DE102006051766A1

DE102006051766A1 - Verfahren zum Strukturieren eines Fotolacks

Info

Publication number: DE102006051766A1
Application number: DE200610051766
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Sebald; Klaus Dr. Elian
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2008-05-08

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer strukturierten Fotolackschicht (21, 22) auf einem Substrat (20). Hierbei wird ein Substrat (20) beteitgestellt, eine Fotolackschicht (21, 22) auf das Substrat (20) aufgebracht sowie die Fotolackschicht (21, 22) selektiv belichtet, wobei eine erste Säure (41) in einem belichteten Bereich (23) der Fotolackschicht (21, 22) ausgebildet wird. Durch ein erstes Backen der Fotolackschicht (21, 22) werden säurekatalysierte chemische Reaktionen hervorgerufen, durch welche eine Löslichkeit des belichteten Bereichs (23) der Fotolackschicht (21, 22) beeinflusst wird. Eine zweite Säure (42) wird selektiv in den belichteten Bereich (23) der Fotolackschicht (21, 22) eindiffundiert. Durch ein zweites Backen der Fotolackschicht (21, 22) werden säurekatalysierte chemische Reaktionen hervorrufen, durch welche die Löslichkeit des belichteten Bereichs (23) der Fotolackschicht (21, 22) weiter beeinflusst wird. Zum Strukturieren wird die Fotolackschicht (21, 22) mithilfe eines Entwicklers entwickelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer strukturierten Schicht eines Fotolacks, insbesondere eines chemisch verstärkten Fotolacks auf einem Substrat.
Die Herstellung hochintegrierter elektrischer Schaltkreise mit geringen Strukturdimensionen auf einem Halbleitersubstrat erfolgt in der Regel mithilfe von fotolithografischen Strukturierungsverfahren. Hierbei wird eine strahlungsempfindliche Schicht eines Fotolacks auf eine zu strukturierende Oberfläche eines Halbleitersubstrats aufgebracht, wahlweise ein Vorbackprozess (Prebake) zum Austreiben eines Lösungsmittels aus dem Fotolack durchgeführt, und die Fotolackschicht beispielsweise mithilfe von elektromagnetischer Strahlung durch eine Belichtungsmaske selektiv belichtet. Bei dem Belichtungsvorgang werden auf der Belichtungsmaske angeordnete lithografische Strukturen auf die Fotolackschicht abgebildet. Alternativ kann die selektive Belichtung der Fotolackschicht dadurch durchgeführt werden, dass die gewünschten Strukturen ohne Einsatz einer Belichtungsmaske mithilfe eines Elektronen- oder eines Ionenstrahls direkt auf die Fotolackschicht übertragen werden (Direct Writing).
Im Anschluss an die selektive Belichtung erfolgen ein Nachbacken der Fotolackschicht (Post Exposure Bake, PEB), und ein darauf folgender Entwicklungsprozess mithilfe eines auf den Fotolack abgestimmten Entwicklers, in dessen Verlauf sich die Strukturierung der Fotolackschicht vollzieht. Die auf diese Weise strukturierte Fotolackschicht wird üblicherweise in einem weiteren Backprozess gehärtet (Hardbake) und kann anschließend als Maske in einem Ätzprozess zur Strukturierung einer darunter liegenden Halbleiterschicht oder zur Maskierung der Halbleiterschicht im Rahmen einer Implantationsdotierung eingesetzt werden.
Bei den verwendeten Fotolacken unterscheidet man zwischen Positiv- und Negativ-Lacken, je nachdem, ob die belichteten oder unbelichteten Bereiche beim Entwickeln entfernt werden. Im Falle eines positiven Fotolacks löst sich der Fotolack an den belichteten Bereichen in einem Entwickler auf, wohingegen die nicht bestrahlten Fotolackbereiche stehen bleiben. Bei einem negativen Fotolack ist es genau umgekehrt, d.h. dass belichtete Stellen des Fotolacks nach der Lackentwicklung stehen bleiben, während unbelichtete Fotolackbereiche beim Entwickeln ausgewaschen werden.
Zu den derzeit wichtigsten in der Halbleiterindustrie eingesetzten Fotolacken zählen die sogenannten chemisch verstärkten Fotolacke (Chemically Amplified Resist, CAR), welche sich durch eine hohe Empfindlichkeit auszeichnen und insbesondere in hochauflösenden Lithografieverfahren zur Anwendung kommen. Hierunter fallen Verfahren mit einer elektromagnetischen Belichtungsstrahlung des nahen und tiefen UV-Bereichs, d.h. mit Wellenlängen von beispielsweise 248, 193 und 157 nm, die (zukünftige) sogenannte EUV-Lithografie mit einer elektromagnetischen Belichtungsstrahlung des extremen UV-Bereichs (Wellenlängen von 11 bis 14 nm), Lithografieverfahren mit Röntgenstrahlung sowie Verfahren mit Teilchenstrahlung, d.h. Elektronen- oder Ionenstrahlen.
Ein chemisch verstärkter positiver Fotolack weist sogenannte Photosäuregeneratormoleküle (Photo Acid Generator Molecule, PAG) und an Polymerketten des Fotolacks angelagerte Schutzgruppen, auch als Inhibitorgruppen bezeichnet, auf, welche ein Auflösen der Polymerketten in einem Entwickler verhindern. Bei einer lithografischen Belichtung werden die von der Belichtungsstrahlung getroffenen PAG-Moleküle unter Bildung von Säuremolekülen gespalten. In einem darauf folgenden Nachbackprozess werden Schutzgruppen durch in den belichteten Bereichen des Fotolacks erzeugte Säuremoleküle katalytisch zersetzt (säurekatalysierte Zersetzung), was auch als „Deblocking" bezeichnet wird. Bei den Zersetzungsreaktionen werden jeweils neue Säuremoleküle erzeugt, die zu weiteren Schutzgruppen diffundieren und diese wiederum zersetzen können. Dies hat zur Folge, dass sich in den belichteten Bereichen die Entwicklerlöslichkeit des Fotolacks im Verlauf des Nachbackprozesses zunehmend erhöht. In einem nachfolgenden Entwicklungsvorgang werden die belichteten Fotolackbereiche daher ausgewaschen.
Ein chemisch verstärkter negativer Fotolack weist neben den PAG-Molekülen in der Regel sogenannte Crosslinker auf, welche an Polymerketten des Fotolacks angelagert sind. Bei einer lithografischen Belichtung werden die PAG-Moleküle in den belichteten Fotolackbereichen wiederum fotochemisch unter Bildung von Säuremolekülen zersetzt. In einem nachfolgenden Nachbackprozess wird aufgrund von chemischen Reaktionen zwischen Säuremolekülen und Crosslinker-Molekülen eine Quervernetzung von Polymeren des Fotolacks hervorgerufen (säurekatalysierte Kondensation). Auch hierbei werden jeweils neue Säuremoleküle gebildet, welche zu weiteren Crosslinker-Molekülen diffundieren und dadurch weitere Quervernetzungsreaktionen bewirken. Aufgrund der Quervernetzung von Polymerketten wird die Entwicklerlöslichkeit des Fotolacks in den belichteten Bereichen erniedrigt. In einem darauf folgenden Entwicklungsprozess werden daher lediglich die unbelichteten und damit weiterhin löslichen Fotolackbereiche ausgewaschen.
Sowohl im Falle des vorstehend beschriebenen Positiv- als auch des Negativ-Fotolacks ist ein einzelnes fotogeneriertes Säuremolekül Ursache für eine Vielzahl von die Löslichkeit des Fotolacks beeinflussenden chemischen Reaktionen. Aufgrund dieser Eigenschaft werden derartige Fotolacke als chemisch verstärkte Fotolacke bezeichnet.
Ein grundlegendes Problem chemisch verstärkter Fotolacke besteht darin, dass nach dem Nachbackprozess aufgrund von stochastischen Effekten in der Regel Stellen in den Fotolacken vorliegen, welche eine teilweise Entwicklerlöslichkeit auf weisen. In diese Stellen, welche sich insbesondere am Übergang zwischen voll belichteten und unbelichteten Fotolackbereichen befinden, diffundieren weniger Säuremoleküle, so dass im Falle eines positiven Fotolacks eine zu geringe Anzahl an Schutzgruppen zersetzt und im Falle eines negativen Fotolacks Polymerketten des Fotolacks nur ungenügend quervernetzt werden. Eine weitere Ursache teillöslicher Abschnitte in einem Fotolack ist darüber hinaus eine ungenügende Belichtung aufgrund von Streu- bzw. Beugungseffekten.
Das Vorhandensein teillöslicher Fotolackabschnitte hat zur Folge, dass eine nach einem Entwicklungsvorgang strukturierte Fotolackschicht eine Kantenrauhigkeit (Line Edge Roughness, LER) aufweist, wodurch nachfolgende Prozess- bzw. Strukturierungsschritte beeinträchtigt werden. Auch werden kleine Strukturelemente in den Fotolackstrukturen zum Teil nicht bzw. nur ungenügend aufgelöst. Weiter können teillösliche Fotolackabschnitte im Verlauf eines Entwicklungsprozesses von dem Entwickler aufgenommen werden, wodurch sich gelartige Partikel bilden. Diese Partikel können sich auf einer Fotolackstruktur niederschlagen und zu Strukturdefekten in nachfolgenden Prozessschritten führen. Darüber hinaus können bei einem positiven Fotolack unvollständig lösliche Abschnitte als unerwünschte Rückstände zurückbleiben, welche wiederum Defekte bilden. Bei einem negativen Fotolack können auszubildende Strukturelemente einer Fotolackstruktur aufgrund einer ungenügenden Quervernetzung von Polymerketten im Verlauf eines Entwicklungsvorgangs eine erhöhte Abtragung erfahren. Diese Beeinträchtigungen und Fehler machen zeit- und kostenintensive Nach- bzw. Umbearbeitungsprozesse erforderlich oder führen zu Ausbeutverlusten in der Halbleiterfertigung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Strukturieren eines Fotolacks bereitzustellen, bei dem die oben beschriebenen Probleme vermieden bzw. weitgehend unterdrückt werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Ausbilden einer strukturierten Fotolackschicht auf einem Substrat vorgeschlagen. Hierbei wird ein Substrat bereitgestellt, eine Fotolackschicht auf das Substrat aufgebracht sowie die Fotolackschicht selektiv belichtet, wobei eine erste Säure in einem belichteten Bereich der Fotolackschicht ausgebildet wird. Durch ein erstes Backen der Fotolackschicht werden säurekatalysierte chemische Reaktionen hervorgerufen, durch welche eine Löslichkeit des belichteten Bereichs der Fotolackschicht beeinflusst wird. Eine zweite Säure wird selektiv in den belichteten Bereich der Fotolackschicht eindiffundiert. Durch ein zweites Backen der Fotolackschicht werden säurekatalysierte chemische Reaktionen hervorgerufen, durch welche die Löslichkeit des belichteten Bereichs der Fotolackschicht weiter beeinflusst wird. Nachfolgend wird die Fotolackschicht mithilfe eines Entwicklers entwickelt, wobei die Fotolackschicht strukturiert wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ausgenutzt, dass der belichtete Bereich der Fotolackschicht aufgrund der beim ersten Backen stattfindenden, durch die erste Säure katalysierten chemischen Reaktionen hydrophil bzw. hydrophiler wird. Auf diese Weise ist die Möglichkeit gegeben, eine zweite Säure, welche ebenfalls hydrophil ist, selektiv in den belichteten Bereich der Fotolackschicht einzudiffundieren. Durch das zweite Backen der Fotolackschicht werden durch die zweite Säure katalysierte und die Entwicklerlöslichkeit des belichteten Bereichs des Fotolacks weiter verändernde chemische Reaktionen hervorgerufen. Der Einsatz der zweiten Säure dient insofern einem „Vervollständigen" der Löslichkeitsveränderung des belichteten Bereichs der Fotolackschicht.
Das Verfahren kann dabei sowohl mit einem positiven als auch mit einem negativen Fotolack durchgeführt werden. Im Falle eines positiven Fotolacks werden Fotolackabschnitte, welche nach dem ersten Backen aufgrund einer zu geringen Anzahl an zersetzten Schutzgruppen eine ungenügende Entwicklerlöslichkeit aufweisen, im Verlauf des zweiten Backens der Fotolackschicht aufgrund von hierbei auftretenden weiteren säurekatalysierten Zersetzungsprozessen von Schutzgruppen im Wesentlichen vollständig löslich. Im Falle eines negativen Fotolacks werden nach dem ersten Backen vorliegende Fotolackstellen mit einer nicht ausreichenden Quervernetzung von Polymerketten und infolgedessen einem weiterhin (teil)löslichen Verhalten durch das zweite Backen und hierbei stattfindender weiterer säurekatalysierter Quervernetzungsprozesse im Wesentlichen vollständig unlöslich.
Eine mithilfe des Verfahrens strukturierte Fotolackschicht weist daher ein ebeneres Strukturprofil auf. Auch werden kleine Strukturelemente der Fotolackstruktur mit einer hohen Zuverlässigkeit aufgelöst. Darüber hinaus wird die Gefahr einer Bildung von gelartigen Partikeln und einer Beschädigung von Strukturelementen weitgehend unterdrückt. Auf diese Weise werden die mit herkömmlichen Verfahren zur Strukturierung eines Fotolacks verbundenen Umarbeitungsprozesse vermieden sowie eine verbesserte Ausbeute in der Halbleiterfertigung erzielt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die zweite Säure auf die Fotolackschicht aufgebracht, um die zweite Säure in den belichteten Bereich der Fotolackschicht einzudiffundieren. Die zweite Säure kann hierbei lediglich eine Säurekomponente oder auch ein Gemisch aus unterschiedlichen Säurekomponenten aufweisen.
Die zweite Säure wird vorzugsweise aus einer Gasphase auf die Fotolackschicht aufgebracht. Dies wird beispielsweise durch Aufdampfen oder Aufsprühen der zweiten Säure auf eine Ober fläche der Fotolackschicht durchgeführt. Diese Vorgehensweise sorgt auf eine einfache Weise für eine gleichmäßige Säurebeschichtung der Fotolackschicht, wodurch ein gleichmäßiges Eindiffundieren der zweiten Säure in den belichteten Bereich der Fotolackschicht ermöglicht wird.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform wird die zweite Säure aus einer Flüssigkeitsphase auf die Fotolackschicht aufgebracht. Das Aufbringen der zweiten Säure wird hierbei beispielsweise im Rahmen eines üblichen Aufschleuderprozesses durchgeführt, bei dem das Substrat rotiert wird. Auch auf diese Weise wird eine gleichmäßige Säurebeschichtung der Fotolackschicht ermöglicht.
Die zweite Säure wird bevorzugt in Form einer Lösung auf die Fotolackschicht aufgebracht. Bei der Lösung kann es sich insbesondere um eine wässrige Lösung handeln.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Säure einen Zusatzstoff zum Verbessern einer Haftung auf der Fotolackschicht auf. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Säurebeschichtung der Fotolackschicht weiter begünstigt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Säure einen Zusatzstoff zum Verbessern des Eindiffundierens in den belichteten Bereich der Fotolackschicht auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Säure Polymere auf. Mithilfe der Polymere kann beispielsweise die Viskosität der zweiten Säure gezielt erhöht werden, um eine Säurebeschichtung der Fotolackschicht weiter zu verbessern. Auch kann die Beschichtung der Fotolackschicht durch die zweite Säure mit einer vergrößerten Dicke realisiert werden, wodurch eine größere Säuremenge zum Eindiffundieren in den belichteten Bereich der Fotolackschicht zur Verfügung steht.
Die zweite Säure umfasst vorzugsweise eine organische Säure. Die organische Säure ist hierbei bevorzugt kurzkettig ausgebildet, um ein schnelles Eindiffundieren in den belichteten Bereich der Fotolackschicht zu ermöglichen.
Vorzugsweise umfasst die zweite Säure eine Fluorcarbonsäure. Eine derartige Säure zeichnet sich insbesondere durch einen hohen Säuregrad aus, wodurch Fotolackabschnitte mit einer teilweisen Entwicklerlöslichkeit im Verlauf des zweiten Backens mit einer hohen Zuverlässigkeit vollständig löslich bzw. unlöslich werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite Säure eine Säure mit der Summenformel H-O-SO₂-R. Die Gruppe R kann hierbei eine Hydroxylgruppe oder auch einen organischen Rest darstellen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1A bis 1C schematisch die Strukturierung eines positiven Fotolacks gemäß eines herkömmlichen Verfahrens;
2A bis 2C schematisch die Strukturierung eines negativen Fotolacks gemäß eines herkömmlichen Verfahrens;
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ausbilden einer strukturierten Fotolackschicht auf einem Substrat zur Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung;
4A bis 4E schematisch die Strukturierung eines positiven Fotolacks gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
5A bis 5E schematisch die Strukturierung eines negativen Fotolacks gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die 1A bis 1C zeigen schematisch die Strukturierung eines chemisch verstärkten positiven Fotolacks 21 gemäß eines herkömmlichen Verfahrens. Der Fotolack 21 weist Photosäuregeneratormoleküle, im Folgenden als PAG-Moleküle bezeichnet, und an Polymerketten des Fotolacks 21 angelagerte Schutzgruppen auf. Durch die Schutzgruppen werden die Polymerketten des Fotolacks 21 vor einer Zersetzung bzw. Auflösung in einem Entwicklermedium geschützt.
Zu Beginn des Verfahrens wird eine Schicht des Fotolacks 21 auf eine Oberseite eines bereitgestellten Substrats 20 aufgebracht. Die Fotolackbeschichtung des Substrats 20 wird hierbei üblicherweise im Rahmen eines als „Spin-Coating"-Prozess bezeichneten Aufschleuderprozesses durchgeführt, bei dem das Substrat 20 rotiert wird. Das Substrat 20 ist hierzu auf einer entsprechenden Halteeinrichtung angeordnet, welche das Substrat 20 ansaugt, um eine ausreichende Haftung zu erzielen. Über eine Düse wird der Fotolack 21 auf das sich drehende Substrat 20 aufgebracht.
Nach dem Aufbringen auf das Substrat 20 wird die Fotolackschicht 21 wie in 1A dargestellt mithilfe einer Belichtungsstrahlung 32 durch eine Belichtungsmaske 31 selektiv belichtet, wodurch die Fotolackschicht 21 belichtete Bereiche 23 und unbelichtete Bereiche aufweist. Als Belichtungsstrahlung 32 wird beispielsweise eine elektromagnetische Strahlung des tiefen UV-Bereichs eingesetzt. In den belichteten Bereichen 23 des Fotolacks 21 werden die von der Belichtungsstrahlung 32 getroffenen PAG-Moleküle unter Bildung von Säuremolekülen gespalten, wodurch die belichteten Bereiche 23 eine Säure 41 aufweisen.
Die selektiv belichtete Fotolackschicht 21 wird nachfolgend einem Heizschritt zum Backen ausgesetzt (1B). Hierzu wird beispielsweise das Substrat 20 mithilfe der Halteeinrichtung auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt. Im Verlauf des Backens werden Schutzgruppen der Fotolackschicht 21 durch Säuremoleküle der Säure 41 katalytisch zersetzt, wobei ein einzelnes fotochemisch erzeugtes Säuremolekül eine Vielzahl von Zersetzungsreaktionen von Schutzgruppen bewirkt. Auf diese Weise wird die Entwicklerlöslichkeit der belichteten Bereiche 23 der Fotolackschicht 21 im Verlauf des Backens erhöht.
Im Anschluss an das Backen, vorzugsweise nach Abwarten einer Abkühlzeit zum Abkühlen des Substrats 20 bzw. des Fotolacks 21 auf eine Temperatur unterhalb der Backtemperatur, wird die Fotolackschicht 21 entwickelt. Hierzu wird ein Entwickler, in der Regel eine wässrige Entwicklerlösung, auf die Fotolackschicht 21 aufgesprüht bzw. aufgetropft, wobei das Substrat 20 wiederum rotiert werden kann. Auf diese Weise werden die belichteten Bereiche 23 von der Entwicklerlösung ausgewaschen und infolgedessen die Fotolackschicht 21 strukturiert ( 1C). Im Anschluss hieran wird die Entwicklerlösung durch beispielsweise Spülen mit einem Lösungsmittel wie insbesondere Wasser und Drehen des Substrats 20 entfernt. Die auf diese Weise hergestellte Fotolackstruktur 21 wird üblicherweise in einem weiteren Backprozess gehärtet und dient anschließend als Maske für nachfolgende Prozessschritte wie beispielsweise einem Ätzprozess zum Strukturieren der Oberseite des Substrats 20.
Aufgrund von bei der selektiven Belichtung auftretenden Streu- und Beugungseffekten sowie stochastischen Effekten der während des Backprozesses ablaufenden Reaktionsmechanismen weist die Fotolackschicht 21 in den belichteten Bereichen 23 nach dem Backen Abschnitte auf, welche infolge einer zu geringen Anzahl an säurekatalysierten Zersetzungsreaktionen von Schutzgruppen eine ungenügende Entwicklerlöslichkeit besitzen. Dies kann zur Folge haben, dass störende Rückstände 51 zwischen Strukturelementen der Fotolackstruktur 21 auf dem Substrat 20 wie in 1C dargestellt zurückbleiben, welche zu Strukturdefekten in nachfolgenden Prozessschritten führen. Auch können teillösliche Fotolackabschnitte im Verlauf des Entwicklungsprozesses von dem Entwickler aufgenommen werden, wodurch sich gelartige Partikel 52 bilden. Diese Partikel 52 können sich nach dem Entwicklungsvorgang auf der strukturierten Fotolackschicht 21 ablagern, wodurch wiederum Defekte in nachfolgenden Prozessschritten hervorgerufen werden. Des weiteren haben teilweise lösliche Fotolackabschnitte eine erhöhte Profil- bzw. Kantenrauhigkeit der Fotolackstruktur 21 zur Folge, was zu einer weiteren Beeinträchtigung nachfolgender Prozessschritte führt.
Derartige Effekte treten analog bei der herkömmlichen Strukturierung eines chemisch verstärkten negativen Fotolacks 22 auf, wie anhand der folgenden 2A bis 2C veranschaulicht wird. Der Fotolack 22 weist hierbei neben PAG-Molekülen sogenannte Crosslinker-Moleküle auf, welche an Polymerketten des Fotolacks 22 angelagert sind.
In entsprechender Weise wird zu Beginn des Verfahrens eine Schicht des Fotolacks 22 auf eine Oberseite eines bereitgestellten Substrats 20 aufgebracht sowie die Fotolackschicht 22 wie in 2A dargestellt mithilfe einer Belichtungsstrahlung 32 durch eine Belichtungsmaske 31 selektiv belichtet. In belichteten Bereichen 23 der Fotolackschicht 22 wird wiederum fotochemisch durch Zersetzung von PAG-Molekülen eine Säure 41 erzeugt.
Die selektiv belichtete Fotolackschicht 22 wird nachfolgend einem Heizschritt zum Backen ausgesetzt (2B), wodurch Säuremoleküle der Säure 41 mit den Crosslinker-Molekülen reagieren. Auf diese Weise werden Polymerketten in den belichteten Bereichen 23 der Fotolackschicht 22 quervernetzt. Hierbei wird durch ein einzelnes fotochemisch erzeugtes Säuremolekül eine Vielzahl von Quervernetzungsreaktionen hervorgerufen. Aufgrund der zunehmenden Quervernetzung von Polymerketten während des Backens der Fotolackschicht 22 wird die Entwicklerlöslichkeit der belichteten Bereiche 23 stetig erniedrigt.
In einem nachfolgenden Entwicklungsschritt mithilfe eines auf die Fotolackschicht 22 aufgebrachten Entwicklers werden daher lediglich die unbelichteten Bereiche des Fotolacks 22 weggelöst und infolgedessen die Fotolackschicht 22 strukturiert (2C). Nach einem Entfernen des Entwicklers und gegebenenfalls einem weiteren Backprozess zum Härten kann die Fotolackstruktur 22 als Maske in nachfolgenden Strukturierungsschritten eingesetzt werden.
Bei dem negativen Fotolack 22 haben bei der Belichtung auftretende optische Effekte sowie stochastische Effekte des nach der Belichtung durchgeführten Backprozesses zur Folge, dass Abschnitte der belichteten Bereiche 23 weiterhin ein (teil)lösliches Verhalten aufweisen. Dies ist auf eine nicht ausreichende Quervernetzung von Polymerketten zurückzuführen. Analog zu dem positiven Fotolack 21 lassen sich daher auf der Fotolackstruktur 22 niedergeschlagene Partikel 52 sowie eine Kantenrauhigkeit beobachten. Darüber hinaus ist eine partielle Beschädigung von Strukturelementen der Fotolackstruktur 22 möglich. Dies hat wiederum eine Beeinträchtigung nachfolgender Prozessschritte zur Folge.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ausbilden einer strukturierten Fotolackschicht auf einem Substrat gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Fotolack kann es sich um einen chemisch verstärkten positiven oder um einen chemisch verstärkten negativen Fotolack handeln.
Bei dem Verfahren wird in einem ersten Verfahrensschritt 11 ein Substrat bereitgestellt sowie in einem nachfolgenden Verfahrensschritt 12 eine Fotolackschicht auf das Substrat aufgebracht. Im Anschluss hieran wird die Fotolackschicht selektiv belichtet, wobei in belichteten Bereichen der Fotolackschicht durch fotochemische Zersetzungsreaktionen von PAG-Molekülen eine erste Saure erzeugt wird. Nachfolgend wird ein erstes Backen der Fotolackschicht durchgeführt, um durch die erste Saure katalysierte chemische Reaktionen in der Foto lackschicht hervorzurufen, durch welche die Löslichkeit der belichteten Bereiche der Fotolackschicht verändert wird.
Im Falle eines positiven Fotolacks handelt es sich bei den säurekatalysierten chemischen Reaktionen um Zersetzungsreaktionen von an Polymerketten des Fotolacks angelagerten Schutzgruppen. Auf diese Weise wird die Löslichkeit von belichteten Bereichen der Fotolackschicht in einem entsprechenden Entwickler erhöht. Bei einem negativen Fotolack handelt es sich bei den säurekatalysierten chemischen Reaktionen um Quervernetzungsreaktionen von Polymerketten des Fotolacks. Infolgedessen wird die Löslichkeit der belichteten Bereiche der Fotolackschicht in einem entsprechenden Entwickler erniedrigt.
In einem weiteren Verfahrensschritt 15 wird eine zweite Saure selektiv in die belichteten Bereiche der Fotolackschicht eindiffundiert. Hierbei wird ausgenutzt, dass die belichteten Bereiche aufgrund der beim ersten Backen der Fotolackschicht stattfindenden chemischen Reaktionen hydrophil bzw. hydrophiler werden. Hierdurch besteht die Möglichkeit, eine zweite Säure, welche ebenfalls hydrophil ist, selektiv in die belichteten Bereiche der Fotolackschicht eindiffundieren zu lassen.
Im Anschluss hieran wird in einem Verfahrensschritt 16 ein zweites Backen der Fotolackschicht durchgeführt, um durch die zweite Säure katalysierte chemische Reaktionen in der Fotolackschicht hervorzurufen, durch welche die Löslichkeit der belichteten Bereiche der Fotolackschicht weiter verändert wird.
Bei einem positiven Fotolack werden auf diese Weise weitere säurekatalysierte Zersetzungsreaktionen von Schutzgruppen hervorgerufen, wodurch insbesondere Fotolackabschnitte, welche nach dem ersten Backen aufgrund einer zu geringen Anzahl an zersetzten Schutzgruppen lediglich eine ungenügende Ent wicklerlöslichkeit aufweisen, im Wesentlichen vollständig löslich werden. Im Falle eines negativen Fotolacks finden hingegen weitere säurekatalysierte Quervernetzungsprozesse von Polymerketten statt. Infolgedessen werden nach dem ersten Backen vorliegende Fotolackabschnitte mit einer ungenügenden Quervernetzung und einem hieraus resultierenden weiterhin (teil)löslichen Verhalten im Wesentlichen vollständig unlöslich. Der Einsatz der zweiten Säure hat somit den Zweck eines „Vervollständigens" der Löslichkeitsveränderung der belichteten Bereiche der Fotolackschicht.
Nach dem zweiten Backen wird die Fotolackschicht in einem weiteren Verfahrensschritt 17 mithilfe eines Entwicklers entwickelt, wobei lösliche Bereiche des Fotolacks (im Falle eines positiven Fotolacks belichtete Bereiche, im Falle eines negativen Fotolacks unbelichtete Bereiche) herausgewaschen und infolgedessen die Fotolackschicht strukturiert wird.
Aufgrund der durch den Einsatz der zweiten Säure ergänzten Löslichlichkeitsveränderung weist eine gemäß des Verfahrens hergestellte Fotolackstruktur ein ebeneres Strukturprofil auf. Des weiteren wird die Gefahr eines Zurückbleibens von unerwünschten Fotolackrückständen, eines Ablagerns von gelartigen Partikeln und eines Beschädigens von Strukturelementen der Fotolackstruktur weitgehend unterdrückt. Auf diese Weise werden die mit herkömmlichen Verfahren zur Strukturierung eines Fotolacks verbundenen Umarbeitungsprozesse vermieden sowie eine verbesserte Ausbeute in der Halbleiterfertigung erzielt. Ferner werden aufgrund eines verbesserten Kontrastverhaltens des Fotolacksystems selbst kleine Strukturelemente mit einer hohen Zuverlässigkeit aufgelöst.
Das Verfahren erweist sich darüber hinaus als vorteilhaft im Hinblick auf lithografische Verfahren wie insbesondere die EUV-Lithographie, in welchen in Abschnitten einer Fotolackschicht – insbesondere in tieferen Abschnitten aufgrund einer Strahlungsabsorption in oberflächennahen Abschnitten – ledig lich relativ wenige Säuremoleküle bei einer Belichtung fotochemisch erzeugt werden. Im Verlauf eines auf die Belichtung folgenden Backens der Fotolackschicht vollziehen diese Fotolackabschnitte daher eine relativ geringe Löslichkeitsveränderung, welche zur Strukturierung der Fotolackschicht in einem Entwickler nicht ausreicht. Durch das selektive Eindiffundieren einer zweiten Säure – insbesondere von oberflächennahen in tiefere Bereiche der Fotolackschicht – und ein zweites Backen der Fotolackschicht kann in diesen Fotolackabschnitten eine für eine Strukturierung in einem Entwicklungsprozess ausreichende Löslichkeitsveränderung hervorgerufen werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren erläutert, wobei die 4A bis 4E die Strukturierung eines positiven Fotolacks und die 5A bis 5E die Strukturierung eines negativen Fotolacks wiedergeben.
Entsprechend dem in den 1A bis 1C dargestellten Verfahren wird bei dem in den 4A bis 4E dargestellten Verfahren zum Strukturieren eines positiven Photolacks 21 zunächst eine Schicht des positiven Fotolacks 21 auf die Oberseite eines bereitgestellten Substrats 20 aufgebracht und die Fotolackschicht 21 mit einer Belichtungsstrahlung 32 durch eine Belichtungsmaske 31 selektiv belichtet (4A). In belichteten Bereichen 23 der Fotolackschicht 21 wird fotochemisch durch Zersetzung von PAG-Molekülen eine erste Säure 41 erzeugt.
Im Anschluss an das selektive Belichten wird ein erstes Backen der Fotolackschicht 21 durch beispielsweise Aufheizen des Substrats 20 auf eine vorgegebene Backtemperatur durchgeführt, wodurch Schutzgruppen der Fotolackschicht 21 durch Säuremoleküle der Säure 41 katalytisch zersetzt werden und infolgedessen die Löslichkeit der belichteten Bereiche 23 in einem entsprechenden Entwickler erhöht wird (4B). Die säurekatalysierte Zersetzung von Schutzgruppen hat des weiteren eine Erhöhung der Hydrophilität der belichteten Bereiche 23 der Fotolackschicht 21 zur Folge.
Nachfolgend wird eine zweite Säure 42, welche insbesondere hydrophil ist, auf eine Oberfläche der Fotolackschicht 21 aufgebracht (4C). Das Aufbringen der zweiten Säure 42 erfolgt vorzugsweise nach einem Abwarten einer vorgegebenen Abkühlzeit zum Abkühlen des Substrats 20 bzw. des Fotolacks 21 auf eine Temperatur unterhalb der Backtemperatur des ersten Backprozesses. Aufgrund der Hydrophilität diffundiert die zweite Säure 42 von der Oberfläche der Fotolackschicht 21 selektiv in die belichteten sowie ebenfalls hydrophilen Bereiche 23 der Fotolackschicht 21.
Die zweite Säure 42 kann hierbei aus einer Gasphase auf die Fotolackschicht 21 aufgebracht werden. Zu diesem Zweck wird die zweite Säure 42 beispielsweise auf die Oberfläche der Fotolackschicht 21 aufgedampft oder aufgesprüht. Diese Vorgehensweise sorgt auf eine einfache Weise für eine gleichmäßige Säurebeschichtung der Fotolackschicht 21, wodurch ein gleichmäßiges Eindiffundieren der zweiten Säure 42 in die belichteten Bereiche 23 der Fotolackschicht 21 ermöglicht wird.
Alternativ ist die Möglichkeit gegeben, die zweite Säure 42 aus einer Flüssigkeitsphase auf die Fotolackschicht 21 aufzubringen. Dies kann beispielsweise im Rahmen eines üblichen Aufschleuderprozesses durchgeführt werden, bei dem das Substrat 20 rotiert und die zweite Säure 42 beispielsweise mit einem Dispenser von oben auf das sich drehende Substrat 20 aufgetropft wird. Auch auf diese Weise lässt sich eine gleichmäßige Säurebeschichtung der Fotolackschicht 21 erzielen.
Die zweite Säure 42 kann lediglich eine Säurekomponente aufweisen, welche als Reinstoff auf die Fotolackschicht 21 aufgebracht wird. Alternativ kann die zweite Säure 42 auch ein Gemisch unterschiedlicher Säurekomponenten umfassen. Als Säurekomponente(n) kommen sämtliche anorganische und organische Säuren bzw. Säureverbindungen in Betracht. Im Hinblick auf eine organische Säure ist diese vorzugsweise kurzkettig ausgebildet, um ein schnelles Eindiffundieren in die belichteten Bereiche 23 der Fotolackschicht 21 zu ermöglichen.
Als organische Säure kommt vorzugsweise eine Fluorcarbonsäure in Betracht, welche sich durch einen hohen Säuregrad auszeichnet. Mögliche Beispiele sind insbesondere Perfluoralkylcarbonsäure mit 4 bis 15 Kohlenstoffatomen, Perfluoralkylsulfonsäure mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen und Perfluoradipinsäure.
Eine weitere mögliche Säurekomponente ist eine Säure mit der Summenformel H-O-SO₂-R, wobei die Gruppe R beispielsweise eine Hydroxylgruppe darstellt. Darüber hinaus kann es sich bei der Gruppe R um einen organischen Rest handeln. Als organischer Rest R kommen beipielsweise Camphyl, Adamantyl, eine Alkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder auch ein perfluorierter organischer Rest mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen in Betracht. Beispiele für den Rest R sind insbesondere -CF₃, -C₂F₅, -CF₂CF₂H sowie die Gruppe -(CF₂)-Z_n mit n = 1 bis 4, wobei Z Wasserstoff, eine Alkylgruppe, eine Arylgruppe, Trifluormethansulfonat, Perfluoroctansulfonat oder Perfluornonansulfonat darstellt.
Die zweite Säure 42 kann des weiteren in Form einer Lösung auf die Fotolackschicht 21 aufgebracht werden. Als Lösungsmittel kommen hierbei sowohl organische als auch anorganische Bestandteile in Betracht. Hierunter fallen insbesondere Wasser sowie auch Alkohole, Ketone, Ether und Ester.
Vorzugsweise weist die zweite Säure 42 einen oder mehrere Zusatzstoffe zum Verbessern einer Haftung auf der Fotolackschicht 21 auf, um eine gleichmäßige Säurebeschichtung der Fotolackschicht 21 weiter zu begünstigen. Mögliche Zusatz stoffe sind insbesondere oberflächenaktive Stoffe wie das nichtionische Tensid Polyoxyethylenalkylether, beispielsweise Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyethylenoleylether, Polyoxyethylencetylether, sowie die nichtionischen Tenside Polyoxyethylen-Fettsäurediester, Polyoxy-Fettsäuremonoester, Polyoxyethylen-Polyoxypropxlen-Block-Polymer und Acetylenglycol Derivate, anionische Tenside wie Alkyldiphenyletherdisulfonsäure, Alkyldiphenylethersulfonsäure, Alkylbenzensulfonsäure, Polyoxyethylenalkyletherschwefelsäure, Alkylschwefelsäure, und amphotere Tenside wie 2-Alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethyl-imidazolinium-betain und Laurylamidopropylhydroxysulfon-betain.
Des weiteren weist die zweite Säure 42 vorzugsweise einen oder mehrere Zusatzstoffe zum Verbessern des Eindiffundierens in die belichteten Bereiche 23 der Fotolackschicht 21 auf. Hierunter fallen insbesondere organische Lösungsmittel wie die Ketone Aceton und Methylethylketon, durch welche die Oberfläche der Fotolackschicht 21 leicht angegriffen bzw. angequollen wird, so dass ein schnellerer Übergang der Säure in die belichteten Bereiche 23 ermöglicht wird. Weitere Beispiele solcher organischen Lösungsmittel sind Alkohole wie Methanol, Ethanol und Isopropanol, Ester wie Methylacetat und Ethylacetat sowie polare Lösungsmittel wie Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Methylcellosolve, Cellosolve, Butylcellosolve, Cellosolveacetat, Butylcarbitol und Carbitolacetat.
Ferner kann die zweite Säure 42 auch Polymere aufweisen. Auf diese Weise ist die Möglichkeit gegeben, die Viskosität der zweiten Säure 42 gezielt für eine verbesserte Säurebeschichtung der Fotolackschicht 21 zu erhöhen. Auch kann die Beschichtung der Fotolackschicht 21 durch die zweite Säure 42 mit einer vergrößerten Dicke realisiert werden, wodurch eine größere Säuremenge zum Eindiffundieren in die belichteten Bereiche 23 der Fotolackschicht 21 zur Verfügung steht. Mögliche Beispiele derartiger „filmformender" Polymere sind Poly(vinylalkohol), Poly(akrylsäure), Poly(vinylpyrrolidon), Poly(α-trifluormethylakrylsäure), Poly(vinylmethylether-co-maleinsäureanhydrid), Poly(ethylenglycol-co-propylenglycol), Poly(N-vinylpyrrolidon-co-vinylacetat), Poly(N-vinylpyrrolidon-co-vinylalkohol), Poly(N-vinylpyrrolidon-co-akrylsäure), Poly(N-vinylpyrrolidon-co-methylacrylat), Poly(N-vinylpyrrolidon-co-methacrylsäure), Poly(N-vinylpyrrolidon-co-methylmethacrylat), Poly(N-vinylpyrrolidon-co-maleinsäure), Poly(N-vinylpyrrolidon-co-dimethylmaleat), Poly(N-vinylpyrrolidon-co-maleinsäureanhydrid), Poly(N-vinylpyrrolidon-co-itaconsäure), Poly(N-vinylpyrrolidon-co-methylitaconat), Poly(N-vinylpyrrolidon-co-itaconanhydrid), Poly(vinylpyrrolidone) und fluorisiertes Polyether.
Nach dem Aufbringen der zweiten Säure 42 auf die Fotolackschicht 21 (4C) wird eine vorgegebene Diffusionszeitdauer abgewartet, innerhalb derer das selektive Eindiffundieren der zweiten Säure 42 bzw. deren Säurekomponente(n) in die belichteten Bereiche 23 des Fotolacks 21 stattfindet. Die Diffusionszeitdauer liegt hierbei vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1s und 300s, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 10s und 90s.
Zwar findet gegebenenfalls auch ein Eindiffundieren der zweiten Säure 42 in die unbelichteten und damit hydrophoben bzw. hydrophoberen Bereiche der Fotolackschicht 21 statt. Gegenüber den belichteten Bereichen 23 diffundiert jedoch insbesondere bei Einhalten der vorstehend angegebenen Werte für die Diffusionszeitdauer lediglich eine sehr geringe Säuremenge der zweiten Säure 42 in die unbelichteten Fotolackbereiche, so dass dieser Diffusionsbeitrag für die weitere Wirkungsweise des Verfahrens zu vernachlässigen ist.
Nach dem Abwarten der Diffusionszeitdauer wird die zweite Säure 42 von der Fotolackschicht 21 bzw. deren Oberfläche entfernt. Hierzu wird die Fotolackschicht 21 beispielsweise mit einem geeigneten Lösungsmittel wie insbesondere Wasser für eine Zeitdauer von beispielsweise 5s bis 30s abgespült sowie die Fotolackschicht 21 durch Drehen des Substrats 20 getrocknet. Im Anschluss hieran wird ein zweites Backen der Fotolackschicht 21 durch wiederum beispielsweise Aufheizen des Substrats 20 auf eine vorgegebene Backtemperatur durchgeführt, um in den belichteten Bereichen 23 der Fotolackschicht 21 durch Säuremoleküle der eindiffundierten zweiten Säure 42 katalysierte, weitere Zersetzungsreaktionen von Schutzgruppen hervorzurufen. Dies hat insbesondere zur Folge, dass nach dem ersten Backen vorliegende Fotolackabschnitte mit einer ungenügenden bzw. lediglich teilweisen Entwicklerlöslichkeit im Wesentlichen vollständig löslich werden (4D).
Das zweite Backen der Fotolackschicht 21 wird insbesondere bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen 60°C und 250°C, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 80°C und 140°C durchgeführt. Für das zweite Backen wird insbesondere eine Zeitdauer in einem Bereich zwischen 5s und 300s, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 30s und 120s aufgewendet.
Im Anschluss an das zweite Backen der Fotolackschicht 21 wird gegebenenfalls eine vorgegebenen Zeitdauer zum Abkühlen des Fotolacks 21 bzw. des Substrats 20 abgewartet und die Fotolackschicht 21 mithilfe eines auf die Fotolackschicht 21 aufgebrachten Entwicklers entwickelt. Hierbei werden die belichteten Bereiche 23 ausgewaschen und infolgedessen die Fotolackschicht 21 strukturiert (4E). Nach einem Entfernen des Entwicklers und einem eventuellen weiteren Backen zum Härten kann die Fotolackstruktur 21 als Maske in nachfolgenden Strukturierungsschritten eingesetzt werden. Im Vergleich zu der in 1C dargestellten Fotolackstruktur 21 liegen weder Rückstände 51 noch Anlagerungen von Partikeln 52 vor.
Die 5A bis 5E zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung für den Fall einer Strukturierung eines negativen Fotolacks 22. In entsprechender Weise wird zunächst eine Schicht des Fotolacks 22 auf ein bereitgestelltes Substrat 20 aufgebracht und selektiv belichtet, wodurch eine erste Säure 41 fotochemisch in belichteten Bereichen 23 der Fotolackschicht 22 erzeugt wird (5A). Durch ein erstes Backen der Fotolackschicht 22 wird in den belichteten Bereichen 23 eine durch Säuremoleküle der ersten Säure 41 katalysierte Quervernetzung von Polymerketten hervorgerufen, wodurch eine Löslichkeit der belichteten Bereiche 23 in einem auf den negativen Fotolack 22 abgestimmten Entwickler erniedrigt wird. Trotz der verringerten Entwicklerlöslichkeit werden die belichteten Bereiche aufgrund der Quervernetzung von Polymerketten hierbei hydrophil.
Nachfolgend wird eine zweite Säure 42 – vorzugsweise nach Abwarten einer Abkühlzeit – auf die Fotolackschicht 22 aufgebracht. Aufgrund des hydrophilen Charakters diffundiert die zweite Säure 42 von der Oberfläche der Fotolackschicht 22 selektiv in die belichteten sowie ebenfalls hydrophilen Bereiche 23 der Fotolackschicht 21 (5C).
Im Anschluss hieran wird die zweite Säure 42 von der Fotolackschicht 22 entfernt und ein zweites Backen der Fotolackschicht 22 durchgeführt. Auf diese Weise werden in den belichteten Bereichen 23 der Fotolackschicht 22 durch Säuremoleküle der eindiffundierten zweiten Säure 42 katalysierte, weitere Quervernetzungsprozesse von Polymerketten hervorgerufen, wodurch insbesondere nach dem ersten Backen vorliegende Fotolackabschnitte, welche aufgrund einer ungenügenden Quervernetzung weiterhin ein teillösliches Verhalten aufweisen, im Wesentlichen vollständig unlöslich werden (5D).
Hinsichtlich der Zusammensetzung und des Aufbringens der zweiten Säure 42 auf die Fotolackschicht 22, einer abzuwartenden Diffusionszeitdauer für das Eindiffundieren der zweiten Säure in die belichteten Bereiche 23, des nachfolgenden Entfernens der zweiten Säure 42 von der Fotolackschicht 22 und der Temperatur und Zeitdauer des zweiten Backens der Fotolackschicht 22 wird auf die Ausführungen zur in den 4A bis 4E dargestellten Strukturierung eines positiven Fotolacks 21 verwiesen.
Im Anschluss an das zweite Backen der Fotolackschicht 22 wird die Fotolackschicht 22 – wiederum gegebenenfalls nach Abwarten einer Abkühlzeit – mithilfe eines auf die Fotolackschicht 22 aufgebrachten Entwicklers entwickelt. Hierbei werden die unbelichteten Bereiche der Fotolackschicht 22 aufgelöst und infolgedessen die Fotolackschicht 22 strukturiert (5E). Nach einem Entfernen des Entwicklers und einem eventuellen weiteren Backen zum Härten kann die Fotolackstruktur 22 als Maske in nachfolgenden Strukturierungsschritten eingesetzt werden. Im Vergleich zu der in 2C dargestellten Fotolackstruktur 22 liegt weder eine Beschädigung von Strukturelementen noch eine Anlagerung von Partikeln 52 vor.
Die anhand der 4A bis 4E und 5A bis 5E erläuterten Strukturierungsverfahren stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar. Darüber hinaus sind alternative Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen bzw. Variationen umfassen.
Beispielsweise besteht die Möglichkeit, das selektive Belichten von Fotolackschichten 21, 22 anstelle mit einer in den 4A und 5A dargestellten transmittierenden Belichtungsmaske 31 mithilfe einer reflektierenden Belichtungsmaske durchzuführen, wie sie auch bei der EUV-Lithografie eingesetzt wird. Auch kann die selektive Belichtung ohne Einsatz einer Belichtungsmaske 31 erfolgen, wobei auszubildende Strukturen direkt mit Hilfe einer Teilchenstrahlung auf die Fotolackschichten 21, 22 übertragen werden.
Des weiteren ist es vorstellbar, die zweite Säure 42 anstelle aus einer Gas- oder Flüssigkeitsphase in Form eines Feststoffs, beispielsweise in Form eines festen Films auf die Fotolackschichten 21, 22 aufzubringen, aus welchem Säuremoleküle in die belichteten Bereiche der Fotolackschichten 21, 22 eindiffundieren. Über die oben beschriebenen Polymere könnten die Filmeigenschaften einer solchen Filmbeschichtung festgelegt werden.
Das Verfahren sowie die beschriebenen Ausführungsformen sind darüber hinaus mit positiven oder negativen Fotolacken durchführbar, bei welchen eine Löslichkeitsveränderung eines belichteten Bereichs auf anderen säurekatalysierten Reaktionsmechanismen als den beschriebenen Zersetzungsreaktion von Schutzgruppen oder Quervernetzungsreaktionen von Polymerketten beruhen. In erfindungsgemäßer Weise kann auch bei solchen Fotolacken nach einem ersten Backprozess eine zweite Säure selektiv in belichtete Bereiche eindiffundiert und ein zweiter Backprozess durchgeführt werden, um eine Löslichkeitsveränderung der belichteten Bereiche zu vervollständigen.
Zur Durchführung des Verfahrens kann eine herkömmliche Lithografievorrichtung herangezogen werden. Das Aufbringen und Entfernen der zweiten Säure sowie gegebenenfalls das zweite Backen kann hierbei beispielsweise in einer für Entwicklungsvorgänge eingesetzten Entwicklungskammer der Lithografievorrichtung durchgeführt werden.

11, 12, 13, 14,: Verfahrensschritt
15, 16, 17: Verfahrensschritt
20: Substrat
21: Positiver Fotolack/Fotolackschicht
22: Negativer Fotolack/Fotolackschicht
23: Belichteter Bereich
31: Belichtungsmaske
32: Belichtungsstrahlung
41: (Erste) Säure
42: Zweite Säure
51: Rückstand
52: Partikel

Claims

Verfahren zum Ausbilden einer strukturierten Fotolackschicht (21, 22) auf einem Substrat (20), umfassend die Verfahrensschritte: – Bereitstellen eines Substrats (20); – Aufbringen einer Fotolackschicht (21, 22) auf das Substrat (20); – Selektives Belichten der Fotolackschicht (21, 22), wobei eine erste Säure (41) in einem belichteten Bereich (23) der Fotolackschicht (21, 22) ausgebildet wird; – Erstes Backen der Fotolackschicht (21, 22), um säurekatalysierte chemische Reaktionen hervorzurufen, durch welche eine Löslichkeit des belichteten Bereichs (23) der Fotolackschicht (21, 22) beeinflusst wird; – Selektives Eindiffundieren einer zweiten Säure (42) in den belichteten Bereich (23) der Fotolackschicht (21, 22); – Zweites Backen der Fotolackschicht (21, 22), um säurekatalysierte chemische Reaktionen hervorzurufen, durch welche die Löslichkeit des belichteten Bereichs (23) der Fotolackschicht (21, 22) weiter beeinflusst wird; und – Entwickeln der Fotolackschicht (21, 22) mithilfe eines Entwicklers, wobei die Fotolackschicht (21, 22) strukturiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Säure (42) auf die Fotolackschicht (21, 22) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zweite Säure (42) aus einer Gasphase auf die Fotolackschicht (21, 22) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zweite Säure (42) aus einer Flüssigkeitsphase auf die Fotolackschicht (21, 22) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die zweite Säure (42) in Form einer Lösung auf die Fotolackschicht aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die zweite Säure (42) einen Zusatzstoff zum Verbessern einer Haftung auf der Fotolackschicht (21, 22) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 16, wobei die zweite Säure (42) einen Zusatzstoff zum Verbessern des Eindiffundierens in den belichteten Bereich (23) der Fotolackschicht (21, 22) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die zweite Säure (42) Polymere aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Säure (42) eine organische Säure umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Säure (42) eine Fluorcarbonsäure umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Säure (42) eine anorganische Säure umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Säure (42) eine Säure mit der Summenformel H-O-SO₂-R umfasst, wobei R eine Hydroxylgruppe oder einen organischen Rest darstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei nach dem Aufbringen der zweiten Säure (42) eine vorgegebene Diffusionszeitdauer abgewartet wird, innerhalb derer die zweite Säure (42) selektiv in den belichteten Bereich (23) der Fotolackschicht (21, 22) eindiffundiert.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Diffusionszeitdauer in einem Bereich zwischen 1s und 300s, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 10s und 90s liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14 wobei die zweite Säure (42) nach dem Abwarten der Diffusionszeitdauer von der Fotolackschicht (21, 22) entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Backen der Fotolackschicht (21, 22) bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen 60°C und 250°C, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 80°C und 140°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Backen der Fotolackschicht (21, 22) in einer Zeitdauer in einem Bereich zwischen 5s und 300s, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 30s und 120s durchgeführt wird.