DE102004008782B4

DE102004008782B4 - Verfahren zum Glätten von Flächen in Strukturen durch Nutzung der Oberflächenspannung

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Publication number: DE102004008782B4
Application number: DE102004008782A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr. Schwarzl; Wolf-Dieter Dr. Domke
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2024-02-24
Also published as: DE102004008782A1; US7332444B2; US20050214467A1

Abstract

Verfahren zum Glätten von Flächen (18, 24) einer Struktur aus einem ersten Material (10) mit einer vorbestimmten ersten Glasübergangstemperatur auf einem Träger (14) umfassend folgende Schritte:
– Auftragen einer Schicht eines verformbaren Trennmaterials (26) mit einer Schichtdicke (d1) des Trennmaterials (26) zwischen 5 nm und 20 nm auf die Oberfläche des ersten Materials (10), so daß die Oberfläche des ersten Materials (10) zumindest teilweise von dem Trennmaterial (26) bedeckt ist;
– Auftragen eines zweiten Materials (20) mit einer vorbestimmten zweiten Glasübergangstemperatur, so daß die Oberfläche des Trennmaterials (26) von dem zweiten Material (20) zumindest teilweise bedeckt ist;
– Erhöhen der Temperatur des ersten Materials (10) und des zweiten Materials (20) auf eine erste vorbestimmbare Temperatur, welche sowohl größer als die erste als auch die zweite Glasübergangstemperatur ist; und
– Erniedrigen der Temperatur des ersten Materials (10) und des zweiten Materials (20) unter die erste Glasübergangstemperatur des...

Description

Die Miniaturisierung in der Mikroelektronik wird gemäß der International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) weiterhin rasch fortschreiten. Danach werden in den Jahren 2010 und 2016 für DRAM 45 nm- bzw. 22 nm- Linien und für die geometrischen Gate-Längen von Mikroprozessoren (MPU) Werte von 25 nm bzw. 13 nm erwartet.
Für die Großserienproduktion von Strukturen der Größe von 45 nm und darunter wird die optische Lithographie im weichen Röntgenstrahlenbereich bei 13,5 nm, die sog. Extrem-Ultraviolet-Lithographie (EUV- Lithographie), als aussichtsreichste Lithographietechnologie bewertet. Sie wird aber nur dann zum Einsatz kommen, wenn neben der erforderlichen Auflösung auch die geforderten Linienbreitenschwankungen eingehalten werden, die i. a. kleiner als 10% der minimalen Linienbreiten sind, d. h. im Jahr 2010 ca. 4 nm für DRAM und ca. 2 nm für MPU-Gatelängen betragen. Für 2016 werden die entsprechenden Werte sogar bei 2 nm bzw. 1 nm liegen. Die Kantenrauhigkeit der Resiststrukturen darf daher pro Seite kaum die Hälfte dieser Werte übersteigen. Gegenwärtig werden aber nur Kantenrauhigkeiten von ca. 6 bis 10 nm erreicht, was bereits für den 50 nm-Knoten im Jahr 2009 ungenügend ist.
Zur Kantenrauhigkeit der lithographisch erzeugten Lackstrukturen trägt eine Reihe von Ursachen bei. Zum Teil wird bereits sehr erfolgreich an Maßnahmen zur Minimierung der Kantenrauhigkeit gearbeitet.
So wird beispielsweise durch hochaufgelöstes Elektronenstrahlschreiben und anisotrope Ätzprozesse versucht, die Resiststrukturen möglichst maßgetreu auf das Maskenblank zu übertragen, um die Linienbreitenschwankungen bzw. die Kantenrauhigkeit auf der Maske zu minimieren.
Weiterhin wird beispielsweise die Abbildungsleistung der Projektionsoptik optimiert, insbesondere eine Erhöhung der Auflösung, Verringerung von Wellenfrontfehlern, Erniedrigung der Lichtstreuung (Flare), exakte Funktion der Scanningtische für Maske und Wafer sowie Minimierung von Aberrationen.
Ferner werden Photolacke (Resists) verwendet, welche einen möglichst geringen Beitrag zur Kantenrauhigkeit liefern, z. B. durch Verwendung von Grundpolymeren mit verschiedenartigen, möglichst kleinen linearen oder ringförmigen Molekülgliedern und Minimierung der Diffusionslängen der photochemisch erzeugten Protonen, z. B. durch Zusatz von Basen.
Ein Photolack soll jedoch eine hohe Empfindlichkeit für großen Durchsatz und einen hohen Kontrast aufweisen, was aber erfahrungsgemäß nur auf Kosten höherer Kantenrauhigkeit zu erreichen ist.
WO 02/41080 A2 offenbart ein Verfahren zum Glätten von Oberflächenrauhigkeiten einer Struktur eines Photoresists, wobei in einem oberflächennahen Bereich der Struktur des Photoresists die Glasübergangstemperatur des Photoresists anhand eines chemischen Prozesses erniedrigt wird. Durch Erhöhen der Temperatur des Photoresists über die Glasübergangstemperatur wir der oberflächennahe Bereich aufgeweicht und die Oberflächenrauhigkeiten aufgrund der Oberflächenspannung des weichen Photoresists erniedrigt.
US 2003/0027080 A1 offenbart ein Verfahren zum Erniedrigen von Kantenrauhigkeiten eines Photoresists, wobei beispielsweise Vertiefungen in einer Oberfläche des Photoresists anhand eines Füllmaterials aufgefüllt werden und dadurch Kantenrauhigkeiten zumindest reduziert werden.
US 2002/0168594 A1 offenbart ein Verfahren zum Reduzieren von Oberflächenrauhigkeiten eines Photoresists, gemäß welchem das Photoresistmaterial mit einer Materialschicht bedeckt wird, wobei die Materialschicht mit Wasserstoffionen der Obefläche des Photoresists eine Bindung eingeht. Die Materialschicht weist eine geringere Oberflächenrauhigkeit als die Photoresiststruktur auf.
Wie oben dargelegt werden zukünftig immer kleinere Strukturen benötigt, um die Mikroelektronik weiter zu verbessern. Da bei immer kleineren Strukturen eine geringe Kantenrauhigkeit dieser Strukturen von enormer Wichtigkeit ist, ist es eine Aufgabe der Erfiridung, ein Verfahren zur Herstellung von Strukturen mit möglichst geringer Kantenrauhigkeit anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Beschreibung betrifft zunächst ein Verfahren zum Glätten von Flächen einer Struktur aus einem ersten Material mit einer vorbestimmten ersten Glasübergangstemperatur auf einem Träger, das nicht Gegenstand der Ansprüche ist, umfassend folgende Schritte:

– Auftragen eines zweiten Materials mit einer vorbestimmten zweiten Glasübergangstemperatur, so daß die Oberfläche der Struktur des ersten Materials von dem zweiten Material zumindest teilweise bedeckt ist;
– Erhöhen der Temperatur des ersten Materials auf eine erste vorbestimmbare Temperatur, welche größer als die erste Glasübergangstemperatur ist; und
– Erniedrigen der Temperatur des ersten Materials unter die erste Glasübergangstemperatur des ersten Materials.

Das Verfahren gestattet eine Reduktion der Kantenrauhigkeit von bereits hergestellten Strukturen. Dabei ist es möglich, daß diese Strukturen beispielsweise lithographisch unter Nutzung aller aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen erzeugt wurden, wobei die Kantenrauhigkeit während der Herstellung bereits gering gehalten werden kann.
Beispielsweise kann eine Struktur eine lithographisch hergestellte Photoresistmaske bzw. -struktur beinhalten, wie sie in der Halbleitertechnik herkömmlicherweise verwendet werden. Vorzugsweise umfaßt eine solche Struktur eine Vielzahl von im wesentlichen quaderförmigen Elemente, welche z. B. aus einem Polymer hergestellt werden können.
Ausgenutzt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Eigenschaft, daß jede Oberfläche eine minimale Oberflächenenergie anstrebt. Somit beruht das Verfahren auf der inhärenten Oberflächenspannung der verwendeten Materialien.
Wird die Temperatur der Struktur des ersten Materials auf eine vorbestimmte oder vorbestimmbare erste Temperatur erhöht, welche größer ist, als ihre erste Glasübergangstemperatur, werden die Molekülketten des Polymers beweglich und streben eine Knäuelform an. Sie sind dann elastisch bis plastisch verformbar. Da die Oberflächenspannung durch das Zahlenverhältnis von Oberflächenmolekülen zu Molekülen im Inneren des Materials bestimmt wird, nimmt die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Verfahrens mit zunehmender Miniaturisierung der Struktur zu und wird gerade im Strukturgrößenbereich von 30 nm oder kleiner am größten sein. Es ist bekannt, daß die Oberflächenspannung, die eine Linienkraft (Kraft pro Längeneinheit) ist, in diesem Strukturgrößenbereich dominant ist und die meisten anderen Kräfte, die auf Druck (Oberflächenkraft) oder Masse (Volumenkraft) basieren überwiegt. Die durch die Oberflächenspannung auf die Oberfläche des ersten Materials wirkenden Kräfte glätten die Oberfläche, d. h. die Kantenrauhigkeit wird reduziert.
Unter der vorbestimmten ersten Temperatur wird im Sinne der Erfindung verstanden, daß diese erste Temperatur bereits vor der Temperaturerhöhung festgelegt ist.
Wird die Temperatur der Struktur des ersten Materials über dessen erste Glasübergangstemperatur erhöht, wird nicht nur dessen Oberfläche geglättet, d. h. die Kantenrauhigkeit reduziert. Vielmehr strebt das Material einen Zustand mit minimaler Oberflächenenergie an, d. h. einen Zustand mit minimaler Größe der Oberfläche. Bei einer quaderförmigen Struktur würde daher ein Abrundung der Struktur unter dem Einfluß der Oberflächenspannung eintreten.
Um eine solche Formveränderung zu verhindern, wird in der vorliegenden Erfindung, bevor die Temperatur des ersten Materials erhöht wird, ein zweites Material mit einer vorbestimmten zweiten Glasübergangstemperatur aufgetragen, so daß die Oberfläche der Struktur des ersten Materials von dem zweiten Material zumindest teilweise bedeckt ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bedeckt das vorzugsweise elastische bzw. verformbare zweite Material die Struktur des ersten Materials knapp. Die Struktur weist eine maximale Höhe über dem Träger auf, auf den sie aufgetragen ist. Vorzugsweise wird diese maximale Höhe in Normalenrichtung zu dem vorzugsweise im wesentlichen planen Träger gemessen, d. h. die Höhe wird im wesentlichen in senkrechter Richtung zu der im wesentlichen planen Oberfläche des im wesentlichen planen Trägers gemessen. Das zweite Material überdeckt die Struktur des ersten Materials dann knapp, wenn ein in Normalenrichtung über der Struktur bzw. dem Träger liegender Raum bis zu der genannten maximalen Höhe oder geringfügig darüber mit dem zweiten Material ausgefüllt ist, wobei die Höhe von der im wesentlichen planen Oberfläche des Trägers gemessen wird. Mit anderen Worten überdeckt das zweite Material die Struktur dann knapp, wenn sie gemessen von der Oberfläche des Trägers bis zu einer Höhe aufgetragen ist, welche einer geringfügig größeren Höhe entspricht.
Wird nun die Struktur mit dem zweiten Material zumindest teilweise bedeckt und die Temperatur über die erste Glasübergangstemperatur erhöht, so stellt sich durch die Oberflächenspannung eine minimale Oberfläche in beiden Materialien ein. Vorteilhafterweise kann dabei die Quaderform einer Struktur erhalten bleiben, wobei lediglich die Kantenrauhigkeiten reduziert werden.
Insbesondere ist dies der Fall, wenn der Abstand der dem Träger abgewandten Fläche des ersten Materials zu der dem ersten Material abgewandten Fläche des zweiten Materials in Flächenbereichen über der Struktur möglichst klein, insbesondere Null, ist. Da dabei die Form des zweiten Materials und insbesondere die Form der dem ersten Material abgewandten Fläche des zweiten Materials im wesentlichen unverändert bleibt und die daran angrenzende Fläche des ersten Materials im wesentlichen die gleiche Form bzw. Krümmung annimmt, bleibt die Form dieser Fläche des ersten Materials im wesentlichen konstant, wobei jedoch diese Fläche geglättet wird, d. h. die Kantenrauhigkeiten reduziert werden.
Folglich werden die Oberflächenenergien der verbleibenden Flächen der vorzugsweise quaderförmigen Struktur minimiert, wobei die Form der verbleibenden Flächen im wesentlichen beibehalten und lediglich diese Flächen geglättet werden, d. h. die Kantenrauhigkeiten reduziert werden.
Die Temperatur wird dabei lediglich so weit erhöht, daß die Struktur weder ihre Form, noch ihre Abmessung verliert.
Vorzugsweise wird nach dem Erniedrigen der Temperatur, insbesondere nach dem Erniedrigen der Temperatur unterhalb die Glasübergangstemperatur des ersten Materials, das zweite Material entfernt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Glasübergangstemperatur des zweiten Materials größer als die erste Glasübergangstemperatur des ersten Materials. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können beide Glasübergangstemperaturen auch gleich groß sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Temperatur, auf welche die Temperatur des ersten Materials erhöht wird, um vorzugsweise 5°C bis 40°C, insbesondere 10°C bis 20°C, größer als die erste Glasübergangstemperatur des ersten Materials. Weiterhin vorzugsweise ist die erste Temperatur kleiner oder gleich der zweiten Glasübergangstemperatur des zweiten Materials.
Vorzugsweise kommt als erstes Material aliphatische Acrylate und/oder Methacrylate, polyethermodifizierte Acrylate und/oder Methacrylate, fluormodifizierte Acrylate und/oder Methacrylate, silan- oder siloxanmodifizierte Acrylate und/oder Methacrylate, fluor-, silan-, siloxan-, alkylethermodifizierte Acrylat und/oder Methacrylate-Maleinsäureanhydrid-Copolymere und als zweites Material Acrylate und/oder, Methacrylat-Adamantyle, aromatische Polyether, aromatische Polyester, modifizierte Polyhydroxystyrole, Hydroxystyrol-Acrylat und/oder Methacrylate, Acrylat und/oder Methacrylat-Maleinsäureanhydrid-Copolymere, Norbornen-Maleinsäureanhydrid-Copolymere, Polyarylethersulfone zum Einsatz. Vorzugsweise. beträgt z. B. für das Material aliphatische Acrylate und/oder Methacrylate die erste Glasübergangstemperatur etwa 80°C bis etwa 120°C und die zweite Glasübergangstemperatur beträgt für das Material Acrylat und/oder Methylacrylat-Maleinsäureanhydrid-Copolymere vorzugsweise etwa 110°C bis etwa 150°C.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glätten von Flächen einer Struktur aus einem ersten Material mit einer vorbestimmten ersten Glasübergangstemperatur auf einem Träger, umfassend folgende Schritte:

– Auftragen einer dünnen Schicht eines verformbaren Trennmaterials mit einer Schichtdicke des Trennmaterials von 5 nm bis 20 nm auf die Oberfläche des ersten Materials, so daß die Oberfläche des ersten Materials zumindest teilweise von dem Trennmaterial bedeckt ist;
– Auftragen eines zweiten Materials mit einer vorbestimmten zweiten Glasübergangstemperatur, so daß die Oberfläche des Trennmaterials von dem zweiten Material zumindest teilweise bedeckt ist;
– Erhöhen der Temperatur des ersten Materials und des zweiten Materials auf eine erste vorbestimmbare Temperatur, welche sowohl größer als die erste als auch die zweite Glasübergangstemperatur ist; und
– Erniedrigen der Temperatur des ersten Materials und des zweiten Materials unter die erste Glasübergangstemperatur des ersten Materials.

Bei diesem Verfahren wird vorteilhafterweise durch das Trennmaterial verhindert, daß zwischen der Struktur des ersten Materials und dem zweiten Material eine feste, d. h. schwer lösliche Verbindung hergestellt wird. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Materialien jeweils über ihre Glasübergangstemperaturen erhitzt werden. Vorzugsweise umfaßt das Trennmaterial eine dünne Schicht über der Struktur des ersten Materials. Weist die Struktur des ersten Materials beispielsweise im wesentlichen eine Quaderform auf, so kann das Trennmaterial beispielsweise eine Kastenform aufweisen. Vorteilhafterweise verlaufen dabei Flächen des Trennmaterials im wesentlichen parallel zu Flächen der Struktur. Weist nun beispielsweise die Oberfläche der Struktur des ersten Materials eine Fläche auf, welche im wesentlichen parallel zu dem im wesentlichen planen Träger verläuft, so weist vorzugsweise auch die Oberfläche des Trägermaterials eine Fläche auf, welche im wesentlichen parallel zu dem planen Träger verläuft.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung überdeckt das zweite Material das Trennmaterial knapp, wobei knapp hier vorzugsweise wie oben beschrieben verstanden wird. Aufgrund des zweiten Materials werden somit analog zu dem oben beschriebenen Verfahren Flächen des ersten Materials geglättet, wobei dabei ausgenutzt wird, daß das Trennmaterial verformbar ist.
Bei dem Trennmaterial handelt es sich vorzugsweise um aliphatische Acrylate und/oder Methacrylate, polyethermodifizierte Acrylate/Methacrylate, fluormodifizierte Acrylate/Methacrylate, silan- oder siloxanmodifizierte Acrylate/Methacrylate, fluor-, silan-, siloxan-, alkylethermodifizierte Acrylat/Methacrylat-Maleinsäureanhydrid-Copolymere, weiterhin langkettige Siloxanverbindungen, Siliconverbindungen, Wachsdispersionen, Phenolharze, graphithaltige Harze, aus der Gasphase abscheidbare siliziumhaltige oder kohlenstoffhaltige CVD-Schichten, weiterhin Sputter-Kohlenstoffschichten.
Ferner liegt die Schichtdicke des Trennmaterials besonders bevorzugt zwischen 8 nm und 12 nm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zweite Glasübergangstemperatur des zweiten Materials gleich groß oder größer als die erste Glasübergangstemperatur des ersten Materials.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem zweiten Material und bei dem ersten Material um identische Materialien. Dabei kann vorteilhafterweise erreicht werden, daß in beiden Materialien zum gleichen Zeitpunkt die Temperatur über die Glasübergangstemperatur erhöht wird. Somit wird der Übergang in den Glaszustand bei beiden Materialien gleichzeitig erreicht und das Glätten der Flächen, d. h. das Reduzieren der Kantenrauhigkeit vereinfacht und die Temperaturbelastung des ersten Materials verringert.
Vorzugsweise beträgt die erste Glasübergangstemperatur des ersten Materials etwa 90°C bis etwa 130°C und weiterhin bevorzugt beträgt die zweite Glasübergangstemperatur des zweiten Materials etwa 100°C bis etwa 140°C.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Temperatur um etwa 10°C bis etwa 20°C größer als die erste Glasübergangstemperatur des ersten Materials und weiterhin bevorzugt ist die erste Temperatur um etwa 20°C bis etwa 70°C größer als die zweite Glasübergangstemperatur des zweiten Materials.
Weiterhin bevorzugt wird nach Erniedrigen der Temperatur das zweite Material entfernt und besonders bevorzugt nach Entfernen des zweiten Materials auch das Trennmaterial entfernt.
Die Beschreibung betrifft ferner ein Verfahren zum Glätten von Flächen einer Struktur aus einem ersten Material mit einer vorbestimmten ersten Glasübergangstemperatur auf einem Träger, das nicht Gegenstand der Ansprüche ist, umfassend folgende Schritte:

– Auftragen einer Schicht eines zweiten Materials mit Schichtdicke des zweiten Materials von etwa 5 nm bis etwa 20 nm und einer vorbestimmten zweiten Glasübergangstemperatur, so daß die Oberfläche der Struktur des ersten Materials von dem zweiten Material zumindest teilweise bedeckt ist; Erhöhen der Temperatur des zweiten Materials auf eine erste vorbestimmbare Temperatur, welche größer ist, als die zweite Glasübergangstemperatur des zweiten Materials; und
– Erniedrigen der Temperatur unter die zweite Glasübergangstemperatur des zweiten Materials.

Vorteilhafterweise kann durch das Verfahren die Oberfläche in dem zweiten Material aufgrund der Oberflächenspannung des zweiten Materials geglättet werden. Dabei wird die Oberflächenenergie des zweiten Materials durch die Oberflächenspannung minimiert, wobei die Form der Struktur des ersten Materials, beispielsweise eine Quaderform des ersten Materials, im wesentlichen gleich bleibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Glasübergangstemperatur des zweiten Materials kleiner als die erste Glasübergangstemperatur des ersten Materials. Dadurch wird erreicht, daß bei Erhöhen der Temperatur das zweite Material eher in den Glaszustand übergeht als das erste Material. Somit kann die Oberflächenspannung bereits ein Minimieren der Oberflächenenergie, d. h. ein Glätten der Oberfläche bewirken, bevor das erste Material in den Glaszustand übergeht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Temperatur kleiner als die erste Glasübergangstemperatur des ersten Materials. Demgemäß kann das zweite Material durch Erhöhen der Temperatur auf die erste Temperatur den Glaszustand erreichen, das erste Material jedoch nicht. Dadurch bleiben die Oberfläche und die Form des ersten Materials unverändert, wohingegen eine minimale Oberfläche des zweiten Materials durch die Oberflächenspannung hergestellt wird. Da jedoch die dem ersten Material zugewandte Oberfläche des zweiten Materials mit dem ersten Material verbunden ist, kann lediglich die dem ersten Material abgewandte Oberfläche des zweiten Materials minimiert werden. Das heißt, daß eine neue Struktur entsteht, welche im wesentlichen aus der Struktur des ersten Materials mit der darauf angebrachten dünnen Schicht des zweiten Materials besteht, wobei die dem ersten Material abgewandte Oberfläche dieser neuen Struktur eine minimale Oberflächenenergie, d. h. eine geglättete Oberfläche aufweist.
Vorzugsweise ist die erste Temperatur um etwa 10°C bis etwa 20°C größer als die zweite Glasübergangstemperatur des zweiten Materials.
Weiterhin bevorzugt beträgt die erste Glasübergangstemperatur des ersten Materials etwa 110°C bis etwa 150°C und besonders bevorzugt beträgt die zweite Glasübergangstemperatur des zweiten Materials etwa 80°C bis etwa 120°C.
Bei den vorangehenden Verfahren handelt es sich bei dem ersten Material vorzugsweise um aliphatische Acrylat- und/oder Methacrylatester, polyethermodifizierte Acrylat und/oder Methacrylatester, fluormodifizierte Acrylat und/oder Methacrylatester, silan- oder siloxanmodifizierte Acrylat und/oder Methacrylatester, fluor-, silan-, siloxan-, alkylethermodifizierte Acrylat und/oder Methacrylatester-Maleinsäureanhydrid-Copolymere. Bei dem zweiten Material handelt es sich vorzugsweise um Acrylat und/oder Methacrylat-Adamantylester, aromatische Polyether, aromatische Polyester, modifizierte Polyhydroxystyrole, Hydroxystyrol-Acrylat und/oder Methacrylatester, Acrylat- und/oder Methacrylat-Maleisäureanhydrid-Copolymere, Norbornen-Maleisäure-anhydrid-Copolymere, Polyarylethersulfone.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem ersten und/oder dem zweiten Material um einen Photoresist bzw. einen Photolack.
Bei den oben angegebenen Verfahren der Erfindung handelt es sich bei der Struktur des ersten Materials vorzugsweise um eine im wesentlichen quaderförmige Struktur.
Weiterhin bevorzugt weist der Träger zumindest eine im wesentlichen plane Fläche auf, wobei die Struktur des ersten Materials auf diese plane Fläche aufgebracht ist.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Trägermaterial um ein gegebenenfalls strukturiertes Halbleitersubstrat, bevorzugt um ein strukturiertes Halbleitersubstrat umfassend eine Vielzahl miteinander verbundener bzw. ineinander übergehender Materialschichten, wie dies z. B. in einem Halbleiterspeicherchip der Fall ist.
Durch die vorliegenden Erfindung können die Kantenrauhigkeiten von handelsüblichen Photolacken (Resists) verringert werden, insbesondere von hochempfindlichen schnellen Photolacken, die im Vergleich zu langsameren Photolacken größere intrinsische Kantenrauhigkeiten aufweisen, so daß bei Verwendung dieser schnelleren Lacke mit kürzeren Belichtungszeiten höherer Durchsatz und niedrigere Fertigungskosten erzielt werden können.
Da die Erfindung erst an den fertigen Resiststrukturen ansetzt, können vorteilhafterweise alle herkömmlichen Maßnahmen zur Verkleinerung der Kantenrauhigkeit zusätzlich genutzt werden. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung schließen diese Maßnahmen nicht aus, sondern ergänzen sie.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand begleitender Zeichnungen bevorzugter Ausführungsvarianten beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
1a bis 1d: Schnittansichten von Verfahrensstadien einer Ausführungsvariante eines Verfahrens, das nicht Gegenstand der Ansprüche ist, zum Glätten von Flächen einer Struktur aus einem ersten Material auf einem Träger;
2a bis 2e: Schnittansichten von Verfahrensstadien einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Glätten von Flächen einer Struktur aus einem ersten Material auf einem Träger;
3a bis 3c: Schnittansichten von Verfahrensstadien einer nächsten Ausführungsvariante des Verfahrens, das nicht Gegenstand der Ansprüche ist, zum Glätten von Flächen einer Struktur aus einem ersten Material auf einem Träger.
Anhand der 1a bis 1d wird nachfolgend eine Ausführungsvariante zum Glätten von Flächen einer Struktur aus einem ersten Material auf einem Träger beschrieben.
1a zeigt eine Schnittansicht eines ersten Materials 10, welches sich auf einer vorzugsweise planen Fläche bzw. Oberfläche 12 eines Trägers 14 befindet. Vorzugsweise weist das erste Material 10 eine im Querschnitt im wesentlichen rechteckige Struktur auf, welche durch Strichlinien gekennzeichnet ist. Im Realfall wird eine solche Struktur jedoch nur näherungsweise erreicht, da herstellungsbedingt die Oberfläche des ersten Materials 10 eine Kantenrauhigkeit 16 aufweist. Eine Fläche 18 der Oberfläche der Struktur des ersten Materials 10 ist im wesentlichen planparallel zu der Oberfläche 12. Ferner ist in 1a eine Höhe h1 dargestellt, in welcher sich die Fläche 18 des ersten Materials 10 über der im wesentlichen planen Oberfläche 12 des Trägers 14 befindet. Dabei stellt diese Höhe h1 eine mittlere Höhe dar, welche um die Kantenrauhigkeit 16 schwankt, wobei die Höhe h1 in einer Normalenrichtung NR bezüglich der Oberfläche 12 des Trägers 14 bzw. in der Flächenebene des Trägers 14, d. h. im wesentlichen senkrecht zu dieser Oberfläche 12 des Trägers 14 gemessen wird.
1b zeigt eine Schnittansicht nach einem weiteren Verfahrensschritt, während dem ein zweites Material 20 aufgetragen wurde. Wie aus 1b ersichtlich ist, überdeckt das zweite Material 20 in der Schnittebene das erste Material 10 vollständig und eine Fläche 22 des zweiten Materials 20 verläuft im wesentlichen parallel zu der Oberfläche 12 des Trägers 14. Ferner ist in dieser Figur die Höhe h2 der Fläche 22 des zweiten Materials 20 über der Oberfläche 12 des Trägers 14 dargestellt. Dabei wird die Höhe h2 im Bereich der Struktur des ersten Materials 10 analog zur Höhe h1 gemessen, d. h. senkrecht zur Oberfläche 12 des Trägers 14.
1c zeigt eine weitere Schnittansicht, nachdem die Temperatur in dem ersten Material über eine Glasübergangstemperatur des ersten Materials und des zweiten Materials erhöht ist. Aufgrund der Oberflächenspannung wird die Oberfläche geglättet und dadurch die Kantenrauhigkeit reduziert. Da die Höhe h2 der Fläche 22 des zweiten Materials 20 nur knapp größer ist als die Höhe h1 der Fläche 18 der Oberfläche des ersten Materials 10, d. h. da die Differenz dieser beiden Höhen h1 und h2 im Vergleich zu dem Wert der Höhe h1 gering ist, paßt sich die Fläche 18 des ersten Materials 10 im wesentlichen der Fläche 22 des zweiten Materials 20 an, d. h. die Oberflächenenergie dieser Fläche 18 wird unabhängig von den Oberflächenenergien der Seitenflächen 24 minimiert. Als Folge wird die Fläche 18 zwar geglättet, d. h. die Kantenrauhigkeit reduziert, jedoch wird nicht die Oberfläche des ersten Materials 10, bestehend aus der Fläche 18 und den Seitenflächen 24, in ihrer Gesamtheit minimiert, was eine im Querschnitt kreis- bzw. ellipsenförmige Struktur des ersten Materials 10 zur Folge hätte. Vielmehr werden die Oberflächenenergien der Fläche 18 und der Seitenflächen 24 getrennt voneinander minimiert, wodurch die Struktur des ersten Materials 10, d. h. in diesem Fall der rechteckige Querschnitt, im wesentlichen erhalten bleibt.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird schließlich das zweite Material 20 entfernt. Dadurch bleibt lediglich der Träger 14 und die Struktur des ersten Materials 10 erhalten. Dies ist in 1d dargestellt.
Anhand der 2a bis 2e wird eine bevorzugte Ausführungsvariante des Verfahrens der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei in 2a eine Struktur analog zu 1a dargestellt ist.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird auf die Struktur des ersten Materials 10 eine dünne Schicht eines verformbaren Trennmaterials 26 mit einer Schichtdicke d1 aufgetragen. Eine Schnittansicht nach diesem Verfahrensschritt ist in 2b dargestellt. Die Form der Struktur des ersten Materials 10 wird durch diese dünne Schicht des Trennmaterials 26 im wesentlichen beibehalten. In anderen Worten umfaßt das Trennmaterial 26 eine Fläche 28, welche im wesentlichen parallel ist zu der Fläche 18 des ersten Materials 10. Eine Höhe h3 der Fläche 28 des Trennmaterials ergibt sich somit im wesentlichen als Summe der Schichtdicke d1 des Trennmaterials 26 und der Höhe h1 des ersten Materials 10. Die Höhe h3 ist wiederum eine mittlere Höhe, welche um die Kantenrauhigkeit der Fläche 28 des Trennmaterials 26 und der Kantenrauhigkeit 16 des ersten Materials 10 variiert.
In einem nächsten Schritt diese Verfahrens wird ein zweites Material 20 aufgetragen, wie dies in 2c dargestellt ist.
Wie aus 2c ersichtlich ist, bedeckt das zweite Material 20 in der Schnittebene das erste Material 10 und das Trennmaterial 26 vollständig und eine Fläche 22 des zweiten Materials 20 verläuft im wesentlichen parallel zu der Oberfläche 12 des Trägers 14. Ferner ist in 2c die Höhe h2 der Fläche 22 des zweiten Materials 20 über der Oberfläche 12 des Trägers 14 dargestellt. Dabei wird die Höhe h2 im Bereich der Struktur des ersten Materials 10 analog zur Höhe h1 gemessen, d. h. senkrecht zur Oberfläche 12 des Trägers 14.
2d zeigt eine weitere Schnittansicht, nachdem die Temperatur in dem ersten Material und in dem zweiten Material über eine Glasübergangstemperatur des ersten Materials und über eine Glasübergangstemperatur des zweiten Materials erhöht ist. Aufgrund der Oberflächenspannung wurden die Oberflächenenergien der Oberflächen minimiert, d. h. die Oberflächen geglättet und die Kantenrauhigkeit reduziert. Da die Höhe h2 der Fläche 22 des zweiten Materials 20 nur knapp größer ist als die Höhe h3, d. h. da die Differenz dieser beiden Höhen im Vergleich zu dem Wert der Höhe h3 gering ist, passen sich die Fläche 18 des ersten Materials 10 und die Fläche 28 des Trennmaterials 26 im wesentlichen der Fläche 22 des zweiten Materials 20 an, d. h. die Oberflächenenergie der Fläche 18 wird unabhängig von den Oberflächenenergien der Seitenflächen 24 minimiert. Als Folge wird die Fläche 18 zwar geglättet, jedoch nicht die Oberfläche des ersten Materials 10, umfassend die Fläche 18 und die Seitenflächen 24, in ihrer Gesamtheit minimiert, was eine im Querschnitt kreis- bzw. ellipsenförmige Struktur des ersten Materials 10 zur Folge hätte. Vielmehr werden die Oberflächenenergien der Fläche 18 und der Seitenflächen 24 getrennt voneinander minimiert, wodurch die Struktur des ersten Materials 10, d. h. in diesem Fall der rechteckige Querschnitt, im wesentlichen erhalten bleibt. Analog werden auch die entsprechenden Flächen des Trennmaterials unabhängig von einander minimiert.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird schließlich das zweite Material 20 entfernt. Dadurch bleibt lediglich der Träger 14 und die Struktur des ersten Materials 10 mit der darüberliegenden Schicht des Trennmaterials 26 erhalten. Dies ist in 2e dargestellt.
Nachfolgend wird unter Zuhilfenahme der 3a bis 3c eine weitere Ausführungsvariante eines Verfahrens, das nicht Gegenstand der Ansprüche ist, beschrieben.
In 3a ist eine Struktur analog zu 1a dargestellt.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine dünne Schicht eines zweiten Materials 20 auf das erste Material 10 mit einer Schichtdicke d2 aufgetragen. Eine Schnittansicht nach Durchführen dieses Verfahrensschrittes ist in 3b gezeigt. Die Schichtdicke d2 des zweiten Materials 20 beträgt vorzugsweise zwischen etwa 5 nm und etwa 20 nm, wobei die Struktur des ersten Materials 10 im wesentlichen erhalten bleibt. Das heißt eine neue Struktur, bestehend aus der Struktur des ersten Materials 10 mit der darauf angebrachten dünnen Schicht des zweiten Materials 20 entsteht, und die Form dieser neuen Struktur entspricht im wesentlichen der Form der Struktur des ersten Materials 10.
3c zeigt eine Schnittansicht nach einem weiteren Verfahrensschritt, wobei die Temperatur des zweiten Materials 20 auf eine vorbestimmte Temperatur über die Glasübergangstemperatur dieses zweiten Materials 20 erhöht wurde. Dabei ist diese vorbestimmte Temperatur kleiner, als die Glasübergangstemperatur des ersten Materials 10. Somit wird erreicht, daß sich das zweite Material 20 im Glaszustand befindet und die Oberflächenenergie des zweiten Materials aufgrund von Oberflächenspannung minimiert wird, d. h. daß die dem ersten Material abgewandte Oberfläche des zweiten Materials 20 geglättet wird. Da das erste Material 10 noch nicht bis zu dessen Glasübergangstemperatur erwärmt wurde, bleibt die Struktur und auch die Kantenrauhigkeit des ersten Materials 10 erhalten. Da weiterhin das zweite Material 20 mit dem ersten Material 10 verbunden ist, nimmt die Oberfläche des zweiten Materials 20 nicht einen im wesentlichen kreis- bzw. ellipsenförmigen Querschnitt an, sondern die Form der Struktur des ersten Materials 10 wird im wesentlichen beibehalten, und lediglich die Oberfläche geglättet, d. h. die Kantenrauhigkeit reduziert.
Folglich entspricht die dadurch entstehende neue Struktur in ihrer Form im wesentlichen der ursprünglichen Struktur des ersten Materials 10, wobei diese neue Struktur im wesentlichen um die Schichtdicke d2 des zweiten Materials 20 größer ist als die ursprüngliche Struktur des ersten Materials 10 und zusätzlich die Oberfläche dieser neuen Struktur geglättet ist, d. h. die Kantenrauhigkeit reduziert ist.
Die Erfindung ist nicht auf Strukturen beschränkt, welche durch optische Lithographieverfahren erzeugt wurden. Vielmehr können die erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere bei beliebigen Lithographieverfahren unter Verwendung strahlungsempfindlicher Lacke angewandt werden. Weiterhin müssen diese Strukturen nicht durch Lithographieverfahren hergestellt werden, sondern können auch durch andere Verfahren zur Erzeugung von Strukturen hergestellt werden.
Bezugszeichenliste

10: erstes Material
12: Oberfläche
14: Träger
16: Kantenrauhigkeit
18: Fläche
20: zweites Material
22: Fläche
24: Seitenfläche
26: Trennmaterial
28: Fläche
NR: Normalenrichtung
h1: Höhe
h2: Höhe
h3: Höhe
d1: Schichtdicke
d2: Schichtdicke

Claims

Verfahren zum Glätten von Flächen (18, 24) einer Struktur aus einem ersten Material (10) mit einer vorbestimmten ersten Glasübergangstemperatur auf einem Träger (14) umfassend folgende Schritte: – Auftragen einer Schicht eines verformbaren Trennmaterials (26) mit einer Schichtdicke (d1) des Trennmaterials (26) zwischen 5 nm und 20 nm auf die Oberfläche des ersten Materials (10), so daß die Oberfläche des ersten Materials (10) zumindest teilweise von dem Trennmaterial (26) bedeckt ist; – Auftragen eines zweiten Materials (20) mit einer vorbestimmten zweiten Glasübergangstemperatur, so daß die Oberfläche des Trennmaterials (26) von dem zweiten Material (20) zumindest teilweise bedeckt ist; – Erhöhen der Temperatur des ersten Materials (10) und des zweiten Materials (20) auf eine erste vorbestimmbare Temperatur, welche sowohl größer als die erste als auch die zweite Glasübergangstemperatur ist; und – Erniedrigen der Temperatur des ersten Materials (10) und des zweiten Materials (20) unter die erste Glasübergangstemperatur des ersten Materials (10).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Trennmaterial (26) um aliphatische Acrylate und/oder Methacrylate, polyethermodifizierte Acrylate und/oder Methacrylate, fluormodifizierte Acrylate und/oder Methacrylate, silan- oder siloxanmodifizierte Acrylate und/oder Methacrylate, fluor-, silan-, siloxan-, alkylethermodifizierte Acrylat- und/oder Methacrylat-Maleinsäureanhydrid-Copolymere, Siliconverbindungen, Wachsdispersionen, Phenolharze, graphithaltige Harze, aus der Gasphase abscheidbare siliziumhaltige oder kohlenstoffhaltige CVD-Schichten, Sputter-Kohlenstoffschichten handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei es sich bei dem ersten Material (10) und dem zweiten Material (20) um identische Materialien handelt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zweite Glasübergangstemperatur des zweiten Materials (20) gleich groß oder größer ist als die erste Glasübergangstemperatur des ersten Materials (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und/oder 4, wobei die erste Temperatur um 10°C bis 20°C größer ist als die erste Glasübergangstemperatur des ersten Materials (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und/oder 5, wobei die erste Temperatur um 20°C bis 70°C größer ist als die zweite Glasübergangstemperatur des zweiten Materials (20)
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei es sich bei dem ersten Material (10) um aliphatische Acrylate- und/oder Methacrylate, polyethermodifizierte Acrylate und/oder Methacrylate, fluormodifizierte Acrylate und/oder Methacrylate, silan- oder siloxanmodifizierte Acrylate und/oder Methacrylate, fluor-, silan-, siloxan-, alkylethermodifizierte Acrylat- und/oder Methacrylat-Maleinsäureanhydrid-Copolymere handelt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei es sich bei dem zweiten Material (20) um Acrylate und/oder Methacrylat-Adamantyl, aromatische Polyether, aromatische Polyester, modifizierte Polyhydroxystyrole, Hydroxystyrol- Acrylate und/oder Methacrylate, Acrylat- und/oder Methacrylat-Maleisäureanhydrid-Copolymere, Norbornen-Maleisäureanhydrid-Copolymere, Polyarylethersulfone handelt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei es sich bei dem ersten Material (10) und/oder dem zweiten Material (20) um einen Photoresist handelt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Struktur des ersten Materials (10) eine quaderförmige Struktur ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Träger (14) zumindest eine plane Fläche (12) aufweist und die Struktur des ersten Materials (10) auf diese plane Fläche (12) aufgebracht ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei es sich bei dem Trägermaterial um ein strukturiertes Halbleitersubstrat handelt.