DE10351963B4

DE10351963B4 - Verfahren zum Belacken von Halbleitersubstraten

Info

Publication number: DE10351963B4
Application number: DE2003151963
Authority: DE
Inventors: Dr. Höppner Jürgen
Original assignee: Suess Microtec Lithography GmbH
Current assignee: Suess Microtec Lithography GmbH
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2023-11-08
Also published as: WO2005045527A2; TW200534044A; WO2005045527A3; DE10351963A1

Abstract

Verfahren zum Belacken eines Substrats mit den Schritten: (a) Modifizieren des aufzubringenden Lacks mit einem Lösungsmittel; (b) Versprühen des modifizierten Lacks auf das Substrat; und (c) Homogenisieren der aufgesprühten Lackschicht in einer Lösungsmittelatmosphäre, wobei die Lackschicht mit einem mit einem Lösungsmittel angereichertem Gasstrom angeströmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Belacken bzw. Beschichten von Substraten, insbesondere zum Aufbringen einer Resistschicht auf Halbleitersubstrate, die auf der zu belackenden Oberfläche eine drei-dimensionale Topographie aufweisen.
Zum Belacken eines Substrates, insbesondere eines Halbleitersubstrates bzw. eines Wafers mit einem Fotoresist während eines Lithographieprozesses wird herkömmlich ein Rotationsbeschichtungsverfahren, das sogenannte Spin-Coating verwendet. Bei diesem herkömmlichen Verfahren wird der in einem Lösungsmittel gelöste Fotoresist auf das rotierende Substrats aufgebracht. Durch die durch die Rotation entstehende Zentrifugalkraft wird der Fotoresist gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Substrats verteilt.
Sollen Substrate beschichtet werden, die auf ihrer Oberfläche drei-dimensionale Topographien aufweisen, stößt die klassische Spin-Coating Methode an ihre verfahrensbedingten Grenzen. Nachteilig ist in diesem Fall insbesondere die schlechte Uniformität der aufgebrachten Lackschicht, insbesondere das Auftreten von radialen Unregelmäßigkeiten, dem sogenannten „Spin Shadowing”, die beispielsweise durch Ansammeln des Lacks vor Erhöhungen auf der Substratoberfläche entstehen kann. Weiterhin ergeben sich Probleme beim Beschichten scharfer Kanten wie dem möglichen Abriss der Resistschicht an der Kante bei konvexen Topologien oder der Meniskusbildung an konkaven Oberflächenabschnitten.
Aus der Druckschrift Singh, Vijay Kumar [et al.]: Technique for preparing defect-free spray coated resists film. In: 12th International Conference on Solid State Sensors, Actuators and Microsystems, 2003, June 8–12, S. 817–820. – ISBN 0-7803-7731-1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer defekt-freien Resistschicht durch Sprühbeschichten bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird eine Lackschicht auf einer bereits strukturierten Oberfläche aufgebracht, indem der modifizierte Lack aufgesprüht und anschließend homogenisiert wird. Das Homogenisieren findet in einer geschlossenen Atmosphäre statt, wobei in der Nähe der aufgebrachten Schicht ein Lösemittel verdunstetet. Der aus der EP 0540 447 A1 bekannte Homogenisierschritt wird nicht kontrolliert und ist relativ lang und undefiniert. Aus der EP 1046 959 A2 ist es bekannt, das Homogenisieren in der Lösemittelatmosphäre während dem Auftrag des Lackes auszuführen.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Belacken von Substraten bereitzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren soll insbesondere eine gleichmäßige Belackung bzw. Beschichtung von Substraten mit drei-dimensionalen Topographien ermöglichen und die Prozeßdauer zu verkürzen.
Die Aufgaben werden durch die in den Ansprüchen enthaltenen Merkmale gelöst.
Die vorliegende Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, das zu belackende Substrat zunächst mit einem modifizierten Lack bzw. Resist zu besprühen und die so aufgesprühte Schicht anschließend in einer lösungsmittelhaltigen Atmosphäre für die nachfolgenden Lithographieschritte zu homogenisieren bzw. zu planarisieren.
Gemäß dem Verfahren wird der Lack mit einem Lösungsmittel, wie beispielsweise Aceton oder Ethylmethylketon modifiziert und vorzugsweise das Substrat während des Sprühvorgangs beheizt. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass der aufgesprühte Resist am gewünschten Ort verbleibt, da durch die Resistmodifikation der modifizierte Lack bereits im Flug bzw. – durch Heizen des Substrats – unmittelbar nach dem Auftreffen auf das Substrat trocknet. Der Lack lagert sich so in kleinen trockenen Tröpfchen auf dem Substrat ab. Allerdings weist die so erhaltene Beschichtung Benetzungsdefekte bzw. Unregelmäßigkeiten auf, die einfallendes Licht streuen, was bei den nachfolgenden Lithographienschritten unerwünscht ist.
Daher muß die aufgesprühte Lackschicht nachbehandelt werden. Hierzu wird die Lackoberfläche mit einem Gasstrom, der mit einem geeigneten Lösungsmittel angereichert ist, angeströmt und so die Lackschicht homogenisiert und planarisiert. Vorzugsweise wird hierzu ein durch eine mit Ethylmethylketon oder Aceton gefüllte Gaswaschflasche geleiteter N₂-Strom verwendet. Vorzugsweise wird der Beschichtungsprozess durch ein Ausbacken der so geglätteten Lackschicht abgeschlossen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Belacken von Halbleitersubstraten erlaubt eine gleichmäßige Belackung drei-dimensionaler Topographien durch ein Sprühverfahren, in dem einerseits sichergestellt wird, dass der gleichmäßig ausgesprühte Lack nach dem Auftreffen auf das Substrat an den gewünschten Positionen verbleibt und andererseits die so zwangsläufig entstehende nicht uniforme bzw. nicht dichte Schicht durch eine Nachbehandlung homogenisiert bzw. planarisiert wird. Während dieser Nachbehandlung wird der Resist aufgeweicht und bildet so eine glatte Schicht, wobei durch eine geeignete Wahl der Nachbehandlungszeit bzw. -temperatur ein Verlassen der Kanten durch den Resist verhindert wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch eine Vorrichtung zum Versprühen des Fotoresists auf einem Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung und
2 schematisch eine Vorrichtung zum Homogenisieren der aufgesprühten Lackschicht gemäß der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt eine Vorrichtung zum Versprühen von modifiziertem Lack bzw. Fotoresist auf ein Substrat 1 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Das Substrat 1, bevorzugt ein Halbleitersubstrat bzw. Wafer, ist auf einem beheizbaren und damit in seiner Temperatur einstell- und regelbar, drehbar gelagerten Chuck fixiert und temperiert. Die Temperatur des Substrats sollte während dem Sprühvorgang zwischen etwa 40°C und 90°C liegen, bevorzugt bei etwa 70°C.
Ein Zerstäubersystem 2, das den lösungsmittelmodifizierten Lack vernebelt und so auf das Substrat 1 aufsprüht, wird mit Hilfe eines geeigneten Achssystems 22 und 23 auf einer vorbestimmten Bahn in einem definierten und einstellbaren Abstand so über dem Substrat 1 verfahren, dass dessen Oberfläche komplett von dem durch das Zerstäubersystem 2 vernebelte Lackgemisch bedeckt wird. Hierzu wird der Zerstäuberkopf 2 gegebenenfalls mehrfach beispielsweise in Mäanderbahnen 21, die zur Gewährleistung einer möglichst uniformen Verteilung des Lacks in aufeinanderfolgenden Durchläufen unterschiedlich sein können, über dem Substrat 1 verfahren. Zusätzlich kann die Drehlage des Substrats 1 auf dem Chuck während dem Aufsprühen bzw. zwischen den Aufsprühdurchgängen geändert werden. Der Winkel des Sprühstrahls, mit dem das Lackgemisch aus dem Zerstäubersystem 2 auf die Substratoberfläche auftrifft, kann durch Neigung des Zerstäubersystems 2 zur Substratebene eingestellt bzw. verändert werden.
Aufgrund der im Sprühprozess oftmals auftretenden Oberflächendefekte der Lackschicht muß diese anschließend in einem weiteren Schritt homogenisiert und planarisiert werden. In 2 ist schematisch eine für diesen Prozessschritt geeignete Vorrichtung dargestellt. Mit Hilfe einer Gaswaschflasche wird eine Gasstrom 3, vorzugsweise ein N₂-Strom, mit einem geeigneten Lösungsmittel 4 angereichert und damit die Lackoberfläche angeströmt. Geeignete Lösungsmittel 4 sind bevorzugt Ethylmethylketon oder Aceton. Zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Behandlung der Oberfläche des Substrats 1 kann dieses zu einem Düsensystem, aus dem der mit dem Lösungsmittel angereicherte Gasstrom austritt, mittels eines Positioniertischs gleichförmig bewegt werden.
Geeignete Positiv-Fotoresisten zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren sind beispielsweise Clariant AZ5214E, Clariant AZ520D, Clariant AZ1512, Clariant AZ111, MicroResist Technologies Mr-P 11. Bei Verwendung dieser Fotoresiste sind beispielsweise die folgenden Lackmodifikationen geeignet:

– 1 Teil Lack und 5–10 Teile Aceton
– 1 Teil Lack und 2–10 Teile Ethylmethylketon
– 1 Teil Lack und 2–10 Teile Ethylmethylketon und 5–15 Teile Ethanol
– 1 Teil Lack und 2–5 Teile Ethylmethylketon und 0,5–2 Teile Propylenglykolmethylether-Acetat

Wird der so modifizierte Resist in 1–4 Lagen aufgesprüht, erfolgt eine 10–90 Sekunden andauernde vollflächige Nachbehandlung in einer Lösungsmittelatmosphäre, wobei hierbei ein durch eine mit Ethylmethylketon oder Aceton gefüllte Gaswaschflasche geleitete N₂-Strom bevorzugt wird. Anschließend wird die so geglättete Lackschicht 60–90°C auf der Hotplate 0,5–3 Minuten lang ausgebacken.

Claims

Verfahren zum Belacken eines Substrats mit den Schritten: (a) Modifizieren des aufzubringenden Lacks mit einem Lösungsmittel; (b) Versprühen des modifizierten Lacks auf das Substrat; und (c) Homogenisieren der aufgesprühten Lackschicht in einer Lösungsmittelatmosphäre, wobei die Lackschicht mit einem mit einem Lösungsmittel angereichertem Gasstrom angeströmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt (d) Ausbacken der Lackschicht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Schritt (a) der Lack mit Aceton, Ethylmethylketon, Ethanol und/oder Propylenglykolmethylether-Acetat modifiziert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (b) das Substrat während des Versprühens des modifizierten Lacks geheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Substrat auf eine Temperatur von 40°C bis 90°C geheizt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (b) zum Versprühen des modifizierte Lacks auf das Substrat ein Zerstäubersystem in Mäanderbahnen über dem Substrat verfahren wird, dass die Oberfläche des Substrats vollständig von dem Lack bedeckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei in Schritt (d) die Temperatur während des Ausbackens der Lackschicht 60°C bis 90°C beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Substrat eine dreidimensionale Topographie aufweist.