DD160756A3

DD160756A3 - Anordnung zur verbesserung fotochemischer umsetzungsprozesse in fotoresistschichten

Info

Publication number: DD160756A3
Application number: DD81229475A
Authority: DD
Inventors: Gudrun Dietz; Walter Gaertner; Yasuhiro Koizumi; Wolfgang Retschke; Soichi Torisawa
Original assignee: Gudrun Dietz; Walter Gaertner; Yasuhiro Koizumi; Wolfgang Retschke; Soichi Torisawa
Priority date: 1981-04-24
Filing date: 1981-04-24
Publication date: 1984-02-29
Also published as: KR840000074A; JPS57177144A; DE3214325A1; FR2504696A1; GB2100453A; CH651423A5; US4704348A; FR2504696B1; GB2100453B; SU1238274A1; IT8267548A0; NL8201726A; KR860000158B1

Abstract

Anordnung zur Verbesserung der fotochemischen Umsetzungsprozesse in Fotoresistschichten, durch die eine Vorlage auf eine in einem Abstand von ihr befindliche Fotoresistschicht optisch uebertragen wird. Sie ist besonders fuer fotolithografische Geraete bestimmt. Zur Steigerung der Produktivitaet bei der Herstellung von Mikrostrukturen ist die Reproduzierbarkeit der Bedingungen, insbesondere der relativen Feuchte und der Homogenitaet des Uebertragungsmediums bei der optischen Uebertragung einer Vorlage auf ein mit Fotoresist versehenes Substrat zu gewaehrleisten. Hierzu werden erfindungsgemaess ein Befeuchter und eine Temperatureinrichtung verwendet, zur Erzeugung eines Raumes definierter Feuchte und Temperatur zwischen der Vorlage und der Fotoresistschicht zumindest in unmittelbarer Naehe desjenigen Teils der Fotoresistschicht, auf den die optische Uebertragung erfolgt.

Description

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ffitel: Anordnung zur Verbesserung fotochemischer Umsetzungsprozesse in Fotoresistschichten

Anwendun^sgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erhöhung der Eeproduzierbarkeit und örtlichen Gleichmäßigkeit der fotochemischen Umsetzungsprozesse in Fotoresistschichten, bei der eine Vorlage auf ein in einem Abstand von ihr befindliches, mit Fotoresist versehenes Substrat optisch übertragen wird. Sie ist besonders geeignet für die wafer-Direktbelichtung im step- and repeat-Verfahren und für die Stabilisierung der technologischen Bedingungen in fotografischen Umsetzungsprozessen. Sie ermöglicht ferner eine solche Behandlung eines Substrats, daß ein Positivlack in ein negativ arbeitendes Material übergeführt wird..

Charakter istik des bekannten. Stand e s_d_er Technik:.

Bekanntlich wird durch die Einwirkung von Lichtenergie die Löslichkeit von auf Substrate aufgebrachten Beistschichten in anorganischen oder organischen Entwicklerlösungen so verändert, daß zwischen belichteten und unbelichteten Gebieten der Resistschichten ein großer Löslichkeitsunterschied besteht. Beim Entwickeln wird somit eine der jeweiligen Lichtenergieverteilung entsprechende Resistmaske auf einem Substrat erzeugt, die wiederum Ausgang für weitere Prozesse ist. Für den fotochemischen Umsetzungsprozeß ist beim Einwirken der Lichtenergie auf die Fotoresistschicht in dieser die Anwesenheit von Rest-

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wasser notwendig. Fotolithografische Mikrostrukturierungs-Prozesse werden vorzugsweise in klimatisierten, sauberen Räumen mit einem Standardfeuchteniveau durchgeführt. Obwohl gegebenenfalls die Luftfeuchte gesteuert werden kann, kommen durch partielle und zeitliche !Feuchtigkeitsschwankungen Unterschiede in der Strukturbreite zustande. Das gilt auch bei Verwendung von Schutzgasduschen oder pneumatischen Fokussiereinrichtungen, bei denen der Zutritt der Raumluft an den Ort der Belichtung zur Belichtungszeit durch den erzeugten Gasstrom behindert wird. Dadurch wird der durch die Vorlage angebotene .Abbildungskontrast von der Fotoresistschicht aufgrund der unvollständig ablaufenden fotochemischen Prozesse nicht optimal erfaßt und umgesetzt* Es kommt zu unerwünschten statistischen und systematischen Strukturbreitenschwankungen. Das mehr oder weniger zufällige Feuchtigkeitsniveau zum Zeitpunkt und am Ort der Belichtung beeinflußt die Empfindlichkeit des Fotoresists negativ/ wodurch die Strukturbreitensehwänkungen zunehmen und die Belichtungszeiten nicht reproduzierbar sind.

Schließlich wirken sich Schichtdickenunterschiede innerhalb einer Fotoresistschicht unter dem Einfluß zu geringer Feuchtigkeit verstärkt als Strukturbreitensehwänkungen aus.

Ziel der Erf indung;;

Durch die Erfindung sollen die aufgezeigten Mangel behoben, die Produktivität bei der Herstellung von Mikrostrukturen auf Fotoresistsciiichten gesteigert und dabei die Ausfallquote verringert werden.

Darlegung ,des Wesens der Erfindung:

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Reproduzierbarkeit der Bedingungen, insbesondere der relativen Feuchte und der Homogenität des Übertragungsmediums, bei der optischen Übertragung einer Vorlage auf ein mit Fotoresist versehenes Substrat zu gewährleisten. Darüber

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hinaus sollen partielle Unterschiede dieser Bedingungen auch dann ausgeschaltet werden, wenn es sich um Übertragungen handelt, die aufgrund der verwendeten Mittel mit einer Gasdusche arbeiten.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch Anordnung eines Befeuchters und einer Temperiereinriehtung zur Erzeugung eines Raumes definierter Feuchte und Temperatur zwischen der Vorlage und der Fotoresistschicht, zumindest in unmittelbarer ITähe desjenigen Teils der Poιοί ο resistschicht, auf den die optische Übertragung erfolgt. Der Befeuchter muß zumindest während des Übertragungsvorgänges dem Teil der Fotoresistschicht, auf den die optische Übertragung vorgenommen werden soll, die erforderliche Feuchtigkeit bei durch die Temperiereinriehtung konstant gehaltener Temperatur zuführen. Dabei hat es sich gezeigt, daß es ausreicht, wenn die Feuchtigkeit zum Zeitpunkt der optischen Übertragung zugeführt wird. Für die Wirkungsweise der Erfindung ist es unerheblich, ob, wie in der Fotolithografie üblich, eine Fotoresistschicht auf einem Substrat partiell, Stück für Stück, oder in einem Schritt, auf einmal, belichtet wird, wenn sich die Vorlage nur in einem solchen Abstand von der Fotoresistschicht bzw. dem Substrat befindet, daß der Befeuchter auf das zwischen ihnen befindliche Medium einwirken und es megliehst optisch homogen beeinflussen kann. Der Befeuchter kann sich in unmittelbarer Nähe des Übertragungsraumes oder entfernt von ihm befinden, wobei dann dem Übertragungsraum die erforderliche Feuchte über ein Rohrleitungssystem vom Befeuchter mitgeteilt wird. Erfolgt die optisehe Übertragung durch ein Objektiv, so ist es zur Erzeugung eines homogenen Übertragungsmediums definierter relativer Feuchte von Vorteil, wenn symmetrisch zur Objektivachse mindestens zwei Düsen seitlich vom Objektiv angeordnet sind, die mit dem Befeuchter über Rohrleitungen verbunden sind und deren Austrittsöffnungen zwischen dem

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Objektiv und dem Resist, zumindest aber in Höhe der Objektivfrontlinse liegen. Die Düsen können auch durch eine einzige, zur Objektivachse rotationssymmetrisch angeordnete, ringförmige Düse ersetzt werden. Wird die Erfindung bei einem fotolithografischen Gerät mit pneumatischer, : automatischer Fokussierung verwendet, so ist der Befeuchter vorteilhaft in das pneumatische Fokussiersystem eingeordnet. Der Befeuchter kann z.B. als .Sprüh-, Zerstäubung-, Taupunkt- oder Verdampfungsbefeuchter ausgebildet sein und teilt dem durch eine Dusche oder die Pokussiereinrichtung zum Übertragungsraum gelangenden Gas die für den «jeweiligen Anwendungsfall optimale relative Feuchte mit. Es hat sich gezeigt, daß feinstgefiltertes Gas mit einer relativen Feuchte von > 10 % bereits zur Gewährleistung hinrei- chender Ergebnisse bei der optischen Übertragung einer Vorlage auf eine Resistschicht ausreichten. Die relative Feuchte steht dabei im Zusammenhang mit der Belichtungszeit, der Empfindlichkeit, dem Auflösungsvermögen des Resists und der gewünschten Genauigkeit der übertragenen Strukturen. Die gezielte Einstellung und Regelung der re-. lativeh Feuchte beeinflußt in hohem Maße die Umsetzungsprozesse und den chemischen bzw. fotoehemischen Wirlcmechanismus in der Fotoresistschicht während der Belichtung. Sie vermindert gleichzeitig die Auswirkungen der vor und nach der Belichtung (Übertragung) stattfindenden Resistbeeinflussungen, wie ζ.B. Restwassergehaltveränderungen in der Resistschicht, Lagerungseinflüsse auf die Substrate, herstellungsbedingte Schichtdickentoleranzen und gestattet bei gleicher Anforderung an die Toleranzen, den technologischen Bearbeitungsspielraum zu vergrößern.

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Ausführungsbeispiel:

Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung nachstehend näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 die Anwendung der Erfindung auf ein fotolithografisches Gerät mit pneumatischer Fokussierung,

Pig. 2 eine Ausführungsform des Befeuchters gemäß Pig. 1 und

Fig. 3 die Anwendung der Erfindung auf ein fotolithografisches Gerät zur wafer-Belichtung.

In Fig. 1 ist auf einer Basis 1 ein Kreuzschlittensystem 2 rechtwinklig und parallel zur Zeichenebene bewegbar, auf dem ein Träger 3 für ein mit einem Resist 4 versehenes Substrat 5 angeordnet ist. Über dem Resist 4 ist ein Tubus 6 angeordnet, der an seiner dem Resist 4 zugewendeten Seite ein Objektiv 7 mit der optischen Achse 0-0 aufweist, die im wesentlichen mit der geometrischen Achse des Tubus 6 zusammenfällt. Der Tubus 6 ist parallel zur optischen Achse 0-0 bewegbar und an seiner dem Resist 4 abgewendeten Seite mit einer Vorlage 8 versehen, die durch das Objektiv 7 verkleinert auf den Resist 4 abgebildet wird. Das Objektiv 7 ist von einem Gehäuse 9 mit einer Einlaßöffnung 10 und einer Auslaßöffnung (Meßdüse) 11 umgeben, das an den Tubus 6 angesetzt ist. Die Einlaßöffnung 10 ist über ein Rohrleitungssystem 12 mit einer Gaszentrale 13 verbunden, wobei das Rohrleitungssystem nacheinander einen ersten Druckminderer 14» ein Vorfilter 15» einen ersten Wärmeaustauscher 16, einen zweiten Druckminderer 17» einen Befeuchter 18, ein Feinstfilter 19, einen zweiten Wärmeaustauscher 20 und ein pneumatisches Fokussiersystem 21 zur Fokussierung des Objektivs 7 auf den Resist 4 enthält.

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In der Gaszentrale 13 befindet eich ein Gas, beiopiels- ' weise Stickstoff, mit einer relativen Feuchte von < 5 %, unter mehreren Atmosphären Druck, das durch die Rohrleitung 12 dem Gehäuse 9 zuge.fi.ihrt wird. Im ersten Druckminderer 14 wird der Gasdruck auf etwa 1,5 atü reduziert, und im Vorfilter 15 wird das Gas von Verunreinigungen gereinigt. Im ersten Wärmeaustauscher 16 findet eine Vortemperierung des Gases statt, wobei das Gas auf eine Temperatur, beispielsweise 20⁰C gebracht wird, die etwa 5° niedriger liegt als die Temperatur zwischen Objektiv 7 und Resist 4· Im zweiten Druckminderer 17 wird der Gasdruck auf 1 atm. reduziert bevor das Gas dem noch näher zu be-. schreibenden Befeuchter 18 zugeleitet .wird. Im Befeuchter 18 befindet sich deionisiertes Wasser, das vom Gas durchströmt wird, das dabei Wasserdampf in der gewünschten Menge aufnimmt und seine relative Feuchte erhält. Die Menge des aufgenommenen 7ZaS se r dampf es hängt im wesentlichen von der Durchflußmenge des Gases, der Gastemperatur und der 'Wasser-temperatur ab und wird gezielt beeinflußt. Nach Filterung des befeuchteten Gases im Feinstfilter 19 wird es im zweiten Wärmeaustauscher (Temperiereinrichtung) 20 mit einer Genauigkeit von i 0,1 ⁰G auf die Temperatur des zu belichtenden Resists 4 und des Objektivs 7 gebracht und auf dieser Temperatur gehalten. Zusammen mit dem Befeuchter 18 sorgt der zweite Wärmeaustauscher 21 für die Einhaltung der erforderlichen relativen Feuchte, die beispielsweise 35 % bei 23 ⁰C und einem Luftdruck von 760 Torr beträgt. Das auf diese Weise befeuchtete und temperierte Gas wird dem mit einem mittleren Meßdruck von 0,3 atü arbeitenden pneumatischen Fokussiersystem 21 zugeleitet, gelangt von da durch die Einlaßöffnung 10 in das Gehäuse 9 und strömt zwischen Objektiv 7 und Gehäuse 9 hindurch durch die Auslaßöffnung 11 in den zwischen Objektiv 7 und Resist 4 befindlichen Raum, der dadurch mit dem definiert befeuchteten und temperierten Gas angefüllt wird.

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In Fig. 2 befindet sich in einer rait einem Stöpsel 22 verschlossenen Flasche 23 in der Ilähe des Flaschenbodens eine Schicht 24 aus porösem Glas, die für Flüssigkeiten und Gase durchlässig ist. In die Flaschenwandung und die poröse Glasschicht 24 ist eine Zuleitung 25 so eingeschmolzen, daß sie im wesentlichen in der Flaschenmitte verläuft. Die Flasche 23 ist z.T.. mit deionisiertem Wasser 26 gefüllt, das die poröse Glasschicht 24 zumindest bedeckt. Außerdem ist in die Wandung der Flasche 23 eine Ableitung 27 eingeschmolzen, deren in der Flasche befindliches Ende immer über dem Wasserspiegel 28 liegt. Die Flasche 23 und die zum Warmetauscher 20 führende Ableitung 27 werden mit Hilfe der Einfachheit halber nicht dargestellter Mittel im wesentlichen auf einer konstanten Temperatur gehalten, die mit der Temperatur der Fotoresistschicht übereinstimmen kann.

Durch die Zuleitung 25 wird ständig Gas 29 zugeführt, das aus der in die poröse Glasschicht 24 eingeschmolzenen Zuleitung 25 austritt, durch die poröse Glassciiicht 24 und das Wasser 2β in den Flaschenraum über dem Wasserspiegel 23 gelangt und die Flasche 23 durch die Ableitung 27 verläßt. Beim Aufsteigen im Wasser 26 werden die Gasperlen 29 befeuchtet; mit der Feuchtigkeit versehen werden sie durch die Ableitung 27 weitergeleitet, wobei in einem mäanderförmigen Teil 30 mitgerissene Flüssigkeitstropfen abgeschieden werden. Zum Nachfüllen von deionisiertem Wasser ist der Stöpsel 22 zu entfernen·

In Fig. 3 sind die erfindungswesentlichen Teile einer fotolithografischen Justier- und Belichtungseinrichtung dargestellt, bei der wafer-Belichtungen im Kontakt- oder Proximity-Verfahren ohne Abbildungsoptik hergestellt werden. Ein wafer 31 ist auf einem Kreuzschlittensystem 32 rechtwinklig und parallel zur Zeichenebene linear verschiebbar

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und tun eine zur Zeichenebene parallele Achse X-X drehbar angeordnet. Eine Hubvorrichtung 33 dient der-Höhenverstellung' des Kreuzschlittensystems 32 und damit des wafers 31· Im wesentlichen in einer Höhe mit dem Kreuzschiittensystern 32 befindet sich ein mit schräg angeordneten Düsen 34 versehener Tisch 35» auf dem sich die wafer 311 vor und nach der Belichtung bewegen und der mit einer öffnung 52 für die Bewegungen des Kreuzschlittensystems versehen ist. In der : Fähe des Kreuzschlittensystems 32 befindet sich über diesem und dem Tisch 35 ein Gehäuse 36, das mit schlitzförmigen Öffnungen 37 für den wafer-Zu- und -Abgang versehen ist. Der wafer 31 wird zu einer in einer Gehäuseöffnung 38 gelagerten Maske 39 mit Hilfe des Kreuzschlittensystems 32 und der Hubvorrichtung 33 ausgerichtet bevor er von einer Beleuchtungseinrichtung 40 durch die Maske 39 hindurch belichtet wird. Unter dem Tisch 35 befindet sich eine pneumatische wafer-Transporteinrichtung 41. Eine Gaszentrale 42 ist über ein !leitungssystem 43» 431, 432 mit dem Gehäuse 36 bzw. der Transporteinrichtung 41 verbunden. In der Leitung 43 sind nacheinander ein Druckregler 44» ein Befeuchter 45» ein Peinfilter 46 und eine Temperiereinrichtung 47 angeordnet. Im Leitungszweig 431 sind ein Ventil 48 und ein pneumatischer Schalter 49 und im Leitungszweig 432 sind ein Ventil 50 sowie ein pneumatischer Schalter 51 vorgesehen.

Von der Gaszentrale 42 wird Preßluft (oder ein anderes, durch den Prozeß bedingtes Gas) trocken, mit einer relativen Feuchte <10 % staubfrei durch die Leitung 43 an den Befeuchter 45 gegeben. Dabei erzeugt der Druckregler 44 den erforderlichen Betriebsdruck von 1,5 atü. Im Befeuchter 45 nimmt die Preßluft eine für den Belichtungsprozeß des wafers 31 optimale Feuchte und Temperatur an. Das Feinfilter 46 reinigt die Preßluft von evtl. Verunreinigungen und die Temperiereinrichtung (Thermostat) 47 bringt sie auf die Temperatur des wafers 31· Im Leitungszweig 432 dient das Ventil 50 der Einstellung der erforderlichen

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Durchflußmenge an Preßluft zur Transporteinrichtung 41, die mit Hilfe der durch die Düsen 34 gepreßten Luft nacheinander die resistbeschichteten unbelichteten wafer 311 dem Kreuzschlittensystem 32 zuführt.' Mit der feuchtegeregelten temperierten Preßluft werden nur diejenigen Düsen 34 gespeist, die im Gehäuse 36 zwischen zu belichtendem wafer 311 und Maske 39 münden. Da der wafer-Transport intermittierend erfolgt, wird.mit dem pneumatischen Schalter 51 der Luftstrom zur Transporteinrichtung nur für die Bewegung des wafers 311 in die Position 31 freigegeben.

Der Leitungszweig 431 führt über das Ventil 48 feuchtegeregelte und temperierte Preßluft in das Gehäuse 36» wobei ' der Eintritt der Leitung 431 in das Gehäuse 36 als Dusche ausgebildet sein kann. Damit wird erreicht, daß während .

des gesamten Prozesses am wafer 31 definierte Feuchte- und Temperaturverhältnisse herrschen. Es erfolgt eine gute Spülung der Umgebung des wafers 31, die Einflüsse der umgebenden Raumluft ausschließt. Der pneumatische Schalter 49 ermöglicht die Ausschaltung des Leitungszweiges 431 zur Zeit der Belichtung und vermeidet z.B. bei Proximity-Belichtung eine Deformation der Maske 39 durch den vorhandenen überdruck.

Die Erfindung ist nicht an die Ausführungsbeispiele gebunden. Insbesondere ist der Befeuchter, seine Ausbildung und seine Beheizung variierbar.

Claims

Erfindungs ans p_r uch: .

1. Anordnung sur 3rhöhung der Reprodiizierbarkeit und örtlichen Gleichmäßigkeit der fotochemischen Umsetzungsprozesse in Fotoresistschichten, bei der eine Vorlage auf ein in einem Abstand von ihr befindliches mit Fotoresist versehenes Substrat optisch übertragen wird, gekennzeichnet durch einen Befeuchter und eine Temperiereinrichtung zur Erzeugung· eines Raumes definierter Feuchte und Temperatur zwischen der Vorlage und der Potoresistschicht zumindest in unmittelbarer ITähe desjenigen Teiles der Fotoresistschicht, auf den die optische übertragung erfolgt.
2. Die Anordnung bei der die Vorlage mit Hilfe eines Objektivs auf die Fotoresistscuicht abgebildet wird, nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,. daß das Objektiv von einem Gehäuse umgeben ist, das mit dem Befeuchter über eine mit der Temperiereinrichtung versehene Leitung verbunden ist und das zwischen dem Objektiv und der Fotoresistschicht seitlich vom Objektiv nineestens zwei Düsen enthält, die im wesentlichen symmetrisch sur Objektivachse angeordnet sind.
3. Anordnung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch,..daß der Befeuchter mit einer pneumatischen Fokussierung gekoppelt ist.

4· Anordnung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Düsen durch eine zur Objektivachse rotationssymmetrisch angeordnete einzige ringförmige Düse ersetzt sind.
23.04.1981

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

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