DE102004042300A1 - High resolution photoresist process especially for the production of semiconductors using radiant heating of the resist layer - Google Patents

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Abstract

A high resolution photoresist process, especially for the production of semiconductors with structures smaller than 50 nm uses radiant heating applied to the upper surface of the resist rather than thermal contact. This applies the heat direct to the resist without thermal lag through the substrate. The heating is applied to dry the resist and/or as a post exposure bake. Suitable thermal sources include IR lasers. The heating is applied for 5 to 180 seconds to generate a temperature of between 120 and 140 deg. C in the resist, with the substrate moved under the heating area at a set speed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lithographieverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die Verwendung der hochaufgelösten Fotoresiststrukturen nach Anspruch 13 und eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung nach Anspruch 14.The The invention relates to a lithography method according to the preamble of claim 1, the use of the high-resolution photoresist structures according to Claim 13 and a device for thermal treatment after Claim 14.

In der Herstellung von Mikrochips spielt der mikrolithographische Prozess der Strukturübertragung eine der wesentlichsten Rollen, da durch diesen Prozess die minimal erzeugbare Strukturdimension der einzelnen Schaltkreiselemente und somit die Integrität und Packungsdichte der Chips definiert wird.In The production of microchips involves the microlithographic process the structure transfer one of the most essential roles, because through this process the minimal producible structural dimension of the individual circuit elements and thus the integrity and packing density of the chips is defined.

Ziel ist es, immer kleinere Strukturen, d.h. Schaltkreiselemente auf dem Chip realisieren zu können, wobei Strukturgrößen von 50 nm bis hinunter zu 20 nm bzw. noch kleiner geplant sind. Derzeit übliche kleinste Strukturen in der DRAM Speicherherstellung liegen im Bereich 90 bis 110 nm Strukturbreite.aim it is, ever smaller structures, i. Circuit elements on to realize the chip, where feature sizes of 50 nm down to 20 nm or even smaller are planned. Currently the smallest Structures in DRAM memory fabrication are in the 90 range up to 110 nm structure width.

Entsprechend dem Stand der Technik (Hiroshi Ito, IBM „Deep-W resists: Evolution and status" in Solid State Technology July 1996, S. 164–170) werden zur Herstellung dieser Strukturen dazu weltweit die sogenannten „Chemisch verstärkten Resiste" eingesetzt, die auf dem Prinzip der in der Regel sauerkatalysierten Spaltung von Schutzgruppen (positiv tone resists) oder sauerkatalysierten Vernetzung geeigneter anderer Gruppen (negative tone resists) beruhen.Corresponding In the prior art (Hiroshi Ito, IBM Deep-resists: Evolution and status "in Solid State Technology July 1996, pp. 164-170) are used for the production of these structures, the so-called "chemically amplified resists" are used worldwide on the principle of the generally acid-catalyzed cleavage of Protective groups (positive tone resists) or acid-catalyzed crosslinking appropriate other groups (negative tone resists).

Die Resists funktionieren nach dem Prinzip der säurekatalysierten Reaktionen, die sowohl die Quervernetzung von Polymeren als auch die Abspaltung labiler Gruppen des Polymers bewirken können. Bei positiv arbeitenden Resists wird dabei aus der unpolaren chemischen Gruppe, wie einer Carbonsäure-tert.-butylestergruppe, in Gegenwart einer photolytisch erzeugten Säure eine polare Carbonsäuregruppe erzeugt. In einem abschließenden Entwicklungsschritt wird der belichtete Resistfilm mit wässrig-alkalischen Entwicklungslösungen behandelt, wobei die carbonsäurereichen polaren Bereiche wegentwickelt werden und die unbelichteten Resistbereiche stehen bleiben. Diese sauerkatalysierten Abspaltungen geschehen in der Regel bei Temperaturen zwischen 80 bis 160°C, wodurch im Lithographieprozess Heizschritte in Form des Post Exposure Bake notwendig sind.The Resists work on the principle of acid-catalyzed reactions, which both the cross-linking of polymers and the cleavage cause labile groups of the polymer. When working positively Resists thereby become from the nonpolaren chemical group, like one Carboxylic acid tert-butyl ester, generates a polar carboxylic acid group in the presence of a photolytically generated acid. In a final Development step is the exposed resist film with aqueous-alkaline development solutions treated, wherein the carboxylic acids polar areas are being developed away and the unexposed resist areas stay standing. These acid-catalyzed splits happen usually at temperatures between 80 to 160 ° C, thereby In the lithography process, heating steps in the form of the Post Exposure Bake necessary.

Für diesen Heizschritt werden sogenannte Hotplates, meist in Form einfacher elektrischer Heizplatten, verwendet. Die zu prozessierenden Substrate (Siliziumwafer, Maskenblank) werden über eine automatisierte Mechanik auf die Heizfläche des Hotplates gelegt und werden durch den direkten mechanischen Kontakt aufgeheizt. Ebenso möglich ist ein kontaktloses Aufheizen der Substrate über ein sehr dünnes Luftpolster (kleiner 1 mm) zwischen Hotplate (Proximityhotplate) und Substrat. Diese Hotplates werden derzeit sowohl in der direkten Chipproduktion (Si-Wafer) als auch in der Herstellung von Fotomasken eingesetzt.For this Heating step become so-called Hotplates, usually in the form simpler electric heating plates, used. The substrates to be processed (Silicon wafer, mask blank) are using an automated mechanism on the heating surface placed by the hotplate and are controlled by the direct mechanical Contact heated up. Likewise possible is a contactless heating of the substrates over a very thin air cushion (less than 1 mm) between the hotplate (proximity hotplate) and the substrate. These hotplates are currently being used both in direct chip production (Si wafers) as well as used in the production of photomasks.

Derzeitiges weltweites Entwicklungsziel ist es, mit diesen chemisch verstärkten Resisten unter Anwendung geeigneter Belichtungstechniken auch großtechnisch (z.B. DRAM Produktion) Strukturdimensionen von kleiner als 50nm realisieren zu können.Current worldwide development goal is with these chemically amplified resists also using large-scale techniques using appropriate exposure techniques (e.g., DRAM production) structure dimensions smaller than 50nm to be able to realize.

Bei diesen kleinen Strukturdimensionen kommt man allerdings bereits in den Bereich der Größe der chemischen Moleküle, aus denen sich ein solcher Fotoresist zusammensetzt.at However, you already come to these small structural dimensions in the range of the size of the chemical molecules which make up such a photoresist.

In chemischen Resisten spielt Diffusion der katalytischen Moleküle, wie Säure bei positiv verstärkten Fotoresisten, eine wesentliche Rolle, da dies der Kernpunkt und das Prinzip der chemisch verstärkten Resiste allgemein ist.In chemical resists plays diffusion of catalytic molecules, such as Acid at positively reinforced Photoresists, an essential role, as this is the crux and the principle of chemically amplified Resist is general.

Die Diffusion der Katalysatoren ist einerseits notwendig um den Lack genügend lichtempfindlich zu machen und Stehwellen im Resistprofil auszugleichen, andererseits „verschmieren" durch diese Diffusion zum gewissen Maß auch die Strukturkanten. Dies geschieht, indem im ursprünglich nur im belichteten Bereich des Fotoresists gebildete Säure auch in den unbelichteten Bereich diffundieren kann und den Fotoresist auch hier verändert, z.B. entwickelbar macht. Dieser Zustand ist allgemein als „image blur" bekannt (Hiroshi Ito, IBM „Deep-UV resists: Evolution and status" in Solid State Technology July 1996, S. 164–170).The On the one hand, diffusion of the catalysts is necessary around the paint enough to make photosensitive and compensate standing waves in the resist profile, on the other hand, they "smudge" through this diffusion to a certain extent, too the structural edges. This happens by only originally Acid also formed in the exposed area of the photoresist can diffuse into the unexposed area and the photoresist also changed here, e.g. makes developable. This condition is commonly called "image blur "(Hiroshi Ito, IBM "Deep UV resists: Evolution and status "in Solid State Technology July 1996, pp. 164-170).

Bei recht großen Strukturen mit einer Strukturbreite größer 100 nm kann das heute noch ausreichend durch gezielte Unterbelichtung bzw. Maskenvorhalte ausgeglichen werden. Bei Strukturen kleiner 50 nm wird das allerdings nicht mehr so einfach möglich sein, da hier die notwendige Diffusionslänge der katalytischen Säure bereits im Bereich der halben Strukturdimension ist. So diffundiert die Säure während eines üblichen Post-Exposure-Bake-Prozesses bei einer Dauer von 60 bis 120 sec um 10 bis 30 nm.at pretty big Structures with a structure width larger than 100 nm can still do that today sufficiently balanced by targeted underexposure or mask leads become. For structures smaller than 50 nm, this will not work anymore as easy as possible be, since here the necessary diffusion length of the catalytic acid already is in the range of half the structural dimension. So diffuses the Acid during a usual Post-exposure bake process with a duration of 60 to 120 sec around 10 to 30 nm.

Aus heutiger Sicht ist es zwingend notwendig, auch weiterhin chemisch verstärkte Resiste zu verwenden, da nur diese eine ausreichende Belichtungsempfindlichkeit aufweisen und somit den notwendigen hohen Produktivitätsdurchsatz in der Halbleitermassenfertigung garantieren.Out From today's perspective, it is imperative to continue chemical increased Resist to use, since only these have a sufficient exposure sensitivity and thus the necessary high productivity throughput in semiconductor mass production.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde ein Lithographieverfahren zu entwickeln, welches eine Strukturauflösung mit Strukturen kleiner 50 nm unter Verwendung chemisch verstärkter Fotoresiste ermöglicht.Of the The present invention is therefore based on the object of a lithographic process to develop a structure resolution with structures smaller 50 nm using chemically amplified photoresists.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lithographieverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die Verwendung einer hochaufgelösten Fotoresiststruktur nach Anspruch 13 und einer Vorrichtung nach Anspruch 14 gelöst.These The object is achieved by a Lithographic process with the features of claim 1, the use a high-resolution photoresist structure according to claim 13 and a device according to claim 14.

Das erfindungsgemäße Lithographieverfahren zur Strukturierung einer Fotoresistschicht auf einem Substrat, insbesondere zur Herstellung von hochaufgelösten Fotoresiststrukturen für Halbleiterbauelemente, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Behandlung durch Wärmebestrahlung der Oberseite der Fotoresistschicht erfolgt. Dabei erfolgt die Wärmebestrahlung der Oberseite des Fotoresistschicht bevorzugt während der thermischen Trocknung der Fotoresistschicht und/oder während der thermischen Behandlung der strukturierten Fotoresistschicht (Post Exposure Bake).The Inventive lithographic process for structuring a photoresist layer on a substrate, in particular for the production of high-resolution Photoresist structures for Semiconductor devices, characterized in that a thermal Treatment by heat radiation of Top of the photoresist layer is done. The heat radiation takes place the top of the photoresist layer preferably during the thermal drying the photoresist layer and / or during the thermal treatment of the patterned photoresist layer (Post Exposure Bake).

Durch die erfindungsgemäße Wärmebestrahlung der Oberseite der Fotoresistschicht wird in erster Linie nur die Fotoresistschicht mit der gewünschten Energiemenge wärmebehandelt.By the heat radiation according to the invention The top of the photoresist layer is primarily only the Photoresist layer with the desired Amount of heat heat treated.

Durch das alleinige Erwärmen der Oberseite der Resistschicht erfolgt eine Entkopplung von dem sonst simultanen Aufheizen des Substrates. Da die Fotoresistschicht eine vergleichsweise minimale Wärmekapazität gegenüber dem Substrat hat, erreicht die Resistschicht deutlich schneller ihre Soll-Temperatur und die Diffusionsprozesse der Säure sind somit durch die festgelegte Temperatur eindeutiger definiert und kontrollierbar.By the sole heating the top of the resist layer is decoupled from the otherwise simultaneous heating of the substrate. As the photoresist layer a comparatively minimal heat capacity over the Substrate has reached the resist layer significantly faster target temperature and the diffusion processes of the acid are thus defined more clearly by the specified temperature and controllable.

Auch ermöglicht das erfindungsgemäße Lithographieverfahren eine Verkürzung bzw. einen Wegfall der bisherigen Aufheizzeiten, da die bisher gleichzeitige Erwärmung des Substrates, wie Wafer oder Maskenblank, entfällt.Also allows the lithographic process according to the invention a shortening or a loss of the previous heating times, since the previously simultaneous warming of the substrate, such as wafer or mask blank, is eliminated.

Mit Vorteil werden für die thermische Behandlung Wärmequellen verwendet, die Strahlung im Mikrowellenbereich und/oder Infrarotbereich emittieren. Dies sind Wellenlängen zwischen 1 mm und 30 cm bzw. zwischen 780 nm und 1 mm. Bei diesen Wellenlängen lassen sich Fotoresiste effizient lokal und gezielt erwärmen.With Advantage for the thermal treatment heat sources uses the radiation in the microwave and / or infrared range emit. These are wavelengths between 1 mm and 30 cm or between 780 nm and 1 mm. In these wavelength Photoresists can be efficiently heated locally and specifically.

Vorteilhafterweise erfolgt die thermische Behandlung mit IR-Laser und/oder oberflächenemittierenden Diodenlaser (VCSEL). Besonders von Vorteil sind dabei Farbzentren-, Nd/YAG- und oder CO2-Laser. Bevorzugt dient auch eine geheizte Nernst-Keramik als Infrarotquelle für die thermische Behandlung. Diese Wärmequellen lassen eine gute Ansteuerung zu.Advantageously, the thermal treatment is carried out with an IR laser and / or surface-emitting diode laser (VCSEL). Especially advantageous are color center, Nd / YAG and / or CO 2 lasers. Preferably also a heated Nernst ceramic serves as an infrared source for the thermal treatment. These heat sources allow good control.

Mit Vorteil erfolgt die Wärmebestrahlung der Oberseite des Fotoresists für die Dauer von 5 bis 180 s.With Advantage is the heat radiation the top of the photoresist for the duration of 5 to 180 s.

Des Weiteren wird die thermische Behandlung der Oberseite des Fotoresists durch Wärmebestrahlung in einem Temperaturbereich von 100 bis 150°C, bevorzugt bei 120 bis 140 °C, durchgeführt.Of Further, the thermal treatment of the top of the photoresist by heat radiation in a temperature range of 100 to 150 ° C, preferably at 120 to 140 ° C performed.

Mit Vorteil erfolgt die thermische Behandlung der Oberseite des Fotoresists in einem kontinuierlichen Prozess.With Advantage is the thermal treatment of the top of the photoresist in a continuous process.

Chemisch verstärkte Fotoresiste (CAR) werden vorteilhafterweise in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Fotoresistschicht verwendet. Ein chemisch verstärkter Resist besteht dabei bevorzugt aus Resistmaterialien, die mindestens ein Polymer oder Copolymer mit mindestens einer säurelabilen Gruppe aufweisen.chemical increased Photoresists (CAR) are advantageously used in the process according to the invention used as a photoresist layer. A chemically amplified resist consists preferably of resist materials which at least one Polymer or copolymer having at least one acid labile group.

Die nach dem Lithographieverfahren hergestellten hochaufgelösten Resiststrukturen werden mit Vorteil in der Herstellung von Mikroprozessoren, Speicherbausteinen und Fotomasken verwendet.The high-resolution resist structures produced by the lithographic process will be advantageous in the production of microprocessors, memory devices and photomasks used.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Behandlung einer Fotoresistschicht auf einem Substrat, insbesondere zur Herstellung von hochaufgelösten Fotoresiststrukturen für Halbleiterbauelemente, ist durch mindestens eine Wärmequelle zur thermischen Behandlung der Oberseite des Fotoresistschicht gekennzeichnet.The inventive device for the thermal treatment of a photoresist layer on a substrate, in particular for the production of high-resolution photoresist structures for semiconductor components, is by at least one heat source for the thermal treatment of the top of the photoresist layer.

Mit Vorteil verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über mindestens eine Infrarotquelle, Mikrowellenquelle und/oder Laserquelle als Wärmequelle. Bevorzugte Wärmequellen sind eine geheizte Nernst-Keramik und/oder ein großflächiges Hochleistungsdioden Laser Array.With Advantage the device according to the invention over at least an infrared source, microwave source and / or laser source as Heat source. Preferred heat sources are a heated Nernst ceramic and / or a large-area high-performance diodes Laser array.

Mindestens eine Infrarotquelle der Vorrichtung bestrahlt dabei vorteilhafterweise einen Streifen mit der Breite des belackten Substrates in homogener Intensität. Dies ermöglicht eine gezielte Wärmebehandlung einer begrenzten Fläche. Ungewünschte Prozesse, wie eine zu hohe oder zu geringe Freisetzung von Säure im Resistmaterial während der thermischen Behandlung wird so vermieden. Die Diffussionsprozesse sind kontrollierbarer.At least an infrared source of the device irradiates advantageously a strip with the width of the coated substrate in homogeneous Intensity. this makes possible a targeted heat treatment a limited area. Unwanted processes, such as too high or too low a release of acid in the resist material while the thermal treatment is avoided. The diffusion processes are more controllable.

Die bevorzugten großflächigen Hochleistungsdioden Laser Arrays, die Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 780 nm und 1 mm emittieren, sind kommerziell erhältlich und werden z.B. zum Verschweißen von Kunststoffen eingesetzt werden. Die Dioden Laser Arrays verfügen über einen schnell schließbaren Verschluss (Shutter), der die zeitliche Bestrahlung des Substrates steuert.The preferred large-area high-power diode laser arrays which emit radiation with a wavelength between 780 nm and 1 mm are commercially available and are used, for example, for Ver Welding of plastics are used. The diode laser arrays have a fast-closing shutter that controls the temporal irradiation of the substrate.

Vorteilhafterweise ist mindestens eine Wärmequelle als Mikrowellenquelle ausgebildet, die Wellenlängen zwischen 1 mm bis 30 cm abstrahlt.advantageously, is at least one heat source formed as a microwave source, the wavelengths between 1 mm to 30 cm radiates.

Mit Vorteil enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Transportmittel zur Erzeugung einer relativen Bewegung zwischen mindestens einer Wärmequelle und dem mit dem Fotoresist belackten Substrat. Das Transportmittel ist bevorzugt ein Förderband und/oder ein Roboterarm, was einen kontinuierlichen Bearbeitungsprozess ermöglicht.With Advantage contains the device according to the invention a transport means for generating a relative movement between at least one heat source and the substrate coated with the photoresist. The means of transport is preferably a conveyor belt and / or a robotic arm, resulting in a continuous machining process allows.

Die durch das Transportmittel erzeugte Relativbewegung von belackten Substrat und Wärmequelle erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 150 mm/s.The by the means of transport generated relative movement of painted Substrate and heat source occurs at a speed of 0.5 to 150 mm / s.

Das erfindungsgemäße Lithographieverfahren bietet wesentliche Vorteile gegenüber bisherigen Ansätzen.The Inventive lithographic process offers significant advantages over previous approaches.

Durch das Verfahren wird es möglich, Strukturen kleiner 50 nm mit chemisch verstärkten Resisten zu erzeugen, ohne die Belichtungsempfindlichkeit der Resiste durch eine eventuell veränderte Zusammensetzung zu erniedrigen.By the process will make it possible Create structures smaller than 50 nm with chemically amplified resists without the exposure sensitivity of the resists by a possibly changed To lower the composition.

Durch das Aufheizen der Oberseite der Resistschicht ist dieser Prozess vom Substrat und dessen notwendiger Aufheizzeit entkoppelt. Der Fotoresist erhält somit sehr schnell seine Soll-Aufheiztemperatur, bei der die Diffussionsprozesse der Katalysatoren (Säure oder auch Quencher im Resist) definiert stattfinden. Die Resiststrukturen „verschmieren" nicht mehr, d.h. die Strukturkanten bleiben erhalten.By the heating of the top of the resist layer is this process decoupled from the substrate and its necessary heating time. Of the Photoresist gets thus very quickly its target heating temperature at which the diffusion processes the catalysts (acid or quencher in resist). The resist structures no longer "smear", i. the structure edges are preserved.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.The Invention will be described below with reference to the figures of Drawings on several embodiments explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Ansicht eines Substrates mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen Behandlung; 1 a schematic view of a substrate with a first embodiment of a device according to the invention for thermal treatment;

2 eine schematische Ansicht eines Substrates mit einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen Behandlung. 2 a schematic view of a substrate with a second embodiment of a device according to the invention for thermal treatment.

1 zeigt eine erste bevorzugte Vorrichtungsvariante, wobei ein mit einer Fotoresistschicht 1 belacktes Substrat 2 mittels eines hier nicht dargestellten Transportmittels relativ unter einer mit seitlichen Abdeckblenden 4a versehenen Infrarotquelle 4 in horizontaler Bewegungsrichtung 3 bewegt wird. 1 shows a first preferred device variant, wherein one with a photoresist layer 1 lacquered substrate 2 by means of a means of transport, not shown here, relatively under one with side Abdeckblenden 4a provided infrared source 4 in the horizontal direction of movement 3 is moved.

Die Fotoresistschicht 1 des Substrates 2 kann hierbei z.B. ein Ebeam-strukturierter Maskenblank sein, der an einer elektrisch geheizten Nernst-Keramik 4 vorbeigeführt wird, wodurch in den belichteten Strukturen der Fotoresistschicht Protonen freigesetzt werden, die die anschließende nasschemische Entwicklung durch Erhöhung der Löslichkeit der belichteten Resiststrukturen ermöglichen.The photoresist layer 1 of the substrate 2 For example, this could be an ebeam-textured mask blank attached to an electrically heated Nernst ceramic 4 is passed, thereby protons are released in the exposed structures of the photoresist layer, which allow the subsequent wet-chemical development by increasing the solubility of the exposed resist structures.

Die IR-Quelle 4 strahlt dabei in einem Streifen 5 entsprechend der Breite des belackten Substrates 2 mit homogener Intensität.The IR source 4 radiates in a strip 5 according to the width of the coated substrate 2 with homogeneous intensity.

Das Transportmittel kann in an sich bekannter Weise als ein Förderband oder Roboterarm ausgebildet sein. Auch wären Tische mit einer beweglichen Platte (X-Y-Tisch oder Rotationstisch) denkbar. Alternativ kann auch die Wärmequelle (z.B. IR-Quelle 4) relativ zu dem Substrat 2 bewegt werden.The means of transport can be designed in a manner known per se as a conveyor belt or robot arm. Also tables with a movable plate (XY table or rotation table) would be conceivable. Alternatively, the heat source (eg IR source 4 ) relative to the substrate 2 to be moved.

2 zeigt eine zweite Vorrichtungsvariante, bei der das mit der Fotoresistschicht 1 belackte Substrat 2 ebenfalls mittels eines als Förderband oder Roboterarm ausgebildeten Transportmittels relativ unter einem großflächigen Dioden Laser Array 6 in horizontaler Richtung 3 vorbeigefahren wird. Die zeitliche Steuerung der Bestrahlung erfolgt durch einen schnell schließbaren Verschluss (Shutter) 7. 2 shows a second device variant in which the with the photoresist layer 1 lacquered substrate 2 also by means of a transport means designed as a conveyor belt or robot arm relatively under a large-area diode laser array 6 in a horizontal direction 3 is passed. The timing of the irradiation is effected by a fast-closing shutter. 7 ,

Das belackte Substrat 2 kann dabei als planares Substrat z.B. in Form einer mit der Fotoresistschicht 1 belackten Polymerfolie, oder in Form von belackten kreisförmigen und/oder quaderförmigen Scheiben vorliegen.The lacquered substrate 2 can be used as a planar substrate, for example in the form of a with the photoresist layer 1 coated polymer film, or in the form of lacquered circular and / or cuboid discs.

Im Folgenden wird der Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.in the The following is the sequence of an embodiment of the method according to the invention described.

Ausführungsbeispielembodiment

Schritt 1 – Bereitstellung eines geeigneten Fotoresists:
Dies kann ein beliebiger chemisch verstärkter Fotolack sein, z.B. CAP 209 von TOK.
Step 1 - Provide a suitable photoresist:
This can be any chemically amplified photoresist, eg CAP 209 from TOK.

Schritt 2 – Belackung des Maskenblanks:
Auf eine mit Cr besputterte 6 mm dicke Quarzglasplatte wird mittels Aufschleudern bei 2000 Umdrehungen pro Minute für 20 Sekunden ein kommerzieller Fotolack CAP 209 von TOK aufgebracht. Anschließendes Erhitzen auf 140°C für 60 Sekunden lässt das Lösungsmittel verdampfen, es resultiert eine feste Fotolackschicht.
Step 2 - lacquering of the mask blank:
On a sputtered with Cr 6 mm thick quartz glass plate is applied by spin coating at 2000 revolutions per minute for 20 seconds, a commercial photoresist CAP 209 from TOK. Subsequent heating to 140 ° C for 60 seconds causes the solvent to evaporate, resulting in a solid photoresist layer.

Schritt 3 – Strukturierung des Blanks per Elektronenstrahllithografie (Maskenschreiben):
Auf die belackte Quarzglasplatte wird mit Hilfe eines Jeol JSM840/Sietec Nanobeam pattern-generator bei 40keV ein Testlayout geschrieben, bestehend aus Linien/Graben-Mustern unterschiedlicher Dimension (Bereich 350nm–100nm) und unterschiedlicher Dosis (Bereich 3pC/cm2–37pC/cm2).
Step 3 - structuring of the blanks by electron beam lithography (mask writing):
A test layout is written on the lacquered quartz glass plate at 40keV using a Jeol JSM840 / Sietec Nanobeam pattern-generator, consisting of line / trench patterns of different dimensions (range 350nm-100nm) and different dose (range 3pC / cm 2 -37pC / cm 2 ).

Schritt 4 – Thermische Behandlung des belichteten Fotoresists:
Das ebeam-strukturierte Maskenblank wird an einer elektrisch aufgeheizten rot glühenden Nernst-Keramiken in einem Abstand von 5 mm sehr langsam vorbeigeführt. Dabei wird die Fotoresistschicht 1 aufgeheizt und es kommt zur chemischen Verstärkungsreaktion, bei der die in Schritt 3 gebildeten Protonen den Fotoresist dahingehend modifizieren, dass vormals belichtete Strukturen in einem nachfolgenden Entwicklungsschritt löslich werden.
Step 4 - Thermal treatment of the exposed photoresist:
The ebeam-structured mask blank is passed past an electrically heated red-hot Nernst ceramics at a distance of 5 mm very slowly. At the same time, the photoresist layer becomes 1 and the chemical amplification reaction takes place, in which the protons formed in step 3 modify the photoresist in such a way that previously exposed structures become soluble in a subsequent development step.

Schritt 5 – Entwicklung des Fotolackes:
Im folgenden Entwicklungsschritt werden die polaren Polymerketten bzw. Polymerfragmente durch den wässrigen, alkalischen Entwickler herausgelöst. Dazu wird das Maskenblank entweder durch Puddle-Entwicklung in einem geeigneten Entwicklungsgerät oder durch Tauchentwicklung in einer Glasschale mit einem kommerziell erhältlichen Entwickler auf Tetramethylamrnoniumhydroxid-Basis (TMA 238 WA von JSR) behandelt. Die Entwicklungszeit beträgt 1 Minute. Anschließend wird das Maskenblank 20 Sekunden lang mit Wasser gespült und mit Stickstoff trocken geblasen. Es resultiert ein reliefartiges Abbild des in Schritt 3 geschriebenen Layouts im oberen Fotoresist.
Step 5 - Development of the photoresist:
In the following development step, the polar polymer chains or polymer fragments are dissolved out by the aqueous, alkaline developer. For this, the mask blank is treated either by puddle development in a suitable processor or by dipping in a glass bowl with a commercially available tetramethylammonium hydroxide-based developer (TMA 238 WA from JSR). The development time is 1 minute. The mask blank is then rinsed with water for 20 seconds and blown dry with nitrogen. The result is a relief-like image of the layout written in step 3 in the upper photoresist.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Lithographieverfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.The Restricted invention in their execution not to the preferred embodiments given above. Rather, a number of variants are conceivable that of the lithographic process according to the invention also in principle different types Make use.

11
FotoresistschichtPhotoresist layer
22
Substratsubstratum
33
BewegungrsichtungBewegungrsichtung
44
IR-Quelle, bevorzugt geheizte Nernst-KeramikIR source, preferably heated Nernst ceramic
4a4a
Abdeckblende der IR-Quellecover panel the IR source
55
Mittels IR-Strahlung bestrahlter Streifen des mit demthrough Ir radiation irradiated strip of the with the
Fotoresist 1 belackten Substrates 2 photoresist 1 coated substrate 2
66
IR-Quelle, bevorzugt Dioden Laser ArrayIR source, preferred diode laser array
77
schnellschließbarerVerschluss (Shutter)schnellschließbarerVerschluss (Shutter)

Claims (22)

Lithographieverfahren zur Strukturierung einer Fotoresistschicht auf einem Substrat, insbesondere zur Herstellung von hochaufgelösten Fotoresiststrukturen für Halbleiterbauelemente, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Behandlung der Oberseite der Fotoresistschicht (1) durch Wärmebestrahlung erfolgt.Lithographic process for structuring a photoresist layer on a substrate, in particular for producing high-resolution photoresist structures for semiconductor components, characterized in that a thermal treatment of the top side of the photoresist layer ( 1 ) by heat radiation. Lithographieverfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebestrahlung der Oberseite der Fotoresistschicht (1) während einer thermischen Trocknung der Fotoresistschicht und/oder während einer thermischen Behandlung der strukturierten Fotoresistschicht (Post Exposure Bake) erfolgt.Lithography method according to claim 1, characterized in that the heat radiation of the upper side of the photoresist layer ( 1 during a thermal drying of the photoresist layer and / or during a thermal treatment of the structured photoresist layer (post exposure bake). Lithographieverfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 gekennzeichnet dadurch eine thermische Behandlung mit elektromagnetischen Strahlen mit Wellenlängen im Mikrowellen- und/oder Infrarotbereich.Lithographic process according to claims 1 and 2 characterized by a thermal treatment with electromagnetic Rays with wavelengths in the microwave and / or Infrared. Lithographieverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch eine thermische Behandlung mit IR-Lasern (6) und/oder oberflächenemittierenden Diodenlasern (VCSEL).Lithographic process according to at least one of the preceding claims characterized by a thermal treatment with IR lasers ( 6 ) and / or surface emitting diode lasers (VCSEL). Lithographieverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch eine thermische Behandlung mit Farbzentren-, Nd/YAG- und/oder CO2-Lasern für die Wärmebestrahlung.Lithography method according to at least one of the preceding claims characterized by a thermal treatment with color center, Nd / YAG and / or CO 2 lasers for the heat radiation. Lithographieverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch eine thermische Behandlung mit einer Nernst-Keramik als Infrarotquelle (4).Lithographic process according to at least one of the preceding claims, characterized by a thermal treatment with a Nernst ceramic as infrared source ( 4 ). Lithographieverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebestrahlung der Oberseite der Fotoresistschicht für die Dauer von 5 bis 180 s erfolgt.Lithographic process according to at least one of the preceding claims characterized in that the heat radiation of the top of Photoresist layer for the duration of 5 to 180 s takes place. Lithographieverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung der Oberseite der Fotoresistschicht (1) durch Wärmebestrahlung in einem Temperaturbereich von 100 bis 150°C, insbesondere von 120 bis 140 °C erfolgt.Lithographic process according to at least one of the preceding claims, characterized in that the thermal treatment of the upper side of the photoresist layer ( 1 ) by heat radiation in a temperature range of 100 to 150 ° C, in particular from 120 to 140 ° C. Lithographieverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung der Oberseite der Fotoresistschicht (1) in einem kontinuierlichen Prozess erfolgt.Lithographic process according to at least one of the preceding claims, characterized in that the thermal treatment of the upper side of the photoresist layer ( 1 ) takes place in a continuous process. Lithographieverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens einer Wärmequelle (4, 6) und dem mit der Fotoresistschicht (1) belackten Substrat (2) eine relative Bewegung erzeugt wird.Lithographic process according to at least one of the preceding claims, characterized in that between at least one heat source ( 4 . 6 ) and with the photoresist layer ( 1 ) coated substrate ( 2 ) a relative movement is generated. Lithographieverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch die Verwendung von chemisch verstärkten Fotoresisten (1).Lithographic process according to at least one of the preceding claims, characterized by the use of chemically amplified photoresists ( 1 ). Lithographieverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein chemisch verstärkter Fotoresist (1) aus Resistmaterialien besteht, die mindestens ein Polymer oder Copolymer mit mindestens einer säurelabilen Gruppe aufweisen.Lithographic process according to claim 11, characterized in that a chemically amplified photoresist ( 1 ) consists of resist materials comprising at least one polymer or copolymer having at least one acid labile group. Verwendung der nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellten hochaufgelösten Fotoresiststrukturen in der Herstellung von Mikroprozessoren, Speicherbausteinen oder Fotomasken.Use of according to at least one of claims 1 to 12 prepared high resolution photoresist structures in the manufacture of microprocessors, memory modules or Photomasks. Vorrichtung zur thermischen Behandlung einer Fotoresistschicht auf einem Substrat, insbesondere zur Herstellung von hochaufgelösten Fotoresiststrukturen für Halbleiterbauelemente, gekennzeichnet durch mindestens eine Wärmequelle (4, 6) zur thermischen Behandlung der Oberseite der Fotoresistschicht (1).Device for thermal treatment of a photoresist layer on a substrate, in particular for producing high-resolution photoresist structures for semiconductor components, characterized by at least one heat source ( 4 . 6 ) for the thermal treatment of the upper side of the photoresist layer ( 1 ). Vorrichtung nach Anspruch 14 gekennzeichnet dadurch mindestens eine Infrarotquelle (4), Mikrowellenquelle und/oder Laserquelle (6) als Wärmequelle.Device according to claim 14, characterized by at least one infrared source ( 4 ), Microwave source and / or laser source ( 6 ) as a heat source. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet dadurch mindestens eine geheizte Nernst-Keramik und/oder ein großflächiges Hochleistungsdioden Laser Array als Wärmequelle (4, 6).Apparatus according to claim 14 or 15, characterized by at least one heated Nernst ceramic and / or a large-area high-power diode laser array as a heat source ( 4 . 6 ). Vorrichtung nach Anspruch 16 gekennzeichnet dadurch mindestens ein Dioden Laser Array mit einer Abstrahlung mit Wellenlängen von 760 nm bis 1 mm als Wärmequelle (4).Apparatus according to claim 16, characterized by at least one diode laser array having a radiation with wavelengths of 760 nm to 1 mm as a heat source ( 4 ). Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wärmequelle als Mikrowellenquelle ausgebildet ist, die Wellenlängen zwischen 1 mm bis 30 cm abstrahlt.Device according to at least one of claims 14 to 17, characterized in that at least one heat source is designed as a microwave source, the wavelengths between 1 mm to 30 cm radiates. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 18 gekennzeichnet dadurch mindestens eine Infrarotquelle (4), die in mindestens einem Streifen (5) entsprechend der Breite des belackten Substrates (2) mit homogener Intensität strahlt.Device according to at least one of claims 14 to 18 characterized by at least one infrared source ( 4 ) in at least one strip ( 5 ) corresponding to the width of the coated substrate ( 2 ) with homogeneous intensity. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 19, gekennzeichnet durch ein Transportmittel (3) zur Erzeugung einer relativen Bewegung zwischen mindestens einer Wärmequelle (4, 6) und dem mit einer Fotoresistschicht (1) belackten Substrat (2).Device according to at least one of claims 14 to 19, characterized by a means of transport ( 3 ) for generating a relative movement between at least one heat source ( 4 . 6 ) and with a photoresist layer ( 1 ) coated substrate ( 2 ). Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet dadurch ein Förderband und/oder Roboterarm als Transportmittel (3).Apparatus according to claim 20, characterized by a conveyor belt and / or robot arm as a means of transport ( 3 ). Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 21 dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Transportmittel (3) erzeugte Relativbewegung von belackten Substrat (2) und Wärmequelle (4, 6) mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 150 mm/s erfolgt.Device according to at least one of claims 14 to 21, characterized in that by the means of transport ( 3 ) produced relative movement of coated substrate ( 2 ) and heat source ( 4 . 6 ) at a speed of 0.5 to 150 mm / s.
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