DE102004059147A1

DE102004059147A1 - Verfahren zum Übertragen von groben und feinen Strukturen in ein Substrat

Info

Publication number: DE102004059147A1
Application number: DE200410059147
Authority: DE
Inventors: Oliver Kirch; Wolf-Dieter Dr. Domke; Klaus Dr. Lowack
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-06-29

Abstract

Bei dem Verfahren wird auf das zu strukturierende Substrat (2) ein Resist (1) aufgebracht und mittels einer Mix- und Match-Lithographie strukturiert, um die groben und die feinen Strukturen (31, 32) in das Substrat (2) zu übertragen. Der Resist (1) wird in der Weise vorgesehen, dass er eine Empfindlichkeit bezüglich mehrerer Lithographietechniken aufweist. Dadurch wird es ermöglicht, dass die groben und feinen Strukturen (31, 32) mit verschiedenen Lithographietechniken in ein und denselben Resist (1) abgebildet werden können. Bei Verwendung eines handelsüblichen Positivlackes (11) wird dies durch eine der strukturierenden Belichtung vorausgehende Vorbelichtung, die als Flutbelichtung durchgeführt werden kann, erreicht. Ein Negativlack (12) wird auf einer Basis von Epoxiden vorgesehen, wodurch sich das Verfahren auch auf Negativlacke (12) ausdehnen lässt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von groben und feinen Strukturen in ein Substrat, wobei in einem ersten Bereich des Substrats grobe Strukturen und in einem zweiten Bereich des Substrats feine Strukturen ausgebildet werden. Außerdem betrifft die Erfindung einen Negativlack zur Durchführung des Verfahrens.

Mikroelektronische Bausteine, wie beispielsweise DRAM (Dynamic Random Access Memory) – Speicherzellen weisen strukturierte Schichten aus unterschiedlichen Substraten, wie Metalle, Dielektrika oder Halbleitermaterial, die auf einem Halbleiterwafer angeordnet sind, auf. Zur Strukturierung der Schichten kann beispielsweise ein photolithographisches Verfahren angewendet werden. Dabei wird eine auf das zu strukturierende Substrat aufgebrachte, auch als Resist bezeichnete lichtempfindliche Polymerschicht mittels einer Photomaske, die die in das Substrat zu übertragenden Strukturen aufweist und einer photolithographischen Abbildungsvorrichtung, abschnittsweise einer Lichtstrahlung ausgesetzt. Bei einem Positivresist wird das Resistmaterial durch die Einwirkung des Lichtes in der Weise verändert, dass es an den belichteten Stellen mit einer geeigneten Entwicklerflüssigkeit entfernt werden kann. Bei einem Negativresist verhält es sich umgekehrt. Das Resistmaterial wird durch die Einwirkung des Lichtes so verändert, dass es an den belichteten Stellen unlöslich bezüglich einer Entwicklerflüssigkeit wird, mit der nur das unbelichtete Resistmaterial entfernt werden kann.

Nach der Entwicklung des Resists sind die Strukturen von der Photomaske in den Resist in Form von Öffnungen übertragen worden. Das Übertragen der Strukturen vom Resist in das Substrat erfolgt durch einen Ätzschritt. Der Resist hat dann die Funktion einer Ätzmaske. An den Stellen, an denen das Resistmaterial durch die Entwicklerflüssigkeit entfernt wurde, liegt das Substrat frei und kann beätzt werden.

In Abhängigkeit von der Größe der zu übertragenden Strukturen werden optische Lithographieverfahren, die mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen abbilden, eingesetzt. Grobe Strukturen, deren kleinste Dimension etwa bis zu 60 Nanometern reicht, können mit einer Abbildungsvorrichtung mit Lichtwellenlängen aus dem DUV(Tiefes Ultra Violett)-Bereich in den Resist abgebildet werden. Beispielsweise lässt sich mit einer Abbildungsvorrichtung, die mit Licht mit einer Lichtwellenlänge von 248 Nanometern arbeitet, eine Auflösung von 90 Nanometern erreichen. Bei einer Lichtwellenlänge von 193 Nanometern können Abstände bis zu 60 Nanometern aufgelöst werden. Feine Strukturen unterhalb von 60 Nanometern werden bei einem optischen Lithographieverfahren mit kürzeren Lichtwellenlängen beispielsweise im EUV(Extremes Ultra Violett)-Bereich abgebildet. Zukünftig soll eine Lichtwellenlänge von 13,4 Nanometern in Abbildungsvorrichtungen eingesetzt werden. Damit lässt sich eine Auflösung von circa 30 bis 20 Nanometern erreichen. Um feine Strukturen in den Resist abzubilden, können nicht nur optische Lithographieverfahren angewendet werden, sondern beispielsweise auch Elektronenstrahllithographieverfahren mit denen die feinen Strukturen kleiner 40 nm direkt 1:1 in den Resist geschrieben werden.

Sollen unterschiedliche Strukturgrößen, also grobe und feine Strukturen auf eine zu strukturierende Schicht übertragen werden, so werden beispielsweise bei der beschleunigten Her stellung von Prototypen unterschiedliche Lithographieverfahren angewendet.

Ein zur Zeit gebräuchliches Verfahren zur Übertragung von groben und feinen Strukturen in ein Substrat ist in der 1 dargestellt. Auf ein Substrat 2 wird als ein Resist 1 ein Positivlack 11 aufgebracht, der bei einer Belichtung mit einer Lichtwellenlänge von beispielsweise 193 Nanometern entwickelbar wird. Die groben Strukturen 31 werden dann in einem optischen Lithographieschritt mit einer Lichtwellenlänge von 193 nm von einer Photomaske in den Resist 1 abgebildet. Zu jeder für eine lithographische Abbildung verwendeten Lichtwellenlänge gehört üblicherweise auch ein Resist 1, der bei Belichtung mit der Lichtwellenlänge entwickelbar bezüglich einer Entwicklerlösung wird.

Der 1a sind das Substrat 2, der Resist 1 aus Positivlack 11 und belichtete Abschnitte 12 entnehmbar.

Nach Durchführung eines Temperaturschrittes wird der Resist 1 an den belichteten Abschnitten 12 löslich bezüglich einer Entwicklerflüssigkeit. Die groben Strukturen 31 sind nach der Entwicklung als Öffnungen im Resist 1 enthalten.

In der 1b ist der auf dem Substrat 2 angeordnete Resist 1 mit den als Öffnungen ausgebildeten groben Strukturen 31 dargestellt.

Die groben Strukturen 31 werden zum Beispiel mit Hilfe eines Ätzschrittes in das Substrat 2 übertragen. Anschließend wird der Resist 1 entfernt.

In der 1c sind die groben Strukturen 31 im Substrat 2 nach Entfernung des Resists 1 gezeigt.

Nachdem die groben Strukturen 31 in das Substrat 2 eingebracht wurden, wird ein zweiter Resist 1 auf das Substrat 2 aufgebracht. Das Resistmaterial des zweiten Resists 1 kann beispielsweise ein Elektronenstrahllack sein, der empfindlich gegenüber einer Elektronenstrahllithographie ist. Die feinen Strukturen 32 werden dann mit der Elektronenstrahllithographie in den Resist 1 eingeschrieben.

Die 1d zeigt den auf das mit den groben Strukturen 31 strukturierte Substrat 2 aufgebrachten Resist 1 mit den löslichen Abschnitten 12, die mittels der Elektronenstrahllithographie in den Resist 1 geschrieben wurden.

Nach einem weiteren Temperaturschritt wird der Resist 1 entwickelt, wobei die feinen Strukturen 32 als Öffnungen im Resist 1 ausgebildet werden.

Der 1e sind die feinen Strukturen 32 im Resist entnehmbar.

Es folgt ein weiterer Ätzschritt mit dem die feinen Strukturen 32 in das Substrat 2 übertragen werden.

In der 1f ist das Substrat 2 nach dem Entfernen des Resists 1 dargestellt. Im Substrat 2 sind nun die dargestellten groben Strukturen 31 und die feinen Strukturen 32 ausgebildet.

Das beschriebene herkömmliche Verfahren ist sehr umständlich, da zuerst ein photoempfindlicher Resist aufgetragen, belichtet und die darunter liegenden Strukturen geätzt werden. Anschließend wird die ganze Prozedur mit einem Elektronenstrahllack wiederholt. Das Verfahren ist umständlich und teu er, da zwei unterschiedliche Resistmaterialien aufgetragen und strukturiert werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Übertragen von groben und feinen Strukturen in ein Substrat zur Verfügung zu stellen. Von der Aufgabe wird ein Negativresist zur Durchführung des Verfahrens umfasst.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und mit einem Negativlack gemäß Patentanspruch 22. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Es wird ein Verfahren zum Übertragen von groben und feinen Strukturen in ein Substrat zur Verfügung gestellt, wobei in einem ersten Bereich des Substrats die groben Strukturen und in einem zweiten Bereich des Substrats die feinen Strukturen ausgebildet werden. Zunächst wird ein Resist auf das Substrat aufgebracht. Dabei wird ein den Resist ausbildendes Resistmaterial erfindungsgemäß in der Weise vorgesehen, dass der Resist eine Empfindlichkeit bezüglich unterschiedlicher Belichtungstechniken aufweist mit denen die groben und die feinen Strukturen in den Resist abgebildet werden können. Die groben und die feinen Strukturen werden in den Resist abgebildet. Der Resist wird mit einer Entwicklerlösung entwickelt, wobei die groben und die feinen Strukturen als Öffnungen im Resist ausgebildet werden. Mit Hilfe eines Ätzschrittes werden die groben und die feinen Strukturen vom Resist in das Substrat übertragen.

Erfindungsgemäß wird der Resist so vorgesehen, dass er eine Empfindlichkeit gegenüber mindestens zwei verschiedenen Lithographietechniken, die geeignet sind um die groben und die feinen Strukturen in den Resist abzubilden, aufweist. Die groben Strukturen können dann beispielsweise mit einer optischen Lithographie und die feinen Strukturen mit einer Elektronstrahllithographie in ein und demselben Resist abgebildet werden, der dann an den belichteten Stellen, beziehungsweise an den Elektronenstrahl geschriebenen Stellen löslich bezüglich einer Entwicklerlösung wird. Das Verfahren verringert die Prozesskomplexität. Es wird ein Belackungs-, Entwicklungs- und Ätzschritt eingespart. Das Verfahren garantiert bei Verwendung von zwei verschiedenen Lithographietechniken mit demselben Resist in einem Strukturierungsschritt eine hohe Auflösung, einen hohen Durchsatz und damit eine Verringerung der Prozesskomplexität und der Kosten. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmalig möglich Elektronenstrahllithographietechniken auch in der Massenfertigung einzusetzen.

Vorzugsweise wird für das Resistmaterial ein chemisch verstärkter Positivlack eingesetzt. Verwendet werden können Standardresistmaterialien, deren chemische Verstärkung durch Photosäuregeneratoren erreicht wird. Die Funktionsweise handelsüblicher Resistmaterialien basiert auf Polymerketten, an denen Schutzgruppen angehängt sind, die die Polymerketten unlöslich gegenüber der Entwicklerlösung machen. Durch Einwirkung von Licht werden die Schutzgruppen abgespalten und das Polymer wird an den Stellen, an denen die Schutzgruppen abgespalten wurden, löslich. Chemisch verstärkte Resists wurden entwickelt, um eine Entwickelbarkeit des Resists bei einer niedrigeren Belichtungsdosis zu erhalten. Der chemisch verstärkte Resist enthält neben den Polymerketten mit den Schutzgruppen noch so genannte Photosäuregeneratoren. Der Photosäuregenerator ist ein Molekül, das beim Auftreffen eines Lichtquantes eine starke Säure freisetzt. Bei einem Temperaturschritt nach der Belichtung, der auch als Post Exposu re Bake bezeichnet wird, werden die Schutzgruppen, z. B. Ester, katalytisch abgespalten. H+ Ionen können weiterreagieren.

Vorzugsweise wird, um die Empfindlichkeit des Resistmaterials bezüglich unterschiedlicher Belichtungstechniken herzustellen, der Resist mindestens oberhalb des zweiten Bereiches in der Weise vorbelichtet, dass nach Durchführung eines Temperaturschrittes in vorbelichteten Abschnitten des Resists eine chemische Verstärkungsreaktion ausgelöst, das Resistmaterial aber noch nicht löslich bezüglich der Entwicklerlösung ist. Durch das Vorbelichten des Resistes wird der Resist chemisch verändert und damit seine Empfindlichkeit erhöht. Der Resist kann nun mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen strukturiert belichtet, oder auch für eine Elektronenstrahllithographie eingesetzt werden. Die Belichtungszeiten bei einer optischen Lithographie werden gegenüber einem nicht vorbelichteten Resist deutlich verkürzt sein. Auch bei der Elektronenstrahllithographie kann die Belichtungsdosis deutlich geringer sein, je nach Kontrast und Empfindlichkeit des Resists, als ohne die Vorbelichtung. Die Verkürzung von Belichtungsdauern führt zu einer Erhöhung des Durchsatzes und damit zu einer Verringerung der Kosten.

In vorteilhafter Weise wird das Vorbelichten des Resists oberhalb des zweiten Bereiches mittels eines ersten optischen Lithographieschrittes unter Einsatz von Licht mit einer ersten Lichtwellenlänge ausgeführt. Das Abbilden der groben und der feinen Strukturen wird mit Hilfe von zwei Lithographieschritten vorgenommen, wobei die groben Strukturen in dem ersten optischen Lithographieschritt gleichzeitig beim Vorbelichten und die feinen Strukturen mit Hilfe eines zweiten Lithographieschrittes in den Resist abgebildet werden. Für diese Verfahrensvariante kann im ersten optischen Lithographie schritt eine Photomaske verwendet werden, die die groben Strukturen aufweist und ein transparentes oder semitransparentes Gebiet, durch das der Resist oberhalb des zweiten Bereiches vorbelichtet werden kann.

Vorzugsweise wird das Vorbelichten des Resists mittels einer Flutbelichtung des gesamten Resists unter Einsatz von Licht mit einer ersten Lichtwellenlänge durchgeführt. Bei der Flutbelichtung wird der gesamte Resist gleichmäßig vorbelichtet, so dass die Empfindlichkeit des Resists sowohl im ersten als auch im zweiten Bereich erhöht wird. Dadurch lassen sich für alle nachfolgenden Lithographieschritte die Belichtungszeiten verkürzen. Verkürzte Belichtungszeiten bedeuten eine Erhöhung des Durchsatzes, wodurch wiederum die Produktionskosten gesenkt werden können.

In vorteilhafter Weise wird die Abbildung der groben und der feinen Strukturen in zwei Lithographieschritten vorgenommen, wobei ein erster Lithographieschritt eine optische Lithographie beinhaltet und in dem ersten Lithographieschritt die groben Strukturen in den Resist abgebildet werden und in dem zweiten Lithographieschritt die feinen Strukturen in den Resist abgebildet werden. Die optische Lithographie kann vorzugsweise mit der ersten Lichtwellenlänge durchgeführt werden. Das heißt, dass mit der Abbildungsvorrichtung mit der die Flutbelichtung vorgenommen wird auch die groben Strukturen in den Resist abgebildet werden.

Vorzugsweise wird im zweiten Lithographieschritt eine Elektronenstrahllithographie oder eine Ionenprojektionslithographie oder eine optische Lithographie unter Einsatz von Licht mit einer zweiten Lichtwellenlänge eingesetzt. Die genannten Lithographietechniken sind geeignet, um die feinen Strukturen abzubilden.

Vorzugsweise wird das Abbilden der groben und der feinen Strukturen mittels eines Lithographieschrittes durchgeführt. Die groben und die feinen Strukturen werden dabei mit ein und derselben Lithographietechnik abgebildet.

Vorzugsweise wird in dem Lithographieschritt eine Elektronenstrahllithographie oder eine Ionenprojektionslithographie, oder eine optische Lithographie bei Verwendung von Licht mit einer zweiten Lichtwellenlänge eingesetzt.

In vorteilhafter Weise wird die zweite Lichtwellenlänge kürzer als die erste Lichtwellenlänge vorgesehen. Da in der Abbildungsvorrichtung für die optische Lithographie die groben und die feinen Strukturen abgebildet werden, ist es, um eine ausreichende Auflösung zu erzielen, vorteilhaft, die in der Abbildungsvorrichtung eingesetzte zweite Lichtwellenlänge kürzer als die erste Lichtwellenlänge vorzusehen. Auf Grund der Vorbelichtung des Resists weist der Resist eine höhere Empfindlichkeit bezüglich kürzerer Lichtwellenlängen auf.

Vorzugsweise wird die zweite Lichtwellenlänge im EUV-Bereich vorgesehen. Dies kann beispielsweise eine Lichtwellenlänge von 13,4 Nanometern sein.

Vorzugsweise wird die erste Lichtwellenlänge im DUV-Bereich vorgesehen. Dies können beispielsweise Lichtwellenlängen von 248 oder 193 Nanometern sein.

Die erste Lichtwellenlänge kann in vorteilhafter Weise mit 365 Nanometern vorgesehen werden.

Vorzugsweise kann die erste Lichtwellenlänge mit 193 nm vorgesehen werden.

In vorteilhafter Weise wird nach dem Aufbringen des Resists ein Temperaturschritt durchgeführt.

Vorzugsweise wird nach der strukturierenden Belichtung vor dem Entwickeln des Resists ein Temperaturschritt durchgeführt.

Als das Resistmaterial kann vorzugsweise auch ein Negativlack eingesetzt werden.

In vorteilhafter Weise wird das Abbilden der groben und der feinen Strukturen in den Negativlack in zwei Lithographieschritten vorgenommen, wobei ein erster Lithographieschritt eine optische Lithographie beinhaltet und in dem ersten Lithographieschritt die groben Strukturen in den Resist abgebildet werden und in einem zweiten Lithographieschritt die feinen Strukturen in den Resist abgebildet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich in vorteilhafter Weise auch auf Negativlacke ausdehnen.

Vorzugsweise wird nach der Belichtung und vor dem Entwickeln des Resists ein Temperaturschritt durchgeführt und zum Entwickeln des Resists ein wässrig alkalischer Standardentwickler eingesetzt. Der wässrig alkalische Standardentwickler ist gegenüber organischen Lösungsmitteln mit denen Negativlacke herkömmlicher Weise entwickelt werden umweltfreundlicher.

Vorzugsweise wird die Wellenlänge des Lichtes, die in der Abbildungsvorrichtung für den ersten Lithographieschritt eingesetzt wird, mit 365 Nanometern, oder mit 248 Nanometern, oder mit 193 Nanometern vorgesehen.

Vorzugsweise werden im zweiten Lithographieschritt eine Elektronenstrahllithographie, oder eine Ionenprojektions lithographie oder eine optische Lithographie bei Verwendung von Licht mit einer kürzeren Lichtwellenlänge als im ersten Lithographieschritt eingesetzt.

Es wird ein Negativlack zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zur Verfügung gestellt, der erfindungsgemäß auf einer Basis von Epoxiden vorgesehen ist. Negativlacke auf der Basis von Epoxiden haben den Vorteil, dass bei Anwendung von verschiedenen Lithographietechniken mit demselben Resist sowohl eine hohe Auflösung, ein hoher Durchsatz als auch eine Verringerung der Prozesskomplexität gewährleistet werden kann. Zudem ist der Prozess umweltfreundlich, da für die Entwicklung des Negativlacks kein organisches Lösungsmittel wie herkömmlich verwendet wird, sondern ein wässrig alkalischer Standardentwickler, der auch für viele Positivlacke Anwendung findet.

Vorzugsweise weist der Negativlack als Bestandteile ein wässrig alkalisch lösliches Polymer, einen Vernetzer mit mindestens zwei Oxiraneinheiten, eine Photosäure und ein Lösungsmittel auf. Es besteht auch die Möglichkeit, noch eine Base hinzuzusetzen.

Vorzugsweise beträgt ein Anteil eines im Resist vorgesehenen aus dem Polymer, dem Vernetzer und der Photosäure bestehenden Feststoffes zwischen drei bis sieben Prozent. Ein Anteil des Polymers im Feststoff beträgt zwischen 50 und 90 Prozent, ein Anteil des Vernetzers im Feststoff zwischen 5 und 40 Prozent und ein Anteil der Photosäure im Feststoff zwischen 2 und 20 Prozent.

Vorzugsweise wird als das Lösungsmittel Cyclohexanon und/oder Propylenglycol mit Propylenglycolmethyletheracetat (PGMEA) vorgesehen.

In vorteilhafter Weise ist als das Polymer ein Polymer aus der Gruppe von Polymeren A, B, C, D eingesetzt. A, B, C, D sind durch die folgenden Strukturformeln beschrieben:

n und m können Werte im Bereich von 0,1 bis 0,9 aufweisen. Die Summe aus n und m sollte jeweils 1 ergeben.

In vorteilhafter Weise wird als der Vernetzer ein Vernetzer aus der Gruppe von Vernetzern a, b, c, d, e, f, g eingesetzt. a, b, c, d, e, f, g sind durch die folgenden Strukturformeln beschrieben:

Vorzugsweise ist die Photosäure aus der Gruppe der schwefel- oder jodhaltigen Onium-Verbindungen entnommen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 Verfahrensschritte zum Übertragen von groben und feinen Strukturen gemäß dem Stand der Technik,
2 Verfahrensschritte zum Übertragen von groben und feinen Strukturen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 Verfahrensschritte zum Übertragen von groben und feinen Strukturen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 Verfahrensschritte zum Übertagen von groben und feinen Strukturen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 1 ist in der Beschreibungseinleitung bereits näher erläutert worden.
Gemäß den in der 2 dargestellten Verfahrensschritten wird ein gängiger Deep UV- oder Argonflourid-Resist 1 auf einen das zu strukturierende Substrat 2 aufweisenden Halbleiterwafer aufgeschleudert, gebacken, das heißt einem Temperaturschritt unterzogen, und anschließend mit einer Lichtwellenlänge von 248 Nanometern bzw. 193 Nanometern flutbelichtet und wieder gebacken, um die chemische Verstärkungsreaktion auszulösen. Eine Belichtungsdosis ist so gewählt, dass der jetzt chemisch veränderte Resist 1 gerade noch nicht in den gängigen alkalischen Entwicklern entwickelbar ist. Anschließend wird der Resist 1 mit beispielsweise einer Elektronenstrahllithographie strukturiert belichtet. Die benötigte Belichtungsdosis ist jetzt deutlich kleiner, um beispielsweise einen Faktor 1,5 bis 3, je nach Kontrast und Empfindlichkeit des Resists 1, als ohne die vorangegangene Flutbelichtung. Das bedeutet, es können 1,5 bis 3 mal mehr Halbleiterwafer pro Stunde belichtet werden als ohne die Flutbelichtung.
Die 2a zeigt das zu strukturierende Substrat 2 auf dem der Resist 1, der als ein Positivlack 11 vorgesehen ist, aufgebracht ist. Die Pfeile oberhalb des Resists 1 deuten die Flutbelichtung an mit der der Resist 1 ganzflächig vorbelichtet wird.
Der 2b ist das Substrat 2 mit dem Resist 1 nach der strukturierenden Belichtung, die in diesem Ausführungsbeispiel mit der Elektronenstrahllithographie vorgenommen wurde, entnehmbar. Gemäß dem Ausführungsbeispiel werden hier die groben Strukturen 31 und die feinen Strukturen 32 mit nur einem Belichtungsschritt übertragen. In der 2b sind die durch die Elektronenstrahllithographie löslich gemachten Abschnitte 12 des Resists 1 dargestellt.
Nach der strukturierenden Belichtung wird der Resist 1 noch einmal gebacken und dann mit einem handelsüblichen alkalischen Entwickler entwickelt.
In der 2c ist das Substrat 2 mit dem entwickelten Resist 1 dargestellt. Zu sehen sind die als Öffnungen ausgebildeten groben Strukturen 31 und feinen Strukturen 32 im Resist 1.
Anschließend erfolgt die Übertragung der groben und der feinen Strukturen 31, 32 in das Substrat 2 beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens.
In der 2d ist das Substrat 2 nach Entfernung des Resists 1 gezeigt. Der 2d sind die groben Strukturen 31 und die feinen Strukturen 32, die in den durch die Doppelpfeile angedeuteten Bereiche a und b ausgebildet sind, entnehmbar.
Im folgenden Ausführungsbeispiel soll das Verfahren gemäß der 2 noch einmal konkretisiert werden. Ein Silizium-Wafer wird zuerst mit einem Haftvermittler beschichtet, zum Beispiel HMDS. Dann wird ein Acrylat-Maleinsäureanhydryd-Lack aufgeschleudert und bei 130 Grad Celsius 90 Sekunden gebacken. Die Schichtdicke des Lackes beträgt circa 125 Nanometer. Dieser als Resist 1 eingesetzte Lack wird anschließend mit Licht mit einer Lichtwellenlänge von 248 Nanometern flutbelichtet. Die Belichtungsdosis beträgt 0,6 mJ/cm². Der so vorbelichtete Resist 1 wird danach mit einem Elektronenstrahlschreiber strukturiert belichtet. Die Belichtungsdosis für 400 Nanometer 1:1 Strukturen beträgt 9,2 μC/cm². Nach der Belichtung wird der Silizium-Wafer bei 130 Grad Celsius für 90 Sekunden gebacken und dann in einem handelsüblichen alka lischen Entwickler entwickelt. Der gleiche Resist 1, der vorher nicht flutbelichtet wurde, benötigt für die gleichen Strukturen 15,2 μC/cm². Der Resist 1 hat im Deep UV eine Empfindlichkeit von 2,1 mJ/cm² Dose to clear und einen Kontrast von 1,9.
Das in der 3 gezeigte Verfahren unterscheidet sich von dem Verfahren gemäß der 2 darin, dass gemäß der 3 die strukturierende Belichtung des Resists 1 mit zwei verschiedenen Belichtungstechniken vorgenommen wird. Die groben Strukturen 31 werden hier mit der gleichen Lichtwellenlänge, beispielsweise 193 Nanometern, wie sie auch für die Flutlichtung verwendet wird, in den Resist 1 abgebildet. Nachdem die groben Strukturen 31 mit einer ersten Lithographietechnik in den Resist 1 übertragen wurden, erfolgt das Übertragen der feinen Strukturen 32 mit einer zweiten Lithographietechnik, die beispielsweise eine Elektronenstrahllithographie, oder eine Lithographie, die mit einer kürzeren Lichtwellenlänge arbeitet, sein kann. Dadurch dass der Resist 1 bereits vorbelichtet ist werden auf jeden Fall alle Belichtungszeiten, gegenüber einem nicht vorbelichteten Resist 1, deutlich verkürzt.
Die 3a zeigt genau wie die 2a das zu strukturierende Substrat 2 auf dem der Resist 1, der als ein Positivlack 11 vorgesehen ist, aufgebracht ist. Die Pfeile oberhalb des Resists 1 deuten die Flutbelichtung an mit der der Resist 1 ganzflächig vorbelichtet wird. Diese Flutbelichtung kann beispielsweise in einer Abbildungsvorrichtung mit einer Lichtwellenlänge von 193 oder 248 Nanometern vorgenommen werden.
Die 3b zeigt den Resist 1 nach der ersten Lithographie, die bei der gleichen Lichtwellenlänge wie die Flutbelichtung vorgenommen werden kann. Der 3b sind die belichteten löslichen Abschnitte 12 des Resists 1 durch die die groben Strukturen 31 ausgebildet werden, entnehmbar.
Anschließend erfolgt ein zweiter Lithographieschritt mit dem die feinen Strukturen 32 in den Resist 1 abgebildet werden. Der zweite Lithographieschritt kann eine Elektronenstrahllithographie oder eine optische Lithographie sein, die mit kürzeren Lichtwellenlängen durchgeführt wird, als im ersten Lithographieschritt. Der 3c sind die belichteten, löslichen Abschnitte 12 des Resists 1 durch die nach der Entwicklung die feinen Strukturen 32 ausgebildet werden, entnehmbar.
Nach der strukturierenden Belichtung wird der Resist 1 noch einmal gebacken und dann genau wie im bereits beschriebenen Verfahren gemäß der 2 mit einem handelsüblichen alkalischen Entwickler entwickelt.
In der 3c ist das Substrat 2 mit dem entwickelten Resist 1 dargestellt. Zu sehen sind die als Öffnungen ausgebildeten groben Strukturen 31 und feinen Strukturen 32 im Resist 1.
Genau wie im bereits beschriebenen Verfahren erfolgt die Übertragung der groben und feinen Strukturen 31, 32 in das Substrat 2.
Der 3d ist das Substrat 2 nach Entfernung des Resists 1 entnehmbar. Zu sehen sind die groben Strukturen 31 und die feinen Strukturen 32, die im Substrat 2 ausgebildet sind.
Eine Alternative zu dem in der 3 dargestellten Verfahren besteht darin, dass die groben Strukturen 31 mit 193 Nanometern bzw. 243 Nanometern Lichtwellenlänge strukturiert be lichtet werden, gleichzeitig der Bereich, wo später die feinen Strukturen 32 ausgebildet werden sollen, anbelichtet wird. Das könnte beispielsweise erreicht werden durch den Einsatz einer geeigneten Photomaske bei der photolithographischen Übertragung der groben Strukturen. Bei dieser Vorgehensweise würde man sich die Flutbelichtung sparen, wodurch der Durchsatz nochmals gesteigert werden könnte.
Gemäß der 4 wird das in den 2 und 3 beschriebene Verfahren auch auf einen Resist 1 angewendet der aus einem erfindungsgemäßen Negativlack 13 besteht. Bei einem Negativlack 13 werden die belichteten Abschnitte 12 unlöslich, während die unbelichteten Abschnitte entwickelbar gegenüber einer Entwicklerlösung sind. Der Resist 1 wird beispielsweise auf den Silizium-Wafer aufgeschleudert und auf einer Heizplatte getrocknet. Er kann anschließend mit der ersten Lithographie beispielsweise bei 193 Nanometern strukturiert belichtet werden, wobei die groben Strukturen 31 in den Resist 1 abgebildet werden. Anschließend können in einem zweiten Lithographieschritt die feinen Strukturen 32 in den Resist 1 abgebildet werden. Der zweite Lithographieschritt kann als optischer Lithographieschritt mit Lichtwellenlängen durchgeführt werden, die kürzer als die Lichtwellenlänge beim ersten Lithographieschritt sind. Der zweite Lithographieschritt kann auch eine Elektronenstrahllithographie, oder eine Ionenprojektionslithographie sein. Auf jeden Fall sollte er geeignet sein, um die feinen Strukturen 32 zu übertragen. Da der Resist 1 eine Empfindlichkeit gegenüber zwei Lithographietechniken aufweist, werden in einem einzigen Entwicklungsschritt sowohl die groben als auch die feinen Strukturen 31, 32 im Resist 1 als stehen gebliebene Abschnitte des Resists 1 ausgebildet. Anschließend werden die groben und die feinen Strukturen 31, 32 mittels eines Ätzschrittes in das Substrat 2 übertragen.
In der 4a ist das Substrat 2 und der aus dem Negativlack 13 bestehende Resist 1 dargestellt. Die über dem Resist 1 dargestellte Maske 4 weist die groben Strukturen 31, die bei dem ersten Lithographieschritt in den Resist 1 abgebildet werden auf. Der 4a sind die belichteten Abschnitte 12 für die groben Strukturen 31 im Resist entnehmbar.
Die 4b zeigt das Substrat 2 mit dem Resist 1 nach dem zweiten Lithographieschritt in dem die feinen Strukturen 32 in den Resist 1 abgebildet werden. Der 4b sind die belichteten Abschnitte 12 für die groben Strukturen 31 und die belichteten Abschnitte 12 für die feinen Strukturen 32 entnehmbar. Der zweite Lithographieschritt kann eine Elektronentrahllithographie, oder eine optische Lithographie sein, die bei einer kürzeren Lichtwellenlänge durchgeführt wird als im ersten Lithographieschritt.
Der Negativlack 13 wird nach Durchführung eines Temperaturschrittes mit einem wässrig alkalischen Standardentwickler entwickelt.
In der 4c ist das Substrat 2 mit dem entwickelten Resist 1 dargestellt. Zu sehen sind die bei der Entwicklung stehen gebliebenen belichteten Abschnitte 12, die die groben und die feinen Strukturen 31, 32 ausbilden.
Nach der Entwicklung kann ein Ätzschritt durchgeführt werden mit dem die groben und die feinen Strukturen 31, 32 in das Substrat 2 übertragen werden. Die 4d zeigt das Substrat 2 nach diesem Ätzschritt. Zu sehen sind die als Stege ausgebildeten groben und feinen Strukturen 31 und 32.
Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäßen Negativlacke 13 zum Übertragen von den groben und den feinen Strukturen 31, 32 in das Substrat:
Die Buchstaben A, B, C, D und a, b, c, d, e, f, g stehen für die auf den Beschreibungsseiten 12 bis 14 dargestellten Strukturformeln.
Ausführungsbeispiel 1: Zur Herstellung des Negativlackes 13 werden 800 mg Polymer B, 200 mg Vernetzer d und 50 mg Triphenylsulfoniumhexaflat in 19 g Cyclohexanon gelöst und anschließend durch einen 0,2 Mikrometerfilter druckfiltriert. Der Negativlack 13 wird bei 3000 rpm (rotation per minute) 20 Sekunden auf einen Silizium-Wafer aufgeschleudert und 90 Sekunden bei 130 Grad Celsius auf einer Heizplatte getrocknet. Die Dicke der Negativlackschicht beträgt circa 125 Nanometer. Der Negativlack 13 kann anschließend mit EUV (Lichtwellenlänge 13,4 nm), e-beam (Elektronenstrahl) oder DUV (Lichtwellenlänge 248 nm) belichtet werden. Die Belichtungsdosen betragen: EUV: 2,5 mJ/cm², e-beam: 9,4 μC/cm², DUV: 2,1 mJ/cm². Der belichtete Silizium-Wafer wird noch 90 Sekunden bei 130 Grad Celsius gebacken und anschließend in wässrig alkalischer Lösung, die eine 2,38%ige TMAH-Lösung sein kann, entwickelt.
Ausführungsbeispiel 2: Zur Herstellung des Negativlackes 13 werden 700 mg Polymer A, 300 mg Vernetzer c und 50 mg Triphenylsulfoniumhexaflat in 19 g PGMEA gelöst und anschließend durch einen 0,2 Mikrometerfilter filtriert. Der Negativlack 13 wird bei 3000 rpm 20 Sekunden auf einen Silizium-Wafer aufgeschleudert und 90 Sekunden bei 130 Grad Celsius getrocknet. Die Dicke der Negativlackschicht beträgt circa 110 Nanometer. Der Resist 1 kann anschließend mit EUV, e-beam oder DUV belichtet werden, wobei die Belichtungsdosen EUV: 2,8 J/cm², e-beam: 9,1 μC/cm², DUV: 2,3 mJ/cm² betragen. Der mit den groben und den feinen Strukturen 31, 32 belichtete Silizium-Wafer wird noch 90 Sekunden bei 130 Grad Celsius gebacken und anschließend in wässrig alkalischer Lösung beispielsweise 2,38%ige TMAH-Lösung entwickelt.
Ausführungsbeispiel 3: Zur Herstellung des Negativlackes 13 werden 800 mg Polymer D, 200 mg Vernetzer a, 60 mg Triphenylsulfoniumtriflat und 6 mg Trioktylamin in 19 g Cyclohexanon gelöst und filtriert. Der Negativlack 13 wird bei 3000 rpm 20 Sekunden auf den Silizium-Wafer aufgeschleudert und 90 Sekunden bei 110 Grad Celsius getrocknet. Die Dicke der Negativlackschicht beträgt circa 120 Nanometer. Der Resist 1 kann anschließend mit EUV, e-beam oder DUV belichtet werden, wobei die Dosiswerte EUV: 3,5 J/cm², e-beam: 10,2 μC/cm² und DUV: 3,8 mJ/cm² betragen. Der strukturiert belichtete Silizium-Wafer wird noch 90 Sekunden bei 110 Grad Celsius gebacken und anschließend in wässrig alkalischer Lösung, beispielsweise 2,38%ige TMAH-Lösung entwickelt.
Ausführungsbeispiel 4: Zur Herstellung des Negativlackes 13 werden 700 mg Polymer B, 300 mg Vernetzer a, 60 mg Triphenylsulfoniumtriflat und 3 mg Triphenylsulfoniumacetat in 19 g Cyclohexanon gelöst und filtriert. Der Negativlack 13 wird bei 3000 rpm 20 Sekunden auf den Silizium-Wafer aufgeschleudert und 90 Sekunden bei 110 Grad Celsius getrocknet. Die Dicke der Negativlackschicht beträgt circa 130 Nanometer. Der Resist 1 kann anschließend mit EUV, e-beam oder DUV belichtet werden, wobei die Dosiswerte EUV: 2,1 J/cm², e-beam: 8,4 μC/cm² und DUV: 2,3 mJ/cm² betragen. Der strukturiert belichtete Silizium-Wafer wird noch 90 Sekunden bei 110 Grad Celsius gebacken und anschließend in wässrig alkalischer Lösung, beispielsweise 2,38%ige TMAH-Lösung entwickelt.
Ausführungsbeispiel 5: Zur Herstellung des Negativlackes 13 werden 800 mg Polymer B, 150 mg Vernetzer g und 100 mg Triphenylsulfoniumtriflat in 19 g Cyclohexanon gelöst und anschließend filtriert. Der Negativlack 13 wird bei 3000 rpm 20 Sekunden auf den Silizium-Wafer aufgeschleudert und 90 Sekunden bei 110 Grad Celsius getrocknet. Die Dicke des Negativlackschicht beträgt circa 100 Nanometer. Der Negativlack 13 kann anschließend mit EUV, e-beam oder DUV belichtet werden, wobei die Dosiswerte EUV: 2,8 J/cm², e-beam: 10,2 μC/cm² und DUV 3,3 mJ/cm² betragen. Der strukturiert, belichtete Silizium-Wafer wird noch 90 Sekunden bei 110 Grad Celsius gebacken und anschließend in wässrig alkalischer Lösung, die eine 2,38%ige TMAH-Lösung sein kann, entwickelt.

1: Resist
11: Positivlack
12: Abschnitt
13: Negativlack
2: Substrat
31: grobe Strukturen
32: feine Strukturen
4: Maske
a: erster Bereich
b: zweiter Bereich

Claims

Verfahren zum Übertragen von groben und feinen Strukturen (31, 32) in ein Substrat (2), wobei in einem ersten Bereich (a) des Substrats (2) die groben Strukturen (31) und in einem zweiten Bereich (b) des Substrats (2) die feinen Strukturen (32) ausgebildet werden, mit den Schritten: – Aufbringen eines Resists (1) auf das Substrat (2), wobei ein den Resist (1) ausbildendes Resistmaterial in der Weise vorgesehen wird, dass der Resist (1) eine Empfindlichkeit bezüglich unterschiedlicher Lithographietechniken aufweist mit denen die groben und die feinen Strukturen (31, 32) in den Resist (1) abgebildet werden können, – Abbilden der groben und der feinen Strukturen (31, 32) in den Resist (1), – Entwickeln des Resists (1) mit einer Entwicklerlösung, wobei die groben und die feinen Strukturen (31, 32) als Öffnungen im Resist (1) ausgebildet werden und – Übertragen der groben und der feinen Strukturen (31, 32) von dem als Ätzmaske wirkenden Resist (1) in das Substrat (2) mittels eines Ätzschrittes.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Resistmaterial ein chemisch verstärkter Positivlack (11) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass um die Empfindlichkeit des Resistmaterials bezüglich unterschiedlicher Belichtungstechniken herzustellen, der Resist (1) mindestens oberhalb des zweiten Bereiches (b) in der Weise vorbelichtet wird, dass nach Durchführung eines Tempera turschrittes in vorbelichteten Bereichen des Resists (1) eine chemische Verstärkungsreaktion ausgelöst, das Resistmaterial aber noch nicht löslich bezüglich der Entwicklerlösung wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – das Vorbelichten des Resists (1) oberhalb des zweiten Bereiches (b) mittels einer ersten optischen Lithographie bei der Licht mit einer ersten Lichtwellenlänge eingesetzt wird, durchgeführt wird und – das Abbilden der groben und der feinen Strukturen (31, 32) mit Hilfe von zwei Lithographieschritten vorgenommen wird, wobei die groben Strukturen (31) in dem ersten Lithographieschritt gleichzeitig beim Vorbelichten und die feinen Strukturen (32) mit Hilfe eines zweiten Lithographieschrittes in den Resist (1) abgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorbelichten des Resists (1) mittels einer Flutbelichtung des gesamten Resists (1) unter Einsatz von Licht mit einer ersten Lichtwellenlänge durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbilden der groben und der feinen Strukturen (31, 32) mit zwei Lithographieschritten vorgenommen wird, wobei ein erster Lithographieschritt eine optische Lithographie beinhaltet und mit dem ersten Lithographieschritt die groben Strukturen (31) in den Resist (1) abgebildet werden und mit einem zweiten Lithografieschritt die feinen Strukturen (32) in den Resist (1) abgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass dass in dem zweiten Lithographieschritt eine Elektronenstrahllithographie, oder eine Ionenprojektionslithographie oder eine optische Lithographie mit Licht, das eine zweite Lichtwellenlänge aufweist, eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbilden der groben und der feinen Strukturen (31, 32) mittels eines Lithographieschrittes durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lithographieschritt eine Elektronenstrahllithographie, oder eine Ionenprojektionslithographie, oder eine optische Lithographie mit Licht, das eine zweite Lichtwellenlänge aufweist, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lichtwellenlänge kürzer als die erste Lichtwellenlänge vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lichtwellenlänge im EUV-Bereich vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtwellenlänge im DUV-Bereich vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtwellenlänge mit 365 Nanometern vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtwellenlänge mit 193 Nanometern vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen des Resists (1) ein Temperaturschritt durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abbilden der groben und der feinen Strukturen (31, 32), vor dem Entwickeln des Resists (1) ein Temperaturschritt durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als das Resistmaterial ein Negativlack (13) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbilden der groben und der feinen Strukturen (31, 32) mit zwei Lithographieschritten vorgenommen wird, wobei ein erster Lithographieschritt eine optische Lithographie beinhaltet und mit dem ersten Lithographieschritt die groben Strukturen (31) in den Resist (1) abgebildet werden und mit einem zweiten Lithografieschritt die feinen Strukturen (32) in den Resist (1) abgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass – nach dem Abbilden der groben und der feinen Strukturen (31, 32) und vor dem Entwickeln des Resists (1) ein Temperaturschritt durchgeführt wird und – zum Entwickeln des Resists (1) ein wässerig, alkalischer Standardentwickler eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge des Lichtes in dem ersten Lithografieschritt mit 365 Nanometern, oder im DUV-Bereich, oder mit 193 Nanometern vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Lithographieschritt eine Elektronenstrahllithographie, oder eine Ionenprojektionslithographie oder eine optische Lithographie mit Licht, das eine kürzere Lichtwellenlänge als in dem ersten Lithographieschritt aufweist, eingesetzt wird.
Negativlack zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Negativlack (13) auf einer Basis von Epoxiden vorgesehen ist.
Negativlack nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Negativlack (13) als Bestandteile ein wässerig, alkalisch, lösliches Polymer, einen Vernetzer mit mindestens zwei Oxiraneinheiten, eine Photosäure und ein Lösungsmittel aufweist.
Negativlack nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil eines im Negativlack (13) aus dem Polymer, dem Vernetzer und der Photosäure bestehenden Feststoffes zwischen 3% bis 7% beträgt und ein Anteil des Polymers im Feststoff zwischen 50% und 90%, ein Anteil des Vernetzers im Feststoff zwischen 5% und 40% und ein Anteil der Photosäure im Feststoff zwischen 2% und 20% beträgt.
Negativlack nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass als das Lösungsmittel Cyclohexanon und/oder Propylenglycolmethyletheracetat (PGMEA) vorgesehen sind.
Negativlack nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass als das Polymer ein Polymer aus der Gruppe von Polymeren A, B, C, D eingesetzt ist, wobei A, B, C, D durch die Strukturformeln
beschrieben sind und n und m Werte im Bereich von 0,1 bis 0,9 aufweisen.
Negativlack nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass als der Vernetzer ein Vernetzer aus der Gruppe von Vernetzern a, b, c, d, e, f, g eingestzt ist, wobei a, b, c, d, e, f, g durch die folgenden Strukturformeln

beschrieben sind.
Negativlack nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Photosäure eine schwefel- oder jodhaltige Onium-Verbindung ist.