DE3216268A1

DE3216268A1 - Verfahren zur verminderung von linienbreitenschwankungen bei der herstellung von aus fotolackschichten bestehenden strukturen auf fuer integrierte halbleiterschaltungen vorgesehenen substraten durch optische projektionsbelichtung

Info

Publication number: DE3216268A1
Application number: DE19823216268
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Phys. Dr. 8206 Bruckmühl Arden; Reiner Ing.(grad.) 8000 München Sigusch; Josef 8267 Niedertaufkirchen Trager
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-04-30
Filing date: 1982-04-30
Publication date: 1983-11-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Schichten (8) aus hochschmelzenden Metallen bzw. Metallverbindungen durch Abscheidung aus der Dampfphase, bei dem die gasförmigen Ausgangsmaterialien (1) in einer Glimm entladung (9) zersetzt und bei niedriger Substrattemperatur und vermindertem Druck niedergeschlagen werden. Erfindungsgemäß wird die Glimmentladung durch induktive Einkopplung von Hochfrequenzenergie (5) erzeugt, wobei das Plasma so eingestellt wird, daß das zu beschichtende Substrat (7) im Bereich des Kathodenglimmlichts (9) liegt. Das Verfahren wird verwendet zur Herstellung von beispielsweise Mehrlagenverdrahtungen bei integrierten Halbleiterschaltungen, von Dünnschichtbauelementen und zur Metallisierung von Kunststoffteilen.

Description

Verfahren zur Verminderung von Linienbreitenschwankungen
bei der Herstellung von aus Fotolackschichten bestehenden Strukturen auf für integrierte Halbleiterschaltungen vorgesehenen Substraten durch optische Projektionsbelichtunq.
Die Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zur Verminderung von Linienbreitenschwankungen bei der Herstellung von aus Fotolackschichten bestehenden Strukturen auf für integrierte Halbleiterschaltungen vorgesehenen Substraten durch optische Projektionsbelichtung.
Verfahren dieser Art werden in der Halbleitertechnik zur Herstellung von Masken auf Fotolackschichten angewandt.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE-PS 25 34 795 bekannt. Bei diesem Verfahren werden Strukturen aus Positiv-Fotolackschichten auf einem reflektierenden, insbesondere mit Profil stufen versehenen Halbleitersubstrat erzeugt, indem eine Positiv-Fotolackchicht auf die Substratoberfläche aufgebracht wird, danach belichtet und entwickelt wird, wobei die belichteten Bereiche entfernt werden.
Die in der Fotolackschicht beim Belichten "eingekoppelte" Lichtintensität kann 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 Interferrenzeffekte, die bei Belichtung mit monochromatischem Licht besonders stark ausgeprägt sind. Die Ursache für die die Interferrenzeffekte bewirkende Intensitätsschwankungen sind in den Fotolackdickenschwankungen zu suchen (bereits geringe Dickenschwankungen von 50 nm können zu Intensitätsschwankungen bis zu einem Faktor 2 führen).
Bei dem in der eingangs genannten DE-PS 25 34 795 beschriebenen Verfahren werden die durch die Dickenunterschiede resultierenden ungleichmäßigen Strukturbreiten dadurch vermieden, daß die Fotolackschicht 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 Stellen, 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 reduziert wird. Anschließend erfolgt dann die eigentliche Belichtung mit einer Wellenlänge, bei der an der Lackoberfläche nur Intensitätsminima entstehen.
Desweiteren ist bekannt, daß der Effekt unterschiedlicher Intensitätskopplung in der Fotolackschicht um so weniger ausgeprägt ist, je weniger reflektierend das Halbleitersubstrat ist, je dicker die Fotolackschicht ist und je stärker die Fotolackschicht das Licht absorbiert (D. Widmann, H. Binder: Linewidth Variations in Photoresist Patterns on Profiled Surfaces", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-22, Nr. 7, Seiten 467 - 471 (1975)).
Eine weitere Möglichkeit, Linienbreitenschwankungen von Fotolackstrukturen an Profil stufen zu reduzieren, liegt in der Verwendung polychromatischer Projektionsbelichtung mit Spiegeloptiken. Der Nachteil solcher Belichtungsgeräte ist der relativ große Lagefehler beim Justieren zweier Ebenen zueinander.
Außerdem ist auch bekannt, zusätzliche Schichten z. B.
Antireflexionsschichten zum Unterdrücken der Rückreflexion von der Grenzfläche Substrat/Fotolack bzw. Fotolack/Luft zu verwenden (siehe Vortrag Reduction of Linewidth Variations on Optical Projection Printing" von Mader, Widmann and Oldham, Microcircuit Engineering, 28. bis 30. 9. in Lausanne, 1981). Solche Verfahren sind jedoch mit einem sehr großen technologischen Aufwand verbunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiteres Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die durch die unterschiedliche Intensitätseinkopplung in der Fotolackschicht verursachten Toleranzabweichungen der lateralen Abmessungen der Strukturen auf einfachere Weise vermindert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberfläche der ganzflächig aufgebrachten Fotolackschicht vor der selektiven Belichtung und Entwicklung der belichteten Bereiche in dem Maße aufgerauht wird, daß innerhalb der Fotolackschicht lokale Lackdickenschwankungen von der Größenordnung eines Viertels der für die Fotolackbelichtung verwendeten Lichtwellenlängen entstehen. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die Aufrauhung der Fotolackschichtoberfläche durch eine vor dem eigentlichen Belichtungsvor-2 gang stattfindende, im Bereich von 5 bis 50 mJ/cm2 liegende ganzflächige Vorbelichtung und Vorentwicklung erfolgt, wobei es besonders vorteilhaft ist, daß nach der Vorbelichtung und vor der Vorentwicklung ein Temper- prozeß im Bereich von 50 bis 1200C durchgeführt wird (Postexposure bake). Die Temperatur des Temperprozesses hängt im wesentlichen von der Vorbacktemperatur des Photolackes ab.
Die Aufrauhung der Fotolackschichtoberfläche kann aber auch durch mechanische Verfahren, beispielsweise durch Sandstrahlen oder auch durch chemische Verfahren wie z. B. mit einem, dem Fotolack angreifenden Medium, z. B.
einer alkalischen Entwicklerlösung oder einem organischen Lösungsmittel wie Äthylacetat oder einem Gemisch davon oder einer säurehaltigen Flüssigkeit wie z. B.
einem Äthylacetat und Salpetersäure erfolgen.
Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit der Aufrauhung ist durch die Verwendun von reaktivem Trockenätzen oder Ionenstrahlätzen, z, B. in Sauerstoff/Stickstoff-Plasma oder in einem Edelgasplasma wie z. B. Argon, oder in einem chlorhaltigen Plasma wie z. B. in Tetrachlorkohlenstoff gegeben.
Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird bei einer Dicke der Fotolackschicht in einem Bereich von 1000 nm bis 2000 nm die Aufrauhtiefe auf 40 nm bis 300 nm eingestellt. Als Fotolack wird vorteilhaftereise ein positiv arbeitender Fotolack (AZ 1450 J oder 1350 H der Firma Shiply, USA) verwendet.
Die Reduzierung der Linienbreitenschwankungen infolge des Aufrauhens könnte auf den in den Figuren 1 und 2 in Prinzipskizzen dargestellten Effekten beruhen. Dabei zeigt die Figur 1 eine gemäß der Erfindung durch Vorbelichtung mit 8 mJ/cm2 und Vorentwickeln aufgerauhte Oberfläche 4 einer Lackschicht 5, bei der durch eine "kurzwellige" Rauhigkeit (d<g<(d#i) die Bereiche maximaler und minimaler Lichteinkopplung so dicht beieinander liegen, daß sich aufgrund von Mehrbereichs (proximity)-Effekten bei der lichtoptischen Abbildung oder beim Entwicklungsprozeß praktisch keine Linienbreitenschwankungen ergeben. Die Strahlengänge sind mit 1, 2, 3 und 1', 2' und 3' gekennzeichnet. Das Halbleitersubstrat hat das Bezugszeichen 6.
In der Figur 2 ist dargestellt, wie die Rückreflexion (siehe Pfeile 7) des Lichts in die Lackschicht 5 an der Grenzfläche Lack/Luft durch die Aufrauhung der Lackoberfläche 4 eine Winkelverteilung erfährt, die zu einer Verminderung des die Linienbreitenschwankungen verursachenden Interferrenzeffektes führt. Anstelle der in Figur 1 gezeigten Lichtwellen (3, 3') wirkt hier das Streulicht (7).
9 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Verminderung von Linienbreitenschwankungen bei der Herstellung von aus Fotolackschichten (5) bestehenden Strukturen auf für integrierte Halbleiterschaltungen vorgesehenen Substraten (6) durch optische Projektionsbelichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Oberfläche (4) der ganzflächig aufgebrachten Fotolackschicht (5) vor der selektiven Belichtung und Entwicklung der belichteten Bereiche in dem Maße aufgerauht wird, daß innerhalb der Fotolackschicht (5) lokale Lackdickenschwankungen von der Größenordnung eines Viertels der für die Fotolackbelichtung verwendeten Lichtwellenlänge /> entstehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Aufrauhung der Fotolackschichtoberfläche (4) durch eine vor dem eigentlichen Belichtungsvorgang stattfindende, im Bereich von 5 bis 50 mJ/cm2 liegende ganzflächige Vorbelichtung und Vorentwicklung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß nach der Vorbelichtung und vor der Vorentwicklung ein Temperprozeß im Bereich von 50 bis 1200C durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Aufrauhung der Fotolackschichtoberfläche (4) durch ein mechaniches Verfahren, beispielsweise durch Sandstrahlen, erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Aufrauhung durch Behandlung der Fotolackschichtoberfläche (4) mit einem, den Fotolack (5) angreifenden chemischen Lösungsmittel erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Lösungsmittel eine alkalische Entwicklerlösung und/oder ein organisches Lösungsmittel wie Äthylacetat oder eine Säurelösung, beispielsweise ein Gemisch aus Flußsäure und Salpetersäure verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Aufrauhung der Fotolackschichtoberfläche (4) durch reaktives Trockenätzen erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in einem Plasma aus $auerstoff/Stickstoff oder Edelgasen oder Chlor-Ionen geätzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einer Dicke der Fotolackschicht (5) in einem Bereich von 1000 nm bis 2000 nm die Aufrauhtiefe auf 40 nm bis 300 nm eingestellt wird.