Способ формирования маски

 

ОП ИСАНИ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 604519

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Н ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено18.12.74 (21) 2087702/21 (23) Приоритет «(32) 19. 12.7 3 (31) 426403 (33) США (43) Опубликовано 25.04 78 юллетень № 15 (45) Дата опубликования описания оч. О ; 93, (51) М. Кл.

Н 05 К 3/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.396.6—

-181. 48 (088. 8) Иностранцы

Вэйн N,. Мореау и Чин Н. Тинг (без гражданства) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

"Интернэшнл Бизнесс Машинз Корпорейшн" (71) Заявитель (США) (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МАСКИ

Изобретение относится к формированию масок, при котором чувствительный к излучению слой резиста избирательно подвергается облучению радиацией и затем избирательно растворяется, образуя рисунок маски. Изобретение может быть использовано при изготовлении электрометрических схем и их элементов.

Известен способ формирования маски, например, при изготовлении рисунка микросхем, включающий нанесение на подложку слоя фото резиста на основе полимерного материала, селективное экспонирование его радиационным лучом с последующим проявлением путем удаления экспонированных участков слоя фото° резиста в растворителе (1j

Однако при этом способе формирования масок недостаточна точность их геометрических размеров.

Цель изобретения — повышение точности геометрических размеров маски.

Достигается это тем, что в известном способе формирования маски, включающем нанесение на подложку слоя фоторезиста на основе полимерного материала, селективное экспонирование его радиационным лучом с последующим проявлением путем удаления экспонированных участков слоя фоторезиста в растворителе, после нанесения первого слоя фоторезиста на подложку наносят по крайней мере один дополнительный слой фоторсзиста, обладающий меньшей скоростью удаления в растворителе, чем первый слой фоторезиста, причем в качестве полимерного материала обоих слоев фоторезиста используют полиметил. крилат; диапазон молекулярных весов мерного материала первого слоя фоторезн составляет 500 — 100000, а дополнительно: слоя — 20000 — 10000000.

10 Предлагается структура высокой чувствительности из слоев резиста, которая включает многочисленные нодслои резиста, нанесенные на подложку. Каждый подслой резиста содержит полимер, способный распадаться под воздействием радиации, и каждый последующий подслой резиста имеет более низкую скорость растворимости в проявителе резиста, чем IIo;I,— слой резиста, сверх которого он наложен.

Образуется резистная маска посредством облучения структуры из подслоев резиста в соответствии с рисунком, радиацией высокой энергии, а затем производится проявление оолученных участков подслоя, чтобы открыть подложку, обрабатывая подслои растворителем, который предпочтительно растворяет облучен25 ный участок подслоя.

60451

Другой особенностью изобретения является то, что на защитной маске и подложке создается слой из другого вещества, при котором участок слоя, находящийся в соприкосновении с подложкой, оказывается отделенным от част ков слоя, покрывающих резист. Необлученный слой резиста и сверхлежащий слой вешества удаляются с помощью обработки растворяющим отделителем для резиста так, чтобы оставить только ту часть слоя из вещества, которая образована непосредственно на подложке.

На фиг. 1 дан участок подложки, поперечное сечение (а — д), иллюстрирующий осуществление известного способа получения фоторезиста; на фиг. 2 — участок подложки, поперечное сечение (а — r), иллюстрирующий осуществление предлагаемого способа получения многослойного фоторезиста.

При осуществлении предлагаемого способа приемлемы такие резисты, которые распадаются под воздействием радиации высокой энергии при дозировочных уровнях приблизительно выше, чем 1 X 10- кулон/см и которые обыч- 20 но применяют в позитивных системах резиста при облучении высокой энергией. Резисты включают в себя, например, полимеры группы винила, такие, как низшие алкиловые эфиры метакриловой кислоты, н-бутилметакрилат, трет-бутилметакрилат, диазосенсибилизированные новолаковые смолы.

Многочисленные слои фоторезиста можно составлять из одного и того же полимера или различных полимеров при условии, что нижние слои растворяются быстрее в проявляюшем растворе, чем сверхлежаший слой, при этом диапазон молекулярных весов полимерного материала первого слоя фоторезиста составляет 500 — 100000, а дополнительного сл оя — 20000 — 10000000.

Облучение производится радиацией высо- 35 кой энергии такой, как рентгеновские лучи, ядерная радиация, электронный луч и т. и.

Наиболее целесообразным способом облучения является использование электронного луча.

Проявление осушествляется таким проявителем, который растворяет облученные участки слоя, например, органический растворитель или смесь, если применяются полимеры акриловой группы, и щелочной проявитель, .сли используется фоторезист на основе диазосенсибилизированной новолаковой смолы фенолформаль- 4 дегида.

После проявления слои фоторезиста можно просушить при температуре, которая улучшает адгезию, приблизительно от 100 до 150 С.

Далее даны примеры, иллюстрирующие повышение чувствительности, которое можно получить предлагаемым способом.

Пример l. Чувствительность и профиль структуры из одного слоя.

Слой полиметилметакрилата толщиной

25000 А (m„ = 82400, m„ = 41560) нанесен на несколько кремниевых пластин, чтобы полу55 чить пленку 1 фоторезиста на кремниевой пластине 2 (см. фиг. I а). Пленку фоторезиста предварительно просушивают при 160 С в воздушной среде в течение 1 час. Каждый образец подвергают облучению дозами в пределах щ

4 от 1 Х 10 кулон/см до 300 X 10 6 кулон/см, применяя электронный луч диаметром в 1 микрон, дающий энергию в 25 кВ для облучения участка 3 каждой пленки (cM. фиг. 1 б). Образцы проявляют в течение от 1 до 60 мин в метилизобутилкетоне (МИБК) при 21 С. На каждой стадии проявления измеряют толшину остающейся пленки фоторезиста. Облученная пленка растворяется со скоростью S, равной

2400 А в 1 мин при уровне дозы в 50 X

Х 10 6 кулон/см, в то время, как необлученная пленка растворяется со скоростью S I = 600 А в 1 мин. Окончательная толщина проявленного резиста составляет 25000 А мин 6600 А или

18000 А при проявлении в течение 1 мин. Чувствительность резиста определяется как отношение S к S< для различных доз. Минимальная чувствительность для рабочего контроля составляет 2,0. Таким образом, доза для получени. требуемой чувствительности в 2,0 будет

20 X 10 кулон/см . Поперечное сечение проявленной пластины исследуют при помощи электронного микроскопа со сканированием и получают увеличенную в 6000 раз фотографию. Как показано на фиг. 1 в, в пленке отмечен наклонный приблизительно в 45 профиль резиста. На верхний слой 1 фоторезиста и открытую часть подложки 2 наносят способом вакуумного испарения алюминиевый слой 4 толшиной в 10000 А (см. фиг. 1 и 2). Алюминированную пленку погружают в теплый ацетон при 50 С для того, чтобы растворить слой

1 фоторезиста и снять часть алюминиевого слоя, который был образован непосредственно на поверхности пластины 2. Снятие алюминиевого слоя не удается, очевидно потому, что алюминий покрывал наклонный край 5 резистивного слоя так, что ацетон не мог воздействовать на резистивный слой I и удалить его.

Для сравнения результатов, которые можно получить фименением предлагаемого способа, с результатами способа, описанного в примере 1, используют двойной слой полиметилметакрилата.

Прииер 2. На пластину 6 наносят слой 7 полиметилметакрилата толщиной в 14000 А с молекулярным весом в таких же пределах, как в примере I (см. фиг. 2). Слой 7 предварительно- просушивают приблизительно при

160 С в течение 1 часа. На слой 7 наносят второй слой 8, содержащий пленку из полиметилметакрилата, толщиной 7000 А, но с более высоким молекулярным весом (гп, 750.450; m„= 246.190), Двойную пленку предварительно просушивают в течение 1 часа при

160 С и затем подвергают облучению сканирующим электронным лучом, диаметром

1 микрон, энергией в 25 кВ при дозе

7,5 X 10 6 кулон/см . В результате получают облученный участок 9 в слоях 7 и 8, как показано на фиг. 2 б. Скорость растворимости (Я,) необлученного верхнего полимерного слоя определяют в 75 А в мин. Двойную пленку фоторезиста проявляют приблизительно

50 мин в проявителе из метилизобутилкетона при температуре около 21 С. Необлученные

604519

30

Формула изобретения

3S

Ю участки слоя теряют около 3750 А за время проявления. Окончательную толщину оставшейся . двойной пленки определяют в

17250 А. Как показывает фотография поперечного сечения проявленных резистных слоев, сделанная электронным микроскопом со сканированием с увеличением в 7000 раз, получают подрезанный проявлением профиль фоторезиста (см. фиг. 1 в). Проявленную резистную пленку алюминируют способом вакуумного осаждения, получив слой 10 алюминия толщиной в 10000 A. Слой фоторезиста и сверхлежаший слой алюминия снимают, как показано на фиг. 2 r и д, при помощи растворения в теп лом ацетоне при 50 С. Отношение толщины фоторезиста к толщине металла составляет

1,7 к 1. Определяют, что разрешающая способность изображения из алюминиевых полос представляет собой отношение ширины к высоте около 1 3 к 1 0 (т. е. 13000 А ширина изображения и 10000 А высота). Минимальное расстояние между алюминиевыми полосами, которое можно получить, составляет около половины окончательной толщины фоторезиста или около 8500 А. Минимальная доза, необходимая для осуществления съема способом фоторезиста из двух слоев и слоем алюминия, толшиной в 10000 А, составляет всего одну шестую дозы, требующейся для однослойной пленки.

Пример 8. Использование смешанных полимерных слоев. а. Один слой из политретичного бутилметакрилата. Пленку из политретичного бутилметакрилата, толщиной в 20000 А (m„— 104100;

m... — 52500) наносят на кремниевую пластину. Пленку предварительно просушивают при температуре около 160 С в течение 1 часа.

Затем пленку облучают, применяя 1 микронный электронный луч в 25 KV, дозами от

1 Х 10 до 300 Х 10 кулон/см При дозе в 25 X 10 кулон/см достигнута чувствительность с отношением S/S> (4 к 1) к проявлению в метилизобутилкетоне при 21 С. Скорость проявления S 0 1500 А в минуту íà S облученного участка. После проявления толщина оставшейся пленки резиста составляет

15.000 А. Максимальная толщина алюминия, которую можно снять, применяя ацетон при

40 С, составляет 4500 А. б. Пленку из политретичного бутилметакрилата толщиной 15000 А наносят на кремниевую пластину и предварительно просушивают при температуре около 160 С приблизительно в течение часа. Затем наносят второй слой фоторезиста из полиметилметакрилата (молекулярный вес m„, = 750450, m„= 246190) толщиной около 3000 А просушивают нанесением слоя при температуре 160 С приблизительно в течение часа. Слои фоторезиста подвергают облучению 1 микронным электронным лучом, применяя энергию в 25 кБ и дозы от

1 Х 10" до 300 Х 10 кулон/см . При дозе в 7 X 10 кулон/см и проявлении в течение

20 мин в метилизобутилкетоне при 21 С толщина оставшегося слоя фоторезиста соста вляет 16500 A. !!ленку алюминируют способом вакуумного осаждения и получают слой алюминия в 10000 A. Участок алюминиевого слоя, покрывавший оставшийся после проявления слой резиста, успешно снимают вместе со слоем резиста вымачиванием в теплом ацетоне при 40 С. Затем чувствительность резиста повышают снижением уровня требуемой дозировки с 25 Х 10 6 кулон/см до 8 X 10 кулон/ см. Величина отношения толщины слоя резисг та к толщине слоя металла, требуемая для осуществления успешного съема, снижена приблизительно с 3 до 1,6.

Предлагаемый способ создает требуемый профиль.

Чувствительность резиста повышается благодаря тому, что время проявления, требуемое для составной многослойной структуры резиста, приблизительно равно времени, требуемому для проявления верхнего слоя. Благодаря защите, создаваемой верхним слоем, толщина нижних слоев резиста не уменьшается во время проявления. Таким образом, в действительности, отношение чувствительности S/Sz близко к отношению скорости растворимости S облученного нижнего слоя с более низким молекулярным весом к скорости растворимости S< необлученного верхнего слоя.

1. Способ формирования маски, например, при изготовлении рисунка микросхем, включающий нанесение на подложку слоя фоторезиста на основе полимерного материала, селективное экспонирование его радиационным лучом с последующим проявлением путем удаления экспонированных участков слоя фоторезиста в растворителе, от.гггчаюгчийся тем, что, с целью повышения точности геометрических размеров маски, после нанесения первого слоя фоторезиста на подложку наносят по крайней мере один дополнительный слой фоторезиста, обладающий меньшей скоростью удаления в растворителе, чем первый слой фоторезиста.

2. Способ по п. 1. отличающийся тем, что в качестве полимерного материала обоих слоев фоторезиста используют полиметилметакрилат.

3. Способ по и. 1, от,гичаюигийся тем, что диапазон молекулярных весов полимерного материала первого слоя фоторезиста составляет

500 — 100000, а дополнительного слоя

20000 — 10000000.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США № 3535137, кл. 17 — 8, 20. 10.70.

604519 и 8 в

7 фиг. 1

Фиг. 2

Составитель П. Лягни

Техред О. Луговая Корректор А. Гриценко

Тираж 992 Подписное

Редактор Е. Гончар

Заказ 1940/5

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Минисграв СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4