuster der aufgetragenen Filme beobachtet werden.

009887/1423

^ä «AD ORlQtNAL

Danach wird der Film einer Lichtquelle mit einer Lichtwellenx länge im Bereich von 3500 bis 5300 Angström durch eine geeignete Maske hindurch ausgesetzt, um eine unlösliche, teilweise verletzte polyamidische Säure zu erhalten. Der angegebene Wellenlängenbereich ist durch den Absorptionsbereich des verwendeten Dichromat-Photosensibilisators diktiert. Eine Empfindlichkeit sspitze wurde als einer Wellenlänge von 3800 Angstrom entsprechend gefunden. Der nächste Verfahrensschritt"bei der Herstellung des Photolackes ist die Entwicklung ;der^f,belichteten Beschichtung. Die Entwicklung wird in einer Lösung bewirkt, die eine Mischung von 1, 2-Dichloroäthan und 1-Methyl-2-pyrrolidinon in einem Verhältnis 'enthält, das von 1:3 bis 3:1 reicht. Abweichungen von dem angegebenen Verhältnisbereich führen, wie gefunden wurde, entweder zu einer nicht ausreichenden Entwicklung (>3:1 DCA/MP) oder zu einer Überentwicklung-(/ 1:3 DCA/MP). Die Entwicklung wird durch 1 bis 5 Sekinden langes Eintauchen der belichteten Beschichtung in die Entwicklerlösung eingeleitet, wonach sich dann ein 1 bis 5 Sekunden langes Eintauchen des Films in eine Lösung aus reinem 1, 2-Dichloroäthan anschließt.

Nach der Entwicklung werden die Filme in Luft getrocknet. Die letzte Stufe bei der erfindungsgemäßen Herstellung des Photolackmusters ist eine 1 bis 30 Minuten lange Warmbehandlung des entwickelten Films bei Temperaturen im Bereich von 200 bis 400° Celsius. Hierbei sind den kürzeren Zeiten die höheren Temperaturen, und umgekehrt, zugeordnet. Während dieses Verfahrens-

009887/U23 '

■■■■-. 5 - ■

Schrittes läuft die zweite Kondensationsreaktionsstufe ab, wodurch ein thermisch stabiles Polyamid entsteht.

Nachstehend ist ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens im einzelnen wiedergegeben.

Beispiel

Eine Photolacklösung wurde hergestellt durch Mischen von 4 Milliliter einer polyamidischen Säure (13 Gewichtsprozent Polymer, Restlösungsmittel), die erzeugt wurde durch die Reaktion von Pyromellitindianhydrid und 4,4'-Diominodiphenyläther in i-Methyl-2-pyrrolidinon, mit 10 Milligramm Natriumdichromat, das in zwei Milliliter 1-Methyl-2-pyrrolidinon aufgelöst war. Die Lösung wurde dann auf ein oxydiertes SiIiciumplättchen im Schleuderauftragsverfahren 1 Minute lang bei 7000 Umdrehungen pro Minute aufgetragen, um eine 0,5 Mikrometer dicke Beschichtung zu erhalten. Danach wurde der aufgetragene Film durch eine Maske hindurch mit einer gefilterten 200 Watt Quecksilberlampe 120 Sekunden lang belichtet, wobei die gesamte Belichtungsenergie ein Joule betrug. Der belichtete Film wurde dann 5 Sekunden lang in einer 1:1 Mischung von Dichloroäthan und 1-Methyl-2-pyrrolidinon entwickelt und nachfolgend 5 Sekunden lang in 1, 2-Dichloroäthan eingetaucht. Schließlich wurde der entwickelte Film 20 Minuten lang auf 250⁰C erhitzt, wodurch ein thermisch stabiler Polyimidfilm resultierte.

009887/U23

!■lit Hilfe der thermischen gravimetrisch en Analyse v.*urde- bestimmt, daß der so erhaltene .FiIa fels zu ieciperatiaren in tier Größenordnung 50O⁰C stabil war. Das resultierende Polyimld-■ Photolackoild zeigte des weiteren Küster mit einer ,aiiici.sun£ von 2,0 Mikrometer für Linien und Zwischenräume^

009|87/1423

Claims (9)

γ· ■ - 7 -■■■■■ Patentansprüche

1. Vcrichrc:: zum Herstellen eines thermisch stabilen Photolackiauctc-rc auf einer unterlage, "bei der gemusterte' Gebiete eines löslichen Films, v/elcher aus einem Dichromat und einem orga-

'■nie cn on Material zusammengesetzt ist, das unter der Einwirkung dec Jichrcnatcc bei Gegenwart von Licht unlöslich wird, durch :-· lichten unlöslich gemacht und die verbleibenden löslichen Gebiete des Filns weggelöst werden, dadurch gekennzeichnet, da-3 Tür das organircAe Material das polyamidisehe Säurereaktionsproduirt von 4,4»-Diaminodiphenyläther und Pyromellitinanhydrid verv.^rendet v.'irc und daß die verbliebenen, unlöslich gemachten Gebiete des Films einer Warmbehandlung bei Temperaturen zwischen 200 und 400⁰C unterzogen werden.

2. Verfaliren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der polyamidisehen Säure zum Dichromat zwischen 40:1 und 70:1 eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung auf die Unterlage in einer Dicke von 0,5 bis 2 Mikrometer im Schleuderauftragsverfahren aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmbehandlung des Films 1 bis 30 Minuten lang erfolgt. .-■'■'

009887/U23

BAD ORJQfNAL

■ ■ ■ . 2035-1Sl :

5. Verfahren nach Ansprach 4, dadiarch gekennzeichnet;- daß die Warmbehandlung 20 Minuten lang bei 250⁰G stattfindet„

6. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 5„ dadurch gekennzeichnet, daß der Film zu Belichtungszwecken einem Licht ausgesetzt wird, dessen Wellenlänge im Bereich von 3500 bis 5300 Angström liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit

Licht mit einer Meilenlänge von 3800 Angström gearbeitet wird.

8. Verfahren nach einea der Ansprüche 1 bis. 7» dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich der Unterlage von einem oxydierten. Siliziumplättchen ausgegangen wird. -

9. Maskenmuster auf der Oberfläche eitler Unterlage, dadurch ^; gekennzeichnet, daß das Maskenmuster durch einen Polyimid-FiIm gebildet ist, der nach dem Verfahren entsprechend den vorangegangenen Ansprüchen hergestellt ist.

009887/1423