DE3305923C2

DE3305923C2 - Verfahren zum Vorbacken von mit Positiv-Fotolack auf der Basis von Naphtoquinondiazid und Phenolformaldehydharz beschichteten Substraten

Info

Publication number: DE3305923C2
Application number: DE19833305923
Authority: DE
Inventors: Helwig Dipl.-Chem. Dr. 8000 München Schäfer; Reiner Dipl.-Ing.(Fh) Sigusch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-02-21
Filing date: 1983-02-21
Publication date: 1986-10-30
Also published as: DE3305923A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbacken von mit Positiv-Fotolack auf der Basis von Naphtoquinondiazid und Phenolformaldehydharz beschichteten Substraten, bei dem die Substrate in weniger als 3 Sekunden auf die im Bereich von 110 bis 140°C liegende Vorbacktemperatur gebracht werden und die Vorbackzeit je nach Vorbacktemperatur im Bereich von 5 bis 60 Sekunden eingestellt wird. Das Verfahren ermöglicht eine gute Lackhaftung, wenig Lösungsmittelreste, hohe Lichtempfindlichkeit, gute Ätzresistenz und den Abbau von Spannungen in der Fotolackschicht. Es wird bei Fotolithographieprozessen bei der Herstellung von integrierten Schaltungen angewandt.

Description

a) die Substrate in weniger als 3 Sekunden auf die im Bereich von 110 bis 140⁰C liegende Vorbacktemperatur gebracht werden, und

b) die Vorbackzeit je nach Vorbacktemperatur im Bereich ton 5 bis 60 Sekunden eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate unmittelbar nach Ablauf der Vorbackzeit abgekühlt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß temperateigeregelte Heizplatten für mit die Halterung der Substrate gekoppelten Vakuumansaugungen verwendet werden, die auf Kühlung umschaltbar sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß .-ine automatische Steuerung verwendet wird, mittels welcher die Vi/backzeit auf 0,5 Sekunden konstant gehalter wird.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbacken von mit Positiv-Fotolack auf der Basis von Naphthoquinondiazid und Phenolformaldehydharz beschichteten Substraten, wie sie zum Beispiel im Zuge der Fertigung von mikroelektronischen Schaltungen bei Fotolithographieprozessen verarbeitet werden, bei dem die mit der Fotolackschicht versehenen Substrate vor dem Beiichten und Entwickeln zur Erzeugung von Strukturen einer Temperaturbehandlung zur Entfernung von im Fotolack enthaltenen Lösungsmittelresten und zur besseren Haftung des Fotolacks auf der Substratoberfläche unterworfen werden.

Zur Herstellung mikroelektronischer Schaltungen wird allgemein die Fctolithographie eingesetzt. Bei diesem Verfahren wird zum Beispiel folgendermaßen vorgegangen: Nach Erzeugen eines thermischen Oxids (S1O2) auf einer Siliziumkristallscheibe wird eine ca. 1,5 μη dicke Fotolackschicht nach dem Zentrifugalverfahren aufgebracht. Diese Fotolackschicht wird in einem Umluftofen bei ca. 85° C vorgebacken (prebake), anschließend belichtet und entwickelt und bei ca. 120° C im Umluftofen nachgebacken. Dann wird die SiOrSchicht mit der Fotolackschicht als Maske geätzt. Als Fotolack wird zum Beispiel ein Lack verwendet, der aus einer lichtempfindlichen Komponente (substituierte.^r.-o-Naphthoquinondiazid) und einem Phenolformaldehydharz besteht.

Der Vorbackprozeß des Fotolackes ist für den Fotolithographieprozeß von entscheidender Bedeutung, denn er beeinflußt den Fotolack gleichzeitig in mehrfa

cher Hinsicht:

1. Es wird das Lösungsmittel entfernt;

2. die Haftung auf dem Substrat wird verbessert oder verschlechtert;

3. die lichtempfindliche Komponente kann zersetzt werden (Lacksteilheit);

4. das Verhalten bei der nachfolgenden Entwicklung kann sich ändern;

5. die chemische Resistenz, das heißt, das Ätzverhalten bei nachfolgenden Ätzprozessen, bei denen die Fotolackstruktur als Ätzmaske dient, kann sich verändern.

Weitere Einzelheiten über das Vorbacken, insbesondere bei Temperaturen im Bereich von 80 bis 100° C sind aus dem Buch »Photoresist: Materials and Processes« von W. S. De Forest, MacGraw Hill, 1975, Seiten 147 bis 149, bekannt

Die Entscheidung, wie der Fotolack vorgebacken werden soll, hängt von den unterschiedlichen Anforderungen der nachfolgenden Frozeßschritte ab. Werden zum Beispiel eine gute Haftung und eine -hohe Ätzresistenz oder möglichst wenig Lösungsmittelreste im Fotolack gefordert, dann kann die Vorbacktemperatur bei ca. 100 bis 110" C liegen. Wird eine hohe Lacksteilheit bzw. eine hohe Lichtempfindlichkeit gefordert, dann sollte die Vorbacktemperatur bei ca. 70° C liegen, um möglichst wenig der lichtempfindlichen Komponente thermisch zu zersetzen. Als Vorrichtung zur Durchführung des Vorbackprozesses werden hauptsächlich Umluftöfen, Durchlaufofen und neuerdings auch Kontaktofen (sogenannte hotplates) verwendet Bei den bekannten Verfahren liegen die Vorbackzeiten im Bereich von 1 bis 60 Minuten.

Aus der US-PS 41 15 120 ist beispielsweise ein Vor-

bäCk-PrOZcß bekannt, bei uciu ΰϊΠ rOSitiV-riiötöiäCiC ιϋΓ die spätere Lift-off-Technik nur in seiner obersten Schicht einer kurzen Temperaturbehandlung von 40 bis 60 Sekunden ausgesetzt wird.

Die Anforderungen an das Vorbacken (prebake) für hohe Lichtempfindlichkeit, das heißt größere Flankensteilheit (wichtig für das Trockenätzen feiner Strukturen) einerseits und eine gute Haftung, eine hohe Ätzresistenz und möglichst wenig Lösungsmittelreste im Lack andererseits sind mit den bekannten Vorbackverfahren gleichzeitig nicht zu erreichen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Vorbacken vob fotolackbeschichteten Substraten anzugeben, mit dem es möglich ist, sowohl eine hohe Lichtempfindlichkeit des Lackes, als auch eine gute Haftung auf der Substratoberfläche, und eine hohe Ätzresistenz bei nachfolgenden Ätzprozessen zu erhalten. Daneben sollen möglichst wenig Lösungsmittelreste beim nachfolgenden Belichten und Entwickeln in der Fotolackschicht enthalten sein. Außerdem soll der Vorbackprozeß in eine vollautomatische Fotolithographielinie voll integrierbar sein.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß

a) die Substrate in weniger als 3 Sekunden auf die im Bereich von 110 bis 140° C liegende Vorbacktemperatur gebracht werden, und

b) die Vorbackzeit je nach Vorbacktemperaturen im Bereich vcn 5 bis 60 Sekunden eingestellt wird.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß temperaturge-

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regelte Heizplatten mit für die Halterung der Substrate gekoppelten Vakuumansaugungen verwendet werden, die auf Kühlung umschaltbar sind. Außerdem wird eine automatische Steuerung verwendet, mittels welcher die Vorbackzeit auf 0,5 Sekunden konstant gehalten wird.

Bei dem Verfahren nach der Lehre der Erfindung wird durch die Verwendung der mit der Vakuumansaugung gekoppelten Heizplatten ein gut reproduzierbarer und sehr schneller Kontakt zu den Substraten hergestellt, der Vorbackprozeß spontan eingeleitet und das Vorbacken exakt durchgeführt Wie aus dem in der Zeichnung in F i g. 1 befindlichen Kurvendiagramm zu entnehmen ist, werden die Substrate innerhalb von 2 bis 3 Sekunden auf die Vorbacktemperatur gebracht Die Zeit ist ausreichend, um die Substrate sicher auf Temperatur zu bringen und gleichzeitig die Lösungsmittelreste im Fotolack auf einen Wert zu reduzieren, der beträchtlich unter dem Wert liegt, der mit bekannten Vorbackverfahren erzielt werden kann, ohne daß die fotoaktive Komponente zersetzt wird. Dies läßt sich mittels Infrarotspektren anhand der Absorption des Azo-Stickstoffs bei 2120 cm-' (fotoaktive Komponente) und der Carbonylabsorption bei 1720 cm-¹ (Lösungsmittel) r-achweisen, indem die Peakhöhen dieser beiden Absorptionen in Abhängigkeit von der Temperatur gemessen werden.

Mit diesen Messungen und zusätzlichen Belichtungsversuchen konnte nachgewiesen werden, daß die Lichtempfindlichkeit des Fotolackes durch den erfindungsgemäßen Vorbackprozeß ähnlich gut ist wie bei Substraten, die bei ca. 70° C auf konventionelle Weise vorgebakken wurden.

F i g. 2 zeigt in einem Kurvendiagramm die Abhängigkeit der Belichtungsdosis (in J/cm) in Abhängigkeit von der Vorbackzeit Die Kurven entsprechen den verschiedenen Vorbacktemperaturen.

Nach bekannten Verfahren bei zum Beispiel 140° C vorgebackene Fotolackschichten sind im Gegensatz zum erfindungsgemäß geschilderten Vorbackverfahren nicht mehr lichtempfindlich, da die lichtempfindliche Komponente thermisch fast vollständig zersetzt wird.

Neben den geschilderten Vorteilen: wenig Lösungsmittelreste, hohe Lichtempfindlichkeit, gute Lackhaftung, gute Ätzresistenz und schnelles Verfahren wird noch festgestellt, daß pinholes verfließen und Spannungen in der Fotolackschicht abgebaut werden, da die Vorbacktemperatur oberhalb des Fließbereichs vom Fotolack liegen kann. Das Verfahren ist außerdem in eine vollautomatische Fotolithographielinie sehr gut integrierbar.

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Hierzu 1 BIaU Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Vorbacken von mit Positiv-Fotolack auf der Basis von Naphthoquinondiazid und Phenolformaldehydharz beschichteten Substraten, wie sie zum Beispiel im Zuge der Fertigung von mikroelektronischen Schaltungen bei Fotolithographieprozessen verarbeitet werden, bei dem die mit de Fotolackschicht versehenen Substrate vor dem Belichten und Entwickeln einer Temperaturbehandlung zur Entfernung von im Fotolack enthaltenen Lösungsmittelresten und zur besseren Haftung des Fotolacks auf der Substratoberfläche unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß