DE102006041774A1

DE102006041774A1 - Lithographieverfahren zur Herstellung einer Struktur

Info

Publication number: DE102006041774A1
Application number: DE200610041774
Authority: DE
Inventors: Michel Dr. Marso; Jürgen MOERS
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2008-03-20
Also published as: WO2008028458A2; WO2008028458A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Struktur durch Lithographie in einem auf einem Substrat übereinander angeordneten Schichtsystem aus wenigstens zwei Lagen aus einem Negativlack und einem Positivlack. Das Verfahren umfasst die nachfolgenden Schritte: - Beide Lacke werden bestrahlt, derartig, dass ein größerer Bereich des Positivlacks als im Negativlack modifiziert wird, - beide Lacke werden entwickelt, - eine Struktur, deren Abmessungen durch den entfernten Bereich des Positivlacks abzüglich des modifizierten, nicht entfernten Bereichs des Negativlacks definiert sind, wird gebildet. Auf diese Weise ist es möglich, zu zu gelangen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lithographieverfahren zur Herstellung einer Struktur.
Der Stand der Technik ermöglicht die Erzeugung von Strukturen mittels optischer Lithographie. Bei den Strukturen handelt es sich häufig um vereinzelte Linien oder Linienmuster, welche in Photolacken auf Substraten mit planaren Oberflächen angeordnet sind. Die durch diese Verfahren erzielten Ergebnisse erreichen dabei allmählich ihre physikalischen Grenzen.
Für eine flexible Herstellung komplexer lithographischer Strukturen mit Abständen und Größen unterhalb von 100 Nanometer, werden unter anderem Elektronenstrahllithographische Verfahren angewandt. Mittels Elektronenstrahllithographie werden Strukturen mit Abmessungen und/oder Abständen von unterhalb 50 Nanometern erzeugt, wie beispielsweise der Druckschrift von Henschel et al. zu entnehmen ist (W. Henschel, Y. M. Georgiev, H. Kurz. Study of a high contrast process for hydrogen silsesquioxane as a negative tone electron beam resist. Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures, Volume 21, (2003) Issue 5, pp. 2018–2025).
Durch Elektronenstrahllithographie eines Positivlacks oder eines Negativlacks wird dieser am Ort des Eindringens des Elektronenstrahls modifiziert. Mittels Ent wicklern wie z. B. bestimmten Atzlösungen werden sodann bestimmte Bereiche im Lack entfernt. Die Modifizierung von Lacken, auch resists genannt, durch eine Bestrahlung mittels optischer oder Elektronenstrahllithographie ist hinlänglich bekannt.
Nachteilig tritt bei den Elektronenstrahllithographie-Verfahren gemäß Stand der Technik eine unerwünschte Strukturvergrößerung durch Aufweiten des Elektronenstrahls in der strahlungsempfindlichen Schicht, des Lacks, auf. Elektronen werden aus dem Substrat in den Photolack zurück gestreut („backscattering"). Diese unerwünschte Strukturvergrößerung im Lack wird auch als Proximityeffekt bezeichnet.
Aus der Druckschrift P. Rai-Choudhury (P. Rai-Choudhury, ed., 1997. SPIE Handbook of Microlithography, Micromachining and Microfabrication, Volume 1: Microlithography) ist entnehmbar, dass die durch den Proximityeffekt erzeugte ungleichmäßige Bestrahlung zumindest teilweise durch eine Anpassung der Intensität des Elektronenstrahls in den verschiedenen Strukturbereichen reduziert und somit eine Proximitykorrektur herbeigeführt werden kann.
Die hierfür notwendigen Korrekturprogramme sind nachteilig teuer und rechenintensiv. Dadurch bedingt, ist die Elektronenstrahllithographie langsam und wird bisher fast ausschließlich für die Forschung und Entwicklung verwendet. Das Verfahren kann die physikalischen Grenzen auch nicht umgehen, welche z. B. bei der Bestrahlung von großen, aber eng benachbarten Struktu ren auftreten. Insbesondere wird durch den Proximityeffekt der Mindestabstand, das heißt der kleinste mögliche Abstand zwischen zwei Strukturen, welcher elektronenstrahllithographisch noch erzeugbar ist, begrenzt. Dies bedeutet, dass es bisher auf Grund der Rückstreuung der Elektronen und der dadurch induzierten Modifizierung des Lacks nicht möglich ist, kleinste Strukturen in definierter Weise hierin zu erzeugen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Lithographisches, insbesondere ein verbessertes Elektronenstrahllithographisches Verfahren sowie Strukturen bereit zu stellen, mit dem bzw. in denen der Mindestabstand der erzeugten (Teil-)Strukturen in definierter Weise gegenüber den bisherigen Lithographischen Verfahren weiter verringert werden kann bzw. verringert ist.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Hauptanspruch und durch eine Struktur gemäß Nebenanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf jeweils rückbezogenen Patentansprüchen.
Das erfindungsgemäße Lithographieverfahren zur Herstellung einer Struktur in einem auf einem Substrat übereinander angeordnetem Schichtsystem aus wenigstens einer Schicht Negativlack und einer Schicht Positivlack, zeichnet sich durch nachfolgende Schritte aus:

– beide Lacksorten werden bestrahlt, so dass eine Modifikation der Lacksorten erfolgt,
– beide Lacke werden entwickelt,
– eine Struktur, deren Abmessungen durch den modifi zierten, entfernten Bereich des Positivlacks und den modifizierten, nicht entfernten Bereich des Negativlacks definiert ist, wird im Schichtsystem auf dem Substrat gebildet.

Im Positivlack werden die modifizierten Bereiche durch Entwicklung entfernt. Im Negativlack verbleiben hingegen die modifizierten Bereiche nach der Entwicklung. In beiden Lacken des Schichtsystems wird daher eine Struktur ausgebildet, welche durch den entfernten Bereich im Positivlack und durch den modifizierten, nicht entfernten Bereich im Negativlack definiert ist.
Der durch Bestrahlung modifizierte Bereich des Negativlacks wird nicht notwendigerweise bei der Bestrahlung des Positivlacks beeinflusst bzw. modifiziert, so dass, wie nachfolgend ausführlich dargestellt, auch sehr eng benachbarte Strukturen bis hinab zu einem Abstand von 5 Nanometern erzeugt werden können.
Unter eng benachbarten Strukturen im Sinne dieser Erfindung sind insbesondere, aber nicht ausschließlich, Stege oder inselartige, gegebenenfalls kreisförmige Erhebungen aus Negativlack unmittelbar auf dem Substrat umfasst, welche von übereinander angeordneten Bereichen aus beiden Lacksorten benachbart oder umschlossen werden. Die übereinander angeordneten Bereiche aus Positiv- bzw. Negativlack (oder umgekehrt) können, müssen aber nicht notwendigerweise ringförmig ausgebildet sein.
Unter eng benachbarten Strukturen im Sinne dieser Erfindung gelten auch inselartige Erhebungen aus übereinander angeordnetem Negativlack auf Positivlack als eine (Teil-)Struktur, wobei der Positivlack unmittelbar auf dem Substrat angeordnet ist. Die übereinander angeordneten inselartigen Bereiche wiederum können durch Stege aus Positivlack begrenzt oder umschlossen werden, welche je nach Art der Ausführung der Lithographie z. B. linienförmig oder kreisförmig ausgestaltet sind.
Es sind eine Vielzahl unterschiedlicher Strukturen erzeugbar, da insbesondere bei der Elektronenstrahllithographie als ein erfindungsgemäßes Verfahren, die Führung des Elektronenstrahls sehr flexibel gehandhabt werden kann.
Der Mindestabstand zueinander benachbarter Strukturen kann dabei ohne weiteres weniger als 20 Nanometer, insbesondere bis zu 5 Nanometer betragen.
Ein Fachmann wird hierzu bevorzugt die Entwicklung der durch Bestrahlung modifizierten Bereiche in den Lacken, z. B. mittels Ätzung, derartig durchführen, dass die Abstände der erzeugten Strukturen zueinander nicht durch eine Unterätzung von Lackbereichen willkürlich lateral zueinander verändert werden.
Der Positivlack weist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung keine Querempfindlichkeit zum Entwickler bzw. der Ätzlösung des Negativlacks auf und umgekehrt.
Dadurch werden vorteilhaft Unterätzungen und willkürli che Veränderungen der Abstände der Strukturen vermieden.
Im Sinne der Erfindung ist ein Positivlack ein Lack, welcher nach der Modifizierung entwickelt wird, beispielsweise in einem chemischen Ätzbad, wobei durch die Entwicklung die modifizierten Bereiche im Positivlack entfernt werden, sodass nur die unbelichteten bzw. unbestrahlten und daher nicht modifizierten Bereiche im Positivlack verbleiben.
Im Sinne dieser Erfindung ist ein Negativlack ein Lack, welcher nach der Modifizierung entwickelt wird, beispielsweise in einem chemischen Ätzbad, wobei durch die Entwicklung die unbelichteten bzw. unbestrahlten und also nicht modifizierten Bereiche im Negativlack entfernt werden, so dass nur die belichteten bzw. bestrahlten und also modifizierten Bereiche im Negativlack verbleiben.
Als Bestrahlung wird die Anwendung der Elektronenstrahllithographie bzw. der optischen Lithographie verstanden. Als Belichtung im Sinne der Erfindung wird eine Anwendung ausschließlich der optischen Lithographie verstanden. Die Lithographie kann somit auf verschiedene Weise erfolgen.
Als bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein Schichtsystem aus Substrat, hierauf angeordnetem Negativlack und wiederum hierauf angeordnetem Positivlack hergestellt.
Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass nach der Modifi zierung und Entwicklung bzw. Entfernung der modifizierten Bereiche des Positivlacks, der verbleibende (Rand-)Bereich des Positivlacks als eine Maske für die nachfolgende Entwicklung des darunter angeordneten Negativlacks genutzt werden kann. Nach der Entwicklung der Lacke wird so eine äußere Struktur aus nicht entferntem Positivlack auf Negativlack gebildet. Zusätzlich wird eine innere Struktur aus modifiziertem, nicht entferntem Negativlack gebildet.
Zur Entwicklung der Lacksorten wird insbesondere eine Ätzung mit spezifischen Entwicklern durchgeführt. Durch die Ausführung eines derartigen Verfahrens, gelangt man besonders vorteilhaft zu extrem eng benachbarten Strukturen mit jeweils definierten und reproduzierbar herstellbaren Größen und Abständen bis hinab zu weniger als 10 Nanometern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein größerer Bereich des Positivlacks als im Negativlack bestrahlt.
Dann kann vorteilhaft die Bestrahlung beider übereinander angeordneter Lacke durch einen einzigen Elektronenstrahllithographischen Schritt erfolgen, wie weiter unten ausgeführt wird. Darüber hinaus können die verbleibenden Lackreste des Positivlacks als Maske für einen darunter angeordneten Negativlack verwendet werden.
Es ist möglich, zunächst diejenige Lacksorte zu bestrahlen und zu entwickeln, welche die Deckschicht des Schichtsystems ausbildet. Erst im Anschluss hieran erfolgt dann die Bestrahlung und Entwicklung der unmit telbar auf dem Substrat angeordneten Lacksorte bzw. -Schicht unterhalb der durch Entwicklung entfernten Bereiche der Lacksorte, welche die Deckschicht ausbildet. Dadurch wird besonders vorteilhaft bewirkt, dass die Bereiche, welche nach Bestrahlung modifiziert werden, genau festgelegt werden können.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden regelmäßig und sehr vorteilhaft Strukturen mit kleinsten Abmessungen bzw. Strukturen mit geringsten Abständen zueinander in den Lacksorten erzeugt, welche erheblich kleiner bzw. geringer sind, als dies selbst mit bisherigen Elektronenstrahllithographischen Verfahren möglich ist. Es können innere Strukturen gebildet werden, welche von äußeren Strukturen zumindest teilweise umschlossen werden.
Die gebildeten Strukturen sind reproduzierbar zu erzeugen und weisen regelmäßig einen Mindestabstand von nur 5 bis 50 Nanometern auf.
Die so erzeugten Strukturen aus Lackresten werden vorteilhaft als Maske für die Strukturierung des Substrats verwendet.
Der Negativlack weist in einer Ausgestaltung der Erfindung eine wesentlich niedrigere Empfindlichkeit als der Positivlack für Elektronen auf. Dann wird die Elektronenstrahldosis zum Modifizieren des Negativlacks viel höher gewählt, als zur Modifizierung des Positivlacks. Dadurch können sehr vorteilhaft die beiden Lacke spezifisch durch verschiedene Elektronenstrahldosen modifi ziert werden. Insbesondere ist es möglich, bei Wahl einer hohen Dosis beide Lacksorten in einem Schritt zu modifizieren.
Zur Modifizierung nur des Positivlacks kann eine nach Art der verwendeten Lacke derartig geringe Elektronenstrahldosis gewählt werden, dass nur der gewünschte Teilbereich im Positivlack modifiziert wird.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt lediglich eine einmalige Bestrahlung zur Modifizierung beider Lacke gleichzeitig im Lagensystem. Die Modifizierung erfolgt derart, dass im Positivlack die Größe des modifizierten Bereichs unter Ausnutzung des Proximityeffektes gebildet wird. Hierzu wird vorzugsweise für den Elektronenstrahllithographischen Schritt eine Elektronenstrahldosis gewählt, welche ausreicht, um beide Lacke zu modifizieren.
Alternativ werden die Lacke mittels mehrerer (Elektronenstrahllithographie) Schritte modifiziert, wobei an Hand der ausgewählten Dosen die Lacke jeweils spezifisch modifiziert werden.
Eine Elektronenstrahllithographie bewirkt vorteilhaft eine hohe Flexibilität in Bezug auf die Geometrie der erzeugten Strukturen.
Durch Nutzung der Elektronenrückstreuung kann gewollt ein auf dem Negativlack angeordneter Positivlack auf Grund des Proximityeffektes z. B. kreisförmig modifiziert werden. Der im Positivlack modifizierte Be modifiziert werden. Der im Positivlack modifizierte Bereich weist einen größeren Durchmesser auf, als der im Negativlack.
Dies bewirkt vorteilhaft, dass in einem einzigen Schritt, bei genügend großer Elektronenstrahldosis beide Lackschichten bzw. -Sorten mittels einer einzigen Bestrahlung modifiziert werden können. Unter Ausnutzung des Proximityeffektes wird besonders vorteilhaft eine wohl definierter Bereich auch im Positivlack modifiziert. Das Verfahren gewährleistet vorteilhaft eine Festlegung der Modifikationen in den Lacken zur Erzeugung der gewünschten Strukturen in beiden Lacken durch eine einzige Bestrahlung. Da die nachfolgenden Entwicklungsschritte immer Strukturen erzeugen, deren Abmessungen durch den modifizierten, entfernten Bereich des Positivlacks und des modifizierten, nicht entfernten Bereichs des Negativlacks definiert werden, sind extrem kleine Mindestabstände zwischen den Teilbereichen der Struktur erzeugbar.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, dass ein Fachmann eine mehrmalige Bestrahlung des Schichtsystems aus Positivlack und Negativlack auf einem Substrat vorsieht. Mit einer mehrmaligen Bestrahlung ist insbesondere die mehrfache spezifische Bestrahlung der Lacksorten umfasst, so dass auf Grund der gewählten Dosen und Schichtdicken mal die eine und sodann die andere Lacksorte oder beide gleichzeitig bestrahlt werden. Selbstverständlich ist aber auch eine mehrfache bzw. sogar vielfache Bestrahlung einer oder beider Lacksorten an unterschiedlichen Bereichen möglich.
Es kann nacheinander entweder zunächst der Negativlack oder der Positivlack bestrahlt und modifiziert werden, wobei die Reihenfolge der Bestrahlung der Lacksorten frei wählbar ist.
Vorteilhaft wird durch eine mehrfache Bestrahlung bewirkt, dass exakt definierte Bereiche sowohl im Positivlack als auch im Negativlack modifiziert werden.
Das Verfahren sieht in einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Anpassung der Bestrahlungsdosen an die herzustellenden Strukturen und an die Art der Lacke vor.
Durch die nachfolgenden Entwicklungsschritte werden immer Strukturen erzeugt, deren Abmessungen durch den modifizierten und sodann entfernten Bereich des Positivlacks und des modifizierten, während der Entwicklung nicht entfernten Bereichs des Negativlacks definiert werden. So werden extrem kleine Strukturen und Abstände zwischen den erzeugten Strukturen mittels des Verfahrens erzeugt.
Es kann beispielsweise zunächst eine erste Bestrahlung zur Modifizierung des Negativlacks und des Positivlacks und sodann mindestens eine weitere Bestrahlung zur Modifizierung ausschließlich des Positivlacks durchgeführt werden.
Der erste Lithographieschritt kann mit einer derart geringen Elektronenstrahldosis durchgeführt werden, dass nur der Positivlack als Deckschicht auf dem Negativlack modifiziert wird. In einem nachfolgenden Lithographieschritt wird eine Elektronenstrahldosis gewählt, die ausreicht, um beide Lackschichten zu modifizieren. Es kann aber auch die genau umgekehrte Reihenfolge der Bestrahlung gewählt werden.
Das umgekehrte Verfahren ist ebenfalls ausführbar. Dann wird durch Wahl einer hohen Elektronenstrahldosis sowohl der Positivlack als auch der darunter liegende Negativlack modifiziert. Anschließend wird eine weitere Bestrahlung ausschließlich des Positivlacks vorgenommen.
Es ist denkbar, dass durch das Verfahren übereinander angeordnete Strukturen in Negativlack auf Positivlack, wobei der Positivlack auf dem Substrat angeordnet ist, erzeugt werden. Es erscheint hierzu denkbar, das Verfahren derartig durchzuführen, dass eine Modifizierung des Negativlacks nicht zwangsläufig auch zu einer Modifizierung des darunter liegenden Positivlacks führt. So ist vorstellbar, zwischen dem Positivlack auf dem Substrat und dem Negativlack als Deckschicht eine Absorberschicht anzuordnen, welche die Elektronen bzw. Photonen daran hindern, bis in den unmittelbar auf dem Substrat angeordneten Positivlack vorzudringen. Auch eine Anpassung der Dosis bzw. Intensität an die Schichtdicke des Negativlacks zu diesem Zweck ist möglich, sowie die Wahl einer vergleichsweise großen Schichtdicke des Negativlacks.
Besonders bevorzugt aber werden durch das erfindungsgemäße Verfahren übereinander angeordnete Strukturen aus Positivlackresten auf Negativlackresten in enger Nachbarschaft zu Negativlackresten allein, erzeugt. Die Ne gativlackreste sind dabei unmittelbar auf dem Substrat angeordnet.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Struktur durch Elektronenstrahllithographie kann mit den nachfolgenden Schritten durchgeführt werden:

– auf einem Negativlack, welcher auf einem Substrat angeordnet ist, wird ein Positivlack mit höherer Empfindlichkeit für Elektronen als im Negativlack angeordnet,
– beide Lacke werden mit Elektronen genügend hoher Dosis bestrahlt, wobei in dem auf dem Negativlack angeordneten Positivlack unter Ausnutzung von Elektronenstreuung („Proximityeffekt") ein größerer Bereich modifiziert wird, als im darunter angeordneten Negativlack,
– beide Lacke werden entwickelt, wobei die modifizierten Bereiche des Positivlacks und die nicht modifizierten Bereiche des Negativlacks entfernt werden.

Auch durch dieses erfindungsgemäße Verfahren werden durch die abschließenden Entwicklungsschritte Strukturen erzeugt, deren Abmessungen und Abstände zueinander durch den modifizierten und sodann entfernten Bereich des Positivlacks sowie des modifizierten, nicht entfernten Bereichs des Negativlacks definiert werden. So werden wiederum kleinste Mindestabstände der Teilstrukturen zueinander erzeugt. Durch das Elektronenstrahl schreiben sind besonders vorteilhaft zudem auch die Abmessungen der einzelnen Strukturen an sich sehr klein. Erfindungsgemäß wird dabei der Bereich im Positivlack durch Elektronenrückstreuung unter Nutzung des Proximityeffektes gebildet. Mittels dieses erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorteilhaft bewirkt, dass als erzeugte Struktur auf dem Substrat ein modifizierter Bereich des Negativlacks, beispielsweise als Steg oder inselartige, gegebenenfalls kreisförmige Struktur zwischen angrenzenden, gegebenenfalls ringförmigen Bereichen aus übereinander angeordnetem aus Positiv- und Negativlack auf dem Substrat erzeugt werden. Dabei ist der Negativlack unmittelbar auf dem Substrat angeordnet. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt wiederum darin, dass die Abstände zwischen diesen Teilstrukturen definiert geringer sind, als gemäß Stand der Technik herstellbar.
Selbstverständlich kann ein Fachmann je nach Art der erwünschten Strukturen die Materialien der Lacke sowie deren Modifizierung für eines der erfindungsgemäßen Verfahren aneinander anpassen, z. B. mittels geeigneter Wahl der Elektronenstrahldosen.
Die durch die erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Strukturen mit erfindungsgemäß kleinsten Abständen zueinander sind erfindungsgemäß als Maske für nachfolgende Ätzschritte oder Abscheideverfahren oder auch Ionenimplantationen zur Strukturierung des Substrats besonders vorteilhaft verwendbar.
Auf diese Weise werden ganz besonders vorteilhaft neuartige Bauelemente durch die Strukturierung des Substrates mit den aus Lackresten bestehenden Masken bereitgestellt. Die Strukturen im Substrat weisen dann wesentlich geringere Abmessungen auf, als dies bisher nach dem Stand der Technik möglich war. Die Größe und die Abstände zwischen den verbleibenden Lackbereichen auf dem Substrat definieren die Güte der nachfolgenden Prozessierung des Substrats und der dann erhaltenen Strukturen.
An allen entfernten Bereichen des Lacks, welcher unmittelbar auf dem Substrat angeordnet ist, ist das Substrat durch die Entwicklung dieser Lacksorte nämlich freigelegt. Da die Abstände zu den benachbarten Lackbereichen erfindungsgemäß so gering sind, ist das freigelegte Substrat in den nachfolgenden Abscheide- und/oder Ätzverfahren und/oder Ionenimplantationen nahezu punktuell modifizierbar. Die verbleibenden Lackreste dienen also gemeinsam als Maske für die nachfolgenden Prozessierungsschritte des Substrats.
Wie oben ausgeführt, ist ein Fachmann vorteilhaft mittels jedes der angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren in die Lage gesetzt, Strukturen mit kleineren Abmessungen und Mindestabständen zu erzeugen als dies selbst mittels Elektronenstrahllithographie gemäß Stand der Technik möglich wäre.
Der Begriff Struktur bezieht sich erfindungsgemäß sowohl auf die Struktur der nach der Entwicklung verbleibenden Lackreste, aber auch und insbesondere auf die im Substrat unter Verwendung der Lacke hergestellten Strukturen.
Es ist selbstverständlich, dass ein Fachmann je nach Zielsetzung die Substrate frei auswählen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist diesbezüglich nicht limitiert.
Durch die erfindungsgemäßen Verfahren wird der Proximityeffekt zur Erzeugung der Strukturen in den Lacken aktiv ausgenutzt. Mit aktiver Nutzung des Proximityeffektes ist gemeint, dass die Größe der modifizierten Bereiche im Negativlack und insbesondere im Positivlack je nach Art der chemischen Natur der Lacke, der Dicke der Lackschichten und durch geeignete Wahl der Dosis vorhersagbar erzeugt werden kann.
Dies trifft auch zu, sofern nur ein einziger Elektronenstrahllithographieschritt zur gleichzeitigen Modifizierung von Positivlack auf Negativlack durchgeführt wird.
Im Weiteren wird die Erfindung an Hand von einigen Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren näher beschrieben.
Es zeigen:
1: Schematische Querschnittsansicht einer Schichtenfolge aus Substrat 1, Negativlack 2 und Positivlack 3. Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach den Schritten A bis E erfolgt mit zwei Elektronenstrahllithographieschritten zur Modifizierung des Negativlacks 2 und des Positivlacks 1.
2: Schematische Querschnittsansicht einer Schichtenfolge aus Substrat 21, Negativlack 22 und Positivlack 23. Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach den Schritten A bis C erfolgt mit nur einem Elektronenstrahllithographieschritt zur Modifizierung des Nega tivlacks 22 sowie des Positivlacks 21 als ein Beispiel aktiver Nutzung des Proximityeffektes.
3: Schematische Aufsichtsansicht einer kreisförmig erzeugten Struktur aus Negativlack 34a (gerade Schraffur) und übereinander angeordneten Schichten aus Positivlack 33a, 33b (diagonale Schraffur) auf darunter liegendem Negativlack (nicht dargestellt). Der Negativlack (nicht dargestellt) ist unmittelbar auf dem Substrat 31 angeordnet.
1. Ausführungsbeispiel:
Gemäß einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Bildung der Schichtenfolge gemäß der 1A in einem ersten Schritt die Lacke 2, 3 übereinander auf dem Substrat 1 angeordnet. Hierzu wird zunächst auf dem Substrat 1 der Negativlack 2 angeordnet. Als Negativlack 2 wird Hydrogen Silsesquioxane (HSQ) gewählt, welcher mit einer Lackschleuder auf dem Substrat 1 aufgebracht wird. Die Dicke der Schicht 2 beträgt etwa 100 bis 200 Nanometer. Die Trocknungstemperatur für diesen Lack 2 betrug 220°C.
Hierauf wird als Positivlack 3 Polymethylmethacrylate (PMMA 200K) ebenfalls mit einer Lackschleuder aufgebracht. Die Dicke der Lackschicht 3 beträgt etwa 200 Nanometer. Als Trocknungstemperatur wurde 180°C gewählt.
Es werden zwei Elektronenstrahllithographieschritte in zwei aufeinander folgenden Teilschritten durchgeführt.
In einem ersten Elektronenstrahllithographieschritt erfolgt eine Bestrahlung mit Elektronen, dargestellt durch den Pfeil 5a mit geringer Abmessung, mit hoher Dosis von etwa 1000 bis 5000 μC/cm². Im Resultat werden auf diese Weise beide Lacksorten, der Negativlack 2 auf dem Substrat 1 und der auf dem Negativlack angeordnete Positivlack 3 und also ein modifizierter Bereich 4a erzeugt, welcher durch beide Lackschichten bzw. -sorten verläuft (1B). Dieser Bereich 4a stellt im Querschnitt eine Linie von etwa 10 bis 100 Nanometer Breite dar. In Aufsicht ist dieser Bereich kreisförmig gegen die angrenzenden Bereiche abgegrenzt.
Angrenzend zu diesem modifizierten Bereich 4a verbleiben nicht modifizierte Bereiche 3a, 3b im Positivlack bzw. 2a, 2b im Negativlack. Diese Strukturen können beispielsweise ringförmig oder auch linienförmig und je nach Steuerung des Elektronenstrahls auch andersartig ausgestaltet sein (1B).
Hierauf wird ein zweiter Elektronenstrahllithographieschritt mit schwacher Dosis 5b durchgeführt (1C). Dabei werden weitere, zum Bereich 4a gemäß der 1B unmittelbar angrenzende Bereiche ausschließlich im Positivlack 3a, 3b modifiziert, nicht hingegen im darunter angeordneten Negativlack 2a, 2b, da hierzu die Dosis zu niedrig gewählt wird. Der Negativlack 2 verbleibt auf Grund der zu geringen Dosis unverändert als lediglich modifizierter Bereich 4a und der nicht modifizierten Bereiche 2a, 2b, wie bereits in 1B dargestellt.
Dadurch wird im Ergebnis erzielt, dass der modifizierte Bereich 4a im Positivlack vergrößert wird und nunmehr einen Bereich 4b ausbildet. Dieser Bereich 4b ist größer, als nach dem ersten Elektronenstrahllithographieschritt mit hoher Dosis 5a. Der modifizierte Bereich 4b im Positivlack schließt, in Aufsicht projizierend betrachtet, auch den modifizierten Bereich 4a im Negativlack (1C) ein, und ist, in Aufsicht betrachtet, ringförmig ausgestaltet. Der zweite Elektronenstrahllithographieschritt legt die zum Bereich 4a hin gerichteten Randbereiche der beiden herzustellenden Strukturen 2a, 3a und 2b, 3b in den Lacken fest. Während des zweiten Schrittes wird dabei lediglich eine Dosis von etwa 200 μC/cm² gewählt. Es wird so wiederum in Aufsicht betrachtet ein Innenbereich 4a aus Negativlack gebildet, welcher von einem äußeren Bereich aus Positivlack 3a, 3b auf Negativlack 2a, 2b auf Substrat 1 umschlossen wird.
In einem letzten Schritt werden der Negativlack und der Positivlack entwickelt. Dabei wird zunächst der PMMA-200K Positivlack mit Methylisobutylketon (MIBK) im Bereich 4b entwickelt. Durch den Entwickler wird der modifizierte Bereich 4b im Positivlack entfernt, also an allen bestrahlten Stellen aufgelöst. Das im Schnitt U-förmig entstandene Profil aus entferntem Positivlack (1D) dient im Weiteren als Maske bei der Entwicklung des darunter angeordneten Negativlacks 2a, 2b.
Der entfernte Bereich im Positivlack legt die Randbereiche des Negativlacks fest, welche durch den Entwickler an den nicht modifizierten Bereichen 2a, 2b entfernt werden. Der verbleibende Positivlack dient als Maske während der Entwicklung des Negativlacks.
Nach der Entwicklung des Negativlacks sind freigelegte Bereiche bis hinab zum Substrat 1 erzeugt worden.
Die Entwicklung des HSQ Negativlacks 2a, 2b erfolgt mit Tetramethylammoniumhydroxid. Dieser Negativlack wird an allen Stellen 2a, 2b aufgelöst, welche nicht mehr vom PMMA-Positivlack 3a, 3b bedeckt vorliegt, mit Ausnahme des Bereichs 4a, welcher mit der hohen Elektronenstrahldosis des ersten Elektronenstrahllithographieschritts bestrahlt und daher modifiziert wurde.
Als Resultat ergeben sich die übereinander angeordneten Linienstrukturen 2a, 2b aus Negativlack und hierauf angeordnetem Positivlack 3a, 3b, sowie die kreisförmige innere Struktur 4a aus Negativlack im Lacksystem, mit einem durch die Linienbreite beider Elektronenstrahllithographieschritte definierten Abstand. Dieser Abstand wird durch das Auflösungsvermögen des Negativlacks begrenzt und ist somit nicht mehr abhängig von der Größe oder der Bestrahlungsdosis der beiden Linienstrukturen.
Der Positivlack 3 weist keine Querempfindlichkeit zum Entwickler bzw. der Ätzlösung des Negativlacks auf und wird somit auch nicht während der Entwicklung des Negativlacks 2a, 2b unterätzt.
Im zweiten Entwicklungsschritt werden die nicht durch Elektronenstrahllithographie modifizierten und nicht mehr durch Positivlack abgedeckten Bereiche im Negativlack 2a, 2b entfernt (1E)
Durch dieses Verfahren sind exakte Abmessungen eng benachbarter Strukturen 4a zu 2a, 3a bzw. 4a zu 2b, 3b bis hinab zu 5 Nanometern erzeugbar. Die erzeugte Struktur weist Abmessungen auf, welche durch den entfernten Bereich des Positivlacks 4b und des modifizierten, nicht entfernten Bereichs des Negativlacks 4a definiert ist.
Selbstverständlich sind die Randbereiche 2a, 2b bzw. 3a, 3b bezüglich der Formgebung nicht auf die Linienform beschränkt. Es können auch kreisförmige geschlossene äußere Bereiche 2a, 2b, 3a, 3b erzeugt werden, die den inneren Bereich 4a umschließen, siehe 3.
Es ist in weiteren nicht mehr dargestellten Schritten möglich, das Substrat 1 beliebig zu modifizieren, beispielsweise durch Ionenimplantation, oder durch Ätz- oder Abscheideverfahren. Dabei dient die Struktur aus verbleibendem Positivlack 3a, 3b und Negativlack 2a, 2b, mit kleinsten Abmessungen und Abständen zur Struktur 4a als Maske für das darunter angeordnete Substrat 1. Dieses kann somit nahezu punktförmig modifiziert werden.
2. Ausführungsbeispiel:
Gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels werden in einem ersten Schritt wiederum die Lacke übereinander auf einem Substrat angeordnet. Hierzu wird zunächst auf einem Substrat 21 der Negativlack 22 angeordnet. Als Negativlack 22 wird Hydrogen Silsesquioxane (HSQ) verwendet, welcher mittels einer Lackschleuder auf das Substrat 21 aufgebracht wird. Die Schichtdicke des Negativlacks 22 beträgt etwa 100 bis 200 Nanometer. Die Trocknungstemperatur für den Negativlack 22 beträgt beispielsweise 220°C.
Hierauf wird der Positivlack 23, hier Polymethylmethacrylate (PMMA 200K), ebenfalls mit einer Lackschleuder aufgebracht. Die Schichtdicke des Positivlacks 23 beträgt etwa 200 Nanometer. Als Trocknungstemperatur wird 180°C gewählt. Man erhält die in 2A dargestellte Schichtenfolge aus Substrat 21, darauf angeordnetem Negativlack 22, und wiederum hierauf angeordnetem Positivlack 23.
Anschließend wird eine Elektronenstrahllithographie in nur einem einzigen Schritt mit derartig hoher Dosis durchgeführt, dass die einmalige Bestrahlung ausreicht, um beide Lacksorten 22, 23 im Schichtsystem zu modifizieren. Die gewünschte Modifizierung im Positivlack 23 wird dabei durch Ausnutzung des Proximityeffektes erzeugt.
Der Proximityeffekt, dargestellt durch die vom Substrat 21 zurückführenden Pfeile 26, verursacht in einer durch den Fachmann einstellbaren Weise, je nach Dicke der Schichten 22, 23 und je nach Energie der Rückgestreuten Elektronen 26 eine Vergrößerung des durch den Elektronenstrahl 25a in Richtung Substrat 21 primär festgelegten Bereichs im Positivlack 23 zu einer Struktur 24b (2B).
Unter Ausnutzung des Proximityeffektes wird dabei im Positivlack 23 durch die Rückgestreuten Elektronen 26 die Größe des modifizierten Bereichs 24b definiert. Eine zweite Lithographie wie im ersten Ausführungsbeispiel entfällt.
Während im 1. Ausführungsbeispiel die Größe des Bereichs 4b genau definierbar ist, entfällt im 2. Ausführungsbeispiel die Notwendigkeit einer zweiten Elektronenstrahllithographie, welche exakt auf die erste Lithographie justiert werden muss. Wenn die Breite der beiden Linien nur eine unwesentliche Rolle spielt, und die Bestrahlung durch den Proximityeffekt ausreicht, kann, wie für das zweite Ausführungsbeispiel gezeigt, der Positivlack 24b vorteilhaft selbstjustiert bestrahlt und modifiziert werden.
Durch Ausnutzung des Proximityeffektes werden ringförmige bzw. kreisförmige Erhebungen als Strukturen erzeugt, indem ein Elektronenstrahl 25a mit hoher Dosis kreisförmig den Negativlack modifiziert (2A–C, 3). Ein äußerer Ring 22a, 22b, 23a, 23b (2) bzw. 33a, 33b (3) wird gebildet aus einer kreisförmigen Bestrahlung des Positivlacks 23 zur Bildung des Bereichs 24b. Dieser Bereich 24b hat auf Grund des Proximityeffektes einen größeren Durchmesser als der Bereich 24a, welcher im Negativlack modifiziert wurde. Der innere Bereich bzw. Kreis 24a im Negativlack ist in Aufsicht betrachtet im kreisförmig modifizierten Bereich 24b des Positivlacks angeordnet.
In einem letzten Schritt werden beide Lacke nacheinander entwickelt. Dabei wird zunächst der modifizierte PMMA-200K Positivlack 24b wie in 1D (nicht dargestellt) entwickelt. Durch den Entwickler wird der Positivlack an den modifizierten Bereichen 24b entfernt, also an allen bestrahlten Stellen aufgelöst. Randbereiche 23a, 23b verbleiben auf dem Negativlack 22a, 22b (2B) und dienen im Weiteren als Maske bei der Entwicklung des Negativlacks.
Im Anschluss hieran wird die Entwicklung des HSQ Negativlacks 22a, 22b vorgenommen. Dieser wird an allen Stellen 22a, 22b aufgelöst, welche nicht mehr vom PMMA-Positivlack bedeckt werden, mit Ausnahme des Bereichs 24a, welcher mit der hohen Elektronenstrahldosis des einmaligen Lithographieschritts bestrahlt und daher modifiziert wurde.
Als Resultat ergibt sich eine im Querschnitt (2c) bzw. Aufsicht (3) dargestellte kreisförmige Erhebung 24a, 34a aus Negativlack in einer ringförmigen Struktur aus Positivlack im Lacksystem. Es wird deutlich, dass die Randbereiche 23a, 23b (2) bzw. 33a, 33b (3) des Positivlacks als Maske für den darunter angeordneten Negativlack 24a, 22a, 22b während dessen Entwicklung diente. Im zweiten Entwicklungsschritt werden bei der Entfernung des nicht modifizierten und nicht durch den Positivlack abgedeckten Negativlack dessen nicht modifizierte Bereiche 22a, 22b entfernt.
Der Abstand von Struktur 24a zu den Strukturen 22a, 23a bzw. 22b, 23b beträgt etwa 10 Nanometer.
Drittes Ausführungsbeispiel:
Ausgehend von der Struktur der 1A wird zunächst der Positivlack bestrahlt und sodann entwickelt. Nach Entfernung der modifizierten Bereiche im Positivlack wird innerhalb des entfernten Bereichs eine Bestrahlung des Negativlacks durchgeführt. Die Abmessungen der modifizierten und entfernten Bereiche entsprechen denen der 1.
Es ist also unerheblich, ob zunächst beide Lacksorten bestrahlt und entwickelt werden, oder ob zunächst die eine Lacksorte bestrahlt und entwickelt wird und sodann die andere Lacksorte bestrahlt und entwickelt wird.
Es ist möglich, dass an Stelle der in den Ausführungsbeispielen gewählten Elektronenstrahllithographischen Verfahren, ein rein optisches Lithographieverfahren durchgeführt wird. Dann muss die unterschiedliche Belichtungsdosis für den Positivlack und den Negativlack durch das zweimalige optische Belichten mit zwei verschiedenen Masken erfolgen, oder das Belichten des Positivlacks mit der kleineren Belichtungsdosis erfolgt durch Streulicht an den Rändern der Maskenstrukturen.
Es ist auch denkbar, dass an Stelle der in den Ausführungsbeispielen angegebenen Elektronenstrahllithographischen Verfahren eine Kombination aus Elektronenstrahlithographie und optischer Lithographie zur Modifizierung der Lacke angewendet wird. Dabei können zur Modifizierung des Negativlacks vorzugsweise die Elektronenstrahllithographie und zur Modifizierung des Positivlacks eine optische Lithographie angewandt wird.
Es ist denkbar, an Stelle der im ersten Ausführungsbeispiel gewählten hohen Dosis des ersten Elektronenstrahllithographieschrittes eine Photolithographie mit hoher UV-Intensität, und anstelle des zweiten Elektronenstrahllithographieschrittes eine Photolithographie mit niedriger UV-Intensität durchzuführen.
Alle derartig gebildeten Strukturen werden vorteilhaft als Maske für nachfolgende Ätzschritte oder Abscheideverfahren oder Ionenimplantationen des freigelegten Substrates verwendet werden.
Als Substrat kann jedwedes Substrat verwendet werden, da die so entstehende Struktur aus Positivlack und Negativlack gemeinsam als Maske für nachfolgende Prozessierungen des Substrats genutzt wird.
Es ist weiterhin denkbar, dass auch ein Multilagensystem, umfassend viele verschiedene Negativ- und Positivlackschichten auf einem Substrat zu verwenden. Je nach Dosis für die verwendeten Materialien können so komplexere Strukturen auf dem Substrat gebildet werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Struktur (2a, 2b, 3a, 3b, 4a; 22a, 22b, 23a, 23b, 24a; 33a, 33b, 34a) durch Lithographie in einem auf einem Substrat (1; 21; 31) übereinander angeordnetem Schichtsystem aus wenigstens je einer Schicht Negativlack (2; 22) und Positivlack (3; 23), mit den Schritten: – beide Lacksorten (2, 3; 22, 23) werden bestrahlt, so dass Bereiche (4a, 4b; 24a, 24b) der Lacke modifiziert werden, – beide Lacksorten werden entwickelt, – es wird eine Struktur auf dem Substrat (1; 21; 31) gebildet, welche durch den entfernten Bereich des Positivlacks (4b; 24b) und des modifizierten, nicht entfernten Bereichs des Negativlacks (4a; 24a; 34a) definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Wahl eines Schichtsystems aus Substrat (1; 21; 31), Negativlack (2; 22), welcher auf dem Substrat (1, 21) angeordnet ist, und auf dem Negativlack (2; 22) auf der vom Substrat (1; 21) gegenüberliegenden Seite des Negativlacks (2; 22) angeordnetem Positivlack (3; 23).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein größerer Bereich im Positivlack (4b; 24b) als im Negativlack (4a; 24a) modifiziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach der Entwicklung einer Lacksorte, dessen nicht entfernten Bereiche als Maske während der Entwicklung der darunter angeordneten Lacksorte genutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Randbereiche nicht entfernten Positivlacks (3a, 3b; 23a, 23b; 33a, 33b) als Maske während der Entwicklung des darunter angeordneten Negativlacks genutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine äußere Struktur aus nicht entferntem Positivlack (3a, 3b; 23a, 23b; 33a, 33b) auf Negativlack (2a, 2b; 22a, 22b) auf dem Substrat (1; 21; 31) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine innere Struktur aus modifiziertem, nicht entferntem Negativlack (4a; 24a; 34a) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine mehrmalige Bestrahlung des Schichtsystems zur Modifikation der Lacksorten (2, 3).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nacheinander entweder zunächst der Negativlack und sodann der Positivlack bestrahlt wird oder umgekehrt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bestrahlung und die Entwicklung der einen Lacksorte vor der Bestrahlung und der Entwicklung der anderen Lacksorte vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine einmalige Bestrahlung des Schichtsystems zur Modifikation beider Lacksorten (22, 23).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Elektronenstrahllithographisches Verfahren zur Modifikation der Lacksorten.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Positivlack und/oder im Negativlack die Größe des modifizierten Bereichs durch den Proximityeffekt gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Struktur durch Elektronenstrahllithographie, mit den Schritten: – auf einem Negativlack, welcher auf einem Substrat angeordnet ist, wird ein Positivlack mit höherer Empfindlichkeit für Elektronen als im Negativlack angeordnet, – beide Lacksorten werden mit Elektronen genügend hoher Dosis bestrahlt, wobei in dem auf dem Negativlack angeordneten Positivlack unter Ausnutzung von Elektronenrückstreuung ein größerer Be reich modifiziert wird, als in dem darunter angeordneten Negativlack, – beide Lacksorten werden entwickelt, wobei modifizierte Bereiche des Positivlacks und nicht modifizierte Bereiche des Negativlacks entfernt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch ein optisches Lithographieverfahren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem je nach herzustellenden Strukturen und Materialien der Lacke die Bestrahlungsdosis bzw. -Intensität angepasst wird.
Struktur (2a, 2b, 3a, 3b, 4a; 22a, 22b, 23a, 23b, 24a; 33a, 33b, 34a), umfassend ein auf einem Substrat (1; 21; 31) übereinander angeordnetes Schichtsystem aus wenigstens einem Negativlack (2; 22) und einem Positivlack (3; 23).
Struktur nach Anspruch 17, umfassend eine innere Struktur aus Negativlack (4a; 24a; 34a) in einer äußeren Struktur aus Positivlack (3a; 3b; 23a, 23b; 33a, 33b) auf Negativlack (2a, 2b; 22a, 22b).
Struktur nach Anspruch 17, umfassend eine innere Struktur aus Negativlack auf Positivlack in einer äußeren Struktur aus Positivlack.
Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 19, hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16.
Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die gebildeten inneren und äußeren Strukturen einen Abstand zwischen 5 bis 50 Nanometer aufweisen.
Verwendung einer Struktur nach Anspruch 17 bis 21 als Maske für die Strukturierung des Substrates (1; 21; 31).
Verwendung nach vorhergehendem Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung des Substrates (1; 21; 31) ein Ätzverfahren und/oder ein Abscheideverfahren und/oder eine Ionenimplantationen umfasst.