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Die
Erfindung betrifft ein fotolithographisches Verfahren zum Ausbilden
einer Fotomaske auf einem Substrat, wobei der Fotolack bevorzugt
ein chemisch verstärkter
Fotolack (CAR-Lack) ist.
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Zur
Bearbeitung von Halbleitersubstraten, insbesondere von Siliziumsubstraten
wird in der Regel die Silizium-Planartechnik
eingesetzt. Die Silizium-Planartechnik beinhaltete eine Abfolge
von jeweils ganzflächig
auf die Substratoberfläche
wirkenden Einzelprozessen, die über
geeignete Maskierungsschichten gezielt zur lokalen Veränderung
des Substratmaterials führen.
Ein wesentlicher Prozessschritt der Planartechnik ist dabei die
fotolithographische Ausbildung der Maskierungsschicht. Hierzu wird
das Substrat mit einem strahlungsempfindlichen Fotolack belackt.
Die Fotolackschicht wird dann entsprechend einem vorgegebenen Muster
in den gewünschten
Bereichen so bestrahlt, dass in einem geeigneten Entwickler je nach
Fotolackart nur die bestrahlten oder unbestrahlten Bereiche entfernt
werden. Das so entstandene Fotolackmuster kann dann als Maske für einen
darauffolgenden Prozessschritt, z. B. als Maske für eine Ätzung oder
eine Ionenimplantation dienen. Anschließend wird dann die Fotolackmaske
wieder abgelöst.
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Bei
den im Rahmen der Fotolithographietechnik eingesetzten Fotolacken
unterscheidet man zwischen Positiv- und Negativ-Fotolacken, je nachdem, ob die belichteten
oder die unbelichteten Bereiche beim Entwickeln entfernt werden.
Schwerpunktmäßig werden
heute zur Herstellung integrierter Schaltungen auf Halbleitersubstraten
mithilfe der Planartechnik überwiegend
Positiv-Fotolacke eingesetzt, die sich durch eine sehr hohe Empfindlichkeit, mit
der sich auch kleinste Lackstrukturen im sub-μm-Bereich ausbilden lassen,
auszeichnen. Foto lacke enthalten dabei im Wesentlichen drei Bestandteile,
nämlich
ein festes Matrixmaterial, einen lichtempfindlichen Anteil und ein
Lösungsmittel.
Das Matrixmaterial ist in der Regel ein Harz, das für die Schichtenbildung
verantwortlich ist und die thermischen Eigenschaften des Fotolacks
bestimmt. Der lichtempfindliche Anteil des Fotolacks legt den Wellenlängenbereich
und die Empfindlichkeit fest.
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Beim
Standardprozess der Fotolackbearbeitung wird im Allgemeinen so vorgegangen,
dass nach dem Beschichten des Substrats mit dem Positiv-Fotolack,
was in Regel durch Aufschleudern des Fotolacks stattfindet, der
Fotolack in einem ersten Temperaturschritt, dem sog. Pre- oder Soft-Bake-Prozess, getrocknet
wird, um das Lösungsmittel
aus dem Fotolack auszutreiben. Nach dem Trocknen der Fotolackschicht
ist die unbelichtete Fotolackmischung aus Matrixmaterial und lichtempfindlichem
Anteil dann fest. Nach dem Soft-Bake-Prozess des Fotolacks erfolgt das Justieren
und Belichten des Fotolacks in der Regel mithilfe einer Belichtungsmaske, die
mit der Struktur versehen ist, die auf dem Substrat ausgebildet
werden soll. Die Belichtung führt
zu einer fotochemischen Umwandlung des lichtempfindlichen Anteils
in den belichteten Bereichen des Fotolacks, wobei sich aus dem lichtempfindlichen
Anteil eine Säure
abspaltet. Der belichtete Fotolack wird dann in der Regel noch einem
zweiten Temperaturschritt, dem sog. Post-Exposure-Bake-Prozess ausgesetzt,
der für
eine Vergleichmäßigung der
Verteilung der Säure
in den belichteten Bereichen der Fotolackschicht sorgt.
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Anschließend wird
dann auf die Oberfläche des
belichteten Fotolacks eine Entwicklerflüssigkeit aufgesprüht oder
aufgetropft. Als Entwicklerflüssigkeit
dienen Laugen, die die belichteten Bereiche des Positiv-Fotolacks
mit der darin erzeugten Säure leicht
lösen,
so dass die belichteten Bereiche selektiv zu den nicht bestrahlten
Bereichen des Fotolacks entfernt werden können. Nach Ablauf der vorgegebenen
Entwicklerzeit wird der Entwickler in der Regel mit Wasser abge spült. Ein
dann durchgeführter
weiterer Ausheizschritt sorgt für
eine vollständige
Trocknung der Fotolackstruktur sowie für eine Erhöhung seiner chemischen Resistenz.
Das so entstandene gehärtete
Fotolackmuster dient dann als Maske für einen darauf folgenden Prozessschritt,
um das darunter liegende Substrat lokal zu verändern. Abschließend wird
die Lackmaske wieder entfernt.
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Als
Positiv-Fotolack zur Belichtung mit ultra-violettem Licht werden
vor allem Novolak-Resists eingesetzt, bei denen die fotoaktive Verbindung
in der Regel Diazonaphthochinon ist. Um noch kleinere Strukturen
ausbilden zu können,
wird zum Belichten jedoch zunehmend Licht mit Wellenlängen im
tiefen ultra-violetten Bereich verwendet, wobei als Fotolacke dann
sog. chemisch verstärkte
(CAR)-Fotolacke eingesetzt werden, bei denen chemische Zusätze für eine verbesserte
Säureerzeugung
sorgen und/oder verhindern, dass unbelichtete Bereiche entfernt
werden. Bei chemisch verstärkten
Fotolacken funktioniert der säurebildende
Prozess beim Belichten in der Regel so, dass die Belichtung aus
dem lichtempfindlichen Anteil des Fotolacks ein Proton freigesetzt wird,
das in dem belichteten Bereich zu einer Abspaltung von säurelabilen
Schutzgruppen aus dem lichtempfindlichen Anteil führt. Durch
Erhitzen des Fotolacks im Post-Exposure-Bake-Prozess wird die Abspaltung
der säurelabilen
Schutzgruppen beschleunigt, da das durch die Belichtung freigesetzte
Proton als Katalysator wirkt und so gleichzeitig eine Vielzahl von
säurelabilen
Schutzgruppen abspalten kann. Dies führt dann zu einer verstärkten Kontrastierung des
durch die Säure
gebildeten latenten Bildes im Fotolack.
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Ein
Problem bei den gegenwärtig
eingesetzten Fotolacken, die auf Säureerzeugung durch Belichten
basieren, besteht aber hinsichtlich der Einhaltung einer einheitlichen
Linienbreite infolge der Strukturbildung. Bei der Linienbreitenkontrolle
nach Ausführung
der Lackstrukturen sind häufig
große Schwankungen,
abhängig
von der eingestellten Tiefenschärfe
der in der Fotolackmaske ausgeführten Strukturen
zu erkennen. Solche Linienbreitenschwankungen treten insbesondere
im Randbereich des Fokusbereiches auf, wobei oft die außen liegenden
Strukturen überhaupt
nicht aufgelöst
werden. Weiterhin bilden sich bei den Fotolackstrukturen an der
Grenzfläche
zur darunter liegenden Schicht Verbreiterungen, die auf ungelöste Lackreste
am Boden des Kontaktloches zurückzuführen sind.
Bei solchen Lackstrukturen mit verbreiterten Basisbereich besteht
dann die Gefahr, dass bei Übertragung
der Lackstrukturen in die darunter liegende Halbleiterschicht, z.
B. im Rahmen eines Ätz-
oder Implantationsprozesses erhebliche, für die Schaltkreisfunktionen
nicht tolerierbare Linienbreitenschwankungen bis hin zu nicht aufgelösten Strukturen
entstehen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein fotolithographisches
Verfahren zum Ausbilden einer Fotomaske auf einem Substrat, insbesondere
für den
Einsatz von hochauflösenden
Positiv-Fotolacken, bereitzustellen, mit denen sich zuverlässig auch
kleinste Lackstrukturen ausbilden lassen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren gemäß Anspruch
1 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
zum Ausbilden einer Fotomaske auf einem Substrat wird zusätzlich zu
den Standardprozessschritten Beschichten des Substrats mit einem
Fotolack, Austreiben des Lösungsmittels
aus dem Fotolack mit einem ersten Temperaturschritt, Belichten des
Fotolacks, Aufheizen des Fotolacks mit einem zweiten Temperaturschritt
und Entwickeln des Fotolacks in einem basischen Medium, um die Fotolackmaske
auszubilden, beim ersten und/oder zweiten Temperaturschritt zusätzlich ein
Aufheizen des Fotolacks auf einen Temperaturbereich von 50°C bis 90°C für eine Zeitdauer
von 25sec bis 35sec durchgeführt.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
ermöglicht,
insbesondere beim Einsatz hochauflösender Positiv-Fotolacke, hochgenau
sehr kleine Strukturen im Fotolack unter Vermeidung von Verbreiterungen
der Lackstruktur an der Grenzfläche
zur darunter liegenden Schicht auszubilden. Erfindungsgemäß wird nämlich durch
das gegenüber
dem Standardprozess zusätzliche
Aufheizen des Fotolacks vor oder nach dem Belichten mit einer Temperatur
unterhalb der jeweils beim Soft-Bake bzw. Post-Exposure-Bake-Prozess verwendeten
Temperatur eine verbesserte Homogenität der Säurekonzentration im Fotolack,
vor allem im Bereich an der Grenzfläche zur darunter liegenden
Halbleiterschicht erreicht.
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Es
hat sich herausgestellt, dass insbesondere an der Grenzfläche zwischen
der Fotolackschicht und der darunter liegenden Halbleiterschicht
aufgrund unzureichender Diffusionsvorgänge eine reduzierte Konzentration
der durch Belichtung aus dem lichtempfindlichen Anteil im Fotolack
abgespaltenen Säure
stattfindet, was beim anschließenden
Entwickeln in einer Lauge zu einem reduzierten Ablösen der
entsprechenden Fotolackbereiche und damit zu starken Linienbreitenschwankungen
führen
kann.
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Mit
dem erfindungsgemäßen zusätzlichen Temperaturschritt
wird, wenn er beim Soft-Bake-Prozess eingesetzt wird, eine verbesserte
Diffusion und damit Homogenität
des lichtempfindlichen Anteils im Fotolack und damit eine Vergleichmäßigung der
beim Belichten aus diesem lichtempfindlichen Anteil gebildeten Säure erreicht.
Wenn der zusätzliche
Temperaturschritt nach dem Post-Exposure-Bake eingesetzt wird, sorgt
dieser für
eine Vergleichmäßigung der Verteilung
der durch das Belichten aus dem lichtempfindlichen Anteil abgespalteten
säurelabilen
Schutzgruppen im belichteten Bereich, insbesondere auch an der Grenzfläche zur
darunter liegenden Schicht, was zu einer verstärkten Kontrastierung des durch die
Belichtung erzeugten latenten Säurebildes
und damit zu einer verbesserten Löslichkeit des belichteten Bereiches
sorgt.
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Bevorzugt
wird der erfindungsgemäße zusätzliche
Temperaturschritt vor allem bei chemisch verstärkten (CAR)-Fotolacke beim
Post-Exposure-Bake-Prozess eingesetzt. Das zusätzliche verlängerte Aufheizen
des chemisch verstärkten
Fotolackes mit einer Temperatur unterhalb der regulären Post-Exposure-Bake-Temperatur bewirkt
eine verbesserte Diffusion der durch die Belichtung im chemisch
verstärkten
Fotolack abgespalteten Protonen, die wiederum als Katalysatoren
für die
Abspaltung der säurelabilen
Schutzgruppen vom lichtempfindlichen Anteil sorgen. So wird erreicht,
dass mehr säurelabile
Schutzgruppen in den belichteten Bereichen vom lichtempfindlichen
Anteil abgespaltet werden und eine verstärkte Kontrastierung des durch
die Belichtung erzeugten latenten Säurebildes eintritt, was wiederum
zu einer Vergleichmäßigung der
Entwicklung des Fotolacks und eine exakte Ausbildung der Linien-
bzw. Kontaktlochstruktur auch an der Grenzfläche zur darunter liegenden
Halbleiterschicht führt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
der Fotolack zusätzlich
auf eine Temperatur von 50°C
für 35sec
oder 60°C
für 25sec
aufgeheizt. Bei diesen Temperatur- und Zeitwerten ergibt sich eine optimale
Vergleichmäßigung der
Verteilung der säurelabilen
Schutzgruppen im belichteten Bereich des Fotolacks und damit eine
Ausbildung von steilen Flanken der Linienstruktur des Fotolacks
nach dem Entwickeln.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
der Fotolack mithilfe eines erhitzten basischen Mediums entwickelt
und/oder der Fotolack beim Entwickeln mithilfe des basischen Mediums
aufgeheizt. Die erhöhte
Temperatur sorgt für
eine verbesserte Löslichkeit
des Fotolacks im Bereich der säurelabilen Schutzgruppen
und damit für
eine exakte Ausbildung der gewünschten
Fotolackstruktur.
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Die
Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 schematisch einen Prozessablauf zur Strukturierung
einer Schicht auf einem Siliziumsubstrat im Rahmen der Planartechnik;
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2 drei Fotolackverarbeitungs-Prozessabläufe, wobei 2A einen
herkömmlichen
Prozessablauf und 2B und 2C zwei
erfindungsgemäße Prozessabläufe darstellen;
und
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3 Vergleichsmessungen
für einen
erfindungsgemäßen Nach-Bake-Schritt nach
einem Post-Exposure-Bake-Prozess bei verschiedenen Temperaturen
und Ausheizzeiten, wobei jeweils die Fokustiefe bezogen auf Breite,
Länge und überlappendem
Prozessfenster der erzeugten Struktur bestimmt wurde.
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Die
Strukturierung von Halbleitersubstraten erfolgt heute fast durchwegs
mithilfe der Lithographietechnik. Ein Standardprozessablauf der
Lithographietechnik ist in 1 am Beispiel
einer auf einem Siliziumsubstrat 1 aufgebrachten SiO2-Schicht 2 dargestellt. Die einzelnen
Prozessschritte sind weiterhin in 2A in
einem Ablaufschema zusammengefasst.
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Bei
der Herstellung hochintegrierter Schaltungen wird der Lithographieprozess
in der Regel voll automatisch durchgeführt, wobei die Siliziumwafer hintereinander
verschiedene Prozessstationen durchlaufen. In der ersten Prozessstation
wird der Siliziumwafer 1 mit der zu strukturierenden SiO2-Schicht 2 mit dem Fotolack beschichtet.
Hierzu wird der Siliziumwafer 1 in der Regel zuerst auf
einer Heizplatte hochgeheizt, um an der Oberfläche sich befindende Wassermoleküle abzudampfen.
Dann wird im Allgemeinen eine wenige Atomlagen dicke Haftvermittlerschicht 3 auf
der SiO2-Schicht 2 aufgebracht.
Die Haftvermittlerschicht 3 sorgt für eine verbesserte Haftung
der anschließend
aufgebrachten Fotolackschicht 4. Es ist auch üblich, anstelle
der Haftvermittlerschicht eine organische Antireflektionsschicht
(ARC) aufzutragen, die zusätzlich
eine verbesserte Belichtung durch Unterdrückung von Lichtreflektionen
an der Grenzfläche
zwischen der SiO2- Schicht 2 und der Fotolackschicht 4 bewirkt. Dieses
Material ist in seiner Zusammensetzung und Filmdicke auf den verwendeten
Photolack abgestimmt, um eine optional Wirkung zu erzielen. Anschließend erfolgt
dann die eigentliche Fotolackbeschichtung, die in der Regel mithilfe
einer Schleuder im Rahmen des sog. Spin-On-Prozess durchgeführt wird.
Die Dicke der Fotolackschicht 4 kann je nach Oberfläche und
Zielsetzung zwischen 0,1μm
und 3μm
betragen.
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Als
Fotolacke können
dabei sowohl Positiv- oder Negativ-Fotolacke, je nachdem, ob die belichteten
oder die unbelichteten Bereiche beim Entwickeln weggelöst werden
sollen, eingesetzt werden. Gebräuchlich
sind aufgrund ihres höheren
Kontrastes und leichteren Aufbringens dabei Positiv-Fotolacke. Positiv-Fotolacke
enthalten im Wesentlichen drei Bestandteile, nämlich ein Harz, das für die Schichtenbildung
verantwortlich ist, eine fotoaktive Verbindung und ein Lösungsmittel.
Die fotoaktive Verbindung des Fotolacks unterliegt bei einer Belichtung
einer fotochemischen Umwandlung, bei der sich eine Säure in den
belichteten Bereichen bildet, die dann beim Entwickeln mithilfe
einer Lauge entfernt werden kann. Bei einer Belichtung mit tief
ultra-violettem Licht wird vorzugsweise ein chemisch verstärkter Positiv-Fotolack
(CAR-Lack) eingesetzt,
der sich durch eine hohe Empfindlichkeit und verbesserte Säureerzeugung auszeichnet.
Ein schematischer Querschnitt durch den Siliziumwafer 1 nach
der Fotolackbeschichtung ist in 1A dargestellt.
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Nach
dem Ausschleudern der Fotolackschicht 4 wird der Siliziumwafer 1 in
einem ersten Temperaturschritt auf über 100°C aufgeheizt, um das Lösungsmittel
aus dem Fotolack vollständig
auszutreiben. Dieser Prozess wird als Soft- oder Pre-Bake-Prozess (vgl. 2A)
bezeichnet. Nach dem Austreiben des Lösungsmittels ist die Fotolackschicht 4 fest.
Anschließend
wird der Siliziumwafer mit der Fotolackschicht dann wieder auf Raumtemperatur
(RT) abgekühlt.
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Auf
den Soft-Bake-Prozess folgt, wie 2A und 1B zeigen,
das Belichten 5 der Fotolackschicht 4 entsprechend
einer vorgegeben Struktur, die in der SiO2-Schicht 2 auf
dem Siliziumwafer 1 erzeugt werden soll. Die Belichtung
kann dabei mit einer Belichtungsmaske, die die gewünschte Struktur enthält oder
auch durch direkte Schreiben auf dem Fotolack, z. B. mithilfe eines
Elektronenstrahls erfolgen. Die Belichtung 5 führt dazu,
dass vom lichtempfindlichen Anteil des Fotolacks säurelabile
Schutzgruppen abgespaltet werden. Die Säure bildet so ein latentes
Bild der gewünschten
Struktur, wobei die Verteilung der Säure im Fotolack dem belichteten
Bereich entspricht. Beim Einsatz eines CAR-Fotolacks wird die Säureerzeugung
dadurch verstärkt,
dass durch die Belichtung aus dem Säurebildner ein Proton freigesetzt
wird, das in dem belichteten Bereichen katalytisch zur Abspaltung
der säurelabilen
Schutzgruppen führt.
CAR-Fotolacke sorgen so für
eine verbesserte Abspaltung der säurelabilen Gruppen und damit
für eine
stärkere
Kontrastierung der durch die Belichtung erzeugten latenten Säure im Fotolack.
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Nach
dem Belichtungsvorgang wird der Siliziumwafer mit dem belichteten
Fotolack einem weiteren Temperaturschritt, bei dem das System wiederum
auf mehr als 100°C
aufgeheizt wird, unterworfen. Dieser sog. Post-Exposure-Bake-Prozess
dient dazu, den beim Belichtungsvorgang fotochemisch in eine Säure umgewandelten
lichtempfindlichen Anteil diffundieren zu lassen und so eine Vergleichmäßigung der
Konzentration der fotochemisch umgewandelten Säure im belichteten Fotolackbereich
zu bewirken. Beim Belichtungsvorgang kommt es in der Regel zu ausgeprägten örtlichen
Intensitätsschwankungen
im Fotolack in Richtung senkrecht zur Oberfläche als Folge von Interferenzen
entgegengesetzt laufender kohärenter
Wellen. Durch den im Rahmen des Post-Exposure-Bake-Prozesses bewirkten
Diffusionsvorgang werden die zunächst
stark ausgeprägten
Säure-Maxima
und Säure-Minima
ausgeglichen.
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Nach
dem Post-Exposure-Bake-Prozess wird der Siliziumwafer 1 mit
dem belichteten Fotolack 4 dann wiederum auf Raumtemperatur
(RT) abgekühlt.
Anschließend
wird der Siliziumwafer 1 mit dem belichteten Fotolack 4 entwickelt,
wobei als Entwicklerflüssigkeit
ein wässriger
alkalischer Entwickler eingesetzt wird, um die säurehaltigen belichteten Bereiche
der Fotolackschicht 4 abzulösen. Die Entwicklerflüssigkeit
kann dabei auf die Fotolackoberfläche aufgesprüht oder
einfach bis zur vollständigen
Abdeckung der Oberfläche
aufgetropft werden. Nach Ablauf der Entwicklerzeit wird der Entwickler
dann in der Regel mit Wasser gespült und das Wasser anschließend vorzugsweise
durch Zentrifugieren abgeschleudert. Ein Querschnitt durch den Siliziumwafer nach
diesem Prozessschritt ist in 1C gezeigt.
Es bildet sich eine Fotomaske aus.
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Anschließend kann
dann oft ein weiterer Ausheizprozess durchgeführt werden, um die Fotolackmaske 4 vollständig auszutrocknen
und zugleich für
eine verbesserte chemische Resistenz durch Vernetzen zu sorgen.
Es besteht auch die Möglichkeit andere
Härtungsverfahren,
z. B. eine Plasmabehandlung durchzuführen. Nach diesen Prozessschritten
wird der Siliziumwafer dann auf Maßhaltigkeit, Lagegenauigkeit
und mögliche
Defekte der Fotolackstruktur untersucht. Das entstandene Fotolackmuster dient
anschließend
als Maske für
einen darauf folgenden Prozessschritt, bei der in 1 gezeigten Ausführungsform
zur Ätzung
der SiO2-Schicht 2 (vgl. 1D).
Abschließend
wird dann, wie in 1E dargestellt, die verbleibende
Fotolackmaske von dem Siliziumwafer 1 mit einer weiteren Ätzung entfernt.
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Bei
einem bekannten Standard-Fotolitographieprozess, wie er in 3A dargestellt und am Beispiel einer SiO2-Schicht 2 auf einem Siliziumwafer 1 anhand 1 erläutert
wurde, besteht vor allem auch bei Verwendung chemisch verstärkter Positiv-Fotolacke
(CAR-Lacke) das Problem, dass bei der Ausbildung kleinster Strukturen
starke Linienbreitenschwankungen, in der Regel abhängig von
der lokalen Dichte der in der Foto lackschicht auszubildenden Struktur
auftreten. Insbesondere bei unzureichender Tiefenschärfe werden
Strukturen oft nicht vollständig aufgelöst. Untersuchungen
der Lackstrukturen haben gezeigt, dass die Fotolackprofile nur im
Oberflächenbereich
geöffnet
sind, jedoch an der Grenzfläche
zur darunter liegenden Halbleiterschicht Lackreste zurückbleiben,
die im Extremfall dazu führen, dass
die Oberfläche
der Halbleiterschicht überhaupt nicht
mehr geöffnet
wird. Die Probleme bei den Lackprofilen haben ihre Ursache in Konzentrationsschwankungen
der sich während
der fotochemischen Umwandlung des lichtempfindlichen Anteils des
Fotolacks bildenden Säure.
Insbesondere im Grenzflächenbereich
zur darunter liegenden Halbleiterschicht treten Säurekonzentrationsschwankungen
auf. Dies gilt insbesondere auch für CAR-Fotolacken, bei denen
die durch die Belichtung freigesetzten Protonen, die für eine katalytische
Abspaltung der säurelabilen Schutzgruppen
vom lichtempfindlichen Anteil des Fotolacks sorgen sollen, nur unzureichend
im Bereich der Grenzfläche
zur darunter liegenden Halbleiterschicht diffundieren.
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Um
eine Vergleichmäßigung der
Säurekonzentration
in der Fotolackschicht vor dem Entwickeln zu erreichen, wird erfindungsgemäß die Fotolackschicht
nach dem Soft- und/oder Post-Exposure-Bake-Prozess
nicht direkt auf Raumtemperatur abgekühlt, sondern nochmals auf eine
Temperatur im Bereich von 50°C
bis 90°C
für eine
Zeitdauer von 25sec bis 35sec aufgeheizt. Bevorzugt ist dabei den
Fotolack auf eine Temperatur von 50°C für 35sec oder 60°C für 25sec
aufzuheizen. 2B und 2C zeigen
zwei erfindungsgemäße Prozessabläufe mit
zusätzlichem
Nach-Bake-Schritt zur Vergleichmäßigung der
Säurekonzentration
in den belichteten Bereichen.
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Bei
dem Prozessablauf gemäß 2B wird der
Nach-Bake-Schritt
nach dem Soft-Bake-Prozess durchgeführt und zwar bevorzugt in der
Weise, dass das Halbleitersubstrat mit der aufgebrachten Fotolackschicht
nach dem Soft-Bake-Prozess auf eine weitere Heizplatte gelegt und
auf eine Nach-Bake- Temperatur
zwischen 50°C
bis 90°C
für 25sec
bis 35sec aufgeheizt wird. Anschließend wird dann das Halbleitersubstrat
mit der Fotolackschicht auf Raumtemperatur abgekühlt. Durch den Nach-Bake-Prozess
wird die Diffusion der Bestandteile des Fotolacks so gesteuert,
dass eine sehr gleichmäßige Verteilung
des lichtempfindlichen Anteils des Fotolacks vorliegt. Dies wiederum
sorgt dafür,
dass eine hohe Gleichmäßigkeit
der aus dem lichtempfindlichen Anteil abgespalteten säurelabilen
Schutzgruppen erreicht wird.
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Alternativ
und bevorzugt wird, wie der Prozessablauf in 2C zeigt,
der Nach-Bake-Prozess jedoch nach dem Post-Exposure-Bake-Prozess und vor dem anschließenden Abkühlen auf
Raumtemperatur durchgeführt.
Hierzu wird das Halbleitersubstrat mit der belichteten Fotolackschicht
nach dem Post-Exposure-Bake-Temperaturschritt
auf eine weitere Heizplatte gebracht, mit der eine Temperatur im Bereich
von 50°C
bis 90°C
für 25sec
bis 35sec erzeugt wird. Hierdurch wird eine verbesserte Diffusion der
säurelabilen
Schutzgruppen, und bei chemisch verstärktem Fotolack der durch die
Belichtung erzeugten Protonen, die als Katalysator für die Abspaltung
der säurelabilen
Schutzgruppen vom lichtempfindlichen Anteil sorgen, erreicht. Anschließend wird dann
das Halbleitersubstrat mit der belichteten Fotolackschicht auf Raumtemperatur
heruntergekühlt
und entwickelt.
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3 verdeutlicht
die Erfindung an einem Vergleichsbeispiel. Hier ist jeweils für einen
Prozessablauf, wie er in 2C dargestellt
ist, die sog. Fokustiefe (DoF) für
verschiedene Nach-Bake-Temperaturen und Nach-Bake-Zeiten aufgeschlüsselt nach Breite,
Länge und
dem überlappenden
Prozessfenster der erzeugten Struktur gezeigt. Der DoF-Wert gibt dabei
den Fokusbereich an, in dem sich die Strukturdimension um höchstens
+/– 5% ändert. Die
Messung wurde am Beispiel einer 250 nm dicken Fotolackschicht mit
darunter liegenden Antireflektionsschicht durchgeführt, bei
der der Soft-Bake- Prozess bei
115°C und
der Post-Exposure-Bake-Prozess bei 120°C durchgeführt wurde.
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Die
Vergleichsmessung in 3 zeigt, dass gegenüber dem
Standardprozess ohne Nach-Bake-Vorgang eine Verbesserung des DoF-Wertes
und damit ein verbessertes Prozessfenster um 0,1–0,15μm bei einer Nach-Bake-Prozess
von 50°C und
35sec oder 60°C
und 25sec erreicht wird.
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Eine
weitere Verbesserung des Prozessfensters wird erreicht, wenn ein
Nach-Bake-Prozess sowohl nach dem Soft-Bake-Prozess als auch nach dem
Post-Exposure-Bake-Prozess bei einer Temperatur unterhalb der jeweiligen
vorhergehenden Prozesstemperatur ausgeführt wird.
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Zur
Verbesserung der Lacklinienqualität, insbesondere zur Erreichung
steiler Flanken und der kompletten Öffnung der Lacklinien auch
im Bodenbereich trägt
weiterhin erfindungsgemäß bei, wenn
der wässrige
alkalische Entwickler beim Entwicklungsvorgang eine leicht erhöhte Temperatur,
vorzugsweise im Bereich zwischen 30°C und 60°C aufweist. Alternativ besteht
auch die Möglichkeit,
das Halbleitersubstrat mit dem zu entwickelnden Fotolack auf die entsprechende
Temperatur während
des Entwicklungsvorgangs aufzuheizen. Die leicht erhöhte Entwicklertemperatur
sorgt für
eine verbesserte Löslichkeit
des Fotolacks im belichteten Bereich und damit für eine scharfe und exakte Ausbildung
der Lacklinien.
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- 1
- Siliziumsubstrat – Siliziumwafer
- 2
- SiO2-Schicht
- 3
- Haftvermittlerschicht
- 4
- Fotolackschicht
- 5
- Belichtung