DE3889896T2 - Verfahren zur erzeugung von strukturen unter anwendung einer strahlungsinduzierten pfropfpolymerisationsreaktion. - Google Patents
Verfahren zur erzeugung von strukturen unter anwendung einer strahlungsinduzierten pfropfpolymerisationsreaktion.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft die Bildung eines Musters durch strahlungsinduzierte Pfropfcopolymerisation, die bei der Verarbeitung von Halbleitervorrichtungen angewandt wird, und insbesondere einen Resist mit hervorragender Trockenätzdauerhaftigkeit.
- Bei der Verarbeitung von ULSI ("ultra large scale integraters") sind Untersuchungen über die Bildung eines Musters durch strahlungsinduzierte Pfropfcopolymerisation unter Verwendung von Strahlung, wie Röntgenstrahlung, im Gange. Diese Bildung eines Musters umfaßt typischerweise einen Bestrahlungsschritt der Bestrahlung eines vorbestimmten Bereichs einer Resistschicht, die auf einem Wafer durch Beschichtung gebildet ist, mit einer Strahlung, einen Pfropfcopolymerisationsschritt zur Einführung eines Monomers, um die Resistschicht mit dem Monomer zu pfropfcopolymerisieren; einen Entwicklungsschritt der Entwicklung der Resistschicht, um ein vorbestimmtes Resistmuster zu bilden; und einen Ätzschritt des Ätzens der Oberfläche des Wafers unter Verwendung des Resistmusters als Maske. Das besondere Merkmal der vorstehend beschriebenen Bildung eines Musters besteht darin, daß der Resist ausreichend bestrahlt werden kann, selbst wenn die Bestrahlungsdosierung für den Resist klein ist, d.h. daß eine Verstärkung der Empfindlichkeit des Resists in nennenswerter Weise erzielt werden kann. Dieses Merkmal ermöglicht eine Beschleunigung der Bildung des Musters, was es erlaubt, einen hohen Durchsatz zu erzielen.
- Die herkömmliche Musterbildung durch strahlungsinduzierte Pfropfcopolymerisation wird z.B. in JP-A-137671/1978 (entsprechend US-Patent 4 195 108) beschrieben. In dieser Druckschrift wird ein Beispiel, wobei Poly(methylmethacrylat) (PMMA) als Resist verwendet wird, beschrieben. Dieser Resist wird allgemein als Modellresist auf dem Gebiet der Lithographie eingesetzt.
- Bei dem vor stehend beschriebenen PMMA-Resist besteht jedoch ein Nachteil darin, daß beim Trockenätzen der Oberfläche des Substrats unter Verwendung des gebildeten Resistmusters als Maske die Maske als solche geätzt wird, d.h. die rockenätzbeständigkeit ist gering. Daher besteht ein Bedarf an einer Verbesserung der Trockenätzbeständigkeit des Resists, um die Musterbildung durch strahlungsinduzierte Pfropfcopolymerisation in die Praxis umzusetzen.
- WO 85/02030 beschreibt die Verwendung eines polymeren Resistmaterials bei einem Trockenentwicklungsverfahren, bei dem durch Bestrahlung und Aussetzen an eine sauerstoffhaltige Atmosphäre Peroxide und Hydroperoxide erzeugt werden, die thermisch zersetzt und mit einer siliciumhaltigen Verbindung umgesetzt werden. Unter geeigneten Resistpolymeren werden Polystyrol, Poly(methylmethacrylat) und Poly(benzylacrylat) genannt.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Bildung eines Musters durch strahlungsinduzierte Pfropfcopolymerisation zu ermöglichen, die eine Verbesserung der Trockenätzbeständigkeit erlaubt.
- Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, wird der erfindungsgemäße Resist aus einem Resistmaterial hergestellt, das imstande ist, eine strahlungsinduzierte Pfropfcopolymerisation einzugehen, und eine hervorragende Trockenätzbeständigkeit aufweist.
- Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Bildung eines Musters durch strahlungsinduzierte Pfropfcopolymerisation bereit, das einen Beschichtungsschritt zur Bildung einer Resistschicht (3,3') auf der Oberfläche eines mit einem Muster zu versehenden Substrats (1, 1',2), die aus einem zur Pfropfcopolymerisation befähigten Poly(methacrylat) besteht, welches in jedem Methacrylatrest eine Phenylgruppe besitzt; einen Bestrahlungsschritt, in dem ein vorbestimmter Bereich der Resistschicht einer Strahlung (10) ausgesetzt wird; einen Pfropfcopolymerisationsschritt, in dem ein Monomer (6) eingeführt wird, um die Resistschicht mit dem Monomer zu pfropfcopolyinerisieren; einen Entwicklungsschritt, in dem die Resistschicht zur Herstellung eines vorbestimmten Resistmusters (5') entwickelt wird; und einen Ätzschritt, in dem auf der Oberfläche des Substrats unter Verwendung des Resistmusters als Maske eine Trockenätzung durchgeführt wird, umfaßt.
- Die erfindungsgemäßen Poly(methacrylate) mit einer Phenylgruppe in jedem Methacrylatrest, wie Poly(phenylmethacrylat) oder Poly(benzylmethacrylat), weisen eine hervorragende Trockenätzbeständigkeit auf, so daß das derzeitige Trockenätzverfahren direkt angewandt werden kann. Da ferner diese Polymere durch Bestrahlung Radikale mit einer langen Lebensdauer bilden, ist es möglich, die Copolymerisation mit einem Monomer durch Pfropfcopolymerisation durchzuführen.
- Daher ermöglicht die vorliegende Erfindung nicht nur die Bildung eines feinen Musters aus einem Resist bei einer sehr kleinen Bestrahlungsdosis, sondern auch hervorragende Ätzeigenschaften bei Anwendung des gegenwärtigen Trockenätzverfahrens, was wesentlich zur Verbesserung der Zuverlässigkeit beiträgt.
- Figuren 1A bis 1E sind jeweils schematische Flußdiagramme, die das erfindungsgemäße Beispiel 1 erläutern;
- Figuren 2A bis 2E sind jeweils schematische Flußdiagramme, die das Vergleichsbeispiel erläutern; und
- Fig. 3 ist ein Graph, der die Trockenätzbeständigkeit eines typischen Resists zeigt.
- Figuren 1A bis 1E sind jeweils schematische Flußdiagramme, die Beispiel 1 erläutern. Ein Si-Wafer 2, der einen Siliciumoxidfilm 1 mit einem Gehalt an Phosphor abgeschieden auf der gesamten Oberfläche aufweist, wurde mit Poly(phenylmethacrylat) (PPhMA) unter Bildung eines Resist 3 mit einer Dicke von 1 um beschichtet. Der Resist wurde in einer Stickstoffatmosphäre mit einem Gehalt an Luft in einer auf 1 % oder weniger verringerten Menge durch eine Röntgenmaske 4 mit einem vorbestimmten Schaltkreismuster 7 mit Röntgenstrahlung 10 bestrahlt (vgl. Fig. 1A). Die Röntgenstrahlung 10 wurde von einer Quelle von Elektronenaufpralltyp mit einem Molybdän-Target (nicht gezeigt) emittiert und hatte eine vorherrschende Wellenlänge von 0,54 nm, und die Bestrahlungsdosis betrug etwa 10 mJ/cm². Nach Abschluß der Bestrahlung wurde die Probe 2 in einen Reaktor (nicht gezeigt), der auf 1 Pa oder weniger evakuiert worden war, übertragen. Anschließend erfolgte für 5 Minuten eine Reaktion mit Dampf eines Acrylsäuremonomers 6, das in den Reaktor eingeführt wurde, wobei ein Pfropfcopolymer 5 gebildet wurde (vgl. Fig. 1B). Die Reaktionstemperatur betrug 25 ± 0,5ºC. Die Probe 2 wurde anschließend in einen Entwickler (2-Methoxyethylacetat) für 30 Sekunden (bei 25 ± 0,5ºC) eingetaucht und dann getrocknet, um ein negatives Resistmuster 5' herzustellen (vgl. Fig. 1C).
- Der Siliciumoxidfilm 1 des Substrats wurde einem Trockenätzen unterworfen, wobei das vorstehend gebildete Resistmuster 5' als Maske genutzt wurde (vgl. Fig. 1D). Das Trockenätzen wurde durchgeführt, indein von einer Trockenätzvorrichtung vom parallelen Typ und einem reaktiven Gas, das CF&sub4; (67 Pa) umfaßte, bei einer Hochfrequenzleistung von 100 W Gebrauch gemacht wurde. Es konnte eine hervorragende Trockenätzung des Siliciumoxidfilms 1 erzielt werden. Anschließend wurde das Resistmuster 5' entfernt (vgl. Fig. 1E).
- Figuren 2A bis 2E sind jeweils schematische Flußdiagramme, die das Vergleichsbeispiel erläutern. Ein Si-Wafer 2, der einen Aluminiumfilm 1' abgeschieden auf der gesamten Oberfläche aufwies, wurde mit chloriertem Polymethylstyrol (CPMS) unter Bildung eines Resists 3' mit einer Dicke von 1,5 um beschichtet. Der Resist 3' wurde mit Röntgenstrahlung (10) in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 bestrahlt (vgl. Fig. 2A). In diesem Fall betrug die Bestrahlungsdosis mit Röntgenstrahlung 10 jedoch 5 mJ/cm². Anschließend wurden die Pfropfcopolymerisation mit einem Acrylsäuremonomer 6 (vgl. Fig. 2B) und die Entwicklung (vgl. Fig. 2C) in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, wobei ein Resistmuster 5' gebildet wurde. Anschließend wurde der Aluminiumfilm 1' des Substrats einem Trockenätzen unterworfen, wobei von dem vorstehend gebildeten Resistmuster 5' als Maske Gebrauch gemacht wurde (vgl. Fig. 2D). Das Trockenätzen wurde durchgeführt, indem von einer Ätzvorrichtung mit reaktiven Ionen und einem reaktiven Gas, das BCl&sub3; (50 Pa) umfaßte, bei einer Hochfrequenzleistung von 200 W gebrauch gemacht wurde. Es konnte eine hervorragende Trockenätzung des Aluminiumfilms 1' erzielt werden. Anschließend wurde das Resistmuster 5' entfernt (vgl. Fig. 2E).
- Fig. 3 ist eine Dickenverlustkurve im Hinblick auf das Ätzen (Siliciumoxidfilm) der Resiste, die in den beiden vorstehend beschriebenen Beispielen verwendet wurden. Es ist aus den Ergebnissen ersichtlich, daß die Trockenätzbeständigkeit dieser Resists dem Niveau des Photoresists AZ1350J (Warenbezeichnung), eines herkömmlichen, auf Novolak basierenden Resists, entspricht.
- Zum Vergleich ist eine Dickenverlustkurve im Hinblick auf einen PMMA-Resist für die Pfropfcopolymerisation, der beim herkömmlichen Verfahren angewandt wird, in Fig. 3 ebenfalls gezeigt.
- Im vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Beispiel wurde PPhMA als Resist verwendet. Neben dieser Verbindung kann der Resist aus Poly(benzylmethacrylat), Poly(2-phenylethylmethacrylat), Poly(benzhydroxymethacrylat) oder Poly(bromphenylmethacrylat) hergestellt werden. Im Hinblick auf das Monomer können neben der vorstehend beschriebenen Acrylsäure auch eine wäßrige Lösung von Acrylsäure, Methacrylsäure und eine wäßrige Lösung davon, Methylmethacrylat sowie Methylacrylat verwendet werden. Die Temperatur der Pfropfcopolymerisation des Resistmaterials mit dem Monomer kann 15 bis 100ºC betragen. Ferner können neben den vorstehend genannten Röntgenstrahlen z.B. auch Elektronenstrahlen oder ultraviolette Strahlen als Strahlung verwendet werden. Wenn Elektronenstrahlen verwendet werden, ist es möglich, die Bestrahlung eines vorbestimmten Bereichs ohne Verwendung einer Maske durchzuführen.
Claims (7)
1. Verfahren zur Bildung eines Musters durch
strahlungsinduzierte Pfropfcopolymerisation, welches umfaßt :
einen Beschichtungs-Schritt zur Bildung einer Resist-
Schicht (3,3') auf der Oberfläche eines mit einem Muster zu
versehenden Substrats (1,1',2), die aus einem zur
Pfropfcopolymerisation befähigten Poly(methacrylat) besteht,
welches in jedem Methacrylat-Rest eine Phenylgruppe besitzt,
einen Bestrahlungs-Schritt, in dem ein vorbestimmter
Bereich der Resist-Schicht einer Strahlung (10) ausgesetzt
wird,
einen Pfropfcopolymerisations-Schritt, in dem ein
Monomer (6) eingeführt wird, um die Resist-Schicht mit dem
Monomer zu pfropfcopolymerisieren,
einen Entwicklungs-Schritt, in dem die Resist-Schicht
zur Herstellung eines vorbestimmten Resist-Musters (5')
entwickelt wird, und
einen Ätz-Schritt, in dem auf der Oberfläche des
Substrats unter Verwendung des Resist-Musters als Maske eine
Trockenätzung durchgeführt wird.
2. Verfahren zur Bildung eines Musters mittels
strahlungsinduzierter Pfropfcopolymerisation nach Anspruch 1,
in dem das Poly(methacrylat) Poly(phenylmethacrylat) oder
Poly(benzylmethacrylat) ist.
3. Verfahren zur Bildung eines Musters durch
strahlungsinduzierte Pfropfcopolymerisation nach Anspruch 1,
in dem das Monomer (6) aus der aus Acrylsäure, einer wäßrigen
Lösung von Acrylsäure, Methacrylsäure, einer wäßrigen Lösung
von Methacrylsäure, Methylmethacrylat und Methylacrylat
bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
4. Verfahren zur Bildung eines Musters durch
strahlungsinduzierte Pfropfcopolymerisation nach Anspruch 1,
bei dem der Schritt der Pfropfcopolymerisation bei einer
Temperatur von 150 bis 100ºC durchgeführt wird.
5. Verfahren zur Bildung eines Musters durch
strahlungsinduzierte Pfropfcopolymerisation nach Anspruch 1,
bei dem das Resist-Material ein eine Phenylgruppe
aufweisendes Poly(methacrylat) ist und der Entwicklungs-
Schritt unter Verwendung eines aus 2'-Methoxyethylacetat
bestehenden Entwicklers durchgeführt wird.
6. Verfahren zur Bildung eines Musters durch
strahlungsinduzierte Pfropfcopolymerisation nach Anspruch 1,
bei dem der Belichtungs-Schritt durch Bestrahlen der Resist-
Schicht (3,3') mit der Strahlung (10) durch eine ein
vorbestimmtes Muster aufweisende Maske (4,7) durchgeführt
wird.
7. Verfahren zur Bildung eines Musters durch
strahlungsinduzierte Pfropfcopolymerisation nach Anspruch 1,
bei dem die Strahlung (10) Röntgenstrahlung ist.
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| EP0328655B1 (de) | 1994-06-01 |
| DE3889896D1 (de) | 1994-07-07 |
| US4954424A (en) | 1990-09-04 |
| JP2641452B2 (ja) | 1997-08-13 |
| EP0328655A1 (de) | 1989-08-23 |
| JPS6431156A (en) | 1989-02-01 |
| EP0328655A4 (de) | 1989-11-27 |
| WO1989001187A1 (en) | 1989-02-09 |
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