DE102004022016A1

DE102004022016A1 - Verfahren zur Bildung eines Musters in einer Schicht auf einem Halbleitersubstrat

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Publication number: DE102004022016A1
Application number: DE200410022016
Authority: DE
Inventors: Holger Möller; Oliver Dr. Genz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-05-03
Filing date: 2004-05-03
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2024-05-04
Also published as: DE102004022016B4

Abstract

Ein Halbleitersubstrat (1) ist mit einer Schicht und einem darauf angeordneten photoempfindlichen Resist versehen. Das Substrat (1) wird belichtet (62), ausgeheizt (70), entwickelt (72) und geätzt (74). Beim Ausheizschritt (70) werden Ausschnitte (20-26) in dem Resist unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt. Dadurch werden Linienbreitevorhalte (41) im Resist nach dem Entwickeln (72) realisiert, mit denen entgegengesetzte Effekte im Ätzverhalten des verwendeten Ätzgerätes kompensiert werden können. Dazu werden Ätzraten (51) bestimmt (Schritt 64) und in Linienbreiteprofile (42) umgerechnet (Schritt 66). Aus diesen werden zusammen mit einer Relation (48) zwischen Temperatur und Linienbreite Temperaturprofile (45) für den Ausheizschritt (70) berechnet (Schritt 68). Das Verfahren wird mit einer Heizplatte (7, 9) ausgeführt, die mittels einer Steuereinheit (30) unabhängig voneinander steuerbare Heizelemente (10-16, 31) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines Musters auf einem Halbleitersubstrat. Die Erfindung betrifft insbesondere auch die Durchführung eines Ausheizprozesses, mit dem ein mit dem Muster belichteter Resist verarbeitet wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren die Durchführung eines Ätzprozesses.
Zur Herstellung integrierter Schaltungen werden mittels lithographischer Strukturierung Muster in dünne Schichten übertragen, die beispielsweise auf einem Halbleitersubstrat gebildet sind. Dazu werden die schon auf einer Photomaske aufgebrachten Muster in optischen Projektionssystemen in einen photoempfindlichen Resist übertragen, der als oberste Schicht auf dem Substrat angeordnet ist. Es ist alternativ auch möglich, durch Direktschreiben mit Ionen- oder Elektronenstrahl die Strukturelemente des Musters unmittelbar im Resist zu zeichnen.
Mit dem Begriff „photoempfindlich" wird in diesem Dokument ein solcher Resist gekennzeichnet, der nicht notwendiger Weise durch optische Lichteinstrahlung, sondern alternativ auch durch Röntgenstrahlung, EUV-Strahlung, ultraviolette Strahlung oder durch geladene Teilchen, etc. chemisch bzw. physikalisch umgewandelt werden kann, so dass nachfolgend eine selektive Entfernung der belichteten (Positivresist) oder gerade der unbelichteten (Negativresist) Flächen des Resists auf dem Substrat ermöglicht wird.
Durch einen Ausheizprozess, der nach dem Belichten durchgeführt wird, der sogenannte Post-Exposure-Bake (PEB) Prozess, wird eine chemische Umwandlung belichteter Flächen in dem Resist bewirkt. Anschließend wird der Resist mittels einer an die chemische Zusammensetzung des Resists angepassten Lösung entwickelt, d.h. die belichteten oder unbelichteten Flächen werden zur Bildung von Öffnungen im entwickelten Resist entfernt. Die Öffnungen entsprechen den in eine unterliegende Schicht zu übertragenden Strukturelementen des Musters. Der entwickelte Resist dient insoweit als Ätzmaske für einen nachfolgenden Ätzprozess.
Die Schritte bis hin zum Entwicklervorgang werden zusammengefasst als lithographischer Strukturierungsprozess bezeichnet. Sie werden im allgemeinen auf einer automatisierten Linie durchgeführt, dem sog. „Lithographic Track".
Die Erzielung eines hohen Grades an Gleichförmigkeit (Uniformity) der jeweils über die Oberfläche des Substrates hinweg hergestellten Breiten von Linien bzw. Strukturelementen stellt bei der Herstellung integrierter Schaltungen neben der Erzielung einer hohen Lagegenauigkeit eine besonders große Herausforderung dar. In der Lithographie, genauer gesagt bei der Belichtung, können lokale Abweichungen von Linienbreiten ausgeglichen werden. Dabei wird die Strahlungsdosis der Belichtung und/oder auch der Fokus für jedes Belichtungsfeld angepasst. Variationen der Linienbreite innerhalb der Belichtungsfelder oder sogar innerhalb der einzelnen Schaltungsstrukturen können dagegen mit dieser Methode nicht kompensiert werden.
Es ist grundsätzlich möglich, systematische Fehler nachfolgender Prozesse ansatzweise auszukorrigieren, jedoch gilt auch hier, dass diese Korrektur nur belichtungsfeldfein ausgeführt werden kann.
Der Lithografieprozess umfasst neben der Belichtung dem Ausheizprozess und dem Entwicklerschritt auch diverse weitere Schritte wie die Belackung, Reinigung, mehrere Kühl- und Heizschritte. Insbesondere übt auch der Ausheizprozess einen wesentlichen Einfluss auf die letztendlich resultierende Linienbreite auf dem Substrat aus. Hier werden nach dem Stand der Technik jedoch homogen über die Substratoberfläche verteilte Temperaturen erzielt, so dass ein dabei entstehender Fehler eher nur sehr geringe Auswirkungen hat.
Anders ist dies beim Ätzprozess der Fall. Wird ein solcher beispielsweise in einer Plasmaätzkammer durchgeführt, so kann es zu einer ungleichförmigen Ätzrate über die Oberfläche des Substrates kommen. Typische Variationen sind etwa jene, die zwischen einem Notch und einer Anti-Notch-Position eintreten. Notches sind Einkerbungen am Rande des Substrates, anhand derer die relative Ausrichtung des Substrates in der Ätzkammer festgelegt wird. Diese Variationen sind vor allem aus älteren Plasma-Ätzgeräten bekannt.
Aber auch jüngere Ätzkammern zeigen eine Variation des Ätzverhaltens in Abhängigkeit von der Position auf dem Substrat: bekannt ist eine Mitte-Rand-Variation der Ätzrate. Ursachen sind jeweils charakteristische Gasflusseigenschaften und/oder eine ungleichförmige Plasmaquelle. In 1 ist in einem Diagramm die Ätzrate eines fluorhaltigen Plasmas in Angström pro Minute in einer Nitridschicht als Funktion des Radiusabstandes von der Substratmitte für einen 200 mm-Wafer dargestellt. Die Mitte-Rand-Variation ist deutlich zu erkennen.
So kann es dazu kommen, dass trotz einer hochpräzise ausgeführten Lithografie ein Substrat nach dem Ätzen eine hochgradige Ungleichförmigkeit in den Linienbreiten von in das Substrat transferierten Strukturelementen aufweist. In 2 ist dieses Problem schematisch dargestellt. 2a zeigt ein Substrat 1, etwa einen Wafer mit 200 mm oder 300 mm Durchmesser, auf dem eine matrixförmige Anordnung von Belichtungsfeldern 3 gebildet ist. Die Belichtungsfelder 3 wurden mit der gleichen Strahlungsdosis und dem gleichen Fokus belichtet. Nach der Belichtung und einem anschließenden Ausheiz- und Entwicklungsschritt werden die in dem belichteten Resist entstandenen Strukturelemente der jeweiligen Muster in den Belichtungsfeldern in einem CD-Messgerät (CD: Critical Dimension) zur bestimmung der Linienbreite vermessen.
2b zeigt das Ergebnis von Linienbreiten als Funktion der Radiusabstandes von der Wafermitte entlang der in 2a gezeigten Querschnittslinie 5. Es werden nur jeweils in ihrer ursprünglichen Breite auf der Maske vergleichbare Strukturelemente miteinander verglichen. Zu sehen ist, dass in diesem Beispiel ein hoher Grad an Gleichförmigkeit erreicht wird.
Anschließend wird das Substrat 1 einem Plasma-Ätzprozess unterzogen, z.B. dem in 1 gezeigten Sauerstoff-Ätzprozess. Das wiederum in einem CD-Messgerät entlang der Querschnittslinie 5 auf dem Substrat 1 gemessene Resultat der in die Nitridschicht übertragenen Breiten ist in 2c als Funktion des Radiusabstandes auf dem Substrat dargestellt. Zum Rand des Substrats 1 hin wird, weil hier eine erhöhte Ätzrate vorliegt, eine geringere Breite der dort zwischen den eingeätzten Öffnungen stehengebliebenen Stege als Linien festgestellt.
Das Problem der Mitte-Rand-Variation kann durch eine kontinuierliche Verbesserung des Ätzprozesses und/oder der Ätzkammern reduziert werden. Dieser Ansatz ist allerdings mit hohen Entwicklungskosten verbunden und kann möglicherweise nicht mit der ständigen Weiterentwicklung im Bereich der Projektionsapparate bzw. der lithografischen Prozesse mithalten.
Ein anderer Ansatz besteht wie eingangs beschrieben darin, den Fehler des Ätzprozesses durch eine veränderte Strahlungsdosis nur für die Belichtung in den Belichtungsfeldern des Randbereiches vorzusehen. Ein Beispiel für diesen Ansatz mit einer Anwendung auf den Fall der 2 ist in 3 zu sehen. Die Bezugszeichen entsprechen jenen aus 2. Die von einer erhöhten Strahlungsdosis betroffenen Felder sind in 3a durch Schraffuren hervorgehoben. 3b zeigt das nach der Belichtung von Strukturelementen im Resist resultierende Linienbreitenprofil. Das Profil zeigt am Übergang zweier benachbarter Belichtungsfelder eine Stufenkante.
Nach Anwendung des unveränderten, in 1 dargestellten Ätzprozesses wird nun zwar am Rande des Substrates eine Kompensationswirkung zum Linienbreitenabfall innerhalb der Nitridschicht erzielt, wie in 3c gezeigt ist. Die scharfe Stufenkante wird allerdings in das in der Nitridschicht sich ergebende Linienbreitenprofil mit übertragen. Die starke Variation innerhalb eines Belichtungsfeldes gerade im Randbereich des Substrates 1 kann demnach nicht kompensiert werden. Infolgedessen bleibt auch bei diesem Ansatz weiter ein hoher Grad an Ungleichförmigkeit in den Linienbreiten übertragener Strukturelemente auf dem Substrat 1 bzw. dem Wafer zurück.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Mittel bereitzustellen, mit dem ein noch höherer Grad an Gleichförmigkeit von Strukturelementen eines Musters, die in eine Schicht auf einem Halbleitersubstrat übertragen werden, erreicht wird. Es ist außerdem eine Aufgabe, die Kosten und den Aufwand zu verringern, die notwendig sind, um ein gegebenes Maß an Gleichförmigkeit zu erreichen. Es ist außerdem eine Aufgabe der Erfindung, die Qualität des Strukturübertragungsprozesses auf ein Halbleitersubstrat zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bildung eines Musters in einer Schicht auf einem Halbleitersubstrat, umfassend die Schritte:

– Bereitstellen des Halbleitersubstrats mit der Schicht, auf welcher zusätzlich ein photoempfindlicher Resist angeordnet ist;
– Belichten wenigstens eines ersten und eines zweiten Ausschnittes des photoempfindlichen Resists auf dem Halbleitersubstrat mit dem Muster;
– Ausheizen des belichteten Resists bei einer ersten Temperatur in dem ersten Ausschnitt und bei einer zweiten Temperatur in dem zweiten Ausschnitt, wobei sich die erste Temperatur zur Bewirkung einer Linienbreitenschwankung des Musters in dem Resist nach dem Entwickeln von der zweiten Temperatur unterscheidet;
– Entwickeln des ausgeheizten Resists zur Bildung von das Muster repräsentierenden Öffnungen in dem entwickelten Resist;
– Ätzen des Halbleitersubstrates zur Übertragung der Öffnungen in die Schicht und Entfernen des entwickelten Resists.

Der Ausheizprozess bewirkt eine Erwärmung des Resists auf eine Temperatur. Durch die erhöhte Temperatur wird eine chemische Umwandlung der bereits durch die Belichtung aktivierten Resistkomponenten verstärkt. Die Temperatur stellt somit ein Maß für Grad Strukturbildung dar. Eine belichtete Linie in dem Resist fällt um so breiter aus, je höher die Temperatur beim Ausheizprozess eingestellt wird. Oder umgekehrt: ein auf dem Substrat als Steg zu bildende Linie fällt umso schmaler aus, je höher die Temperatur gewählt wird. Dies gilt für einen Positivresist. Für einen Negativresist liegt ein umgekehrtes Verhalten vor.
Diese Eigenschaft wird ausgenutzt, indem lokal unterschiedliche Temperaturen über die Oberfläche des Substrates hinweg in verschiedenen Ausschnitten des Resist angewendet werden. Dadurch können jeweils unterschiedliche Vorhalte für die Linienbreiten, d.h. Breiten von Gräben oder Stegen als Strukturelemente des Musters in der Schicht auf dem Substrat realisiert werden.
Unter einer jeweils in einem Ausschnitt der Resistoberfläche auf dem Substrat eingestellten Temperatur ist hier außerdem auch eine zeitliche Temperaturkurve zu verstehen. Eine in einem von zwei Ausschnitten erreichte Maximaltemperatur, die höher als diejenige des anderen Ausschnittes eingestellt wurde, kann in ihrer Wirkung bezüglich der chemischen Umwandlung der aktivierten Resistkomponenten gegebenenfalls durch eine erhöhte Einwirkungsdauer der niedrigeren Temperatur in dem anderen Ausschnitt ausgeglichen werden. Diese Variante der Einstellung einer Temperatur, die durch eine zeitlich variable Temperaturkurve repräsentiert ist, ist allerdings schwer zu kontrollieren bzw. zu regulieren.
Die Ausschnitte in dem Resist, auf welche die Temperatureinwirkung lokal begrenzt ist, können eine beliebig geringe Ausdehnung besitzen. Die Ausdehnung ist allerdings durch die technischen Mittel begrenzt, welche zum Ausheizen eingesetzt werden. Geringste Ausdehnungen, d.h. höchste Auflösungen der Temperaturverteilung, können z.B. durch eine vorderseitige Wärmebestrahlung des Substrates mit einem rasternden Strahl oder einer maskierten Strahlungsverteilung erzielt werden. Als Vorderseite wird hier die beschichtete und zu strukturierende Seite des Substrates betrachtet.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Heizplatte wenigstens zwei Heizelemente aufweist, die mit voneinander verschiedenen Heizleistungen betrieben werden können. Ein erstes der Heizelemente wird dabei mit einer ersten Heizleistung derart betrieben, dass ein erster Teil des Halbleitersubstrats auf eine erste Temperatur erwärmt wird, und ein zweites der Heizelemente wird mit einer zweiten Heizleistung derart betrieben, dass ein zweiter Teil des Halbleitersubstrats auf eine zweite Temperatur erwärmt wird, die unterschiedlich von der ersten Temperatur ist.
Der Ausheizprozess, welcher der Umwandlung belichteter Resistflächen und somit aktivierter chemischer Substanzen in dem Resist dient, wird im allgemeinen mittels einer Heizplatte, auch Hot-Plate genannt, durchgeführt. Es wird also beispielsweise eine Eigenschaft auch schon herkömmlich verwendeter Heizplatten ausgenutzt, bei welcher die Heizung eines aufliegenden Substrates durch mehrere Heizelemente bewirkt wird, die unterschiedliche Flächenanteile der Rückseite des Halbleitersubstrates kontaktieren. Diese herkömmlichen Heizelemente wurden bisher jedoch durch einen gemeinsamen Regelkreis dahingehend gesteuert, dass eine homogene, einheitliche Temperaturverteilung auf der Substratoberfläche im Resist erzielt wird.
Der Ausgestaltung zufolge ist nun vorgesehen, wenigstens zwei dieser Heizelemente unabhängig voneinander anzusteuern, so dass unterschiedliche Temperaturen in dem Resist erzielt werden.
Der erfindungsgemäße Ausheizprozess mittels Hot-Plate betrifft den Post-Exposure-Bake Prozess (PEB). Er ist zu unterscheiden von dem sogenannten Post-Apply-Bake, auch Pre-Bake genannt, mit dem der Resist nach dem Aufschleudern und vor der Durchführung der Belichtung stabilisiert wird. Ein solcher Post-Apply-Bake-Prozess braucht erfindungsgemäß nicht einer lokalen Temperaturverteilung unterzogen zu werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch eine Heizplatte zur Durchführung eines Ausheizprozesses, umfassend:

– eine Anzahl von Heizelementen, die jeweils einen Ausschnitt auf einer Rückseite eines auf die Heizplatte aufgelegten Halbleitersubstrates kontaktieren,
– eine oder mehrere Energiequellen zur Einspeisung einer Heizleistung in die Heizelemente,
– eine Steuereinheit, welche mit jedem der Heizelemente verbunden ist, so dass jedes der Heizelemente mit einer unterschiedlichen Heizleistung betrieben werden kann.

Der Heizplatte können weitere Recheneinheiten zugeordnet sein, welche die Aufgabe der Berechnung der Heizleistung beziehungsweise Temperaturverteilung für jedes der Heizelemente aus der Verteilung von Ätzraten bzw. dem Ätzprofil übernehmen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, die Heizelemente als Flächenausschnitte in Form konzentrischer Ringsegmente zu bilden. Diese Anordnung besitzt den Vorteil, bei Mitte-Rand-Variationen des Ätzverhaltens ein entsprechend ausgebildetes Temperaturprofil für den Ausheizprozess einstellen zu können, das gerade den Effekt der Mitte-Rand-Variationen kompensiert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Heizplatte sieht vor, die Heizelemente matrixförmig anzuordnen. Dadurch kann einerseits die räumliche Temperaturauflösung auf der Oberfläche des erhöht werden, andererseits können auch vielfältige Geometrien von Ätzprofilen berücksichtigt werden, deren Auswirkungen zu kompensieren sind, beispielsweise ein linearer oder nichtlinearer Abfall der Ätzrate vom Notch zur Anti-notch-Position.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen zum Verfahren und zu der Heizplatte sind den jeweils abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird zur besseren Verständnis im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen:
1 ein Diagramm mit einem Profil von Ätzraten als Funktion des Abstandes von der Substratmitte;
2 ein Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik mit den sich nach der Lithografie und nach dem Ätzen ergebenden Linienbreiteprofilen;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik mit den sich nach der Lithografie und nach dem Ätzen ergebenden Linienbreiteprofilen, bei welchem eine Dosikorrektur angewendet wird;
4 ein Diagramm mit der Abhängigkeit der Linienbreite im Resist von der eingestellten Temperatur beim Ausheizprozess;
5 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit den sich nach der Lithografie und nach dem Ätzen ergebenden Linienbreiteprofilen unter Anwendung einer lokalen Korrektur der Heizleistung;
6 eine Darstellung einer Heizplatte mit Heizelementen aus konzentrischen Ringsegmenten;
7 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Heizplatte mit matrixförmig angeordneten Heizelementen;
8 in einem Flussdiagramm einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
8 zeigt ein Flussdiagramm mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es wird in einem ersten Schritt 60 ein Halbleitersubstrat 1 zusammen mit einer Photomaske, auf welcher ein abzubildendes Muster angeordnet ist, in einem Projektionsapparat bereitgestellt. Auf der automatisierten Prozesslinie des Projektionsapparates, dem lithografischen Track, wurde zuvor, z.B. nach einer Reinigung, ein photoempfindlicher Resist aufgebracht, dieser ausgeheizt (Post-Apply-Bake) und wieder abgekühlt (Cool Plate).
In einem zweiten Schritt wird das Substrat 1 in dem Projektionsapparat, etwa einem Scanner, schrittweise belichtet. Es wird keine Dosiskorrektur vorgenommen. Alle Belichtungsfelder 3 auf dem Substrat 1 erhalten somit die gleiche Strahlungsdosis. 5a zeigt schematisch die Anordnung der Belichtungsfelder 3 auf dem Substrat 1 sowie die Querschnittslinie 5, entlang welcher nachfolgend ein eindimensionales Linienbreitenprofil aus einer zweidimensionalen Verteilung über die Substratoberfläche gemessen wird.
Bevor der Ausheizschritt begonnen wird, Idealerweise auch schon vor oder während der Belichtung, wird aus einem zentralen Server des fabrikweiten Fertigungsplanungssystems das für den späteren Ätzvorgang vorgesehene Plasmaätzgerät ausgelesen. Für das Ätzgerät ist eine Verteilung bzw. ein Profil der Ätzrate über die Oberfläche des Substrates in dem Server hinterlegt. Auch diese wird ausgelesen (Schritt 64), z.B. die in 1 gezeigte Sauerstoffätzrate einer Nitridschicht. Die Ätzratenprofile können alternativ auch in einer Speichereinheit, z.B. einer Datenbank, der Steuereinheit des lithografischen Tracks – oder spezieller: der Heizplatte für den der Belichtung folgenden Ausheizprozess – hinterlegt sein.
In einem Schritt 66 wird in einer Recheneinheit, die Bestandteil der Steuereinheit des lithografischen Tracks oder der Heizplatte sein kann, aus der ausgelesenen Ätzrate und dem Muster, das auf das Substrat zu übertragen ist, ein Linienbreitenprofil berechnet, das voraussichtlich aufgrund der Inhomogenitäten nach dem Ätzprozess entstehen wird. Ein solches Profil ist beispielsweise in 2c gezeigt.
Es ist alternativ auch möglich, den Rechenschritt zu überspringen und das durch das vorgesehene Ätzgerät verursachte Linienbreitenprofil unmittelbar zu hinterlegen und auszulesen.
In einem weiteren Schritt 68 wird eine für den aufgebrachten Resist hinterlegte Relation zwischen der Linienbreite (CD), die nach dem Entwickeln im Resist entsteht, und der durch die Heizplatte erzielte Temperatur am Ort des Resists ausgelesen. Eine solche Relation ist beispielhaft in 4 gezeigt. Dargestellt ist in dem Diagramm der 4 die Linienbreite (CD) als Funktion der Temperatur eines PEB-Prozesses für einen herkömmlichen 193 nm – Resist. Die Dosis beträgt 290 J/m². Es wurden für die Erstellung der Relation vier wertepaare gemessen: 115 nm bei 127°C, 102 nm bei°C, 86 nm bei 132°C, 76 nm bei °C. Mittels linearer Regression wurde eine Gerade an die Wertepaare angefittet. Es wird für die weitere Berechnung die Relation der Geraden verwendet, soweit nicht außergewöhnlich große Vorhalte in positiver oder negativer Richtung zum Ausgleich der Ätzeffekte einzurichten sind.
In einem weiteren Schritt 70 wird das Halbleitersubstrat zur Heizplatte 7 befördert, die in 6 gezeigt ist. Sie umfasst Heizelemente 10–16, die konzentrische Ringsegmente bilden. Sie sind mittels einer Steuereinheit 9 unabhängig voneinander steuer- bzw. heizbar. Durch die Heizelemente 10–16 werden Ausschnitte 20–26 des aufgelegten Substrats 1 definiert, die aufgrund einer unabhängig gesteuerten Heizleistung der Heizelemente 10–16 verschiedene Temperaturen erreichen können.
Vor Beginn des Ausheizprozesses wird von der Recheneinheit anhand des aus dem Ätzverhalten ermittelten Linienbreitenpro fils und der Relation Linienbreite – Ausheiztemperatur ein Temperaturprofil errechnet. Das Temperaturprofil, das beispielsweise in 5b gezeigt ist, wird so berechnet, dass in dem Resist nach dem Entwickeln ein Linienbreitenvorhalt zum Ausgleich der Ätzeffekte geschaffen wird.
Das Temperaturprofil wird weiter in eine Heizleistung für die Heizelemente 10–16 umgerechnet. In diese Rechnung geht z.B. die Fläche des Ausschnitts 20–26, die Wärmekapazität des betreffenden Heizelements 10–16, die Wärmeleitung des Substrats 1 etc. ein.
Vorzugsweise werden alle Rechenschritte von derselben Recheneinheit, z.B. einem Softwareprogramm, ausgeführt.
Nach dem Ausheizschritt 70 wird der ausgeheizte Resist entwickelt (Schritt 72). 5c zeigt das sich nach dem Entwicklerschritt 72 ergebende Linienbreitenprofil entlang der Querschnittslinie 5 der im Resist zwischen den Öffnungen gebildeten Stege. Bei dem Muster handelt es sich um ein Linien-Spaltenmuster.
In einem Schritt 74 wird das Halbleitersubstrat nun genau dem vorgesehenen Ätzgerät zugeführt, das das in den 1, 2c gezeigte Ätzverhalten aufweist. Durch den Linienbreitenvorhalt, der für die Öffnungen im Resist im Ausheizschritt 70 geschaffen wurde, wird bei der Übertragung dieser Öffnungen durch Ätzen in die unterliegende Schicht eine homogene Linienbreiteverteilung erzielt. Dies ist in 5d zu sehen.
Eine alternativ zu verwendende Heizplatte 9 ist in 7 dargestellt. Heizelemente 30 sind dabei matrixförmig angeordnet und bieten zudem eine wesentlich höhere Auflösung als bei der Heizplatte 7 des vorigen Ausführungsbeispiels. Eines der Heizelemente 30 hat einen Durchmesser von etwa 1–2 mm und liegt in der Größenordnung der Dicke des Halbleitersubstrates. Auch hier sind die Heizelemente unabhängig voneinander mit verschiedener Heizleistung zu betreiben, wobei eine Steuereinheit wie im vorigen Beispiel gewährleistet, dass eine vorgegebene Temperaturverteilung einen Vorhalt zum Ausgleich von Ätzeffekten liefert.

1: Halbleitersubstrat
3: Belichtungsfeld
5: Querschnittslinie
7: Heizplatte (mit konzentrische Ringsegmenten)
9: Heizplatte (mit matrixförmiger Anordnung)
10–16: Heizelemente (konzentrisch)
20–26: Ausschnitte
30: Steuereinheit der Heizplatte
31: Heizelemente, matrixförmig angeordnet
42: Linienbreitenprofil nach dem Entwickeln
42: Linienbreitenprofil nach dem Ätzen (ohne Vorhalt)
45: berechnetes Temperaturprofil für Ausheizschritt
48: Relation Linienbreite – Temperatur beim Ausheizen
51: Ätzrate, Ätzprofil
60: Bereitstellen
62: Belichten
64: Bestimmen der lokalen Ätzraten (optional)
66: Ermitteln des Linienbreitenprofils nach dem Ätzen
: (ohne Vorhalt)
68: Berechnen des Temperaturprofils für das Ausheizen
70: Ausheizen
72: Entwickeln
74: Ätzen

Claims

Verfahren zur Bildung eines Musters in einer Schicht auf einem Halbleitersubstrat (1), umfassend die Schritte: – Bereitstellen (60) des Halbleitersubstrats (1) mit der Schicht, auf welcher ein photoempfindlicher Resist angeordnet ist; – Belichten (62) wenigstens eines ersten und eines zweiten Ausschnittes (20, 21) des photoempfindlichen Resists mit dem Muster; – Ausheizen (70) des belichteten Resists bei einer ersten Temperatur in dem ersten Ausschnitt (20) und bei einer zweiten Temperatur in dem zweiten Ausschnitt (21), wobei sich die erste Temperatur zur Bewirkung eines Linienbreitenvorhaltes (41) in dem Resist nach dem Entwickeln von der zweiten Temperatur unterscheidet; – Entwickeln (72) des ausgeheizten Resists zur Bildung von das Muster repräsentierenden Öffnungen in dem entwickelten Resist; – Ätzen (74) des Halbleitersubstrates (1) zur Übertragung der Öffnungen in die Schicht und Entfernen des entwickelten Resists.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Ausheizen (70) mittels einer Heizplatte (7, 9) durchgeführt wird, auf welcher das Halbleitersubstrat (1) aufgelegt wird, b) die Heizplatte (7, 9) wenigstens zwei Heizelemente (10, 11) aufweist, die mit voneinander verschiedenen Heizleistungen betrieben werden können; c) ein erstes der Heizelemente (10) mit einer ersten Heizleistung derart betrieben wird, dass der erste Ausschnitt (20) des Halbleitersubstrats (1) auf die erste Temperatur erwärmt wird, und d) ein zweites der Heizelemente (11) mit einer zweiten Heizleistung derart betrieben wird, dass der zweite Ausschnitt (21) des Halbleitersubstrats (1) auf die zweite Temperatur erwärmt wird, die unterschiedlich von der ersten Temperatur ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – für wenigstens den ersten Ausschnitt (20) und den zweiten Ausschnitt (21) auf dem Halbleitersubstrat (1) vor dem Ausheizschritt (70) jeweils eine lokale Ätzrate (51) bestimmt wird, mit welcher der nachfolgende Ätzschritt (74) voraussichtlich stattfinden wird, – beim Ausheizschritt (70) die erste und die zweite Temperatur in Abhängigkeit von der jeweils bestimmten lokalen Ätzrate (51) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – das Ausheizen (70) mittels einer Heizplatte (7, 9) umfassend mehrere Heizelemente (10–16) mit jeweils einer Heizleistung durchgeführt wird, – zum Erreichen der ersten und der zweiten ausgewählten Temperatur die erste und die zweite Heizleistung in Abhängigkeit von der jeweils bestimmten lokalen Ätzrate (51) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Ausheizen (70) mittels einer oder mehrerer Wärmestrahlungsquellen durchgeführt wird, mit welcher der Resist auf dem Halbleitersubstrat (1) bestrahlt wird, b) eine erste Bestrahlung des ersten Ausschnittes (20) mit einer ersten Strahlungsleistung ausgeführt, c) eine zweite Bestrahlung des zweiten Ausschnittes (21) mit einer zweiten Strahlungsleistung ausgeführt wird, die sich von der ersten Strahlungsleistung unterscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – für eine Anzahl von Ausschnitten (20–26) auf dem Halbleitersubstrat (1) lokale Ätzraten (51) ermittelt werden, – aus den ermittelten Ätzraten (51) ein Ätzprofil erstellt wird, welches eine Inhomogenität des durchzuführenden Ätzprozesses (74) repräsentiert, – aus dem erstellten Ätzprofil ein Profil der aus der Inhomogenität des Ätzprozesses (74) resultierenden Linienbreiteschwankungen (42) berechnet wird, – aus dem berechneten Profil der Linienbreiteschwankungen (42) ein Temperaturprofil (45) für die Durchführung des Ausheizschrittes (70) ermittelt wird, so dass die aus dem Ätzprozess (74) resultierenden Linienbreiteschwankungen (42) durch den Ausheizprozess (70) kompensiert werden, – für jeden der Ausschnitte (20–26) aus dem Temperaturprofil (45) eine Temperatur zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Relation zwischen einer lokalen Ätzrate (51) und einer aus der Ätzung (74) resultierenden Linienbreite (42) in der Schicht bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Relation (48) zwischen einer lokalen Temperatur (45) und einer aus dem Ausheizen (70) resultierenden Linienbreite (41) in dem Resist nach dem Entwicklerschritt (72) bereitgestellt wird.
Heizplatte zur Durchführung eines Ausheizprozesses, umfassend: – eine Anzahl von Heizelementen (10–16, 31), die jeweils einen Ausschnitt (20 – 26) auf einer Rückseite eines auf die Heizplatte aufgelegten Halbleitersubstrates (1) kontaktieren, – eine oder mehrere Energiequellen zur Einspeisung einer Heizleistung in die Heizelemente (10–16, 31), – eine Steuereinheit (30), welche mit jedem der Heizelemente (10–16, 30) verbunden ist, so dass jedes der Heizelemente (10–16, 31) mit einer unterschiedlichen Heizleistung betrieben werden kann.
Heizplatte nach Anspruch 9, weiter umfassend: – eine erste Recheneinheit zur Berechnung jeweils einer Heizleistung aus einer vorgegebenen, zu erreichenden Temperaturverteilung auf einer Vorderseite des aufgelegten Halbleitersubstrats.
Heizplatte nach Anspruch 9 oder 10, weiter umfassend: – eine zweite Recheneinheit zur Berechnung der Temperaturverteilung aus einer vorgegebenen Verteilung von Ätzraten (51) derart, dass eine durch die Verteilung von Ätzraten (51) hervorgerufene Inhomogenität von aus einem Ätzprozess (74) resultierenden Linienbreiten (42) durch den Ausheizprozess (70) unter Anwendung der berechneten Temperaturverteilung kompensiert wird.
Heizplatte nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (10–16) Ausschnitte (20–26) in Form konzentrischer Ringsegmente auf dem Halbleitersubstrat (1) bilden.
Heizplatte nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (31) eine matrixförmige Anordnung von Ausschnitten bilden.