DE4124025C2 - Lithographisches Verfahren zur Positionierung von Mikrostrukturen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein lithographisches Verfahren zur Positionierung von Mikrostrukturen gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Ein derartiges Verfahren ist aus der Zeitschrift "Solid State Technology, December 1985, Pages 81-85" bekannt. Nach diesem vorbekannten Verfahren werden ohne Masken durch das sogenannte direkte Schreiben mit Laserstrahlen Bereiche belichtet oder nicht belichtet, um vorgegebene Strukturen zu erhalten. Mittels eines fokussierten Strahls werden entsprechend einer Punktmatrix vorgebbare Bereiche für die zu erzeugende Struktur belichtet. Die Lage der Struktur hängt vor allem von der Lichtenergie des Lasers sowie der Empfindlichkeit des zum Einsatz gelangenden Fotolacks ab. Maßgeblich für die Lage einer solchen Struktur, welche sich als dreidimensionales Gebilde entlang der Oberfläche und in der Tiefe des Substrates erstreckt, ist eine mittlere Strukturkante. Eine Strukturkantenpositionierung kann bei vorgegebener Belichtungsenergie und unter Beibehaltung der Entwicklungsbedingungen des Fotolacks entsprechend dem durch die Punktmatrix vorgegebenen Raster mit entsprechender Auflösung erfolgen. Durch Reduzierung der Punktgröße oder durch Variation der Strahlungsenergie des jeweils zu beleuchtenden Punktes kann zwar die Auflösung erhöht werden, doch wird hierdurch ein erheblicher zusätzlicher Aufwand erforderlich.

Des weiteren besteht bei derartigen lithographischen Verfahren grundsätzlich die Möglichkeit, die Punktmatrix auf mehrere Ebenen zu erweitern. Für den jeweiligen Punkt steht dann nicht mehr nur eine einfache Information als "Laser-an" oder "Laser-aus" zur Verfügung, sondern eine Anzahl von Lichtintensitäten. Auch hierfür ist ein erheblicher Aufwand für Hardware, Software und für die Bearbeitung der Datenmengen erforderlich.

So sind beispielsweise in der Zeitschrift "J. Vac. Sci. Technol. B7 (2), Mar/Apr 1989" die Zusammenhänge der Lichtabsorption in der zu belichtenden Schicht unter Berücksichtigung der Wellenlänge des jeweils zum Einsatz gelangenden Lasers dargelegt. Die bei kürzeren Wellenlängen auftretenden Absorptionsprobleme werden erläutert, wobei die Dicke und Materialeigenschaften des Fotolacks ebenso wie die zweckmäßigerweise vorzugebende Belichtungsdosis diskutiert werden. Des weiteren werden in der Zeitschrift "J. Vac. Sci. Technol. B7 (4) Jul/Aug 1989" Zusammenhänge im Hinblick auf die Intensitätsverteilung und die Möglichkeit in mehreren Fokalebenen zu belichten dargelegt.

Ferner ist in der Zeitschrift "Solid State Technology/November 1989" ein holographisches Verfahren beschrieben. Dieses Verfahren wird in zwei Schritten durchgeführt, wobei im ersten Schritt eine holographische Aufzeichnung auf der Fotomaske erfolgt und dann in einem zweiten Schritt die Rekonstruktion der Maskenabbildung in der Ebene des Wafers durchgeführt wird. Mit diesem Verfahren sind zwar vergleichsweise kleine Strukturen reproduzierbar, doch ist zur Durchführung dieses Verfahrens ein nicht unerheblicher apparativer Aufwand erforderlich.

Schließlich ist aus der GB 2 215 553 A ein lithographisches Verfahren bekannt, bei welchem die Belichtung mittels des fokussierten Strahls in einer Punktmatrix erfolgt. Hierbei werden in zwei Verfahrensschritten zwei örtlich versetzte Sätze von belichteten Punkten oder Pixel-Positionen vorgegeben. In jedem dieser beiden Sätze erfolgt die Belichtung mit einem vorgegebenen Anteil, vorzugsweise die Hälfte, der zur Durchbelichtung des Fotolacks erforderlichen Dosis. Die Daten zur Positionierung der Punktmatrix in den beiden örtlich zueinander versetzten Positionen erfordern ebenso wie die exakte Vorgabe der Belichtungsdosis die Verarbeitung einer wesentlich erhöhten Datenmenge mit entsprechend hohen Anforderungen an den Rechner.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine Positionierung von Strukturkanten unterhalb der Punktgröße mit reduziertem Aufwand erreicht wird, wobei ein geringer Zeitaufwand bei der Belichtung erforderlich sein soll und die Strukturkanten zumindest näherungsweise keine Rauhigkeit aufweisen sollen.

Bei dem gattungsgemäßen Verfahren erfolgt die Lösung dieser Aufgabe gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht mit minimalem Aufwand die Positionierung von Strukturkanten oder Herstel­ lung Strukturdimensionen in einem feineren Raster als der Punktgröße. Das Verfahren erfordert weder eine Reduzierung der Punktgröße noch eine Veränderung der Intensität der Strahlungsenergie des jeweils zu belichtenden Punktes und ermöglicht gleichwohl die Positionierung von Strukturen und/oder Strukturkanten unterhalb der Punktgröße bzw. des durch den Abstand der Punkte vorgegebenen Rasters der Punkte­ matrix. Es werden erfindungsgemäß für den Strukturrand nicht sämtlich mögliche Punkte belichtet, sondern ein vorgegebener Anteil. Es wird somit eine Randmodulation durchgeführt, bei welcher die Anzahl der gesetzten Punkte in definierter Weise reduziert ist.

So wird beispielsweise zur Erzeugung einer geraden Struk­ turkante von den äußersten zu besetzenden Punkte nur ein vorgegebener Anteil tatsächlich belichtet, wodurch eine entsprechende Änderung der Intensität und somit eine Ver­ schiebung der Strukturkante erreicht wird. Maßgebende Voraus­ setzung hierbei ist die Nutzung und Erkenntnis der Tatsache, daß der Fokusdurchmesser wenigstens um den Faktor 3 größer als die Punktgröße ist.

Die Periode der Randmodulation liegt insbesondere noch innerhalb der Größenordnung des Fokusdurchmessers, so daß in besonders zweckmäßiger Weise trotz Verschiebung der Strukturkante kleiner als der Rasterabstand der einzelnen Punkte eine Rauhigkeit der Strukturkante praktisch nicht festzustellen ist. Das Verfahren ist in gleicher Weise zur Erzeugung von gradlinigen oder krummlinigen Strukturkanten einsetzbar wie auch zur Veränderung von Strukturdimensionen in einem fei­ neren Raster als die jeweilige Punktgröße.

Anhand der beiden nachfolgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert:

In den beiden Beispielen ist eine Punktmatrix definiert, welche in den beiden orthogonalen Richtungen jeweils zwanzig durch die Ziffer 1 repräsentierte Punkte aufweist. Jede Ziffer soll hierbei einem Punkt von 0,25 µm×0,25 µm ent­ sprechen. Es sind in der X-Richtung sowie in der Y-Richtung jeweils zwanzig Punkte vorhanden, wobei lediglich aus Gründen der Vereinfachung beim Schreiben in den Spalten und Zeilen verschiedene Abstände angegeben sind.

Es ist also gemäß dem linken Beispiel 1 eine quadratische Punktmatrix mit Außenabmessungen 5 µm×5 µm definiert. Entsprechend kann eine quadratische Struktur mit geraden Strukturkanten erzeugt werden.

Gemäß dem Beispiel 2 wurde die im Prinzip gleiche Struktur im unteren Bereich mit einer Randmodulation versehen. Wie ersicht­ lich, wurden am unteren Rand nicht sämtliche Punkte gesetzt, sondern zwischen den gesetzten Punkten jeweils vier perio­ disch freigelassen. Es wurden somit lediglich 20% der möglichen Punkte gesetzt, wodurch die mittlere Intensität in diesem Bereich auf 20% reduziert werden konnte. Im Vergleich mit dem Beispiel 1 wird hierdurch eine Verschiebung der Strukturkante um vier Fünftel der Punktgröße nach oben erreicht.

Bei den vorstehenden Beispielen 1 und 2 betrug der Fokus­ durchmesser etwa 1 µm. Die Periode der im Beispiel 2 vorge­ gebenen Randmodulation beträgt 1,25 µm und liegt somit in der Größenordnung des Fokusdurchmessers von 1 µm. Hieraus ergibt sich, daß im Hinblick auf eine minimale und/oder zu ver­ nachlässigende Kantenrauhigkeit die Periode der Randmodulation nicht exakt durch den Fokusdurchmesser begrenzt ist, sondern auch um einen vorgegebenen Wert größer als der Fokusdurchmes­ ser sein kann. Je nach dem, welche Rauhigkeit unter den praktischen Gegebenheiten zulässig erscheint, wird die maximale Periode der Randmodulation unter Berücksichtigung des Fokusdurchmessers vorgegeben. Die gemäß dem Beispiel 2 um vier Fünftel der Punktgröße nach oben verschobene Struk­ turkante zeigte keine erkennbare Kantenrauhigkeit. Aufgrund der Randmodulation wird in defi­ nierter Weise eine Verschiebung der Strukturkante erreicht, und zwar in einem feineren Raster als mit der Punktgröße vorgegeben. Aus dem Beispiel 2 ist ferner die erfindungsge­ mäße Möglichkeit entnehmbar, Strukturdimensionen in einem feineren Raster als die Punktgröße herzustellen.

Im Rahmen der Erfindung liegen auch solche Ausführungsformen, bei welchen nicht nur die äußerste Reihe der Punktmatrix in der Belegung verändert wird, sondern auch weiter zum Inneren der Struktur hin liegende Reihen. Somit ist eine noch feinere Abstufung der Belichtungsenergie möglich.

In einer Meßreihe wurde eine Anzahl von Teststrukturen im Fotolack erzeugt. Hierbei wurde ein Rand der Struktur mit 0 von 5 bis hin zu 5 von 5 Punkten moduliert. Eine solche Struktur wurde mehrmals mit geänderter Laserleistung belich­ tet, wobei ein Bereich von "gerade anbelichtet" bis "total überbelichtet" überstrichen wurde. Die derart entstandenen Strukturen wiesen keine Rauhigkeit am Rand auf und die Position der modulierten Strukturkante war in dem gewünschten Bereich unterhalb der Punktgröße entsprechend der gewählten Modulation verschoben. In einem zweiten Schritt wurde dann die unter dem Fotolack vorhandene Chromschicht geätzt und nach Beseitigung des Lackes vermessen. Auch hierbei konnte die gewünschte Positionierung der Strukturkante nachgewiesen werden, wobei keine Kantenrauhigkeit erkennbar war.

Als besonders vorteilhaftes Ergebnis dieser Meßreihe mit einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde ferner festgestellt, daß die relative Verschiebung der Strukturkante praktisch unabhängig von der Belichtungsenergie ist.

Claims (3)

1. Lithographisches Verfahren zur Positionierung von Mikrostrukturen auf belackten Substraten, wobei mittels eines fokussierten Strahls, insbesondere eines Laserstrahls, gemäß einer Punktmatrix vorgegebene Bereiche zur Erzeugung von Strukturen mit wenigstens einem Strukturrand belichtbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß für den Strukturrand eine Randmodulation derart durchgeführt wird,
daß am Strukturrand von den dort möglichen Punkten bedarfsweise nur ein vorgebbarer Anteil belichtet wird und dort belichtete und unbelichtete Punkte in definierter Folge abwechseln und
daß der Fokusdurchmesser wenigstens um den Faktor 3 größer ist als die Größe eines Punktes der Punktmatrix.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Strukturrand belichtete und unbelichtete Punkte periodisch vorgegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Periode unter Berücksichtigung des Fokusdurchmessers vorgegeben wird, wobei die maximale Periode in der Größenordnung des Fokusdurchmessers liegt und insbesondere maximal um den Faktor 1,5 größer als der Fokusdurchmesser ist.