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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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Um
einen Linenkollaps zu verhindern wird in der Druckschrift WO 02/067304
A1 vorgeschlagen, den strukturierten Resist mit einem Spülmedium,
das ein fluorhaltiges anionisches Tensid aufweist, zu behandeln.
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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, der die mit
säurelabilen
unpolaren Gruppen geschützten
Carboxylgruppen enthält, aufgetragen
wird, so dass ein Fotoresistfilm erhalten wird,
- – der
Fotoresistfilm abschnittsweise belichtet wird, so dass ein belichteter
Resistfilm erhalten wird, wodurch eine starke Säure freigesetzt wird, die die
säurelabilen
Gruppen spaltet und Carboxylgruppen freisetzt,
- – der
belichtete Resistfilm in einem Entwicklungsschritt entwickelt wird,
in welchem
- – ein
Entwickler auf den belichteten Resistfilm gegeben wird, welcher
den belichteten Resistfilm abschnittsweise 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
der Entwickler
entfernt wird, indem in einem ersten Spülschritt deionisiertes Wasser
als Spülmedium
und in einem zweiten Spülschritt
Schritt eine Lösung
bestehend aus Wasser und einem kationischen Tensid verwendet wird,
wodurch die Tensidmoleküle
mit den negativ geladenen Carboxylgruppen auf der Seitenwand des
Resits ein Salz ausbilden.
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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 die belichteten 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. Anschließend wird
der Entwickler entfernt und der strukturierte Resistfilm getrocknet,
so dass eine Resistmaske erhalten wird.
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Der
Ent wickler wird dann mit einem Spülmedium verdrängt. Meist
wird dabei in der Weise vorgegangen, dass zunächst die überwiegende Menge des Entwicklers
von der Oberfläche
des Halbleitersubstrats abgeschleudert wird. Anschließend wird deionisiertes
Wasser als das Spülmedium
aufgegeben, 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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Es
wird daher 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 Lösung
bestehend aus Wasser und einem kationischen Tensid verwendet wird.
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 quarternäre
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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Positive
Fotoresists besitzen im Allgemeinen in ihrer polaren Form negativ
geladene Gruppen, wie Carboxygruppen. 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
Carboxylgruppen 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 ange ordneten 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.
Auf 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.