DE2911503A1 - METHOD FOR PRODUCING STRUCTURES FROM POSITIVE PHOTO PAINT LAYERS WITHOUT INTERFERING INTERFERENCE EFFECTS - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING STRUCTURES FROM POSITIVE PHOTO PAINT LAYERS WITHOUT INTERFERING INTERFERENCE EFFECTSInfo
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Description
SIEMENS AKIIEiTGESELLSCHAET Unser Zeichen Berlin und München VPA 7g ρ 7 Q 4 ι pon SIEMENS AKIIEiTGESELLSCHAET Our mark Berlin and Munich VPA 7g ρ 7 Q 4 ι pon
Verfahren zur Herstellung von Strukturen aus Positiv-Photolackschichten ohne störende Interferenzeffekte Process for the production of structures from positive photoresist layers without disruptive interference effects
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Strukturen aus Positiv-Photolackschichten ohne störende Interferenzeffekte auf für integrierte Halbleiterschaltungen vorgesehenen Substraten.The present patent application relates to a method for the production of structures from positive photoresist layers without disturbing interference effects on for integrated Semiconductor circuits provided substrates.
Verfahren dieser Art werden in der Halbleitertecänik zur Herstellung von Masken auf Photolackschichten angewandt. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE-PS 25 34 795 bekannt. Bei diesem Verfahren werden Strukturen aus Positiv-Photolackschichten auf einem reflektierenden, insbesondere mit Profilstufen versehenen Halbleitersubstrat erzeugt, indem.eine Positiv-Photolackschicht auf die Substratoberfläche aufgebracht wird, danach belichtet und entwickelt-wird, wobei die belichteten Bereiche entfernt werden.Processes of this type are used in semiconductor technology for the production of masks on photoresist layers. Such a method is known from DE-PS 25 34 795, for example. In this procedure will be Structures made of positive photoresist layers on a reflective, in particular with profile steps provided semiconductor substrate produced by. a positive photoresist layer on the substrate surface is applied, then exposed and developed, whereby the exposed areas are removed.
Edt 1 The / 21.3.1979Edt 1 The / March 21, 1979
030039/0495030039/0495
29115Q329115Q3
79 P70V1 8RO79 P70V1 8RO
Um enge Toleranzen der lateralen Abmessungen der Photolackstrukturen einzuhalten, ist es erforderlich, daß die Lichtintensität in den belichteten Bereichen möglichst gleich ist, d.h., eine Schwankung der Intensität innerhalb der belichteten Bereiche oder von belichtetem Bereich zu belichtetem Bereich ist unerwünscht. Eine größere Intensität führt nämlich nach dem Entwickeln bei Verwendung von Positivlack zu kleineren Abmessungen der Photolackstrukturen und damit zu Streuungen der elektrisehen Parameter oder zum Ausfall der so hergestellten Halbleiterbauelemente.To close tolerances of the lateral dimensions of the photoresist structures adhere to, it is necessary that the light intensity in the exposed areas as possible is the same, i.e. a variation in intensity within the exposed areas or of exposed Area to exposed area is undesirable. This is because a greater intensity leads to after development Use of positive resist for smaller dimensions of the photoresist structures and thus for electrical scattering Parameters or the failure of the semiconductor components produced in this way.
Die in der Photolackschicht beim Belichten "eingekoppelte" Lichtintensität kann nun aber örtlich schwanken, auch wenn die auf die zu belichtenden Bereiche auftreffende Lichtintensität über alle diese Bereiche hinweg gleich ist. Ursache für diese unterschiedliche Einkopplung sind Interferenzeffekte, die bei Belichtung mit monochromatischem Licht besonders stark ausgeprägt sind.The light intensity "coupled" into the photoresist layer during exposure can now fluctuate locally, even if the areas to be exposed hit Light intensity is the same across all these areas. The reason for this different coupling are interference effects that occur when exposed to monochromatic light are particularly pronounced.
Die Ursache für die die Interferenzeffekte bewirkenden Intensitätsschwankungen sind in den Photolackdickenschwankungen zu suchen (bereits geringe Dickenschwankungen von 50 nm können zu Intensitätsschwankungen bis zu einem Paktor 2 führen).The cause of the intensity fluctuations causing the interference effects are in the photoresist thickness fluctuations to look for (even small fluctuations in thickness of 50 nm can lead to intensity fluctuations of up to lead to a paktor 2).
Bei dem in der eingangs genannten DE-PS 25 34 iffi beschriebenen Verfahren werden die durch die Dickenunterschiede resultierenden, ungleichmäßigen Strukturbreiten dadurch vermieden, daß die Photolackschicht vor der eigentlichen Belichtung mit monochromatischem Licht einer Intensität, die mindestens eine halbe Größenordnung kleiner ist als die mittlere Intensität bei der eigentlichen Belichtung ist, ganzflächig und gleichmäßig vorbelichtet und anschließend vorentwickelt wird, wobei die Vorbelichtungszeit so klein gewählt wird, daß an den Stel-In the method described in DE-PS 25 34 iffi mentioned at the beginning, the uneven structure widths resulting from the differences in thickness are avoided by the fact that the photoresist layer prior to the actual exposure to monochromatic light of an intensity which is at least half an order of magnitude smaller than the average intensity is during the actual exposure, is uniformly pre-exposed over the entire area and then pre-developed, the pre-exposure time being selected so short that
030039/0495030039/0495
2811503 ζ. 2811503 ζ.
79 Ρ-7 0 4 I BRD79 Ρ-7 0 4 I FRG
len, an der die Lackdicke ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge des monochromatischen Lichtes beträgt, die Abtragrate kleiner bleibt als an den Stellen, an der die Lackdicke ein ungeradzahliges Vielfaches von einem Viertel der Wellenlänge-beträgt. Die Vorentwicklungszeit wird so gewählt, daß an den Stellen, an der die Lackdicke ein ungeradzahliges Vielfaches von einem Viertel der Wellenlänge beträgt, die Lackdicke · um ein ungerad^ahliges Vielfaches von einem Viertel der Wellenlänge reduziert wird. Anschließend erfolgt dann die eigentliche Belichtung mit einer Wellenlänge, bei der an der Lackoberfläche nur Intensitätsminima entstehen. len, where the paint thickness is an integral multiple of half the wavelength of monochromatic light is, the removal rate remains lower than at the points where the paint thickness is an odd multiple of a quarter of the wavelength. The pre-development time is chosen so that at the points where the paint thickness is an odd multiple of a quarter of the wavelength, the lacquer thickness by an odd multiple of a quarter of the Wavelength is reduced. The actual exposure then takes place with a wavelength at which only produce minimum intensity levels on the paint surface.
Der Effekt unterschiedlicher Intensitätseinkopplung in der Photolackschicht kann auch durch Belichtung mit breitbandigem Licht bzw. durch Belichtung mit mehreren Wellenlängen vermindert werden (R.M. Finnila, S.C. Su und A.J. Braunstein, Soc. Photoopt. Instrum. Eng. J., Vol. 55, S. $8 (1974)).The effect of different intensity coupling in the photoresist layer can also be reduced by exposure to broadband light or exposure to several wavelengths (RM Finnila, SC Su and AJ Braunstein, Soc. Photoopt. Instrum. Eng. J., Vol. 55, p. $ 8 (1974)).
Desweiteren ist bekannt, daß der Effekt unterschiedlicher Intensitätseinkopplung in der Photolackschicht um so weniger ausgeprägt ist, je weniger reflektierend das Halbleitersubstrat ist, je dicker die Photolackschicht ist und je stärker die Photolackschicht das Licht absorbiert (D. Widmann, H. Binder: Linewidth Variations in Photoresist Patterns on Profiled Surfaces", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-22, Ho. 7, pp 467 - 471 (1975)).It is also known that the effect of different intensity coupling in the photoresist layer the less pronounced, the less reflective the semiconductor substrate, the thicker the photoresist layer and the more the photoresist layer absorbs the light (D. Widmann, H. Binder: Linewidth Variations in Photoresist Patterns on Profiled Surfaces ", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-22, Ho. 7, pp 467-471 (1975)).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiteres Verfahrens der· eingangs genannten Art anzugeben, beiIt is the object of the present invention to provide a further method of the type mentioned at the beginning
030039/049S030039 / 049S
79 P 7 O h t BRO79 P 7 O h t BRO
dem die durch die unterschiedliche Intensitätseinkopplung in der Photolackschicht verursachten Toleranzabweichungen der lateralen Abmessungen der Strukturen auf einfachere Weise vermindert werden.to the tolerance deviations caused by the different intensity coupling in the photoresist layer the lateral dimensions of the structures can be reduced in a simpler manner.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Verringerung des Effekts der unterschiedlichen Intensitätseinkopplung bei der Belichtung die Photolackschicht vor der Belichtung mit mindestens einer zusätzlichen, lichtdurchlässigen Schicht kombiniert wird, wobei die Dicke dg dieser Schicht und deren Brechungsindex ng der bei der Belichtung in der zusätzlichen Schicht herrschenden Wellenlänge A-„ des verwendeten Lichts so angepaßt ist, daß die von der Substratoberfläche reflektierten Lichtwellen möglichst nicht mehr in die Photolackschicht zurtickreflektiert werden.This object is achieved in that to reduce the effect of the different intensity coupling during exposure, the photoresist layer is combined with at least one additional, translucent layer before exposure, the thickness dg of this layer and its refractive index n g that of the additional layer during exposure Layer prevailing wavelength A- "of the light used is adapted so that the light waves reflected from the substrate surface are no longer reflected back into the photoresist layer.
Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die Dicke dg und der Brechungsindex ng der zusätzlichen Schicht(en)
folgenden Bedingungen genügt:
dg = (m - 1)It is within the scope of the invention that the thickness dg and the refractive index n g of the additional layer (s) meet the following conditions:
dg = (m - 1)
wobei m eine4ganze positive Zahl, ^- g die in der zusätzlichen Schicht herrschende Wellenlänge des bei der Belichtung verwendeten Lichts und n,. der Brechungsindex des Photolackes ist.where m is a 4 whole positive number, ^ - g is the wavelength of the light used in the exposure and n ,. is the refractive index of the photoresist.
In einer Abwandlung des Lösungsvorschlags kann auch eine oder mehrere zusätzliche Schicht(en) mit einer DickeIn a modification of the proposed solution, one or more additional layer (s) with a thickness
7-7-
index η i^ 1, 7·η-τ verwendet werdenindex η i ^ 1, 7 · η-τ can be used
cL_ = (mit m = 1,2,3...) und einem Brechungs-cL_ = (with m = 1,2,3 ...) and a refractive
030039/0495030039/0495
ο.ο.
-γ- δ -γ- δ 79 P 7 0 41 BRO79 P 7 0 41 BRO
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, die zusätzliche Schicht (en) auf die auf dem Halbleitersubstrat befindliche Photolackschicht aufzubringen. Es ist aber auch möglich, die zusätzliche Schicht(en) mit geeigneter Dicke und geeignetem Brechungsindex direkt auf das Halbleitersubstrat und anschließend darauf die Ihotolackschicht aufzubringen. Die Schicht kann auch aus mehreren dünnen Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes bestehen. Die Dicken der einzelnen Schichten und deren Brechungsindizes können so kombiniert werden, daß sie die gleiche Wirkung wie die vorher beschriebene Einzelschicht haben.In a further development of the inventive concept it is provided that the additional layer (s) on the To apply the photoresist layer located on the semiconductor substrate. But it is also possible to use the additional Layer (s) with a suitable thickness and suitable refractive index directly onto the semiconductor substrate and then then apply the photoresist layer. The layer can also consist of several thin layers with different Refractive indices exist. The thicknesses of the individual layers and their refractive indices can thus be combined that they have the same effect as the single layer previously described.
Weitere Erläuterungen zur Erfindung sind den Figuren 1 und 2 und dem dazugehörigen Beschreibungstext zu entnehmen. Dabei zeigt:Further explanations of the invention can be found in FIGS. 1 and 2 and the associated descriptive text. It shows:
Figur 1 in schematischer Darstellung die einfallende Lichtwelle 1 und die reflektierten Lichtwellen 2 und 3 für den Pail einer Photolackschicht 5 auf einem reflektierenden Halbleitersubstrat 4 ohne zusätzliche lichtdurchlässige Schicht 6 und Figur 2 die Anordnung mit einer zusätzlich auf die Photolackschicht 5 aufgebrachten lichtdurchlässigen Schicht 6 mit geeigneter Dicke und geeignetem Brechungsindex.Figure 1 in a schematic representation of the incident Light wave 1 and the reflected light waves 2 and 3 for the Pail of a photoresist layer 5 on a reflective Semiconductor substrate 4 without an additional transparent layer 6 and FIG. 2 shows the arrangement a transparent layer 6 with a suitable thickness which is additionally applied to the photoresist layer 5 and suitable refractive index.
Figur 1: Je nach Phasenlage zwischen den Lichtquellen
und 3 wird unterschiedlich viel Intensität in die auf dem Substrat 4 befindliche Photolackschicht 5 eingekoppelt.
Maximale Einkopplung erfolgt bei Phasengleichheit. Dieser Fall liegt vor, wenn die Dicke d-r der Photolackschicht
5 der Bedingung genügt: äL = (m - 1).|L ,
wobei m=T, Z, 3, 4 ... ist.A^ ist die Belichtungs-FIG. 1: Depending on the phase position between the light sources and 3, a different amount of intensity is coupled into the photoresist layer 5 located on the substrate 4. Maximum coupling occurs when the phases are identical. This is the case when the thickness dr of the photoresist layer 5 satisfies the condition: - L = (m − 1). | L ,
where m = T, Z, 3, 4 ... A ^ is the exposure
030039/0496030039/0496
23115032311503
_£_ Q- _ £ _ Q- 79 P 7 0 41 BRQ79 P 7 0 41 BRQ
weilenlänge im Photolack 5.. Sie beträgt /i-^ =/?T length of time in the photoresist 5 .. It is / i- ^ = /? T
wobei % die Lichtwellenlänge im Vakuum und n-r derwhere % is the wavelength of light in a vacuum and nr the
Brechungsindex des Photolackes sind. 5Refractive index of the photoresist are. 5
Berechnung der Welle 3 (nach Figur 1):Calculation of shaft 3 (according to Figure 1):
Die Amplitude des elektrischen Feldvektors der Wellen 2 und 3 seien E2 bzw. E~.Let the amplitude of the electric field vector of waves 2 and 3 be E 2 and E ~, respectively.
Nach der Fresnel'sehen Beziehung ist E, nL - 1
E2 = S1-TTAccording to the Fresnel relation, E, n L - 1
E 2 = S 1 -TT
Zum Beispiel ist für den Photolack AZ 1350 der Firma Shipley n^ = 1,68 (bei/? Ύ = 436 mn). Daraus errechnet sich E5/E2 = 0,254.For example, for the AZ 1350 photoresist from Shipley, n ^ = 1.68 (at /? Ύ = 436 mn). This results in E 5 / E 2 = 0.254.
Figur 2: Die Berechnung der Wellen 3' und 3'' ergibt nach der Fresnel'sehen Beziehung:Figure 2: The calculation of shafts 3 'and 3' 'results according to the Fresnel relationship:
(für η = nL + 1) *)(for η = n L + 1 ) *)
E0 nL + ns 3η,.+ 1 ' s E 0 n L + n s 3η,. + 1 ' s
j1 ^
E2 I2" 3n^ + 1 j 1 ^
E 2 I 2 "3n ^ + 1
E2« = na - 1 = nL -E2T ns + 1 D1, + E 2 «= n a - 1 = n L - E 2 T n s + 1 D 1 , +
+ 2)+ 2)
J 2 2 1 + 3; (3nL + i;J 2 2 1 + 3; (3n L + i;
*) Beispiel: für n-r = 1.68 sollte η zwischen 1.25 und 1.4 liegen.*) Example: for n-r = 1.68, η should be between 1.25 and 1.4 lie.
030039/0495030039/0495
2S115032S11503
79 Ρ7 O 4 1 BRD79 Ρ7 O 4 1 FRG
= Ε2· = 2nL= Ε 2 = 2n L
+ 1+ 1
iit _ \'->*τ. τ *-) ν·"τ. - 1) E2 E2^E2"" X3nL + 1 r (Hj1 +3) iit _ \ '-> * τ. τ * -) ν · "τ. - 1) E 2 E 2 ^ E 2 ""X3n L + 1 r (Hj 1 +3)
Wenn ds = (m - \ ) . ^S. ist (m = 1, 2, 3, ...), sind die Wellen E3 und E3, gegenphasig. Es ist dannIf d s = (m - \ ). ^ P. (m = 1, 2, 3, ...), the waves E 3 and E 3 are out of phase. It is then
E3 ^ E31, _ E3, ^ (2nL + 2)2(nI| - 1) _ (n^ - 1) "~ "= T0 (3nTi + ir(nT. + 3;E 3 ^ E 31 , _ E 3 , ^ (2n L + 2) 2 (n I | - 1) _ (n ^ - 1) "~" = T 0 (3n Ti + ir (n T. + 3;
Pur nL =1,68 (gültig für AZ 1350 H) ergibt sichPur n L = 1.68 (valid for AZ 1350 H) results
E^ E^n E,,
2 -2-g 2i. =0,1144-0,1125 = 0,0019E ^ E ^ n E ,,
2 -2-g 2i. = 0.1144-0.1125 = 0.0019
Gegenüber dem Fall, daß keine zusätzliche, lichtdurchlässige Schicht 6 über der Photolackschicht 5 liegt, ergibt sich somit eine fast vollständige Auslöschung der Welle 3 (Welle 3 = Summe aus Welle 31 und Welle 3fI).Compared to the case in which no additional, transparent layer 6 lies over the photoresist layer 5, the result is an almost complete extinction of the wave 3 (wave 3 = sum of wave 3 1 and wave 3 fI ).
Die auf dem Photolack bzw. zwischen Photolack und Halbleitersubstrat aufgebrachte zusätzliche, lichtdurchläsige Schicht 6 (Schichtdicke im Bereich von 30 bis 100 nm)The one on the photoresist or between the photoresist and the semiconductor substrate applied additional, translucent layer 6 (layer thickness in the range from 30 to 100 nm)
pe kann eine organische oder anorganische vorzugsweise aus Fluoriden bestehende Schicht sein, die mittels Schleuderbeschichtung oder Tauchbeschichtung oder Gasphasenabscheidung, z.B. im Plasma aus reaktiven Gasen, wie CF., CClF3, SiF,, C2Fg, Cl2, BCl3 oder mittels eines Vakuumbeschichtungsverfahrens aufgebracht worden ist. Diese Schicht(en) müssen entweder vor dem Entwickeln in einem Lösungsmittel, das den Lack nicht angreift, entfernt werden, oder sie muß im Entwickler löslich sein.pe can be an organic or inorganic layer, preferably consisting of fluorides, which is produced by means of spin coating or dip coating or vapor deposition, for example in the plasma of reactive gases such as CF., CClF 3 , SiF ,, C 2 Fg, Cl 2 , BCl 3 or by means of a Vacuum coating process has been applied. These layer (s) must either be removed before development in a solvent that does not attack the lacquer, or they must be soluble in the developer.
G3Q039/CU9SG3Q039 / CU9S
79 P 7 G 41 BRD79 P 7 G 41 FRG
Das Verfahren nach der lehre der Erfindung zeichnet sich gegenüber dem aus der DE-PS 25 34 795 bekannten Verfahren durch seine einfache Durchführbarkeit und seine reproduzierbaren Ergebnisse aus.The method according to the teaching of the invention is distinguished from that known from DE-PS 25 34 795 Procedure is characterized by its ease of implementation and its reproducible results.
2 Figuren2 figures
10 Patentansprüche10 claims
030039/0495030039/0495
- JX- - JX-
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Claims (10)
5where m is a whole positive number, Λ_ is the wavelength of the light used during exposure in the additional layer and n L is the refractive index of the photoresist.
5
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