DE19628353A1 - Verfahren zur Verbesserung des Kontrastes bei der Strukturierung von 3-dimensionalen Oberflächen - Google Patents

Description

Die erfindungsgemäße Lösung bezieht sich auf die Verbes­ serung des Kontrastes von in Trockentechnologie erzeugten 3-dimensionalen Strukturen. Da seit langem Bestrebungen dahin gehen, trocken aufzubringende strahlungsempfindliche Schichten zu erzeugen und einzusetzen, wird auch mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein durchgängig auf trockenen Prozeßschritten basierender Lithographieprozeß angestrebt. Damit wäre nicht nur eine saubere Prozeßführung gewährleistet, sondern es würden auch keine umwelt- und gesundheitsschädlichen Substanzen im Verfahrensprozeß frei.

Bekannt sind Bestrebungen, elektronenempfindliche Polymeri­ sate in der Gasentladung zu erzeugen, deren Anwendungen noch offen stehen. Siehe

• 1. O. Joubert, T. Weidmann, A. Joshi, R. Cirelli, S. Stein, J. T. C. Lee, S. Vaidya: "Plasma polymerized all-dry resist process for 0.25 µm photolithography", J. Vac. Technol. B 12(6) (1995), 3909.

Am Techno-Centre in Moskau wurde für die Korpuskularstrahl- und optische Lithographie eine Substanz als Trockenlack synthetisiert, der mit einer Empfindlichkeit ähnlich der des bekannten Elektronenlacks PMMA (Polymethylmetacrylat), aber als Negativlack, arbeitet. Dieser Lack besitzt einen schlechten Kontrast und auf Festkörpern für Lithographie nur ein bedingt geeignetes Auflösungsvermögen. Er wird im Vakuum aufgedampft und auch im Vakuum trocken entwickelt. Siehe

• 2. P. Guttmann, G. Daney, I. Spassova, S. Babin: "Beha­ viour of amorphous As₂S₃-Layers after photon, electron. and X-ray exposures", SPIE 1361 (1990) 999.

Nasse Prozeßschritte werden überflüssig. Dadurch ist der Lack sehr umweltfreundlich. Siehe

• 3. V. P. Korchkov, T. N. Martynova, V. S. Damlovich: "Thin Solid Films" 4 (1983), 3696.

Der Lack besitzt eine hohe Ätzresistenz gegen Metalle ätzende Plasmaprozesse und findet daher bevorzugt als gute Ätzmaske Verwendung.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens soll insgesamt ein besserer Kontrast des Trockenlackes und auf Festkörpern ein besseres Auflösungsvermögen bewirkt werden, so daß der Trockenlack auch für die optische Lithographie eingesetzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf einem der thermi­ schen Entwicklung des Trockenlackes nachgeordneten Trocken­ ätz-Schritt, durch den insbesondere der Kontrast des Troc­ kenlackes wesentlich verbessert wird. Bei der Belichtung polymerisiert das stark Siliziumdioxidhaltige Grundmaterial durch den Strahlenbeschuß. Da ein großer Teil der Strahlung bei Elektronenbelichtung durch den Proximityeffekt in die Umgebung der belichteten Stellen gestreut wird, ist in nicht direkt belichteten Bereichen bereits ein schwach polymerisiertes Material vorzufinden, das durch die ther­ mische Entwicklung nicht mehr zu entfernen ist. Das erfin­ dungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise auf die Beseitigung dieses schwach polymerisierten Materials, durch das der schlechte Kontrast bewirkt wird, ausgerichtet. Dieser Ätzangriff von reaktiven Fluor-Ionen beruht, die in der Gasentladung im Parallelplattenreaktor aus CF₄ entstehen. Die Entfernung des schwach polymerisierten Materials er­ folgt dadurch ebenfalls in einem Trocken-Prozeß. Eine wei­ tere Nachbehandlung ist nicht notwendig. Mittels des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens wird ein verbesserter Kontrast er­ reicht und ein erhöhtes Auflösungsvermögen des Lackes er­ zielt.

Die erfindungsgemäße Lösung soll anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert werben.

Im Ausführungsbeispiel wird als Trockenlack Octavinylsil­ sesquioxan eingesetzt. Dieser Trockenlack, der als Negativ­ lack wirkt, besitzt eine Empfindlichkeit, die ähnlich der Empfindlichkeit des bekannten Elektronenlackes PMMA (Poly­ methylmetacrylat) ist.

Octavinylsesquisiloxan besitzt einen schlechten Kontrast, sowie auf Festkörpern für Lithographie nur ein bedingt ge­ eignetes Auflösungsvermögen.

Der Lack wird im Hochvakuum bei niedrigen Temperaturen auf die 3-dimensionale Oberfläche aufgedampft. Die Belichtung des Lackes erfolgt über Elektronen-Strahlung oder aber auch durch ultraviolettes Licht bzw. Ionenstrahlen. Der Lack polymerisiert durch die Einwirkung der Strahlung. Dadurch wirkt er als Negativlack. Für verschieden dosierte Elektronenenergien besitzt der Lack unterschiedliche Empfindlichkeiten, die im Zusammenhang mit den verschieden dosierten Elektronenenergien auch einen unterschiedlichen Polymerisationsgrad des Lackes bewirken. Die Entwicklung des belichteten Lackes erfolgt ebenfalls im Hochvakuum durch Erwärmen auf Temperaturen bis 200°C. Das nicht poly­ merisierte Material wird bei diesem Prozeß sublimiert. Es entsteht eine 3-dimensionale optische Oberfläche mit Zonen, die einen unterschiedlichen Polymerisationsgrad aufweisen.

Da ein großer Teil der Strahlung bei Elektronenbelichtung durch den Proximityeffekt in die Umgebung der belichteten Bereiche gestreut wird, tritt auch in nicht direkt beleuch­ teten Bereichen ein schwacher Polymerisationseffekt auf, so daß dort in geringem Maße polymerisiertes Material vorhan­ den ist, welches sich bei der thermischen Entwicklung nicht entfernen läßt. Daher ist der durch diesen Prozeß erziel­ bare Kontrast sehr gering. Bis zu diesem Schritt ist das Verfahren daher für hochauflösende Lithographie kaum ein­ setzbar.

Erfindungsgemäß wird insbesondere zur Erhöhung des Kontra­ stes nach der thermischen Entwicklung ein weiterer zusätz­ licher Verfahrensschritt angeschlossen, der einen Trocken­ ätz-Prozeß beinhaltet. Dabei wird das polymerisierte Mate­ rial in einem Parallelplattenreaktor einem reaktiven Plasma aus Tetrafluor-Kohlenstoff ausgesetzt. Da das Polymerisat einen unterschiedlichen Polymerisationsgrad und damit eine unterschiedliche Härte besitzt, wird das weichere nicht vollständig polymerisierte Material zuerst abgetragen. Da­ durch erhöht sich der Kontrast der charakteristischen Kurve des Lackes beträchtlich, so daß ein sehr guter Kontrast von < 2,9 erreichbar ist. Damit ist der Lack als Negativlack in lithographischen Aufgaben einsetzbar. Ein weiterer Entwicklungsprozeß oder Reinigungsprozeß ist an­ schließend nicht erforderlich. Bei diesem Verfahren kommt man bei strukturerzeugenden Prozessen ohne im "Nassen" ver­ laufende Verfahrenschritte aus, so daß keine schädlichen Lösungsmittel mehr erforderlich sind. Da auch der Lackauf­ trag und die thermische Entwicklung des Lackes im Hoch­ vakuum verlaufen, ist eine Gesundheitsgefährdung faktisch ausgeschlossen.

Der erzielte Kontrast γ=[log(D/D₀)]^-1 steigt durch den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt von 0,71 nach der thermischen Entwicklung auf 2,9. In einigen eingeschränk­ ten Bereichen steigt der Kontrast bis zu 4,6. Dies stellt eine wesentliche Verbesserung dar und ermöglicht es, diesen Lack nun auch lithographisch zu nutzen. Nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahrensschritt, d. h. nach dem trockenen Ätzentwicklungsschritt, sind keine weiteren Schritte zur Fertigstellung mehr erforderlich. Durch den trockenen Ätzentwicklungsschritt wird auch auf dicken Unterlagen, bei denen die Elektronen-Rückstreuung die Auflösung verschlechtert, eine verbesserte Auflösung erzielt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, daß keine umwelt- oder gesundheitsschäd­ lichen Substanzen im Prozeß freigesetzt werden. Alle Pro­ zesse finden im Hochvakuum statt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Verbesserung des Kontrastes bei der Strukturierung von 3-dimensionalen Oberflächen, die durch Trockenlacktechnik mit stark siliziumoxidhal­ tigen, als Negativlack wirkenden polymerisierbareren Trockenlacken erzeugt, mit unterschiedlicher Intensität belichtet und thermisch entwickelt wurden, da­ durch gekennzeichnet, daß die mit unterschiedlichem Polymerisationsgrad polymerisierten Lack-Zonen einem zeitlich begrenzten Trockenprozeß in fluorhaltigem Plasma ausgesetzt werden, bei welchem ein Abtragvorgang einsetzt, der in Abhängigkeit von einer zeitlich definierbaren Funktion vom nicht vollständig polymerisierten Material zum vollständig polymerisier­ ten Material abläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockenätzprozeß zeitlich so bemessen wird, daß er auf die Zonen des polymerisierten Materials beschränkt bleibt, welche durch den Proximityeffekt belichtet und dadurch nur in geringem Maße polymerisiert wurden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trockenlack Octavinylsilsesquioxan eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockenätzprozeß in einem Parallelplattenreaktor mit einer Prozeßkammer aus Aluminium erfolgt, bei dem die unterschiedlich polymerisierten Lack-Zonen der 3-dimensionalen Oberfläche zeitlich begrenzt einem reaktiven Plasma aus Tetrafluor-Kohlenstoff ausgesetzt werden.