DE2641624B2 - Verfahren zur Herstellung eines positiven Resistbildes unter Anwendung von Elektronenstrahlen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines positiven Resistbildes unter Anwendung von ElektronenstrahlenInfo
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Description
H3C CH3
in der R gleich H, CH3 oder C2H5 ist, verwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Glutarimideinheiten in dem Polymermaterial in situ durch Erhitzen einer Schicht
aus Polymethacrylsäure, deren Anhydrid oder Ester auf einer Unterlage in Gegenwart von gasförmigem
Ammoniak oder einem primären aliphatischen Amin gebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einem Copolymeren
aus Dimethacrylamid und einem Monomeren vom Vinyltyp, wie Methylmethacrylat oder Styrol verwendet
wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Amine Methyloder
Äthylamin verwendet werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der
Umwandlung der Polymethacrylsäure in Polymethacrylimid durch Erhitzen in Gegenwart von
Ammoniak oder einem primären aliphatischen Amin die Photoresistschicht vorgehärtet wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines positiven Resistbildes auf einer Unterlage, bei dem
eine Schicht aus einem Polymermaterial mit Elektronenstrahlung bildmäßig bestrahlt und die durch
Bestrahlung gebildeten Abbauprodukte mit einem Lösungsmittel, in dem das nichtbestrahlte Polymermaterial
unlöslich ist, entfernt werden.
Positiv arbeitende polymere Photoresistmaterialien sind gut bekannt Der Stand der Technik wird
beispielsweise sorgfältig abgehandelt in der US-Patentschrift 35 35 137. Diese Patentschrift enthält eine
Abhandlung typischer Methoden zur Herstellung und Verwendung von Photoresistmaterialien. Wie in dieser
Patentschrift angegeben ist, beginnt der Prozeß in typischer Weise damit, daß ein geeignetes Polymermaterial
in einem Lösungsmittel gelöst wird. Anschließend wird eine dünne Polymerschicht auf einer Unterlage,
beispielsweise durch Zentriiu^lbcschichten der Oberfläche
der Unterlage mit dem gelösten Polymermaterial und anschließendem Trocknen, hergestellt. Die Polymerschicht
kann dann gehärtet werden, um die Adhäsion und die Handhabungseigenschaften der
Schicht zu verbessern. Anschließend werden ausgewählte Teile der Polymerschicht bestrahlt, beispielsweise
mit Elektronenstrahlung im Bereich von 5 bis 30 kV. Diese Bestrahlung bewirkt eine Aufspaltung der
Bindungen des Polymermaterials. Als Ergebnis dieser
ίο Aufspaltungen können diejenigen Teile der Polymerschicht,
welche der Strahlung ausgesetzt waren, durch Anwendung eines Lösungsmittels selektiv entfernt
werden unter Zurücklassung der nichtbestrahlten Teile der Schicht, welche noch auf der Unterlage haften.
Poly(dimethacrylimide) und Poly-(N-alkyl-dimethacrylimide)
wurden in der Literatur beschrieben, beispielsweise Makromol. Chem. 96, 227 (1966); Chem.
Abst 65, 10680 (1966), und Makromol. Chem. 88, 133 (1965); Chem. Abst 6186 (1962), und in der deutschen
Patentschrift J1 13 309. In keiner der Literaturstellen ist
jedoch die Verwendung dieser Materialien als Photoresistmaterialien angegeben.
In der deutschen Offenlegungsschrift 20 63 721 wird die bildmäßige Depolymerisation dünner Polymerfilme,
beispielsweise aus Poly-N-phenylmaleinsäureimid, angesprochen.
Hierbei werden die Polymerfilme durch zwei Stunden dauerndes, bildmäßiges Belichten mit
kurzwelligem UV-Licht in einer Sauerstoffatmosphäre mit Unterdruck und bei erhöhter Substrattemperatur
depolymerisiert Nachteilig an diesem Verfahren ist die lange Bestrahlungszeit und die Anwendung höherer
Substrattemperaturen, die zu einer Schädigung von Halbleiterbauelementen führen können. Außerdem ist
in der Offenlegungsschrift die bildmäßige Bestrahlung
j5 der Polymermaterialien mit Elektronenstrahlen nicht
beschrieben.
Die Verwendung von Polymeren und Copolymeren des Methylmethacrylats, der Methacrylsäure und ihres
Anhydrids dagegen als positiv arbeitende Elektronenstrahlresistmaterialien ist bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung von positiven Resistbildern unter Verwendung
eines positiv arbeitenden Elektronenstrahlresistmaterials anzugeben, das gegenüber Elektronenstrahlen
5 sehr empfindlich ist
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch
gekennzeichnet ist daß man eine Schicht aus einem Polymermaterial mit einem Gehalt an Glutarimideinheiten
der nachfolgenden Strukturformel
H3C CH3
in der R = H, CH., oder C2H5 ist, verwende'.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Glutarimideinheiten in dem Polymermaterial
in situ durch Erhitzen einer Schicht aus Polymethacrylsäure, deren Anhydrid oder Ester auf einer
Unterlage in Gegenwart von gasförmigem Ammoniak oder einem primären aliphatischen Amin gebildet.
Die Polymermaterialien mit Dimethylglutarimideinheiten,
die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, sind wegen der mit ihnen
erhältlichen sehr hohen räumlichen Auflösungen, wegen ihrer hohen Glasübergangstemperaturen und hohen s
Temperaturstabilität bis zu etwa 3000C vorzüglich zur
Verwendung als Elektronenstrahlresistmaterialien geeignet Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß in den
Homopolymeren und Copolymeren, die in der vorliegenden
Erfindung verwendet werden, wesentlich weniger Blasen erzeugt werden als in unmodifizierten
Polymermaterialien. Die Materialien sind zur Verwendung als positiv arbeitende Resists geeignet, weil sie
gegenüber Elektronenstrahlen hohe Empfindlichkeiten aufweisen und wegen ihrer Struktur thermisch stabil is
sind. Sie sind besonders zur Herstellung von Mikroschaltkreisen geeignet
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Resistschicht auf einer Unterlage in situ erzeugt
durch Erhitzen einer Schicht mit einem Gehalt an Dimethacrylsäureeinheiten in Gegenwart von gasförmigem
Ammoniak, Methyl- oder Athylamin. Die Methacrylsäureeinheiten
besitzen die nachfolgend angegebene Struktur:
CH3
CH3
-CH2-C-CH2-C-
C = O
OH
C = O
OH
25
30
Wenn das Dimethacrylsäure-haltige Polvmermaterial
mit Ammoniak oder Aminen im Dampfzustand behandelt wird, wird das korrespondierende Imid in situ
gebildet Ein Vorteil dieses in situ-Herstellungsverfahrens besteht darin, daß ein Filmgießen nicht erforderlich
ist Dies ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Verwendung der Dimethylglutarimid-Polymermaterialien
der vorliegenden Erfindung, weil diese in den üblichen, nicht reaktiven Lösungsmitteln eine sehr
geringe Löslichkeit aufweisen. Ein weiterer Vorteil des in-situ-Herstellungsverfahrens besteht darin, daß das
Erhitzen in Gegenwart von gasförmigem Ammoniak mit dem konventionellen Vorhärtprozeß, dem viele
Polymerresistschichten vor der Behandlung mit Entwidklerlösungsmitteln
zur Eliminierung der Rißbildung unterworfen werden, kombiniert werden kann. so
Zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung sind Resistschichten aus Polydimethacrylimid
besonders geeignet Andere geeignete Polymere schließen Copolymere aus Dimethacrylamid und anderen
Monomeren vom Vinyltyp, beispielsweise aus Styrol, ein. Ein besonders für die Copolymerisation geeignetes
Monomeres vom Vinyltyp ist Methylmethacrylat
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert
60
Beispiel 1
Poly(dimethacrylimid)
Poly(dimethacrylimid)
Dünne, wenige μ dicke Filme aus Polymethacrylsäure wurden aus einer 8%igen (Gewicht pro Volumen) h5
Lösung des Polymeren in 2-Methoxyäthanol auf einen Siliciumwafer und auf eine Natriumchloridplatte gegossen.
Die beschichteten Platten wurden in einen Behälter gegeben, der dann auf IO-3 Torr evakuiert wurde, um
Spuren des Lösungsmittels zu entfernen. Nach dem Einlaß von Ammoniak bis zu einem Druck von
15 cm Hg wurde der ganze Behälter in ein ölbad gebracht, das eine Stunde lang auf 200°C gehalten
wurde, und dann wurde das Gefäß bei Zimmertemperatur erneut auf 10~3 Torr evakuiert Der so behandelte
Polymerfilm auf dem Siliciumwafer wurde für die Elektronenstrahlbelichtung verwendet, während der
Polymerfilm auf der Natriumchloridplatte für IR-Messungen verwendet wurde. Der so erhaltene Polymerfilm
hatte genau das gleiche IR-Spektrum, wie das in der Literatur beschriebene. Das in der Literatur beschriebene
Verfahren zur Herstellung von Poly(dimethacrylimid) erfordert jedoch mehrere Prozeßstufen einschließlich
eines Hochdruckverfahrens, während das Verfahren der vorliegenden Erfindung nur ein Einstufenverfahren
ist
Beispiel 2
PolyiN-methyl-dimethacrylimid)
PolyiN-methyl-dimethacrylimid)
Das gleiche Verfahren, das zur Herstellung von Polydimethacrylimid in Beispiel 1 angewendet wurde,
wurde durchgeführt mit der Ausnahme, daß Monomethylamin Ammoniak ersetzte. Der erhaltene Polymerfilm
besaß genau das gleiche IR-Spektrum, das in der Literatur für Poiy(N-methyl-dimethacrylimid) beschrieben
ist
Das gleiche Verfahren, das in Beispiel 1 durchgeführt wurde, wurde verwendet mit der Ausnahme, daß
Monoäthylamin Ammoniak ersetzte. Auf diesem Weg wurde Poly(N-äthyl-dimethacrylimid) erhalten.
3ei allen Verfahren zur Herstellung von Poly(dimethacrylimid) kann Poly(methacrylsäure) durch Poly(methacrylsäureanhydrid)
ersetzt werden und das Verfahren, wie oben angegeben, durchgeführt werden. Alle
IR-Spektren dieser Poly(dimethacrylimide) unterscheiden sich vollständig von denjenigen des Poly(methacrylsäureanhydrids),
das unter den gegebenen Bedingungen in Abwesenheit von Ammoniak oder Aminen vorliegen
würde.
Copolymere aus Dimethacrylamiden
und Methylmethacrylat
und Methylmethacrylat
Als typisches Beispiel wurde ein Copolymer aus Methylmethacrylat und Methacrylsäure mit einem
Molverhältnis von 65:35 in ein Copolymer aus Dimethacrylamid und Methylmethacrylat nach dem
Verfahren umgewandelt das in Beispiel 1 angegeben ist Dieses spezielle Copolymere ist in der Literatur bisher
nicht beschrieben worden.
Etwa 1 μ dicke Filme aus Polydimethacrylimid). Poly(N-methyldimethacrylimid) und Poly-(N-äthyldimethacrylimid)
wurden mit einem Elektronenstrahl mit einer Beschleunigungsspannung von 23 KeV und einer
Ladungsdichte von 10~5 Coulomb/cm2 bestrahlt Alle
diese dünnen Polymerfilme zeigten die Eigenschaften eines positiv arbeitenden Elektronenstrahlresistmaterials,
Ah, das Polymermaterial wurde in denjenigen Bereichen abgebaut, in denen eine Aufzeichnung mit
dem Elektronenstrahl stattgefunden hatte, und eine Entfernung der dabei gebildeten Abbauprodukte mit
2-Äthoxyäthanol (Äthylcellosolve.) oder mit wäßrigem
Äthanol war möglich. Für Vergleichszwecke wurden Filme der gleichen Schichtdicke aus einem Copolymeren
von Methacrylsäure und Methylmethacrylat und deren mit Ammoniak umgesetzten Copolymeren einem
Elektronenstrahl mit einer Beschleunigungsspannung von 23KeV und einer Ladungsdichte von 10~5
Coulomb/cm2 ausgesetzt Diese Filme wurden in ?-Äthoxyäthylacetat entwickelt Die mit Ammoniak und
Aminen umgesetzten Filme ergaben klarere und schärfere Bilder als die mit dem nichtmodifizierten
Copolymeren erhältlichen.
Beispiel 7 Photochemische Abbaureaktion
Um den Abbaumechanismus der Poly(dimethacrylimide)
zu ermitteln und ihre Anwendbarkeit als Photoresistmaterialien für die Kontaktbeiichtungs-Lithographie
zu bestimmen, wurde der photomechanische Abbau von Poly(dimethacrylimiden) bei — 1000C
untersucht Sowohl PoIj^N-methyl-dimethacrylimid)
wie auch Poly(N-äthyl-dimethacrylimid) ergaben neue IR-Absorptionen bei 2338 cm-1 (Me-N=C = O,
At-N=C=O) und bei 2135 cm-1
(CH3Ci=C=O)CH2-), gemessen bei -1000C. Dies
zeigt an, daß die Hauptkette gespalten wird. Für Vergleichszwecke wurde der photochemische Abbau
eines vorgehärteten Poly(methylmethacrylats) bei - 1000C durchgeführt Die Bildung von HN =C=O aus
Poly(dimethacrylimid) wurde bestätigt, aber das korrespondierende
Keten konnte nur schwach bei 2120 cm—1 beobachtet werden, wahrscheinlich wegen
seiner schnellen photoinduzierten intramolekularen Ringbildungsreaktion. Dies wird in Praxis unterstützt
durch die positive Resistcharakteristik des Polymeren.
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung eines positiven Resistbildes auf einer Unterlage, bei dem eine
Schicht aus einem Polymermaterial mit Elektronenstrahlung bildmäßig bestrahlt und die durch
Bestrahlung gebildeten Abbauprodukte mit einem Lösungsmittel, in dem das nichtbestrahlte Polymermaterial
unlöslich ist, entfernt werden, dadurch
gekennzeichnet, daß man eine Schicht aus einem Polymermaterial mit einem Gehalt an
Glutarimideinheiten der nachfolgenden Strukturformel
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