DE3310962A1

DE3310962A1 - Verfahren zur reduzierung von linienbreitenschwankungen bei der herstellung von fotolackstrukturen

Info

Publication number: DE3310962A1
Application number: DE19833310962
Authority: DE
Inventors: Reiner Dipl.-Ing.(FH) 8000 München Sigusch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-03-25
Filing date: 1983-03-25
Publication date: 1984-09-27

Description

Verfahren zur Reduzierung von Linienbreitenschwankungen
bei der Herstellunq von Fotolackstrukturen.
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Linienbreitenschwankungen bei der Herstellung von aus Fotolack bestehenden Strukturen auf für integrierte Halbleiterschaltungen vorgesehenen Substraten durch monochromatische optische Projektionsbelichtung.
Verfahren dieser Art werden in der Halbleitertechnik zur Herstellung von Masken aus Fotolackschichten angewandt.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE-AS 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-otolackschicht 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 belichtetenden 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. Der Grund für die Interferenzeffekte bewirkende Intensitätsschwankungen ist in den Fotolackdickenschwankungen und der Substratreflexion zu suchen.
Bei dem in der eingangs genannten DE-AS 25 34 795 be- schriebenen Verfahren werden die durch die Dickenunter schiede resultierenden ungleichmäßigen Strukturbreiten dadurch vermieden, daß die Fotolackschicht vor der eiger.-lichen 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 Intensitätseinkopplung in der Fotolackschicht umso 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: "Linewinth Variations in Photoresist Patterns on Profiled Surfaces", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-22, Nr. 7, Seiten 467 bis 471 (1975)).
Eine weitere Möglichkeit, Linienbreitenschwankungen von Fotolackstrukturen an Profilstufen 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, zum Beispiel Antireflexionsschichten zum Unterdrücken der Rückreflexion von der Grenzfläche zum Substrat/Fotolack bzw.
Fotolack/Luft zu verwenden (siehe Vortrag "Reduction of Linewidth Variations on Optical Projection Printing von Mader, Widmann und Oldham, Microcircuit Engineering, 28.
- 30.9. in Lausanne, 1981). Solche Verfahren sind jedoch mit einem sehr großen technologischen Aufwand verbunden.
Periodische Schwankungen der Lichtintensität in den belichteten Fotolackbereichen können, wie aus einem Aufsatz von E. I. Walker in IEEE Trans. El. Dev. ED 22, Juli 1975 auf den Seiten 464 - 467 zu entnehmen ist, durch ein Nachbackverfahren (post exposure bake) beseitigt werden.
Aus einem Aufsatz von M. Hatzakis aus Solid State Technology, August 1981, Seiten 74 - 80 ist schlIeßlich bekannt, zur Reduzierung von Linienbreitenschwankungen In Fotolackstrukturen in AbhSngigkeit von der lokalen Lackdicke die Substratoberfläche nach der Methode der Plehrlagen-F#otolacktechnik einzuebnen. Der Nachteil dieses Verfahrens ist ebenfalls sein technologischer Mehraufwana.
Die vorliegende Erfindung löst das Problem der durch unterschiedliche Intensitätseinkopplung in der Fotolackschicht verursachten Linienbreitenschwankungen auf einfachere Weise. Sie betrifft ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß a) die Fotolackschicht in zwei Schritten mit jeweils etwa halber Dosis belichtet wird und b) zwischen den Belichtungen die Eotolackschichtdicke um ein Viertel der für die Belichtung verwendeten Wellenlänge 2 im Fotolack verändert wird.
Wird die Fotolackdicke zwischen den Belichtungen um K Lr v --oder (2K + 1)1 /es , wobei k = 1, 2, 3 und n = Brechungsindex des Fotolackes verändert, so werden insgesamt alle Bereiche ubhngig von der lokalen Lackdicke mit etwa der gleichen mittleren Intensität belichtet; das heißt, es wird in alle belichteten Bereiche etwa die gleiche Dosis eingekoppelt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird die Schichtdickenänderung über die Backtemperatur und die Backzeit des Fotolackes gesteuert und der Vorgang zum Beispiel über ein Ellipsometer beobachtet. Dazu werden die Siliziumscheiben mit einem Fotolack auf der Basis von Diazo-Oxid und Formaldehyd-Novolak mit Äthylesteracetat als Lösungsmittel auf einer Zentrifuge beschichtet. Der Brechungsindex des Fotolackes liegt bei n = 1,55 für t =436 nm. Danach erfolgt ein Vorbacken der Substrate auf einem Kontaktofen (hot plate) 2 Minuten bei 70°C. Dabei stellt sich eine Fotolackdicke von 1700 nm ein. Nun werden die Substrate auf einer 10 #: 1-Projektionsbelichtungsmaschine bei einer Wellenlänge von /t = 436 nm und mit einer Dosis von 45 mJ belichtet. Danach erfolgt ein Backen der Substrate bei 900C für 2 Minuten auf einer hot plate, wobei sich die Fotolackdicke von 1700 nm auf 1630 nm reduziert. Nun erfolgt auf der gleichen Belichtungsmaschine eine zweite Belichtung mit einer Dosis von 45 mJ. Damit ist die Belichtung der Substrate beendet und der Entwicklungsprozeß schließt sich an.
Die Lackdickenänderung kann aber auch dadurch herbeigeführt werden, daß die Oberfläche des Fotolackes der Atmosphäre des im Foto lack enthaltenen Lösungsmittels ausgesetzt wird (Absorption des Lösungsmittels durch den Fotolack).
Beim Verfahren nach der Lehre der Erfindung müssen die Substrate für eine komplette Belichtung pro Ebene zweimal justiert werden, was zwar zunächst einen technologischen Mehraufwand bedeutet; doch ist bei modernen Belichtungsgeräten für Strukturen im 1 Mm-Bereich dieses Vorgehen kein großes Problem, da die Geräte Chip für Chip auf ca.
+ 0,1 pm genau justieren können.
3 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Reduzierung von Linienbreitenschwankungen bei der Herstellung von aus Fotolack bestehenden Strukturen auf für integrierte Halbleiterschaltungen vorgesehenen Substraten durch onochromatische optische Projektionsbelichtung, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß a) die Fotolackschicht in zwei Schritten mit jeweils etwa halber Dosis belichtet wird und b) zwischen den Belichtungen die Fotolackschichtdicke um ein Viertel der für die Belichtung verwendeten Wellenlänge h im Fotolack verändert wird.

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 Schichtdickenänderung über die Backtemperatur und die Backzeit des Fotolackes gesteuert wird, wobei die änderung beispielsweise über ein Ellipsometer beobachtet wird.

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 Schichtdickenänderung durch oberflächliches Einwirkenlassen von im Fotolack enthaltene Lösungsmittel auf das mit dem Fotolack versehene Substrat durchgeführt wird.