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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung einer Resistmaske für die Strukturierung von Halbleitersubstraten.
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Mikrochips werden in einer Vielzahl
von Arbeitsschritten hergestellt, in denen innerhalb eines kleinen
Abschnitts der Oberfläche
eines Substrats, meist ein Siliziumwafer, gezielt Veränderungen
vorgenommen werden, um beispielsweise Gräben für Deep-Trench-Kondensatoren
in das Substrat einzubringen oder um dünne Leiterbahnen und Elektroden auf
der Substratoberfläche
abzuscheiden. Um solch kleine Strukturen darstellen zu können, wird
zunächst
auf der Substratoberfläche
eine Maske erzeugt, so dass diejenigen Bereiche, welche bearbeitet
werden sollen, freiliegen, während
die anderen Bereiche durch das Material der Maske geschützt werden.
Nach der Bearbeitung wird die Maske wieder von der Substratoberfläche entfernt,
beispielsweise durch Veraschen. Die Maske wird erzeugt, indem zunächst eine
dünne Schicht
eines Fotoresists aufgebracht wird, der ein, filmbildendes Polymer
sowie eine fotoempfindliche Verbindung enthält. Dieser Film wird anschließend belichtet,
wobei etwa in den Strahlengang eine partiell lichtdurchlässige Maske eingebracht
wird, durch welche die Struktur auf dem Resistfilm abgebildet wird.
In den belichteten Bereichen erfährt
der Fotoresistfilm eine chemische Veränderung, wodurch zwischen belichteten
und unbelichteten Abschnitten der abgebildeten Struktur differenziert
werden kann. Die kleinste darstellbare Strukturgröße (CD =
critical dimension) wird dabei wesentlich von der Wellenlänge der
zur Belichtung verwendeten Strahlung bestimmt.
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Für
die Herstellung strukturierter Resists sind bereits eine Reihe von
Verfahren entwickelt worden, wobei zwei prinzipielle Gruppen von
Fotoresists unterschieden werden.
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Bei positiven Fotoresists werden
die belichteten Bereiche im Entwicklungsschritt abgelöst und bilden
im strukturierten Fotoresist Gräben,
während die
unbelichteten Bereiche auf dem Substrat verbleiben und die Stege
des strukturierten Resists bilden. Bei negativen Fotoresists verbleibt
im Gegensatz zu den positiv arbeitenden Resists der belichtete Teil des
Resists auf dem Substrat, während
der unbelichtete Teil durch die Entwicklerlösung entfernt wird. Der Unterschied
in der Löslichkeit
von belichteten und unbelichteten Fotoresists kann beispielsweise
dadurch erreicht werden, dass beim negativen Fotoresist durch die
Belichtung eine chemische Reaktion ausgelöst wird, durch die der Fotoresist
vernetzt und damit in einer Entwicklerlösung unlöslich wird.
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Bei positiv arbeitenden Resists umfasst
der Fotoresist beispielsweise ein Polymer, welches polare Gruppen
enthält,
beispielsweise Carboxylgruppen, welche mit einer säurelabilen
unpolaren Gruppe geschützt
sind, so dass das Polymer insgesamt unpolare Eigenschaften enthält. Ferner
enthält
der Fotoresist eine Fotosäure,
durch welche bei Belichtung eine starke Säure freigesetzt wird. Durch
diese Säure
werden die säurelabilen
Gruppen am Polymer gespalten, so dass polare Gruppen freigesetzt
werden. In den belichteten Bereichen erhält das Polymer daher polare
Eigenschaften, so dass es in einem Entwicklungsschritt mit einem
polaren Entwickler abgelöst
werden kann. In den unbelichteten Bereiche, in welchen das Polymer
seine unpolaren Eigenschaften behalten hat, verbleibt der Resist
auf dem Substrat und bildet eine Maske aus.
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Der strukturierte Fotoresist dient
in der Regel als Maske für
weitere Prozesse, wie etwa Trockenätzprozesse. Dabei wird die
im Fotoresist erzeugte Struktur mit Hilfe eines geeigneten Plasmas
in ein unter dem Resist angeordnetes Substrat übertragen. Dazu ist erforderlich,
dass der Fotoresist gegenüber
dem Plasma eine höhere
Stabilität
aufweist als das Substrat, so dass möglichst selektiv nur das Substrat
geätzt
wird. Durch den Ätzprozess
wird in geringem Maße
auch das Material der Maske abgetragen. Um das Substrat auch gegen
Ende des Ätzprozesses noch
ausreichend gegen einen Angriff des Plasmas zu schützen, ist
es daher erforderlich, dass die Fotoresistschicht eine bestimmte
Dicke aufweist. Die geforderte Dicke ist dabei vom Substrat sowie
vom verwendeten Plasma abhängig.
Je widerstandsfähiger das
Substrat gegenüber
dem Plasma ist bzw. je tiefer die Struktur in das Plasma übertragen
werden soll, um so höher
muss auch die Schichtdicke des Resistfilms sein.
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Gegenwärtig werden zur Erzeugung kleinster
Strukturen überwiegend
einlagige Lacksysteme benutzt. Diese Systeme bestehen aus einem
Fotoresist, der auf einer Antireflexionsschicht abgeschieden wird,
um Interferenzeffekte im Fotoresist zu reduzieren. Nach der Belichtung
des Fotoresistfilms werden meist wasserhaltige Entwickler eingesetzt,
mit welchen polare Anteile der Fotoresistschicht abgelöst werden.
Zum Ende der Entwicklung wird der Entwickler durch Spülen mit
Wasser von der Oberfläche
verdrängt.
Das Wasser wird von der Oberfläche
des Wassers abgeschleudert und im strukturierten Resist verbliebene
Wasserreste anschließend
verdampft. Durch den geringen Abstand zwischen benachbarten Stegen
wirken während
des Verdampfens des Wassers kapillare Kräfte auf die Stege. Durch Unregelmäßigkeiten,
welche beim Verdampfen des Wassers auftreten oder durch eine lokale
Variation der Abstände
zwischen Stegen können
auf die Seitenwände
der Stege unterschiedlich hohe Kapillarkräfte wirken. Dies kann bewirken,
dass die Stege während
des Trockenvorgangs umfallen. Dieser Vorgang wird auch als Linienkollaps
bezeichnet. Bei konstanter Breite der Stege bestimmt die Dicke der
Fotoresistschicht das Aspektverhältnis
von Höhe
zu Breite der Stege. Mit steigendem Aspektverhältnis nimmt die mechanische
Stabilität
der Stege ab, so dass sich die Gefahr vergrößert, dass die Stege während des Trocknens
kollabieren.
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Mit zunehmender Dichte der auf einem
Mikrochip angeordneten Strukturen sinkt auch die Linienbreite dieser
Strukturen. So wird für
die Herstellung von DRAMs bis 2007 eine Auflösung von Strukturen mit einer
Strukturgröße bis hinab
zu 65 nm gefordert. Für
die weitere Entwicklung von DRAMs wird bis zum Jahr 2016 eine Auflösung von
Strukturen bis hinab in eine Größenordnung
von 22 nm erwartet. Um eine geringe Fehlerrate bei der Herstellung
der Mikrochips zu erhalten, muss daher mit
abnehmender Linienbreite die Dicke der Fotoresistschicht ebenfalls verringert
werden, um stabile Stege zu gewährleisten.
Der Linienkollaps limitiert so die maximal einsetzbare Fotolackdicke
bzw. bei einer bestimmten minimal erforderlichen Schichtdicke des
Resistfilms die Breite der Stege.
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Als Alternative zu einlagigen Resistsystemen wird
auch an der Entwicklung mehrlagiger Lacksysteme sowie der Entwicklung
so genannter Hartmasken gearbeitet. Bei diesen Verfahren werden
extrem dünne
Fotoresistfilme auf eine Schicht eines Materials aufgetragen, aus
welchem die Maske hergestellt werden soll. Zur Strukturierung dieser
Schicht wird zunächst
der Fotoresistfilm belichtet und wie oben beschrieben entwickelt.
Anschließend
wird die durch den strukturierten Fotoresist vorgegebene Struktur
in einem ersten Ätzprozess
in die unter dem Fotoresist angeordnete Schicht des Maskenmaterials übertragen.
Das Plasma wird dabei so gewählt,
dass der strukturierte Fotoresist eine möglichst hohe Stabilität gegenüber dem
Plasma aufweist, während
die Stabilität
des Maskenmaterials gering ist. Nach der Herstellung der Maske wird
mit einem zweiten Plasma die Struktur in das unter der Maske angeordnete Substrat übertragen.
Das zweite Plasma wird so gewählt,
dass die Stabilität
des Maskenmaterials möglichst
hoch ist, während
die Stabilität
des Substrats gegenüber
dem Plasma möglichst
gering ist. Wegen der geringen Dicke der Fotoresistschicht stellt
der Linienkollaps kein Problem bei der Verwendung mehrlagiger Resistsysteme
oder Hartmasken dar. Nachteilig ist jedoch, dass die Verwendung
derartiger Maskensysteme im Vergleich zu einlagigen Fotoresistsystemen
wesentlich aufwändiger
ist, da zusätzliche Prozessschritte
für die
Strukturierung notwendig sind. Dies verursacht im Vergleich zur
Verwendung einlagiger Fotoresistsysteme daher erhöhte Kosten bei
der Fertigung von Mikrochips.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Resistmaske für die Strukturierung
von Halbleitersubstraten zur Verfügung zu stellen, welches bei
Verwendung einlagiger Resistsysteme im Vergleich zu den bekannten
Verfahren eine weitere Verringerung der kritischen Strukturgröße ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem
Verfahren zur Herstellung einer Resistmaske für die Strukturierung von Halbleitersubstraten,
wobei
- – ein
Halbleitersubstrat bereitgestellt wird,
- – auf
dem Halbleitersubstrat ein Film aus einem Fotoresist aufgetragen
wird, so dass ein Fotoresistfilm erhalten wird,
- – der
Fotoresistfilm abschnittsweise belichtet wird, so dass ein belichteter
Resistfilm erhalten wird,
- – der
belichtete Resistfilm in einem Entwicklungsschritt entwickelt wird,
in welchem
- – ein
Entwickler auf den belichteten Resistfilm gegeben wird, welcher
den belichteten Resistfilm abschnittswei se ablöst, so dass ein strukturierter Resistfilm
erhalten wird,
- – der
Entwickler entfernt wird, und
- – der
strukturierte Resistfilm getrocknet wird, so dass eine Resistmaske
erhalten wird,
dadurch gekennzeichnet, dass im Entwicklungsschritt
der strukturierte Resistfilm mit einem kationischen Tensid beaufschlagt
wird.
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Durch die Verwendung kationischer
Tenside kann bei gegebener Dicke des Fotoersistfilms die Linienbreite,
bei welcher ein Linienkollaps beobachtet wird, wesentlich verringert
werden. Die Erfinder nehmen an, dass durch die Verwendung kationischer Tenside
die Kapillarkräfte,
welche beim Verdampfen des Lösungsmittels
während
des Trocknens auf die Seitenwände
der Stege des strukturierten Resists wirken, deutlich verringert
werden können.
Dies ermöglicht
es, die Linienbreite der Stege zu verringern, ohne dabei gleichzeitig
die Dicke der Fotoresistschicht verringern zu müssen. Auch bei verringerter Linienbreite
können
daher dickere Resistschichten verwendet werden, wobei die Stabilität des strukturierten
Resists gegenüber
einem Plasma ausreicht, um auch bei verringerter kritischer Strukturgröße die gewünschte Struktur
in das Halbleitersubstrat übertragen
zu können.
Der Einsatz aufwändiger
mehrlagiger Resistsysteme bzw. Hartmaskensysteme kann daher vermieden
werden bzw. kann die Notwendigkeit des Einsatzes derartige Systeme
zu geringen Linienbreiten hin verschoben werden.
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Im Einzelnen wird in der Weise vorgegangen,
dass zunächst
ein Halbleitersubstrat bereitgestellt wird. Als Halbleitersubstrat
wird im Allgemeinen ein Siliziumwafer verwendet, welcher auch bereits Prozessschritte
durchlaufen haben kann und in welchen auch bereits Strukturelemente
bzw. mikroelektronische Bauelemente integriert sein können. Die
zu bearbeitende Oberfläche
des Halbleitersubstrats muss dabei nicht notwendigerweise von einem
Halbleiter, beispielsweise Silizium, gebildet werden. Es ist vielmehr
auch möglich,
dass auf der Oberfläche
des Halbleitersubstrats eine Schicht aus einem Dielektrikum aufgebracht
ist, in welches Strukturelemente eingebracht werden sollen. Besondere
Beschränkungen
bestehen daher in Bezug auf das verwendete Halbleitersubstrat nicht.
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Auf dem Halbleitersubstrat wird anschließend ein
Film aus einem fotoempfindlichen Resist aufgetragen, so dass ein
Fotoresistfilm erhalten wird. Die Herstellung des Fotoresistfilms
wird dabei mit üblichen
Verfahren durchgeführt.
Im Allgemeinen wird der Fotoresist aufgeschleudert, das heißt es wird
zunächst
eine Menge des Fotoresists im Zentrum des Halbleitersubstrats aufgegeben
und der Fotoresist durch rasche Rotation des Halbleitersubstrats
gleichmäßig auf
der Oberfläche
des Halbleitersubstrats verteilt. Die Schichtdicke kann dabei über die
Rotationsgeschwindigkeit bzw. durch die Dauer des Schleudervorgangs
eingestellt werden: Die im Fotoresist enthaltenen Lösungsmittel
werden anschließend
verdampft. Dazu kann das Halbleitersubstrat kurzfristig erwärmt werden.
Der Fotoresistfilm kann anschließend noch getempert werden,
um eine möglichst
homogene Struktur des Resistfilms zu erhalten.
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Anschließend wird der Fotoresistfilm
abschnittsweise belichtet, so dass ein belichteter Resistfilm erhalten
wird. Dazu wird ebenfalls in der üblichen Weise vorgegangen.
Im Allgemeinen wird der Fotoresistfilm mit einem Strahl eines Lasers
belichtet, welcher Licht einer geeigneten Wellenlänge emittiert.
Im Strahlengang wird eine Fotomaske angeordnet, durch welche die
Struktur auf den Resistfilm projiziert wird. Es ist aber auch möglich, den
Resistfilm direkt zu beschreiben, beispielsweise mit einem Elektronenstrahl.
Durch die Belichtung erfährt
der Fotoresist in den belichteten Abschnitten eine chemische Veränderung,
so dass eine Differenzierung zwischen belichteten und unbelichteten
Abschnitten erreicht wird. Um diese chemische Modifikation rasch und
vollständig
ablaufen zu lassen, kann der belichtete Resistfilm bzw. das Halbleitersubstrat
kurzfristig auf eine geeignete Temperatur erwärmt werden.
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Anschließend wird der belichtete Resistfilm in
einem Entwicklungsschritt entwickelt, wobei entweder die belichteten
Abschnitte oder die unbelichteten Abschnitte des belichteten Resistfilms
entfernt werden. Dazu wird ein geeigneter Entwickler auf den belichteten
Resistfilm gegeben. Der Entwickler ist im Allgemeinen eine wässrige Lösung, welche
Verbindungen enthält,
die ein Ablösen
der modifizierten Abschnitte des belichteten Resistfilms fördern. Der
Entwickler wird passend zum verwendeten Fotoresist ausgewählt. Entsprechende
Angaben werden von den Herstellern von Fotoresists zur Verfügung gestellt.
Durch den Entwickler werden Abschnitte des belichteten Resistfilms
abgelöst,
so dass ein strukturierter Resistfilm erhalten wird. Je nach verwendetem Fotoresist
werden dabei entweder die belichteten oder die unbelichteten Abschnitte
des Resistfilms abgelöst.
Anschließend
wird der Entwickler entfernt und der strukturierte Resistfilm getrocknet,
so dass eine Resistmaske erhalten wird.
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Erfindungsgemäß wird der strukturierte Resistfilm
im Entwicklungsschritt mit einem kationischen Tensid beaufschlagt.
Das kationische Tensid wird dabei in der Weise aufgebracht, dass
es beim Trocknen des strukturierten Resistfilms die auf die Resiststege
wirkenden Kapillarkräfte
verringern kann. Das kationische Tensid wird also so auf den strukturierten
Resist aufgebracht, dass es zu Beginn des Trockenvorgangs in dem
zu verdampfenden Lösungsmittel,
meist Wasser, enthalten ist.
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Im Allgemeinen wird das kationische
Tensid dem Entwickler nicht direkt eingegeben, da die im Entwickler
enthaltenen Substanzen meist nicht rückstandsfrei verdampft werden
können.
Bevorzugt wird in der Weise vorgegangen, dass der Entwickler entfernt
wird, indem der Entwickler mit einem Spülmedium verdrängt wird.
Meist wird dabei in der Weise vorgegangen, dass zunächst die überwiegende
Menge des Entwicklers von der Oberfläche des Halbleitersubstrats
abgeschleudert wird. Anschließend
wird das Spülmedium
aufgegeben, meist Wasser, welches dann durch Abschleudern ebenfalls
zum überwiegenden
Anteil von der Oberfläche
des Halbleitersubstrats entfernt wird. Im strukturierten Resistfilm verbliebene
Reste des Spülmediums
werden anschließend
durch Trocknen entfernt.
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Das kationische Tensid kann im Spülmedium enthalten
sein. In diesem Fall wird die Menge des Spülmediums so gewählt, dass
der Entwickler vollständig
verdrängt
wird.
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Bevorzugt wird jedoch in der Weise
vorgegangen, dass der Entwickler entfernt wird, indem in einem ersten
Spülschritt
deionisiertes Wasser als Spülmedium
verwendet wird und in einem zweiten Spülschritt eine wässrige Spüllösung als
Spülmedium
verwendet wird, welche das kationische Tensid enthält. Auf
diese Weise kann die Menge des benötigten Tensids gering gehalten
werden und Wechselwirkungen zwischen dem kationischen Tensid und Komponenten
des Entwicklers können
vermieden werden.
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Bevorzugt wird die das kationische
Tensid enthaltende Spüllösung für eine Dauer
von 10 bis 120 Sekunden auf dem strukturierten Resistfilm belassen.
Die das kationische Tensid enthaltende Spüllösung wird als Flüssigkeitsschicht
auf den strukturierten Resistfilm aufgebracht. Während der Verweilzeit auf dem
strukturierten Resistfilm dringen die kationischen Tenside in die
Zwischenräume
zwischen Stegen bzw. Linien des strukturierten Resistfilms ein. Die
Erfinder nehmen dabei an, dass die kationischen Tensidmoleküle sowohl
an den Seitenwänden
der Resiststege adsorbiert werden und dadurch eine Hydrophobisierung
dieser Wände
bewirken, als auch Tensidmoleküle
an der Oberfläche
der in den Gräben enthaltenen
Spüllösung angeordnet
werden. Dadurch vergrößert sich
der Kontaktwinkel der Spüllösung an
der Grenzfläche
zum Resiststeg und damit auch die auf die Seitenwände des
Resiststegs wirkende Kapillarkraft.
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Als kationisches Tensid wird vorzugsweise ein
Tensid verwendet, welches eine tertiäre Ammoniumgruppe umfasst.
Derartige Tenside sind in großer Strukturvielfalt
zugänglich
und werden von zahlreichen Anbietern auf dem Markt vertrieben.
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Besonders bevorzugt werden als kationische Tenside
Trimethylammoniumsalze verwendet, deren Alkylgruppe mehr als 8 Kohlenstoffatome
umfasst. Beispielhafte Vertreter geeigneter Trimethylammoniumsalze
sind Dodezyltrimethylammoniumsalze, Trimethyltetradezylammoniumsalze,
Hexadezyltrimethylammoniumsalze und Oktadezyltrimethylammoniumsalze.
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Besonders bevorzugt wird das kationische Tensid
als Bromid oder Hydrogensulfat verwendet.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
kommen insbesondere zur Geltung, wenn die Resistmaske Strukturelemente
umfasst, welche ein Aspektverhältnis
von größer als
3 aufweisen.
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Besonders vorteilhaft ist daher der
Fotoresistfilm als einlagiger Resistfilm ausgebildet. Unter einem
einlagigen Resistfilm wird dabei ein Resistfilm verstanden, welcher
im Wesentlichen homogen aus einem organischen Polymer aufgebaut
ist. Der einlagige Resistfilm kann um eine Antireflexschicht ergänzt werden,
durch welche Reflexionen im Resistfilm unterdrückt werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl
für eine
Verwendung mit negativen Fotoresists als auch mit positiven Fotoresists.
Positive Fotoresists sind jedoch bevorzugt. Positive Fotoresists besitzen
im Allgemeinen in ihrer polaren Form negativ geladene Gruppen, wie
Carboxygruppen oder deprotonierbare Hydroxygruppen. Die nach der
Entwicklung enthaltenen Stege weisen auf ihren Seitenflächen meist
polare Eigenschaften auf, da die Seitenflächen meist von Polymeren gebildet
werden, bei denen nur ein Anteil der säurelabilen Gruppen gespalten
wurde. Die polaren Anteile dieser Polymeren bilden dann die Seitenwände der
Resiststege. Wird ein derartiger Resist mit einem kationischen Tensid beaufschlagt,
bilden die Tensidmoleküle
mit den negativ geladenen Gruppen auf der Seitenwand des Resiststeges
ein Salz aus, wodurch die Seitenwand deutlich unpolarere Eigenschaften
erhält.
Dadurch vergrößert sich
der Kontaktwinkel, den eine wässrige Lösung mit
der Seitenwand des Resiststeges ausbildet.
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Besonders bevorzugt ist der Fotoresist
ein chemisch verstärkter
Resist. Unter einem chemisch verstärkten Fotoresist wird ein Fotoresist
verstanden, welcher eine Quantenausbeute von mehr als 1 aufweist.
Dies wird erreicht, indem der Fotoresist einerseits eine Fotosäure aufweist
und andererseits die polaren Gruppen am Polymer mit einer Gruppe
geschützt
sind, welcher unter Säurekatalyse
gespalten wird. Mit einem einzelnen freigesetzten Proton können daher
eine Vielzahl von säurelabilen
Gruppen gespalten werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders
für die
Herstellung von Strukturen mit sehr geringer Linienbreite. Geeignet
sind beispielsweise Wellenlängen
von 248 nm, 193 nm oder auch 157 nm. Es kann für die Belichtung des Fotoresists
jedoch auch Strahlung verwendet werden, welche eine Wellenlänge von
weniger als 100 nm aufweist. Wegen ihrer Ladungseigenschaften können kationische
Tenside an sich für
jede Art von Lack eingesetzt werden.
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Um die auf die Seitenwände des
strukturierten Resists wirkenden Kapillarkräfte möglichst gering zu halten, wird
die Konzentration des kationischen Tensids im Spülmedium so gewählt, dass
ein im zwischen Stegen des strukturierten Resists angeordneten Graben
verbliebene Spülmedium
einen Kontaktwinkel θ1 mit der Seitenwand des Resiststegs von
annähernd
90° ausbildet.
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Weiter wird die Konzentration des
kationischen Tensids im Spülmedium
geringer gewählt
als die kritische Mizellenkonzentration (CMC).
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Die Erfindung wird im Weiteren unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren näher
erläutert. Dabei
zeigt
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1 eine
schematische Darstellung eines Schnitts durch eine Resiststruktur,
wobei in einem zwischen zwei Stegen angeordneten Graben eine Flüssigkeit
eingefüllt
ist;
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2 eine
Grafik, in welcher der Dosisspielraum für die Belichtungsdosis eines
Fotoresists gegen die Dicke der Resistschicht aufgetragen ist.
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1 zeigt
schematisch einen Schnitt durch einen strukturierten Fotoresist.
Ruf einem Substrat 1 sind Stege 2 aus einem Resistmaterial
angeordnet. Zwischen den Stegen 2 ist ein Graben 3 ausgebildet, welcher
nach dem Entwickeln mit einem Spülmedium 4,
beispielsweise deionisiertem Wasser, gefüllt ist. Wird das Spülmedium 4 beim
Trocknen verdampft, bildet sich an der Oberfläche des Spülmediums 4 ein Meniskus 5 aus,
welcher durch die Oberflächenspannung
des Wassers sowie die Grenzflächeneigenschaften
der Seitenwand 2a der Resiststege 2 bestimmt ist.
Der Meniskus 5 bildet dabei mit der Seitenwand 2a einen
Kontaktwinkel θ1 aus. Die auf die Seitenwand 2a wirkenden
Kapillarkräfte
F sind direkt proportional zur Grenzflächenspannung bzw. zum Kosinus
des Kontaktwinkels θ (F
proportional G cos θ1).
Enthält
das Spülmedium 4 kationische
Tenside, bilden diese eine Schicht 6 aus, durch welche
die Seitenwand 2a der Stege 2 hydrophobe Eigenschaften
erhält.
Im Idealfall wird ein Kontaktwinkel von θ1 = 90° eingestellt,
so dass gilt F = 0. Dies entspricht einer Hydrophobisierung der
Oberfläche 2a.
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Beispiel: Bestimmung des
Dosisspielraums
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Siliziumwafer wurden mit einem handelsüblichen
chemisch verstärkten
positiven Fotoresist beschichtet. Die Schichtdicke wurde dabei durch
die Umdrehungszahl eingestellt, mit welcher der Fotoresist auf den
Wafer aufgeschleudert wurde. Anschließend wurde in üblicher
Weise das im Fotoresist enthaltene Lösungsmittel durch Erwärmen des
Wafers entfernt und die Fotoresistschicht durch eine kurze Wärmebehandlung
getempert. Die Schichtdicke des Resistfilms wurde jeweils auf 310,
320, 330, 340 sowie 350 nm eingestellt. Auf die so präparierten
Wafer wurde jeweils mit einem Laser ein Linienmuster abgebildet,
wobei die Linienbreite der kritischen Strukturgröße entsprach. Dazu wurde eine
entsprechende Fotomaske in den Strahlengang des Lasers angeordnet,
so dass das in der Fotomaske vorgegebene Linienmuster auf dem Resistfilm
projiziert wurde. Das Linienmuster wurde jeweils mehrfach auf den
gleichen Resistfilm abgebildet, wobei die Bestrahlungsintensität systematisch
variiert wurde. Der belichtete Wafer wurde jeweils kurz getempert
und dann in der weiter unten angegebenen Weise entwickelt. Anschließend wurde
das erhaltene Relief elektronenmikroskopisch untersucht. Die resultierende
Strukturgröße hängt von
der Belichtungsdosis ab. Mit zunehmender Belichtungsdosis wird die
Linie schmaler. Zunächst
wurde diejenige Belichtungsdosis bestimmt, welche erforderlich war,
um die Ziellinienbreite im Resistfilm auszubilden. Diese Belichtungsintensität entspricht dem
Wert E_size. Weiter wurde diejenige (höhere) Belichtungsintensität bestimmt,
bei welcher ein Linienkollaps beobachtet wurde. Diese Intensität wird als E_collapse
bestimmt.
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Die Linienbreite hängt für eine gegebene
Fotomaske von der Intensität
der Strahlung ab, die für die
Abbildung der Fotomaske auf die Resistschicht verwendet wird. Je
höher die
Belichtungsintensität gewählt wird,
um so geringer wird die Linienbreite der nach der Entwicklung erhaltenen
Resiststege.
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Die Entwicklung der belichteten und
getemperten Resistschichten erfolgte auf die folgende Weise:
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Entwicklung 1a: Konventioneller
Spülprozess
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Eine 2,38 %-ige Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid
in Wasser wurde auf den belichteten und getemperten Resistfilm gegeben
und dort für 30
bis 60 Sekunden belassen. Anschließend wurde der Entwickler durch
Spülen
mit deionisiertem Wasser von der Oberfläche des Resistfilms verdrängt. Zur Trocknung
wurde das auf der Oberfläche
des Resistfilms verbliebene Wasser vom Wafer abgeschleudert.
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Entwicklung 1b: Tensidspülprozess
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Auf den belichteten und getemperten
Resistfilm wurde eine Lösung
von 2,38 % Tetramethylammoniumhydroxid in Wasser gegeben und für 30 bis 60
Sekunden auf der Oberfläche
des Wafers belassen. Der Entwickler wurde anschließend durch
Spülen
mit deionisiertem Wasser verdrängt.
Anschließend
wurde eine Tensidlösung
auf die Resistoberfläche
gegeben. Die Tensidlösung
wurde für
10 bis 120 Sekunden auf der Oberfläche des Wafers belassen. Während dieser
Zeit werden die kationischen Tenside auf der Oberfläche des
Resists adsorbiert. Für die Trocknung
wurde die Tensidlösung
von Wafer abgeschleudert. Als Tenside wurden Dodezyltrimethylammoniumbromid
(DTAB) sowie Tetradezyltrimethylammoniumbromid (TTAB) verwendet.
Die Ergebnisse sind in 2 dargestellt.
Auf der Y-Achse ist jeweils die Differenz der Belichtungsintensität E_collapse-E_size
(mJ/cm2) bzw. der relative Wert (E_collapse-E_size)/E_size
und auf der X-Achse die Dicke des Fotoresistfilms angegeben. Die
mit "a" bezeichneten Kurven
beziehen sich auf "E_collapse-E_size" und die mit "b" bezeichneten Kurven auf "(E_collapse-E_size)/E_size" Die Linien Ia bzw.
Ib entsprichen dabei den Werten, welche mit dem konventionellen
Spülprozess
(Entwicklung 1a) erhalten wurden. Man erkennt, dass bei einer Resiststärke von
340 nm das Relief nicht mehr im Resistfilm dargestellt werden kann.
Bei Schichtdicken, die größer als
dieser Wert gewählt
sind, erfolgt ein Linienkollaps.
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Die gestrichelten Linien II und III
entsprechen jeweils Werten, die bei einer Beaufschlagung des strukturierten
Resists mit DTAB (Kurve IIa bzw. IIb) bzw. TTAB (Kurve IIIa bzw.
IIIb) erhalten wurden. Man erkennt, dass bei einer Schichtdicke
von ca. 348 nm, bei welcher ein Linienkollaps bei Verwendung eines
konventionellen Spülprozesses
beobachtet wurde, die Resistlinien ihre Struktur behalten und keine Beschädigung der
Resistlinien beobachtet wird. Wird die Schichtdicke bei gleichem
Dosisspielraum verglichen, so kann bei Verwendung kationischer Tenside die
Dicke des Resistfilms um ca. 10 % erhöht werden.