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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung einer Photolackschicht.
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In
der Halbleitertechnologie spielen photolithographische Verfahren
zur Erzeugung integrierter Schaltungen auf einem Halbleitersubstrat
eine zentrale Rolle. Dabei wird eine strahlungsempfindliche Resistschicht
auf der Oberfläche
der zu strukturierenden Schicht eines Substrats aufgebracht und
in ausgesuchten Bereichen mit Licht geeigneter Wellenlängen bestrahlt.
Anschließend
wird nur der bestrahlte Bereich der Photoresistschicht durch einen geeigneten
Entwickler von dem Substrat entfernt. Dabei entspricht das so in
der Photoresistschicht erzeugte Muster dem Muster, das in einem
weiteren Prozessschritt, z.B. einer Ätzung oder einer Ionenimplantation,
in die unter der Photoresistschicht liegende, zu strukturierende
Substratschicht übertragen werden
soll. In diesem anschließenden
Prozessschritt dient die entwickelte Photoresistschicht somit als
Maske, die eine Materialveränderung,
z.B. einen Materialabtrag, in den durch sie abgedeckten Bereichen
der Substratschicht verhindert. Nach dem strukturierenden Prozessschritt
wird die Photoresistmaske wieder entfernt, die somit nicht Bestandteil
der integrierten Schaltung wird.
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Als
Photolacke bzw. Photoresists hat sich dabei die Klasse der chemisch
verstärkten
Resists (chemical amplification resist; CAR) besonders bewährt. Chemisch
verstärkte
Resists sind dadurch charakterisiert, dass sie einen Photosäuregenerator, d.h.
eine photosensitive Verbindung, beinhalten, der bei Bestrahlung
mit Licht eine Protonensäure
generiert. Diese Protonensäure
löst dann,
gegebenenfalls unter thermischer Behandlung des Resists, säure-katalysierte
Reaktionen in dem Basispolymer des Resists aus. Durch die Präsenz des
Photosäuregenerators
wird die Sensitivität
des Photoresist verglichen mit konventionellen Photoresist wesentlich
erhöht.
Eine Übersicht
zu diesem Thema gibt H.Ito in Solid State Technology, Juli 1996
S. 164 ff.
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Das
Prinzip der chemischen Verstärkung
hat sowohl bei den naß entwickelbaren
Einlagenresists als auch bei den ganz oder teilweise trocken entwickelbaren
Zweilagenresistsystemen breite Anwendung gefunden. Im Falle der
Positivresists wird die unterschiedliche Löslichkeit des belichteten und
des unbelichteten Photoresists mittels dem Prinzip der säurekatalysierten
Spaltung bewerkstelligt. Dabei wird aus einer unpolaren chemischen
Gruppe des schichtbildenden Polymere, z.B. einer Carbonsäure-tert.-butylestergruppe,
in Gegenwart einer photolytisch erzeugten Säure, gegebenenfalls in einem Heizschritt,
eine polare Carbonsäuregruppe
gebildet. Weitere Beispiele für
unpolare „blockierten" Gruppen, die durch
säurekatalysierte
Reaktion in korrespondierende polare Gruppen umgewandelt werden können sind
die tert.-Butoxycarbonyloxy-(tBOC)
oder Acetalgruppen. Durch die Umwandlung der unpolaren Gruppe in
die korrespondierende polare Gruppe erfährt der Resist in den zuvor
bestrahlten Bereichen eine Änderung
in der Polarität,
wodurch diese in dem polaren, wässrig-alkalischen
Entwickler löslich
werden. Dadurch können
die belichteten Bereiche des Photoresists selektiv durch den Entwickler
entfernt werden. Die Lackreste in den unbelichteten, unpolaren Bereichen
definieren somit geometrisch ein Resistprofil bzw. eine Resiststruktur
auf dem Substrat, das in folgenden Prozessschritten als Maske zur Oberflächenstrukturierung
dient.
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Aufgrund
der immer höher
werdenden Integrationsdichte in der Halbleitertechnologie ist die
Genauigkeit, mit der das Resistprofil nach der Entwicklung auf einer
zu strukturierenden Oberfläche
erzeugt werden kann von entscheidender Bedeutung. Das Resistprofil
wird zum einen während
der Belichtung durch die Lichtverteilung physikalisch eindeutig vordefiniert.
Zum anderen wird es durch die Verteilung der durch die Belichtung
photochemisch erzeugten Komponenten chemisch in die Resistschicht übertragen.
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Aufgrund
der physikalisch chemischen Eigenschaften der Resistmaterialien
ist eine völlig
unverfälschte Übertragung
des durch die Lithographiemaske vorgegebenen Musters zum Resistprofil
jedoch nicht eindeutig möglich.
Hier spielen insbesondere Interferenzeffekte und Lichtstreuung in
dem Photoresist eine große
Rolle. Aber auch die der Belichtung folgenden Schritte, wie z.B.
die Entwicklung, haben zusätzlich
einen großen
Einfluß auf
die Qualität
der Resistprofile. Die Qualität
der Resistprofile wird wesentlich durch die Profilflanken bestimmt.
Um in den nachfolgenden Prozeßschritten
eine möglichst präzise Oberflächenstrukturierung
zu erzielen, wäre es
ideal, wenn nach der Entwicklung des Photoresists nahezu senkrechte,
glatte Profilflanken im Resistprofil erhalten werden könnten.
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Negativ
auf die zu erreichende Steilheit der Profilflanken wirkt sich das
bei der Belichtung im Photolack einstellende Lichtintensitätsprofil
aus. Dieses charakteristische Intensitätsprofil, das auch „areal image" genannt wird, ist
auf die im Lack bei der Belichtung auftretende Lichtstreuung und
Lichtabsorbtion zurückzuführen. Da
der Photolack einen gewissen Anteil der einfallenden Strahlung absorbiert,
nimmt die beobachtete Strahlungsintesität mit zunehmender Schichtdicke
im Photolack ab. Folglich sind die oberflächennahen Bereiche der Photoresistschicht stärker belichtet.
Im Falle eines Positivresists sind somit die oberflächennahen
Bereiche stärker
löslich
als die oberflächenfernen
Bereiche. Die unterschiedliche Löslichkeit
innerhalb eines belichteten Bereichs des Resists führt bei
Positivresists oft zu einer Abflachung und nur unscharfen Definition
der Profilflanken. Das Lichtintensitätsprofil im Photolack beschreibt
die Verteilung einer photochemisch verändeten Spezies, z.B. bei einem
Positivresist die Verteilung der photolytisch erzeugten Säure im Photolack.
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Für den Strukturtransfer
von der Photomaske in die darunterliegende, zu strukturierende Schicht ist
die Qualität
und die Steilheit der Resistprofile von entscheidender Bedeutung.
Ein bekannter Lösungsansatz,
um die Qualität
von Resistprofilen in Positivresists zu verbessern, ist in der europäischen Patentanmeldung
EP-0,962,825 beschrieben. Dort wird eine verbesserte Steilheit der
Resistflanken dadurch erreicht, dass dem Photoresist zwei photochemisch aktive
Additive zugesetzt werden, die durch Strahlung in jeweils unterschiedlichen
Wellenlängenbereichen
aktiviert werden.
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Zum
einen enthält
der Photoresist einen Photosäuregenerator,
der, wie oben bereits beschrieben, bei Bestrahlung mit Licht eines
definierten Wellenlängenbereichs
eine Säure
freisetzt, die dann die Reaktion der umwandelbaren unpolaren Gruppen des
schichtbildenenden Polymers des Photoresists zu Carbonsäuregruppen
katalysiert und somit die Löslichkeit
des Photoresists in dem polaren Entwickler bewirkt.
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Zum
anderen enthält
der Photoreist als zweites photochemisches Additiv ein Quervernetzungsreagenz,
das eine Erniedrigung der Löslichkeit
des Photoresist bewirkt. Dieses Quervernetzungsreagenz wird ebenfalls
durch Strahlung aktiviert, wobei die dazu verwendete Strahlung von
der zur Aktivierung des Photosäuregenerators
verwendeten Strahlung verschieden ist.
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In
einem ersten Strukturierungsbelichtungschritt wird in diesem Verfahren
der Photosäuregenerator
in den durch das Maskenlayout festgelegten Bereichen aktiviert.
In einem anschließenden,
zweiten Flutbelichtungsschritt wird die gesamte Photoresistschicht
ohne Verwendung einer Photomaske belichtet und somit das Quervernetzungsreagenz über die gesamte
Fläche
der Photoresistschicht photochemisch aktiviert. Durch die damit
ausgelöste
chemische Quervernetzung des Photoresists wird dessen Löslichkeit
reduziert. Da die oberflächennahen
Bereiche des Photoresists stärker
belichtet werden, sind diese stärker
quervenetzt und damit unlöslicher
als die oberflächenfernen
Bereiche. Durch diese selektive Löslichkeitsmodifikation in dem
Photoreist wird eine erhöhte
Entwicklerselektivität
im wäßrigen Entwickler
erreicht, wodurch steilere Resistprofilflanken erreicht werden.
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Allerdings
weist dieser Lösungsansatz
einen entscheidenden Nachteil auf, da die Quervernetzungsreaktion
zur Bildung eines dreidimensionalen Netzpolymers insbesondere in
den oberflächennahen
Bereichen des Photoresist führt.
Dieses Netzpolymer weist ein gegenüber dem ursprünglichen, linearen
schichtbildenden Polymer ein verändertes
Entwicklungsverhalten auf, was zu "rauhen", d.h. ungenau definierten, z.B. ausgefransten
Profilflanken führt.
Diese Rauhigkeit erschwert die nachfolgenden Prozessschritte, wie
z.B. die Substratätzung.
Darüber
hinaus erfordert dieses Verfahren den Einsatz zweier unterschiedlicher
photochemisch aktiver Verbindungen, die sowohl aufeinander als auch
auf das Basispolymer abgestimmt werden müssen.
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Dokument
US 6057084 A beschreibt
einen Prozess, bei dem die Schrumpfung von in einem Photoresist
geformten photolithographischer Strukturen verringert werden soll.
Zu diesem Zweck wird der Photoresist nach einem strukturerzeugenden
Entwicklungsschritt einem Material ausgesetzt, das aus der Gruppe
bestehend aus zumindest einem Amin, zumindest einem Amid, zumindest
einem Aldehyd und Stickstoff ausgewählt ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Strukturierung einer Photolackschicht bereitzustellen, welches
die oben beschriebenen Nachteile verringert bzw. ganz vermeidet.
Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren bereitzustellen, mit dem eine hohe Übertragungsgenauigkeit der durch
die Lithographiemaske vorgegeben Struktur in eine Photolackschicht
erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird von dem Verfahren zur Strukturierung einer Photolackschicht
gemäß dem Patentanspruch
1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen,
Ausgestaltungen und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus den abhängigen
Patentansprüchen
und der Beschreibung.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren zum Strukturieren einer Photolackschicht bereitgestellt, das
die folgenden Schritte umfaßt:
Ein Substrat wird bereitgestellt, auf dem zumindest in Teilbereichen eine
Photolackschicht aufgebracht ist. Die Photolackschicht umfaßt ein filmbildendes
Polymer, das Molekülgruppen
aufweist, die durch sauer katalysierte Abspaltungsreaktionen in
alkalilösliche
Gruppen überführt werden
können.
Weiterhin umfaßt
das Polymer einen Photosäuregenerator,
der bei Bestrahlung mit Licht aus einem definierten Wellenlängenbereich eine
Säure freisetzt.
Die Photolackschicht wird in Teilbereichen mit Licht aus dem definierten
Wellenbereich bestrahlt und über
einen bestimmten Zeitraum mit einer in der Photolackschicht löslichen
Base in Kontakt gebracht. Dabei ist es unerheblich, ob die Photolackschicht
nach der Bestrahlung mit der Base in Kontakt gebracht wird, oder
ob dies vor der Bestrahlung erfolgt. Anschließend wird die Photolackschicht
auf eine Temperatur erhitzt, bei der die durch die photolytisch
erzeugte Säure
katalysierte Abspaltungsreaktion erfolgt. Anschließend wird
die Photolackschicht entwickelt.
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Der
Begriff „alkalilösliche Gruppen" umfaßt im Rahmen
dieser Erfindung alle Gruppen, welche die Löslichkeit des filmbildenden
Polymers in alkalischen Lösungen
erhöht.
Unter diesen Begriff fallen somit insbesondere polare, funktionelle
Gruppen wie z.B. Carboxyl-, Hydroxyl- und Carboxamidgruppen oder
Gruppen, die diese funktionellen Gruppen aufweisen. Weiterhin sind
unter diesem Begriff solche Gruppen zu verstehen, die nicht nur
zu einer erhöhten
Alkalilöslichkeit
des Polymers beitragen, sondern auch solche, die zusätzlich noch
die Transparenz des Polymers – und
damit der Photolackschicht – für Licht mit
sehr kurzen Wellenlängen
erhöhen.
Dies kann dadurch erreicht werden, das diese Gruppen teilweise oder
ganz fluoriert sind. Eine geeignete Gruppe ist z.B. die 1,1,1,3,3,3,-Hexaflouro-2-hydroxyisopropylgruppe,
durch die die Transparenz des Polymers bei einer Wellenlänge von
157 nm erhöht
wird.
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Unter
Molekülgruppen,
die durch sauer katalysierte Abspaltungsreaktionen in alkalilöslichen Gruppen überführt werden
können,
sind säurelabile Gruppen
zu verstehen, die eine nur geringe Alkalilöslichkeit besitzen und durch
die katalytische Einwirkung von Säuren, gegebenenfalls bei gleichzeitiger Temperaturbehandlung,
ein Molekülfragment
abspalten, wobei die alkalilöslichen
Gruppen am oder in dem Polymer freigesetzt werden. Unter diesen
Begriff fallen somit säurelabile
Schutzgruppen wie sie regelmäßig bei
Posistivresists zum Einsatz kommen. Dabei können alle gängigen säurelabilen Schutzgruppen zum
Einsatz kommen, wie z.B. Estergruppen, Ethergruppen, cyclische oder
acyclische Acetalgruppen, cyclische oder acyclische Ketalgruppen,
Silylether oder auch Cyanhydrine. Beispiele geeigneter Schutzgruppen
sind z.B. in den US-Patentschriften 5,932,391 oder 6,114,086 aufgeführt.
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Besonders
bevorzugte Molekülgruppen
in der vorliegenden Erfindung sind Ethergruppen, ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus tert.-Alkylethern, insbesondere tert.-Butylether, Tetrahydrofuranylether
und/oder Tetrahydropyranylether. Weiterhin bevorzugt ist die Verwendung
von Carboxylsäureestern,
ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus tert.-Alkylcarbonsäureestern, insbesondere tert.-Butylcarbonsäureester,
Tetrahydrofuranylcarbonsäureester
und/oder Tetrahydropyranylcarbonsäureester.
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Ebenfalls
bevorzugt ist die Verwendung von Polymeren umfassend Molekülgruppen
gemäß Formel
II,
wobei R
5 ausgewählt ist
aus der Gruppe bestehend aus tert.-Alkyl-, insbesondere tert.-Butyl-,
Tetrahydrofuranyl-, Tetrahydropyranyl-, tert.-Butoxycarbonyloxy-
oder Acetalgruppen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind die Molekülgruppen
in dem Polymer, welche die sauer katalysierten Abspaltungsreaktionen
eingehen können,
Gruppen mit der Struktur gemäß Formel
III, IV oder V,
wobei R
6,
R
7 und R
8 unabhängig voneinander
ausgewählt
sind aus der Gruppe umfassend Methyl, Ethyl, Propyl und Butyl und
vorzugsweise R
6, R
7 und
R
8 Methyl sind.
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Neben
den säurelabilen
Gruppen können weitere
Gruppen im Polymer vorhanden sein, die die lithographischen Eigenschaften
oder die Ätzresistenz des
Photolacks verbessern. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist das Polymer zusätzlich noch weitere reaktive
Gruppen, wie z.B. Anhydrid- oder Succinanhydridgruppen, auf. Diese
reaktiven Gruppen ermöglichen
eine nachträgliche
chemische Behandlung der Resiststrukturen.
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Für die vorliegende
Erfindung ist die Natur der Hauptkette des filmbildenden Polymers
von geringer Bedeutung. In Frage kommen somit alle regelmäßig in Photoresist
zum Einsatz kommenden Polymertypen. Geeignet sind z.B. Polymere
mit reinen Kohlenstoffhauptketten, die z.B. durch Polymerisation
von ungesättigten
Monomeren wie Styrolen, Acrylaten oder Methacrylaten erhalten werden
können.
Ebenfalls geeignet sind Polymere mit Heteroatomen in den Hauptketten
wie z.B. Polysiloxane, Polyester oder Polyester. Die Hauptkette
kann dabei zur Verbesserung der Transparenz des Polymers bei niedrigen
Wellenlängen
teilweise oder ganz aus fluorierten Bausteinen aufgebaut sein.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung wird die Photolackschicht dadurch auf dem Substrat
aufgebracht, das eine Lösung
umfassend ein Lösungsmittel,
das filmbildende Polymer und den Photosäuregenerator auf das Substrat
aufgetragen wird und anschließend
das Lösungsmittel
zumindest teilweise verdampft wird. In einer besonders bevorzugten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Photolackschicht auf das Substrat aufgeschleudert. Als
Lösemittel
können
alle gängigen
Photolacklösemittel
oder deren Gemische verwendet werden, die in der Lage sind, die
Resistkomponenten in einer klaren, partikelfreien und lagerstabilen
Lösung
aufzunehmen und bei der Beschichtung des Substrats eine gute Schichtqualität zu gewährleisten.
Besonders bevorzugt für
das erfindungsgemäße Verfahren
sind Lösemittel
ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus 1-Methoxy-2-propylacetat, Cyclopentanon, Cyclohexanon,
Butyrolacton, Ethylacetat oder Mischungen aus mindestens zwei der vorgenannten
Lösemittel.
Besonders bevorzugt ist 1-Methoxy-2-propylacetat als Lösemittel.
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Das
Lösemittel
wird vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 60 bis 160 °C verdampft.
In diesem sogenannten „Prebake"-Heizschritt wird
das Lösemittel
vorzugsweise vollständig
aus dem Photolack getrieben.
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Zum
Aufbringen der Photolackschicht auf das Substrat werden in vorteilhaften
Varianten der vorliegenden Erfindung Lösungen verwendet, die 1 bis
50 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 20 Gew.-% filmbildendes Polymer, 0,01
bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 1 % Photosäuregenerator und 50 bis 99 Gew.-%,
vorzugsweise 88 bis 96 Gew.-% Lösemittel umfassen.
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Als
weitere Komponenten kann die Lösung weitere
Additive enthalten, mit denen regelmäßig in Photolackschichten,
bzw. deren Lösungen,
eine Verbesserung der Lagerstabilität, des Standzeitverhaltens,
der Filmbildung, der Auflösung,
der Strahlungsempfindlichkeit oder anderer produkt- oder prozessverbessernder
Eigenschaften erreicht werden kann.
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Entscheidend
für das
erfindungsgemäße Verfahren
ist, dass die Photolackschicht vor dem Entwickeln und gegebenenfalls
vor einem zusätzlichen Heizschritt,
in dem die photolytisch erzeugte Säure die Abspaltungsreaktion
auslöst,
mit einer Base über einen
bestimmten Zeitraum in Kontakt gebracht wird. Prinzipiell kann jede
Methode des in Kontakt bringens verwendet werden, bei der das Eindiffundieren der
Base in die Photolackschicht ermöglicht
wird. Beispielsweise kann die Photolackschicht einem basenhaltigen
Gas ausgesetzt werden. Dabei kann das Gas nur aus der Base selbst
bestehen oder zusammen mit einem inertem Trägergas verwendet werden.
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Zum
Beispiel kann als Trägergas
ein Edelgas, z.B. Helium oder Argon, oder Stickstoff verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Photolackschicht mit einer Flüssigkeit benetzt, die die Base umfaßt. Dabei
kann die Flüssigkeit
die Base selbst oder eine Lösung
der Base in einem oder mehreren Lösemitteln sein. Dabei kommen
als Base all jene Verbindungen in Betracht, die in die jeweils verwendete
Photolackschicht eindiffundieren können, d.h. in dieser löslich sind,
und die photolytisch erzeugte Säure
neutralisieren können.
Vorzugsweise sind das solche Basen, die in dem Resistlösemittel
löslich sind.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von flüssigen Basen ohne zusätzliche
Lösemittel.
Hierbei sind als Basen insbesondere primäre, sekundäre oder tertiäre Amine
bevorzugt, wobei sowohl Mono-, Di-, Tri- oder Polyamine eingesetzt
werden können. Die
Amine können
dabei substituierte oder unsubstituierte alphatische oder cyclische
Alkyl- oder Aralkylgruppen, Aryl- oder Silylgruppen als Substituenten tragen.
Ebenso können
substituierte oder unsubstituierte cyclische oder heterocyclische
Amine zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugt für das erfindungsgemäße Verfahren
ist die Verwendung einer oder mehrerer Basen ausgewählt aus
der Gruppe umfassend Hexylamin, Tripentylamin, 1,5-Diaminopentan,
N-Methyl-2-pyrrolidon und/oder 1,1,1,3,3,3-Hexamethyldisilazan.
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Wenn
die Base flüssigkeitsgetragen
mit der Photolackschicht in Kontakt gebracht wird, dann kann in
einer weiteren bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Verfahrens
als Base ein Salz mit der allgemeinen Struktur gemäß Formel
I verwendet werden,
wobei R
1,
R
2, R
3 und R
4 unabhängig
voneinander aus der Gruppe umfassend Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Propyl
und Butyl ausgewählt
sind. Besonders bevorzugt ist hier die Verwendung von Tetramethylammoniumhydroxid
als Base. Die Ammoniumbasen Basen werden vorzugsweise zusammen mit
einem ausreichend polaren Lösemittel,
insbesondere Wasser eingesetzt.
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Durch
die Diffusion der Base in die Photolackschicht, reichert sich die
Base in den oberflächennahen
Bereichen der Photolackschicht an. Die Photolackschicht weist somit über ihre
Dicke hinweg einen Konzentrationsgradient an Base auf, wobei die Konzentration
der Base mit zunehmender Schichttiefe abnimmt. Der Zeitraum, über den
hinweg die Photolackschicht mit der Base in Kontakt gehalten wird, ist
dabei so zu wählen,
dass die photolytisch erzeugte oder erst noch zu erzeugende Säure durch
die Base zumindest teilweise, aber nicht vollständig neutralisiert wird. Eine
Restlöslichkeit
der belichteteten oberflächennahen
Bereiche des Photoresists gegenüber
dem Entwickler muß noch
gegeben sein. Die Base wirkt somit dem durch das Absorptionsvermögen des
Photolacks verursachten Säuregradienten
in der Photolackschicht entgegen. In den oberflächennahen Bereichen der Photolackschicht
wird der Überschuß an Säure durch
die Base neutralisiert.
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Durch
diese selektive Neutralisationsreaktion wird für Positivresists das latente
Bild in der noch nicht entwickelten Photolackschicht verbessert,
d.h. die Verteilung der photochemisch erzeugten Säure entlang
der Belichtungskanten wird aufgesteilt. Dadurch wird nach dem Entwickeln
zum einen eine deutliche Aufsteilung der Resistprofile erreicht,
zum anderen wird die „Rauhigkeit" der Reisitflanken,
wie sie bei der zusätzlichen
Quervernetzung der oberflächennahen
Bereiche von Negativresists nach dem Entwickeln beobachtet wird,
vermieden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Photolackschicht nach der Belichtung und Basenbehandlung einem
Heizschritt unterzogen, bei dem die Photolackschicht auf eine Temperatur
erhitzt wird, bei der die durch die photolytisch erzeugte Säure katalysierte
Abspaltungsreaktion erfolgt. Vorzugsweise wird die Photolackschicht
auf eine Temperatur von 80 bis 250 °C erhitzt. Bei diesem Heizschritt
kann die freigesetzte Säure
mit den säurelabilen
Molekülgruppen
in dem filmbildenden Polymer reagieren und dadurch die alkalilöslichen
Gruppen an dem Polymer freisetzen. Dadurch nimmt die Löslichkeit
des Polmers gegenüber
alkalischen Lösungen
zu.
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Zum
Aktivieren des Photosäuregenerators, wird
die Photolackschicht in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise
mit Licht mit einer Wellenlänge
zwischen 150 bis 300 nm bestrahlt. Mit dieser DUV- bzw. VUV-Strahlung
(deep-ultra-violet
bzw. vacuum-ultra-violet) können
besonders feine Strukturen in der Photolackschicht erzeugt werden.
Alternativ kann aber auch längerwelliges
Licht eingesetzt werden, z.B. mit einer Wellenlänge von 300 bis 450 nm, vorzugsweise
350 bis 450 nm (near-ultra-violet). In beiden Fällen ist es besonders bevorzugt,
daß das Polymer
eine der Bestrahlung zwischen 150 und 450 nm angepaßte Absorption
aufweist, so daß der
Photosäuregenerator
photochemisch aktiviert werden kann.
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Als
Photosäuregeneratoren
können
prinzipiell alle Verbindungen eingesetzt werden, die bei Bestrahlung
eine Säure
freisetzten können.
Dabei ist in vorteilhaften Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Verwendung von Photosäuregeneratoren
ausgewählt
aus der Gruppe umfassend Oniumverbindungen, insbesondere Diphenyliodoniumtriflat
und Trisulfoniumnonasulfat, Nitrobenzylester, insbesondere 4-Nitrobenzyl-9,10-dimethoxyantracen-2-sulfonat,
Sulfone, insbesondere Phenylacylphenylsulfon, Phosphate, insbesondere
Triarylphosphate, N-Hydroxyimidsulfonate, insbesondere N-Hydroxyphtalimidmethansulfonat
und/oder Diazonaphtochinone, insbesondere 1-Oxo-2-Diazonaphtochinon-5-Arylsulfonat,
bevorzugt. Weitere geeignete Photosäuregeneratoren sind in der
deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 19820477.9 veröffentlicht.
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Zum
Entwickeln der belichteten Photolackschicht werden vorzugsweise
alkalische, Lösungen verwendet.
Als Lösemittel
kommt hier vorzugsweise Wasser zum Einsatz. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird als Entwicklerlösung
eine Lösung
von 2,38 Gew.-% Tetramethylammoniumhydroxid in Wasser verwendet.
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Im
folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
anhand eines schematischen Ausführungsbeispieles
verdeutlicht.
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Die
Photolackschicht vom Typ chemisch verstärkt wird auf das zu strukturierende
Substrat aufgeschleudert und in einem nachfolgenden Heizschritt (zwischen
60 und 160°C),
bei dem das Lösemittel verdampfen
kann, getrocknet. In der so erhaltenen festen Photolackschicht wird
anschließend
durch Bestrahlung der Photolackschicht mit Licht einer definierten
Wellenlänge
ein latentes Bild erzeugt. Die Strukturbelichtung erfolgt bei einer
Wellenlänge
von 248 nm durch eine Lithographiemaske.
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Durch
diese Belichtung wird die Säure
aus dem Photosäuregenerator
freigesetzt. Aufgrund der absorptionsbedingten Abschwächung der
Lichtintensität
innerhalb der Photolackschicht entsteht die unerwünschte Säureverteilung
innerhalb der Lackschicht. D.h. die Konzentration der Säure nimmt
mit zunehmenden Abstand zur Oberfläche der Photolackschicht kontinuierlich
ab.
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Um
dem entgegenzuwirken, wird die Photolackschicht anschließend mit
einer basischen Flüssigkeit
benetzt, wobei die Base in die Photolackschicht einzudiffundieren
beginnt. Dadurch stellt sich innerhalb der Photolackschicht ein
Basengradient ein, bei dem die Konzentration der Base zur Oberfläche der
Photolackschicht hin zunimmt. Als Folge dessen wird die photolytisch
freigesetzte Säure
im oberflächennahen
Bereichen der Photolackschicht zu einem größeren Anteil neutralisiert,
als in den tieferliegenden Bereichen dieser Schicht.
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Im
folgenden Heizschritt, dem sogenannten „Post-Exposure-Bake, PEB" dessen Temperatur über der des ersten Heizschrittes
liegt (80 bis 250°C),
werden einerseits durch die bei der Strukturbelichtung erzeugte
Säure die
funktionellen Schutzgruppen in dem filmbildenen Polymer gespalten,
andererseits wird die Säure
durch die Base neutralisiert. Zusätzlich wird durch den Heizschritt
die Diffusion der Base in die Polymerschicht erleichtert.
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In
den belichteten Bereichen wird der Resist somit gegenüber dem
alkalischen Entwickler löslich. Anschließend wird
die Photolackschicht z.B. mit einer 2,38 Gew.-%-igen wässrigen
Tetramethylammoniumhydroxid-Lösung
behandelt, wodurch die belichteten Bereiche der Photolackschicht
gelöst
und entfernt werden. Dadurch wird ein positives Reliefmuster in
der Photolackschicht erzeugt. D.h. die belichteten Bereiche der
Photolackmaske werden entfernt, während die unbelichteten Bereiche
zurückbleiben und
in einem folgenden Strukturierungschritt als schützende Maske dienen können.