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`BUNDESREPUBLIK ® Offenlegungsschrift
`“UT“"LAND . DE 100 54 121 A 1
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`@‘Aktenzeichen:
`® Anmeldetag:
`Offenlegungstag:
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`100 54121.6
`31. 10. 2000
`16. 5. 2002
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`DEUTSCHES
`PATENT- UND
`MARKENAMT
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`® Anmelder:
`Infineon Technologies AG, 81669 Milmchen, DE
`
`® Erfinder:
`Sebald, Michael, 91085 Weisendorf, DE; Richter,
`Ernst, 91058 Erlangen, DE
`
`Zimmermann & Partner, 80331 Mfinchen
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`® Ve rtreter:
`
`®
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`Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen
`Priifungsantrag gem. § 44 PatG ist gestellt
`Verfahren zur Strukturierung einer Photolackschicht
`Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Strukturie—
`ren einer chemisch verstérkten Photolackschicht, in dem
`eine Photolackschicht vom Typ chemisch verstérkt vor
`oder nach der Strukturbeiichtung mil einer Base in Kon-
`Takt gebracht wird, die in die Photolackschicht eindiffun—
`dieren kann. Durch diese Basenbehandlung wird in dern
`anschlieBenden Entwicklungsschritt eine grbfsere Steil—
`heit und geringere Rauhigkeit der Resistprofile erreicht.
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`DE10054121A1
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`BEST AVAILABLE COP
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`575.
`“VBUNDES‘DRUCKEREI
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`03.02
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`102 200/344/1
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`Beschreibung
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`DE 10054121 A1
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`wéihrend der Belichtung durch die Lichtverteilung physika—
`lisch eindeuti g vordefiniert. Zum anderen wird es durch die
`Verteilung der durch die Belichtungaphotochemisch eneug-
`ten Komponenten chemisch1n die Resistschichl libertragen.
`[0006] Aufgrund der physikalisch chemischen Eigen-
`schaften der Resistmaterialien ist eine vollig unverfa'lschte
`Ubertragung des durch die Lithographiemaske vorgegebe-
`nen Musters zum Resistprofil jedoch nicht eindeutig mog—
`lich. Hier spielen insbesondere Interferenzeffekte und Licht-
`streuung in dem Photoresist cine groBe Rolle. Aber auch die
`der Belichtung folgenden Schritte, wie z. B. die Entwick~
`lung, haben zusiitzlich einen groBen EinfiuB auf die Qualitét
`der Resistprofile. Die Qualitiit der Resistprofile wird we-
`sentlich durch die Profilfianken bestimmt. Um in den nach-
`folgenden ProzeBschritten eine méglichst prézise Oberfié—
`Chenstrukturierung zu erzielen, wére es ideal, wenn nach der
`Entwicklung des Photoresists nahezu senkrechte, glam: Pro-
`filfianken im Resistprofil erhalten werden konnten.
`[0007] Negativ auf die zu erreichende Steilheit der Profil-
`fianken wirkt sich das bei der Belichtung im Photolack ein-
`stellende Lichtintensitétsprofil aus. Dieses charakteristischc
`lntensitétsprofil, das auch "areal image" genannt wird,_ist
`auf die 1111 Lack bei der Belichtung aul‘tretende Lichtstreu—
`ung und Lichtabsorption zuru‘ckzufijhren. Da der Photolack
`einen gewissen Anteil der einfallenden Strahlung absorbiert,
`nimmt die beobachtete Strahlungsintesitéit mir zunehmender
`Schichtdicke im Photolack ab. Folglich sind die oberfléi-
`chennahen Bereiche der Photoresistschicht stéixker belichtet.
`lm Falle eines Positivresists sind somit die oberflfichenna-
`hen Bereiche stéirker léslich als die oberfi 'zichenfernen Berei~
`Che. Die unterschiedliche Loslichkeit innerhalb eines be—
`lichteten Bereichs des Resists l‘ijhrt bei Positivresists oft zu
`einer Abflachung und nur unscharf‘en Definition der Profil—
`fianken. Das Lichtintensitétsprofil im Photolack beschreibt
`die Verteilung einer photochemisch 'vera’ndeten Spezies,
`z. B. bei einem Positivresist die Verteilung der photolytisch
`erzeugten Silure im Photolack.
`[0008]
`Ffir den Strukturtransfer von der Photomaske in die
`darunterliegende, zu strukturierende Schicht ist die Qualit'zit
`und die Steilheit der Resistprofile von entscheidender Be-
`deutu‘ng. Ein bekanmer Losungsansatz, um die Qualitét von
`Resistprofilen in Positivresists Zu verbessern, ist in der euro-
`péischcn Patentanmeldung EP—O.962,825 beschrieben. Don
`wird eine verbesserte Steilheit der Resistfianken dadurch ere
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`10
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`1‘41J1
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`[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturie-
`rung einer Photolackschicht.
`[0002]
`In der Halbleitertechnologie spielen photolithogra-
`phische Verfahren zur Eneugung integrierter Schaltungen
`auf einem Halbleitersubstrat eine zentrale Rolle. Dabei wird
`eine strahlungsempfindliche Resistschicht auf der Oberfiéi-
`Che der zu strukturierenden Schicht ein'es Substrats aufge—
`bracht und in ausgesuchten Bereichen mit Licht geeigneter
`W’ellenlfingen bestrahlt. AnschlieBend wird nur der be-
`strahlte Bereich der Photoresistschicht durch einen geeigne-
`ten Entwickler von dem Substrat entfemt. Dabei entspricht
`das so in der Photoresistschicht erzeugte Muster dem Mu-
`ster, dasin einem weiteren Prozessschrin z B. einer Atzung
`Oder einer Ionenimplantation1n die unter der Photoresist-
`schicht liegende, zu strukturierende Substratschicht Ubenra—
`gen werden soll, In diesem anschliefienden Prozessschritt
`client. die entwickelte Photoresistschicht somit als Maskc.
`die eine Materialvera'nderung, z. B einen lVlaterialabtrag, in
`den durch sie abgedeckten Bereichen der Substratschicht
`verhindert. Nach Clem strukturierenden Prozessschritl wird
`die Photoresistmaske wieder entfernt. die somit nicht Be-
`standteil der integrierten Sehaltung wird.
`[0003] Als Photolaeke hzw. Photoresisls hat sich dabei die
`Klasse der Chemisch verstéirkten Resists (chemical amplifi-
`cation resist; CAR) besonders bewa’hrt. Chemisch verstiirkte
`Resists sind dadurch charakterisiert, Class sie einen Photo—
`séuregenerator, d. h. eine photosensitive Verbindung. bein-
`halten, der bei Bestrahlung mit Licht eine Protonenséure ge~
`neiiert. Diese Protonenséiure l'ost dann, gegebenenf‘alls unter
`them'tischer Behandlung 'des Resists, séure-katalysierte Re~
`aktionen in Clem Basispolymer des Resists aus. Durch die
`Prisenz des Photosiiuregenerators wird die Sensitivitét. des
`Photoresists. verglichen mil, konventionellem Photoresist,
`wesentlich erhoht. Eine Ubersicht Zu diesem Thema gibt H.
`he in "Solid State Technology", Juli 1996, S. 164 ff.
`[0004] Das Prinzip der chemischen Verstiirkung hat s0-
`wohl bei den nalfi entwickelbaren Einlagenresists als auch
`bei den ganz Oder teilweise trocken entwickelbaren Zweila—
`genresistsystemen breite Anwendung gefunden.
`lm Falle
`der Positivresists wird die unterschiedliche Lbslichkeit des
`belichteten und des unbelichteten Photoresists mittels des
`Prinzips der sfiurekatalysierten Spaltung bewerkstelligt. D'a-
`bei wird aus einer unpolaren. chemischen Gruppe des
`schichtbildenden Polymers, z.B. einer Carbonséure—ten..—
`butyleslergruppe, in Gegenwart einer photolytisch eneug-
`ten Séiure, gegebenenfalls in einem Heizschritl, eine polare
`Carbonséiuregruppe gebildet. Weitere Beispiele fur unpo-
`lare, "blockierte" Gruppen, die durch séurekatalysierte Re—
`aktion in korrespondierende, polare Gruppen umgewandelt
`werden kb'nnen, sind die Lem-Butoxycarbonyloxy(LBOC)-
`oder Acetalgruppen Durch die Umwandlung der unpolaren
`Gruppe1n die korrespondierende polare Gruppe ertéhrt der
`Resist1n den zuvor bestrahlten Bereichen cine Anderung1n
`der Polarit’ait, wodurch diesein dem polaren, wassng— alkali-
`schen Entwickler léslich werden. Dadurch konnen die be—
`lichteten Bereiche des Photoresists selektiv durch den Ent—
`wickler entfernt werden. Die Lackreste in den unbelichteten,
`unpolaren Bereichen definieren somit geometrisch ein Re—
`sistprofil bzw. eine Resistsu'ulctur auf dem Subsuat, das in
`folgenden Prozessschritlen als Maske zur Oberfliichenstrulo
`turierung diem.
`[0005] Aufgrund der immer hoher werdenden Integrati-
`onsdichte in der Halbleitenechnologie ist die Genauigkeit,
`mit der das Resistprofil nach der Entwicklung auf einer zu
`strukturierenden Oberfléche erzeugt werden kann. von ent-
`scheidender Bedcutung. Das Resistprofil wird Zum einen
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`SO
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`55
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`reicht, class dem Photoresist zwei photochemisch aktive Ad-
`ditive zugesetzt werden, die durch Strahlung in jeweils un—
`terschiedlichen Wellenléingenbereichen aktiviert werden.
`[0009] Zum einen entha‘lt der Photoresist einen Photoséu-
`regenerator, der, wie oben bereits beschrieben, bei Bestrah-
`lung mit Licht eines definierten Wellenléingenbereichs eine
`S'ziure freisetzt, die dann die Reaktion der umwandelbaren,
`unpolaren Gruppen des schichtbildenenden Polymers des
`Photoresists zu Carbonsa'uregruppen katalvsiert und somit
`die Loslichkeit des Photoresists1n dem polaren Entwickler
`bewirkt.
`[0010] Zum anderen enthalt der Photoreist als zweites
`photochemisches Additiv ein Quervemetzungsreagenz, das
`eine Emiedrigung der Loslichkeit des Photoresist bewirkt.
`Dieses Quervernetzungsreagenz wird ebenfalls dutch Stran-
`lung aktiviert wobei die dazu verwendete Strahlung \on der
`zur Aktivierung des Photosauregenerators verwendeten
`Strahlung verschieden 151.
`[0011]
`In einem ersten Strukturierungsbelichtungschritt
`wird in diesem Verfahren der Photosh‘uregenerator in den
`durch das Maskenlayout festgelegten Bereichen aktiviert. In
`einem anschlieBenden, zweiten Flutbelichrungsschn'tt wird
`die gesamte Photoresistschicht ohne Verwendung einer Pho—
`tomaske belichtet uncl somit das Quervernetzungsreagenz
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`BEST AVAILABLE CO!“
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`fiber die gesamte Fl'aiche der Photoresistschicht photoche-
`misch aktivien. Durch die damil ausgeloste, chemiscbe
`Quervemetzung des Pholoresists wird dessen L651 ichkeit re-
`duziert. Da die oberfliichennahen Bereiche des Photoresists
`Starker belichtet werden, sind diese st‘zirker quervenelzt und
`damil unloslicher als die oberflfichenfernen Bereiche. Durch
`diese seleklive Lbslichkeitsmodifikation in dem Photoreisl
`wird eine erhéhte Enlwicklerselektivilét im wiiBrigen Em-
`wickler erreicht, wodurch steilere Resistprofilflanken er-
`reicht werden.
`
`[0012] Allerdings weist dieser Lésungsansatz einen em-
`scheidenden Nachleil auf, da die Quervemetzungsreaktion
`zur Bildung eines dreidimensionalen Netzpolymers insbe-
`sondere in den oberfi'zichennahen Bereichen des Pholoresisrs
`
`fuhrt. Dieses Nerzpolymer weist ein gegenuber dem ur—
`spn’jnglichen, linearenr schichtbildenden Polymer ein verfin<
`denes Enlwicklungsverhalten auf, was zu "rauhen", d. h. un—
`gcnau dcfinienen, z. B. ausgefransten Profilfianken fuhrl.
`Diese Rauhigkeir. erschwen die nachfolgenden Prozess~
`schrine, wie z, B. die Substralélzung. Darijber hinaus erfor-
`den dieses Verfahren den Einsarz zweier unrerschicdlicher.
`photochemisch akrriver Verbindungen, die sowohl aufeinan—
`der als auch aufdas Basispolymer abgeslin‘lmr werden mils-
`sen.
`r
`
`[0013] Der vorliegenden Erfindung liegr daher die Aul’~
`~ gabe zugrunde, ein Verfahren Zur Strukturierung einer Pho-
`lolackschichl bereirzusrellen, welches die oben bcschriebe-
`nen Nachleile verringeri, bzw, ganz vermeideL Insbesonderc
`is! es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah-
`ren bereitzuslellen, mix. deru eine hohe Ubenragungsgenau-
`igkeit. der (lurch die Lilhographiemaskevorgegchcn Strukmr
`in eine Photolackschichl errcicht; wird.
`
`[0014] Diese Aufgabe wird von dem Verl'ehren Zur Struk-
`Iurierun einer Phelolackschichl gemfifi dem Paxenlanspmch
`l gelost. W'eitere vorleilhafie Austhrungsfonnen, Ausge-
`smltungen und Aspekle der vorliegenden Erfindung ergeben
`sich aus den abhiingigen Parentansprijchen und der Be—
`schreibung.
`_
`[0015] ErfindungsgeméB wird ein Verfahren zum Slrukru—
`rieren einer Phololackschicht bereirgestelll, das die folgen—
`den Schriue umfaBr: Ein Substral wird bereirgestelll., auf
`dem zumindesl. in Teilbereichen eine Photolackschichr auf—
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`gebracht ist. Die Phololackschichl umfaBt ein filmbildendes
`Polymer, das Molekulgruppen aufweistv, die durch sauer ka—
`talysiene Abspaltungsreaktionen in alkalilosliche Gmppen
`fiberfijhn werden konnen, \Veiterhin umfaBt das Polymer ei-
`nen Photos'aiuregenerator, der bei Bestrahlung mi: Licht aus
`einem definierten Wellenléngenbereich eine S'ziure freiserzL
`Die Photolackschicht wird in Teilbereichen mil Lichl aus
`dem definienen Wellenbereich besu'ahll und 'Liber einen be-
`slimmten Zeitraum mil einer in der Photolackschichl 1651i—
`
`50
`
`damit der Photolackschicht — ffir Licht mjt sehr kurzen \Vel~
`lenl'zingen erhohen. Dies kann dadurch erreichl werden, das
`diese Gruppen teilweise oder ganz fluoriert sind. Eine geeig-
`nete Gruppe ist z. B. die 1,1,1,3,3,3,—Hexafluoro-2-hy-
`‘ droxyisopropylgruppe, durch die die Transparenz des Poly—
`mers bei einer Wellenlla'nge von 157 nm erhoht wird.
`[0017] Unter Molekfilgruppen, die durch sauer kalaly—
`siene Abspaltungsreaktionen in alkaliloslichen Gruppen
`fiberfijhn werden konnen, sind séiurelabile Gruppen zu ver—
`slehen, die eine nur geringe Alkaliloslichkeit besitzen und
`durch die kaxalylische Einwirkung von Séuren, gegebenen-
`falls bei gleichzeitiger Temperaturbehandlung, ein Molekfil-
`fragment abspalten, wobei die alkaliloslichen Gruppen am
`Oder in dem Polymer freigesetzt werden. Unler diesen Be—
`griff fallen somic se'urelabile Schurzgmppen, wie sie regel-
`miiBig bei Posisrivresists zurn Einsatz kommen. Dabei kon-
`nen alle gingigen, sfiurelabilen Schutzgruppen zum Einsalz
`kommen, wie z. B. Estergruppen, Elhergruppen, cyclische
`Oder acyclische Aceralgmppen, cyclische Oder acyclische
`Kelalgruppen, Silylether Oder auch Cyanhydrine. Beispiele
`geeignerer Schurzgruppen sind z. B. in den USvPatentsclmf-
`ten 5,932,391 Oder 6,114,086 aufgeflihrt.
`[0018] Besonders bevorzugle lVlolekUlgruppen in der vor-
`liegenden Erfindung sind ELhergruppen, ausgewahll. aus dcr
`Uruppe, bestehend aus IerL.-Alkylerl1em, insbesondere lert..-
`Buxylelher, Terrahydrofuranylerher und/oder Telrahydropy-
`ranylet‘her. W'eiterhin bevorzugt
`isl. die Verwendung von
`Carboxylsilureeslern, ausgewfihlt aus der Gruppe, beslehend
`aus IerL—Alkylcarbonséiureesrem,
`insbesondere ierI.-Bulyl-
`carbonséiureester, Terrahydrofuranylcarbonséureesrer und/
`Oder Terrahydropyranylcarbonséiureester.
`[0019] Ebenfalls bevorzugt is! die Verwendung von Poly—
`meren, un'lfassend Molekijlgruppen geméBFonnel II:
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`CF3
`I
`—c——O—R,
`
`F3
`
`f
`
`.
`
`(11)"
`
`wobei R1 ausgew'zihlt lst aus der Gruppe, bestehend aus ten.-
`Alkyl-, insbesondere ten..-Butyl-, Tex.rahydrofuranyl—, Tetra~
`hydropyranyl—, tern-Buroxycarbonyloxy oder Aceialgrup»
`pen.
`In einer weileren, bevonuglen Ausfilhrungsform
`[0020]
`des erfindungsgeméBen Verfahrens sind sind die Molekfil-
`gruppen in dem Polymer, welche die sauer katalysienen Ab-
`spaltungsreakxionen eingehen konnen, Gruppen mit der
`SIrukLur gemiiB Formel III, IV Oder V:
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`VIVI
`
`Chen Base in KonLakI gebracht. Dabei is: es unerheblich, ob
`die Phololackschichl nach der Beerahlung mit der Base in
`Kontakt gebracht wird, Oder ob dies vor der Bestrahlung er-
`folgt. AnschlieBend wird die Phololackschicht auf eine
`Temperatur erhitzt, bei der die durch die photolytisch er-
`zeugte Séiure katalysiene Abspaltungsreaklion erfolgL An—
`' schlieBend wird die Photolackschicht entwickelt.
`[0016] Der Begriff "alkalilosliche Gruppen" umfaBl im
`Rahmen dieser Erfindung alle Gruppen', welche die Loslich—
`keil des filmbildenden Polymers in alkalischen Losungen er—
`hem. Unter diesen Bcgriff fallen somit insbesondere polars,
`funktionelle Gruppen, wie z. B. Carboxyl-, Hydroxyl— und
`Carboxamidgruppen Oder Gruppen, die diese funktionellen
`Gmppen aufw'eisen. Weilerhin sind unler diesem Begriff
`solche Gmppen zu verstehen, die nicht nur zu ciner erhohzcn
`Alkaliloslichkeit des Polymers beitragen, sondern auch sol-
`che, die zusiirzlich noch die Transparenz des Polymers — und
`BEST AVAILABLE COPV
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`DE
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`100 54121 A1
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`ten "Prebake"-Heizschrill wird das Losemiltel vorzugsweise
`vollsléndig aus dem Phololack gelrieben.
`[0025] Zum Aufbringen der Phololackschichl auf das
`Substral werden in vorleilhaflen Varianlen der vorliegenden
`Erfindung Losungen verwendel, die 1 bis 50 Gew.-%, vor-
`zugsweise 3 bis 20 Gew.-% filmbildendes Polymer, 0,01 bis
`10 Gew.-%, vorzugsweise 0,] bis 1% Photos'aiuregeneralor
`und 50 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise 88 bis 96 Gew.-% L6-
`semiltel umfassen.
`
`[0026] A15 weilere Komponenlen kann die Losung wei-
`lere Additive enlhallen, mil denen regelméfiig in Phololack‘
`schichlen, bzw. deren Losungen, eine Verbesserung der La-
`gerstabililé’il, des Slandzeilverhallens, der Filmbildung, der
`‘Auflésung, der Slrahlungsempfindlichkeil oder andercr pro—
`dukt— oder prozessverbessernder Eigenschaflen erreichl
`werden kann.
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`10
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`—O—+—OR2
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`R3
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`_O-_ll_O+R2 m
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`R;
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`wobei R], R; und R3 unabh'zingig voneinander ausgewiihll
`sind aus der Gruppe, Ulrifassend Methyl, Elhyl, Propyl und
`Bulyl, und vorzugsweise R], R2 und R3.Melhyl sind.
`[0021] Neben den séurelabilen Gruppen kO'nnen weilere
`Gmppen im Polymer vorhanden sein, die die liihographi-
`schen Eigenschaflen oder (lie Alzresislenz des Phololacks
`verbessem. In einer besonders bevorzuglen Ausfiihrungs—
`form der vorliegenden Erfindung weisl das Polymer zusélz-
`lich noch weilere, reaklive (jruppen, wie z. B. Anhydrid-
`Oder Succinanhydndgruppen auf. Diese reakliveri Gruppen
`emloglichen eine nachlrégliche, chemise-he Behandlung der
`Resiststrukluren.
`
`FUr die yorliegende Erfindung isl die Nalur der
`[0022]
`Hauplkelle des filn'ibildenden Polymers von geringcr‘Be-
`deulung. In Frage kommen sonlil alle regelméfiig in Pholo-
`resisls zum Einsalz kommenden Polymerlypen. Geeignel,
`sind 2. B. Polymere mil reinen Kohlenstoffliauplkellen, die
`2. B. durch Polymerisalion von ungesélliglen Monomeren,
`wie Slyrolen, Acrylalen oder Melhacrylalen, erhallen wer-
`den kénnen. Ebenfalls geeignel sind Polymere mil Heleroa-
`lomen in den Hauplkellen, wie z. B. Polysiloxane, Polyelher
`oder Polyester. Die Hauplkelle kann dabei zur Verbesserung
`V der Transparenz des Polymers bei niedrigen Wellenléingen
`teilweise oder ganz aus fiuorierlen Bausleinen aufgebaul
`sein.
`-
`
`In einer voneilhaflen Ausffihrungsform der Erfin-
`[0023]
`dung wird die Phololackschichl dadurch auf dem Substral.
`aufgebrachl. das eine Losung, umfassend ein Losungsmillel,
`das filmbildende Polymer und den Photosfiuregeneralor auf
`das Substral aufgelragen wird und anschliefiend das L6—
`sungsmillel zumindesl leilweise verdampfl wird. In einer
`besonders bevorzuglen Ausfiihmngsform des erfindungsge—
`mfiBen Verfahrens wird die Phololackschichl auf das Sub-
`slral aufgeschleuderl. Als Losemitlel konnen alle gangigen
`Phololacklosemillel oder deren Gemische verwendel wer-
`den, die in der Lage sind, die Resislkomponenlen in einer
`klaren, parlikelfreien und lagerslabilen Losung aufzuneh—
`men und bei der Beschichlung des Suberats eine gule
`Schichlqualiliil zu gewé’ihrlcislen. Besonders bevorzugl ffir
`das erfindungsgemafie Verfahren sind Losemillel, ausge-
`wiihlt aus der Gmppe, beslehend aus l-Melhoxy-Z-propyl-
`acclal, Cyclopenlanon, Cyclohexanon, Bulyrolaclon, Ethyl-
`acelal oder Mischungen aus mindeslens zwei der vorge—
`nannlen Losemillel. Besonders bevorzugl ist 1-Melhoxy-2-
`propylacelal als Losemillel.
`[0024] Das Losemillel wird vonugsweise bei Temperatu—
`ren zwischen 60 bis l60"C verdampfl. In diesem sogenann—
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`30
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`35
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`4O
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`50
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`60
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`[0027] Enlscheidend flir das erfindungsgcméBe Verfahren
`isl, dass die Phololacksehichl vor dem Enlwickeln und gege-
`benenfalls vor einem zus'zilzlichen Heizschn'll,
`in dem die
`phololylisch erzeugle Silure die Abspallungsreaklion aus-
`losl, mil einerBase fiber einen besrimmlen Zeilraum in Kon—
`lakl, gebrachl wird. Prinzipiell kann jede Melhode des in
`Konlakl Bringens verwendel werden, bei der das Eindiffun—
`dieren der Base in die Pliololackschichl ermbglichl wird.
`Beispielsweise Kenn die Photolackschichl einem basenhalli—
`gen Gas ausgeselzli werden. Dabei kann das Gas nur aus der
`Base selbsl beslehen oder Zusan'lmen mil einem inerlen Tréi—
`gergas verwendel werden.
`,
`[0028] Zum Beispiel kann als Trilgergas ein Edelgas, 2. Br
`Helium oder Argon, oder SIiCkSlfo verWendCI werden. In
`einer bevorzuglen Ausf'Lihrungsforn'l des erfindungsgemé-
`Ben Verfahrens wird die Pliololackschichl. mil einer Flassig-
`keil benelzl, die die Base umfaBl. Dabei kann die Flijssigkeil
`die Base selbsl oder cine Losung der Base in einem oder
`n'lehreren Lbsemilleln sein. Dabei komn‘len als Base all jene
`Verbindungen in Belrachl, die in die jeweils verwendele
`Phololackschiehl eindiffundieren konnen, d. h. in dieser los—
`lich sind, und die phololylisch erzeugle Séure neulralisieren
`konnen. Vorzugsweise sind das solche Basen, die in dem
`Resisllosemillel loslich sind. Besonders bevorzugl isl die
`Verwendung von flussigen Basen ohne zusétzliche Losemil-
`tel. Hierbei sind als Basen insbesondere primfire, sekund'zire
`oder lerliire Amine bevorzugl, wobei sowohl Mono-, Di-,
`Tri— oder Polyamine eingeselzl werden konnen. Die Amine
`konnen dabei subsliluierle oder unsubsliluiene, aliphalische
`oder cyclische Alkyl— oder Aralkylgruppen, Aryl- oder Si-
`lylgruppen als Subsliluenlen lragen. Ebenso k'onnen substi-
`luiel‘le oder unsubsliluierte, cyclische oder helerocyclische
`Amine zum Einsalz kommen. Besonders bevorzugl fijr das
`erfindungsgemfifie Verfahren ist die Verwendung einer oder
`mehrerer Basen, ausgewiihll aus der Gruppe, umfassend
`Hexylamin, Tripenlylamin, 1,5—Diaminopenlan, N—Methyl-
`2-pyrrolidon und/oder 1,1,l,3,3,3—Hexamelhyldisilazan.
`[0029] Wenn die Base flfissigkeilsgelragen mil der Photo-
`lackschichl in Konlakl gebrachl wird, dann kann in einer
`weiteren, bevorzuglen Variants des erfindungsgeméBen Ver—
`fahrens 2115 Base ein Salz mil der allgemeinen SLruklur ge-
`mfiB Formel I verwendet werden:
`
`1'11
`R4—TQR2
`
`R3
`
`OH9 (I)
`
`wobei R], R2, R3 und R4 unabha'ngig voneinander aus der
`Gruppe, umfassend W'assersloff. Melhyl, Elhyl, Propyl und
`Bulyl ausgewéhll sind. Besonders be vorzugl isl hier die Ver-
`
`. BEST AVAILABLE COP"
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`DE 10054121 A1
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`7
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`wendung von Telramelhylanlmoniumhydroxid 315 Base. Die
`Ammoniumbasen Basen werden vorzugsweise zusammen
`mil einem ausreichend polaren Losemillel,
`insbesondere
`Wasser, eingeselzl.
`[0030] Durch die Diffusion der Base in die Phololack—
`schichl reicherl sich die Base in den oberflfichennahen Be—
`reichen der Phololackschichl an. Die Phololackschichl weisl
`
`somil fiber ihre Dicke hinweg einen Konzenlralionsgradienl
`an Base auf, wobei die Konzenlralion der Base mil zuneh-
`mender Schichlliefe abnimml. Der Zeilraurn, Uber den hin-
`we‘g die Phololackschichl milder Base in Konlakl gehallen
`wird, isl dabei so zu wéihlen, dass die photolylisch erzeugle
`Oder ersl noch zu erzeugende Séure durch die Base zumin-
`desl. leilweise, aber nichl vollsléindig neulralisien‘ wird. Eine
`Resllosliehkeil der belichlelelen, oberfifichennahen Bere‘i-
`che des Pholoresists gegenliber dem Enlwickler muB noch
`gegeben sein. Die Base wirkl somil dem dureh das Absorp-
`lionsvemiogen des Phololacks verursachlen Séuregradicn—
`ten in der Phololackschichl enlgegen. In den oberfiéchenna»
`hen Bereiehen der Phololackschichl wird der Ubersehufi an
`Sfiure durch die Base neutralisierl.
`[0031] Durch diese seleklive Neulralisaiionsrcaklion wird
`fljr Posilivresisls das lalenle Bild in der noch nichr enlwik-
`
`midmelhansulfonal und/oder Diazonaphlhochinone, insbe-
`sondere l-Oxo-Z-Diazonaphlhochinon-S-Arylsulfonal, be—
`vorzugl. Weilere, geeignele Pholoséuregeneraloren sind in
`der deulschen Palenlanmeldung mil der Anmeldenummer
`198 20 477.9 veroffenllichl.
`[0035] Zum Enlwickeln der belichlelen Phololackschichl
`werden vonugsweise alkalische Losungen verwendel. Als
`Losemillel komml hier vorzugsweise W'asser zum Einsalz.
`In einer besonders vorleilhaflen Ausfijhrungsform des erfin-
`dungsgem'ziBen Verfahrens wird als Enlwicklerlosung eine
`Losung von 2,38 Gew.—% Telramelhylammoniumhydroxid
`in Wasser verwendel.
`
`IO
`
`Im folgenden wird das erfindungsgeméfie Verfah—
`[0036]
`rcn anhand eines schemalischen Ausfuhrungsbeispieles ver—
`deullichl.
`
`[0037] Die Phololackschichl vom Typ chemisch versrirkl
`wird auf das zu slrukmrierende Substral aufgeschleuden
`und in einem nachfolgcnden Heizsehrill (zwischen 60 und
`160°C), bei dem das Losemillel verdampfen kann, gelrock-
`nel‘ In der so erhallenen, feslen Phololackschichl wird an-
`schlieBend durch Beslrahlu-ng cler Photolackschichl mil
`Lichl einer definierlen “gellenléinge ein lalcmes Bild er‘
`Zeuglr Die Slruklurbelichlung erfolgr bei einer VVellenléinge
`von 248 nm durch eine Lithographiemaske.
`[0038] Durch diese Belichlung wird die Sa‘ure aus dem
`Photoséiuregeneralor freigeselzl.. Aufgrund der absorptions—
`bedinglen Abschwiichung der Lichlintensil'zil innerhalb der
`Photolackschichl enlstehl die unerwljnschle Séureverleilung
`innerhalb der Lackschichl DV hr die Konzenlralion (ler
`Sfiure nirnml mil zunehmendem Absland zur Oberfl'zlche der
`Phololackschichl konlinuierlich ab.
`'
`7
`[0039] Um dem enlgegenzuwirken, wird die Phololack-
`schichl anschliefiend mil einer basischen Flijssigkeil be—
`nelzl, wobei die Base in die Phololackschichl einzudiffun-
`dieren beginnl. Dadurch slelll sich innerhalb der Photolack—
`schichl ein Basengradienl ein, bei dem die Konzcnlralion
`der Base zur Oberfiéiche der Phololackschiehl hin _zunimrm.
`Als Folge deSsen wird die pliololylisch freigeselzle Sfiure in
`oberfiéchennahen Bereichen der Phololackschichl zu einEm
`gréBeren Anleil neul‘ralisierl, als in den lieferliegenden Be-
`reiehen dicser Schichl.
`
`3!!
`
`40
`
`Im folgenden Heizschrill., dem sogenannlen "Posl—
`[0040]
`Exposure-Bake, PEB" dessen Temperalur fiber der des er—
`sten Heizschrillcs liegl (80 bis 250°C). werden einerseils
`durch die bei der Slruklurbelichlung erzeugle Séure die
`funklionellen Schulzgruppen in dem filmbildenden Polymer
`gespallen; andererseils wird die Séure durch die Base neu-
`lralisien. Zus'élzlich wird durch den Heizschrill die Diffu—
`sion der Base in die Polymerschichl erleichlert.
`[0041]
`In den beliehlelen Bereichen wird der Resist somil
`gegenfiber dem alkalischen Enlwickler léslich. Anschlie-
`Bend wird die Phololackschichl z. B. mil einer 2,38 Gew.-
`%-igen, wfissrigen Telramelhylammoniumhydroxid-L'o‘sung
`behandell, wodureh die belichlelen Bereiche der Phololack-
`schichl geldsl und enlfemt werden. Dadurch wird ein posili-
`ves ReliefmUSler in der Phololacksehichl erzeugl. D. h., die
`belichlelen Bereiche der Phololackmaske werden enlfemt,
`.wéihrend die unbelichlelen Bereiche zurijckbleiben und in
`einem folgenden Slruklurierungschrill
`als
`schfilzende
`Maske dienen kénnen.
`
`50
`
`U1VI
`
`60
`
`kellen Phelolackscliichl verbesserl, d. 11. die \"crieilung der
`photoehemisch erzeuglen Séiure enllang der Belichlungs-
`kanlen wird aul‘gesleilr. Dadurch wird nach dem Enlwickeln
`'/.Un‘l einen eine deulliche Aufsleilung der Resislprofile ere
`reichl; zum anderen wird die "Rauhigkeil" der Reisilflanken.
`wie sie bei der zusélzlichen Quervernelzung dcr Oberfiij-
`, chennéhen Bereiche von Negativresisls nach dcul Emwik-
`keln beobachlel. wird, venuieden.
`[0032]
`In einer bevorzuglen Ausl’ijhrungsform des erfin-
`dungsgcnxélien Verfahrens wird die Phelolackschichl nach
`der Belichlung und Bascnbehandlung einem Heizschn'u un-
`Ierzogen, bei dem die Phololackschichl uuf eine Ten'iperalur
`erhilzx. wird, bei der die durch die phOIolyrisch erzeugle
`Saure karalysierle Abspallungsreaklion erfolgt. Vorzugs-
`weise wird die Phololackschichl aufeine Temperatur von 80
`bis 250°C erhilzL Bei diesern Heizschrill kann die freige-
`selztre Séure mil den séiurelabilen Molekljlgruppen in dem
`filmbildenden Polymer reagieren und cladurch die alkalilbs-
`lichen Gruppen an Clem Polymer freiselzen. Dadurch nimml
`die Leslichkeil des Polmers gegenuber alkalischen Losun-
`gen zu.
`‘
`[0033] Zum Aklivieren des Pholoséiuregeneralors wird die
`Photolackschichl in dem erfindungsgem'afien Verfahren vor-
`ZugsWeise mil Lichl mil einer Wellenlénge zwischen 150 his
`300 nm beslrahll. Mil dieser DUV— bzw. VUV—Strahlung
`(deep-ultra-violel bzw. vacuum-ultra-violel) kénnen beson—
`ders feine Slrukluren in der Phololackschichl eneugl wer-
`den. Allernaliv kann aber auch lingerwelliges Lichl einge—
`selzl werden, z. B. mil einer Wellenliinge von 300 his
`450 nm, vorzugswcise 350 his 450 nm (near-ultra-violel). In
`beiden Fallen isl es besonders bevorzugl, daB das Polymer
`eine der Beslrahlung zwischen 150 und 450 nm angepafile
`Absorption aufweist, so daB der Pholosfiuregeneralor ph0lo;
`chemisch aklivierl werden kannl
`
`[0034] A15 Pholos'aiuregeneraloren kc'jnnen prinzipiell alle
`Verbindungen cingeselzl werden, die bei Beslrahlung eine
`Sa’ure freiselZlen konnen. Dabei isl in voneilhaflen Ausfijh—
`rungsformen des erfindungsgeméBen Verfahrens die Ver-
`wendung von Photosfiuregeneraloren, ausgewiihll aus der
`Gruppe, umfassend Oniumverbindungen, insbesondere Di-
`phenyliodoniumlrifial und Trisulfoniumnonasulfar, Nitro-
`benzylesler,
`insbesondere 4-Niu'obenzyl-9,lO-dimelhoxy—
`anlracen-2—sulf0nal, Sulfone,
`insbesondere Phenylacylp—
`heny‘lsulfon, Phosphate, insbesondere Triarylphosphale, N-
`l-lyclroxyimidsulfonale.
`insbcsondcre N—Hydroxyphlhali-
`
`Palenlansprl’jche
`
`65
`
`zur Slruklurierung einer Phololack-
`].- Verfahren
`schichl, umfassend die Schrille:
`a) sin Subsual wird bereilgesrelll, auf dem zu-
`mindesl
`in Teilbereichen eine Photolacksehichl
`aufgebrachl isl, wobei die Photolackschichl.
`
`.- BEST AVAIQBLE COPV.
`
`\
`
`

`

`DE10054121A1
`
`“ ’
`
`9
`
`10
`
`\V
`
`n1- ~
`
`aa) ein filmbildendes Polymer, das Molekul-
`gruppen umfaBl, die durch sauer kaLalysiene
`Abspaltungsreaktionen
`in
`alkalilosliche
`Gruppen fiberffihn werden konnen, und
`ab) einen Photo‘séuregenerator, der bei Be-
`strahlung mit Licht aus einem definierten
`Wellehléngenbereich eine S‘ziure
`freisetzt,
`umfaBL,
`b) die Photolackschicht wird in Teilbereichen mit
`Licht aus dem definienen Wellenbereich besxrahlt,
`(2) die Photolackschicht wird fiber einen bestimm—
`[en Zeitraum mil. einer Base in Komakl gebracht,
`wobei die Base in die Photolacklackschicht dif-
`fundiert,
`(1) die Photolackschichl wird aufeine Temperatur
`erhim, bei der die durch die photolytisch erzeugte
`Séure kalalysierte Abspalmngsreaktion erfolgt,
`- e) die Photolackschichl wird enrwickeltu
`erfahren geméB Anspruch l, dadurch gekenn-
`’2.
`zeichner., daB das die Photolackschichl. zum in Kontaki
`Bringen mil der Base mil. einer Fliissigkeit Uberschich—
`tel wird, die die Base un’ifal'fil.
`3. Verfahren gen‘iiiB Anspruch l oder 2, dadurch ge-
`kennzeichnel. (138 die Photolackschicht zum in Konv
`Lakr. Bringen einem Gas ausgeserzl wird, das die Base
`Lm'it'aBl,.
`
`4. Verfahren geméfl Anspruch 3, dadurch gekenn-
`Zeichnel, daB das Gas ein inerles Tr'a'gergas. ausgcwéhll
`aus der (jruppe, bestehend aus Edelgasen, insbeson-
`dere Helium Oder Argon, und SLicksIoff, uml'afil.
`5. Verf'ahren gen'iéiB Anspruch 1 bis 4. dadurch gc—
`kennzeichnct, daB die Base ausgewéhll
`is! aus der
`Gruppe der Amine, \r'orzugsweise aus der Ctruppe um-
`fassend Hexylamin, Tnpentylamin, 1.5-Diaminopen-
`Ian, N-h‘lerhy‘l—Z—pyrrolidon und/oder 1.1,1.3.3,3-l—le—
`xamethyldisilazan.
`6. Verfahren geméB Anspruch l Oder 2. dadurch ge—
`kennzeichnet.. daB als Base ein 'Salz mit der allgemei—
`nen Struklur geméB Formal l verwendei wird:
`
`VI
`
`10
`
`15
`
`31)
`
`51)
`
`40
`
`1'11
`R4—IIIQR2
`
`R3
`
`0H6 (1)
`
`che, dadurch gekennzeichncl, daB das Polymer im Wel-
`lenl'aingenbereich zwischen 150 bis 450 nm eine ange-
`paBte Absorption aufweist, so dafi der Photosfiuregene-
`ralor photochemjsch aktivien warden kann.
`12. Verfahren gem'eiB einem der vorherigen Ansprii-
`Che, dadurch gekennzeichnet, daB der Photoséuregene—
`rator ausgewiihlt is: aus der Gmppe. umfassend Oni-
`umverbindungen, insbesondere Diphenyliodoniumtri-
`fiat und Trisulfoniumnonasulfat, Nitrobenzylesxer, ins—
`besondere
`4-NiLrobenzyl—9,10-dimethoxyanuacen-2-
`sulfonat, Sulfone, insbesondere Phenylacylphenylsul-
`fon, Phosphate, insbesondere Triarylphosphate, N-Hy-
`droxyimidsulfonate,
`insbesondere N-Hydroxyphthali-
`midmelhansulfonar. und/oder Diazonaphrhochinone,
`insbesondere
`1-Ox0—2-131azonaphlhochinon-S-Aryl—
`sulfonal.
`
`13. Verfahren geméB einem der vorherigen Anspru-
`Che, dadurch gekennzeichnet, daB die lVlolekijlgruppen
`in dem Polymer, welchc die sauer kalalysierten Ab-
`spaltungsreaktionen eingehen kOnncn, Carboxyls'a'u—
`reesler sincl, ausgewéhlt. aus der (jruppe, beslehend aus
`Ierr..—-All(ylcarbonséureestern,
`Tetrahydrofuranylear-
`bons‘ziureesler Lind/Oder Telrahydropyranylcarbonsiiu-
`reesxer.
`
`l4. Verfahren gem‘a‘B einem der vorherigen Anspriichc
`1 bis 12: dadurch gekennzeichnet. daB die Molekijl-
`gruppen in dem Polymer, welche die sauer kalalysier—
`len Abspallungsreaktionen eingehen kOnnen, Etherv
`gruppen sind, ausgewa'hll aus der Gruppe, besrehend
`aus ten-Alkylelher, insbesondere LerL-Bulylether, Te-
`rrahydrofuranylerher Lind/Oder 'l‘elrahydropyranyleiher.
`15. Verfahren geméfi einem der vorherigen Anspri’jche
`1 bis 12, Lladurch gekennzeichnel., daB die lVlolekUl—
`gruppen in dem Polymer, welche die sauer karalysier‘
`[en Abspalwngsreaklionen eingehen kOnnen, cyclische
`oder acyclische Kelale Oder cyclische Oder acyclische
`Acetale sind.
`16. Verfahren geméB einem der vorhen'gen Ansprijche
`1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daB die Molekul-
`gruppen in dcm Polymer, welche die sauer kalalysier-
`ten Abspalmngsreaktionen eingehen k6nnen, Gruppen
`mil der Struktur geméfi Formal H sind:
`
`ca
`
`—%—-O—R, .
`
`CF3
`
`(II)
`
`wobei R1 ausgewéhlt isl aus