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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft generell das Verbessern von Lithographie.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen RTA-Ofen zum gesteuerten
Backen eines Photoresists.
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TECHNISCHER
HINTERGRUND
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In
der Halbleiterindustrie besteht ein zunehmender Trend zu Vorrichtungen,
die eine höhere Dichte
aufweisen. Um diese hohen Dichten erzielen zu können, sind Anstrengungen unternommen
worden und werden weiterhin unternommen, die Vorrichtungs-Abmessungen
an Halbleiter-Wafern zu reduzieren. Zur Erzielung einer derart hohen
Vorrichtungspackungsdichte sind immer kleinere Merkmals-Abmessungen
erforderlich.
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Das
Erfordernis kleiner Merkmale (und eines engen Abstands zwischen
benachbarten Merkmalen) verlangt Lithographie-Vorgänge mit
hoher Auflösung.
Allgemein bezieht sich die Lithographie auf Vorgänge zur Musterübertragung
zwischen verschiedenen Medien. Die Lithographie ist eine Technik
zur IC-Schaltungs-Herstellung, bei der eine Silicium-Scheibe, der
Wafer, gleichförmig
mit einem strahlungsempfindlichen Film, dem Photoresist, beschichtet
wird, und eine Belichtungsquelle (wie z. B. optisches Licht, Röntgenstrahlen
oder ein Elektronenstrahl) durch eine zwischenliegende Master-Schablone, die Photomaske,
hindurch bestimmte Bereiche der Oberfläche beleuchtet, um ein bestimmtes
Muster zu erzeugen. Bei der lithographischen Beschichtung handelt
es sich generell um eine strahlungsempfindliche Beschichtung, die
zur Aufnahme eines projizierten Bildes des betreffenden Musters
geeignet ist. Nachdem das Bild projiziert worden ist, ist es unlöschbar in
der Beschichtung ausgebildet. Das Belichten der Beschichtung durch die
Photomaske hindurch verursacht in den belichteten Bereichen der Beschichtung
eine chemische Transformation, wodurch der Bildbereich (in Abhängigkeit
von der Beschichtung) in einem bestimmten Lösungsmittel-Entwickler mehr
oder weniger löslich
gemacht wird. Die eher löslichen
Bereiche werden in dem Entwicklungsvorgang entfernt, um das Muster-Bild
in Form weniger löslichen
Polymers in der Beschichtung zu hinterlassen.
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Vor
dem Kontakt mit dem Entwickler wird das bestrahlte Photoresist in
einem Konvektionsofen gebacken, um die chemische Transformation
in den belichteten Bereichen des Photoresist vollständig zu fördern. Beispielsweise
erfahren Photoresists, die einen Photosäure-Generator enthalten, eine
Säure-Katalysier-Reaktion
in dessen strahlungsbelichteten Bereichen, und diese Reaktion wird
durch erhöhte
Temperaturen erleichtert. Nachdem festgestellt worden ist, dass
die chemische Transformation in den belichteten Bereichen abgeschlossen
ist, wird das mit bestrahltem Photoresist bedeckte Substrat dem
Konvektionsofen entnommen und auf einer Kühlplatte platziert. Die Kühlplatte
dient dazu, die Temperatur des Substrats abzusenken, was seinerseits
dazu beiträgt,
die chemische Transformation in den belichteten Bereichen des Substrats
abzuschließen.
Während
jedoch das Heizen und das Kühlen
die chemischen Reaktionen in dem bestrahlten Photoresist-Material
fördern,
verschlechtern derzeitige Verfahren zum Heizen und Kühlen in
zahlreichen Fällen die
Steuerung der kritischen Abmessungen des anschließend entwickelten
Photoresists. Vor dem Hintergrund des Trends zu Vorrichtungen mit
höherer Dichte
sind Verschlechterungen der Steuerung der kritischen Abmessungen
inakzeptabel, wenn neue Lithographie-Verfahren entwickelt werden.
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Zudem
ist eine mit akzeptabler Auflösung
erfolgende konsistente und präzise
Musterbildung von Merkmalen mit Bemessungen von ungefähr 0,25 μm oder weniger,
und insbesondere ungefähr
0,18 μm oder
weniger, im besten Fall schwierig und unter manchen Umständen unmöglich. Da
es sich bei der Projektions-Lithographie um ein hocheffektives und unabdingbares
Mittel für
Mikroelektronik-Verarbeitungsvorgänge handelt, sind Vorgänge gewünscht, welche
die Auflösung
erhöhen,
die Steuerbarkeit der kritischen Abmessungen verbessern und ein
konsistentes und präzises
Erzeugen kleiner Merkmale ermöglichen.
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Mit
der vorliegenden Erfindung werden verbesserte lithographische Verfahren
und Systeme bereitgestellt, indem der chemische Verarbeitungsvorgang,
der in einem bestrahlten Photoresist-Material vor der Entwicklung
erfolgt, gesteuert wird. Die vorliegende Erfindung stellt ferner
Verfahren und Systeme zur Ausbildung von Photoresist-Merkmalen bereit, bei
denen eine bessere Steuerung der kritischen Abmessungen möglich ist.
Die mit verbesserter Steuerung der kritischen Abmessungen erzielten
Photoresist-Merkmale gemäß der vorliegenden
Erfindung sind besonders zweckmäßig für nachfolgende
Halbleiter-Herstellungsvorgänge
und Produkte, die durch solche Vorgänge hergestellt werden.
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Gemäß einem
Aspekt wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Verarbeiten
eines bestrahlten Photoresists angegeben, das die folgenden Schritte
aufweist: Platzieren eines Substrats mit dem darauf angeordneten
bestrahlten Photoresist in einem schnellen thermischen Nachwärm-Ofen bei einer ersten
Temperatur; Heizen des Substrats mit dem darauf angeordneten bestrahlten
Photoresist auf eine zweite Temperatur innerhalb einer Zeitperiode von
0,1 Sekunden bis 10 Sekunden; Kühlen
des Substrats mit dem darauf angeordneten bestrahlten Photoresist
auf eine dritte Temperatur in einem schnellen thermischen Nachwärm-Ofen
innerhalb einer Zeitperiode von 0,1 Sekunden bis 10 Sekunden; und
Entwickeln des bestrahlten Photoresists, wobei die zweite Temperatur
höher ist
als die erste Temperatur und die dritte Temperatur.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zum Steuern der kritischen Abmessung eines Photoresists angegeben,
das die folgenden Schritte aufweist: Auftragen des Photoresists
auf ein Halbleitersubstrat; selektives Bestrahlen des Photoresists;
Heizen des Halbleitersubstrats mit dem darauf angeordneten bestrahlten
Photoresist unter einer ein Inertgas aufweisenden Atmosphäre von einer
ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur von 20°C bis 200°C innerhalb
einer Zeitperiode von 0,1 Sekunden bis 10 Sekunden; und Kühlen des
Halbleitersubstrats mit dem darauf angeordneten bestrahlten Photoresist
auf eine dritte Temperatur in einem schnellen thermischen Nachwärm-Ofen
innerhalb einer Zeitperiode von 0,1 Sekunden bis 10 Sekunden; und
Entwickeln des bestrahlten Photoresists.
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Gemäß einem
wiederum weiteren Aspekt wird mit der vorliegenden Erfindung ein
System (20) zum Verarbeiten eines Photoresists angegeben,
das aufweist: eine Quelle aktinischer Strahlung, und eine Maske
zum selektiven Bestrahlen eines Photoresists; einen schnellen thermischen
Nachwärm-Ofen zum
schnellen Heizen und schnellen Kühlen
eines selektiv bestrahlten Photoresists, wobei das schnelle Heizen
und schnelle Kühlen
innerhalb einer Zeitperiode zwischen 0,1 Sekunden und 10 Sekunden
unabhängig
durchgeführt
werden, und einen Entwickler zum Entwickeln eines in einem schnellen
thermischen Nachwärm-Ofen
geheizten und selektiv bestrahlten Photoresists zu einem gemusterten
Photoresist.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine graphische Darstellung der Unterschiede in den Heizprofilen
zwischen einem gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendeten RTA-Ofen und einem herkömmlichen Konvektionsofen, und
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2 zeigt
eine schematische Ansicht eines RTA-Ofen-Systems gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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ARTEN DER
AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung involviert die Verwendung eines schnellen
thermischen Nachwärm-(RTA-)Ofens
zum gesteuerten Abschließen der
chemischen Transformation in den belichteten Bereichen des Photoresists,
ohne dass irgendeine der Eigenschaften des resultierenden gemusterten Photoresists
nachteilig beeinflusst wird. Anders ausgedrückt wird durch die Verwendung
eines RTA-Ofens zum Durchführen
der Nach-Back-Belichtung die Steuerung der kritischen Abmessungen
des resultierenden gemusterten Photoresists im Vergleich zur Verwendung
herkömmlicher
Konvektionsöfen
verbessert.
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Zunächst wird
ein Photoresist auf einen Teil eines Halbleitersubstrats oder über das
gesamte Substrat aufgetragen. Bei dem Substrat handelt es sich typischerweise
um ein Siliciumsubstrat, auf dem optional verschiedene Elemente
und/oder Schichten angeordnet sind; zu diesen zählen Metallschichten, Barriereschichten,
dielektrische Schichten, Vorrichtungsstrukturen, aktive Elemente
und passive Elemente einschließlich
Polysilicium-Gates, Wortleitungen, Source-Bereiche, Drain-Bereiche,
Bitleitungen, Basen, Emitter, Kollektoren, leitfähige Leitungen, leitfähige Stecker
etc.
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Das
Photoresist kann unter Verwendung beliebiger geeigneter Mittel auf
dem Substrat aufgetragen werden. Das Photoresist wird in einer beliebigen geeigneten
Dicke aufgetragen, da die Dicke nicht kritisch für die Erfindung ist. Gemäß einer
Ausführungsform
wird das Photoresist in einer Dicke von ungefähr 1.000 Å bis ungefähr 5.000 Å aufgetragen.
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Es
werden positive oder negative Photoresists verwendet. Gemäß einer
Ausführungsform
enthält
das Photoresist säure-katalysiertes
Harzmaterial. Das säure-katalysierte
Harzmaterial erfährt,
wenn es einer aktinischen Strahlung ausgesetzt wird, eine chemische
Veränderung.
Säure-katalysierte
oder chemisch verstärkte
Resist-Zusammensetzungen weisen generell einen Generator für lichtempfindliche Säure (Photosäure) und
ein Polymer auf. Das Polymer weist säureempfindliche Seiten-Ketten-
(seitenständige)
Gruppen auf, die mit dem Polymer-Gerüst verbunden sind und gegenüber einem
Proton reaktiv sind. Bei der abbildenden Exponierung gegenüber Strahlung
oder Wärme
erzeugt der Photosäure-Generator
ein Proton. Das Proton wird bei der Spalt-Reaktion nicht verbraucht
und katalysiert zusätzliche Spalt-Reaktionen, wodurch
die photochemische Reaktion des Resists chemisch verstärkt wird.
Das gespaltene Polymer ist in polaren Entwicklern löslich, während unbelichtete
Polymer in nichtpolaren organischen Lösungsmitteln löslich ist.
Somit kann das Resist je nach der Wahl des Entwickler-Lösungsmittels
positive oder negative Bilder der Maske erzeugen.
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Zu
den Photoresists zählen
ein e-strahl-empfindliches Resist, ein 157-nm-empfindliches Resist-, ein 193-nm-empfindliches
Resist-, ein I-Leitungs-Resist-,
ein H-Leitungs-Resist-, ein G-Leitungs-Resist-, ein E-Leitungs-Resist-, ein Mittel-UV-Resist-,
ein Tief-UV-Resist- oder ein Extem-UV-Resist-Material. Gemäß einer Ausführungsform
ist das Photoresist ein chemisch verstärktes Photoresist. Photoresists sind
im Handel von verschiedenen Quellen erhältlich, darunter Shipley Company,
Kodak, Hoechst Celanese Corporation, Hunt, Aquamer, Arch Chemical,
Clariant, JSR Microelectronics, und Brewer.
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Das
Photoresist wird dann einem bildweisen Strahlungsmuster ausgesetzt
(gewählte
oder vorbestimmte Teile des Photoresists werden aktinischer Strahlung
ausgesetzt). Typischerweise wird eine Maske verwendet, um das Photoresist
selektiv zu bestrahlen. Zum Belichten des Photoresists kann jede geeignete
Strahlen-Wellenlänge
einschließlich e-Strahlen
verwendet werden. Beispielsweise kann Strahlung mit Wellenlängen von
ungefähr
1 nm bis ungefähr
700 nm verwendet werden. Zu den Beispielen von Wellenlängen zählen 11
nm, 13 nm, 126 nm, 157 nm, 193 nm, 248 nm, 365 nm, 405 nm, und 633 nm.
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Das
mit selektiv bestrahltem Photoresist bedeckte Substrat wird gemäß der vorliegenden
Erfindung auf eine Temperatur erwärmt, die geeignet ist zur Herbeiführung und/oder
Förderung
des Abschlusses der im Photoresist erfolgenden chemischen Transformation.
Der Heizvorgang wird in einem RTA-Ofen und nicht in einem herkömmlichen Konvektionsofen
durchgeführt.
Ein RTA-Ofen erlaubt den Einsatz eines Kurzzeit-Hochtemperaturvorgangs.
Die RTA-Vorgänge
sind gekennzeichnet durch einen hohen Grad an gleichförmiger Erwärmung und
Abkühlung
innerhalb einer kurzen Zeitperiode, ohne dass eine signifikante
Wärmediffusion
erfolgt. RTA-Systeme sind generell derart strukturiert, dass die
Wafer wärmeisoliert
sind und somit ein strahlendes und nicht leitendes Erwärmen und
Abkühlen
erfolgt.
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Zum
Heizen des mit selektiv bestrahltem Photoresist bedeckten Substrats
kann jedes geeignete RTA-System verwendet werden. Ein RTA-System
enthält
typischerweise mindestens eine RTA-Kammer, eine Wärmequelle
zum Leiten der Erwärmung
in das Innere der RTA-Kammer, und einen Temperaturmonitor zum Messen
der Temperatur in der RTA-Kammer.
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Bei
diesen Systemen ist die Gleichförmigkeit der
Temperatur eine der wichtigsten Design-Erwägungen, mit dem Zweck, dass
Wärmegradienten,
die zahlreiche nachteilige Effekte verursachen, vermieden werden.
Bei den RTA-Systemen
werden verschiedene Wärmequellen
verwendet, zu denen Bogenlampen wie z. B. eine Xenon-Bogenlampe,
Wolframhalogenlampen, Excimerlaser und widerstandsgeheizte geschlitzte
Graphitbahnen zählen.
Für die Verfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann jede RTA-Heizquelle verwendet werden.
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Es
werden eine oder mehrere Heizquellen in einem beliebigen geeigneten
Array angeordnet, um ein sehr schnelles und gleichförmiges Heizen
und Kühlen
zu erzielen. In diesem Zusammenhang können bei denjenigen Ausführungsformen,
bei denen Lampen als Wärmequellen
verwendet werden, diese symmetrisch oder asymmetrisch um die RTA-Kammer
herum angeordnet werden. Die Lampen können in einem linearen Array,
einem kreisförmigen
Array, einem zufallsbestimmten Array, einem hexagonalen Array, einen
ovalen Array, einem spiraligen Array oder dgl. angeordnet werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird das mit selektiv bestrahltem Photoresist bedeckte Substrat auf
eine Temperatur von ungefähr
20°C bis
ungefähr 200°C erwärmt. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird das mit selektiv bestrahltem Photoresist bedeckte Substrat
auf eine Temperatur von ungefähr 40°C bis ungefähr 150°C erwärmt. Gemäß einer
wiederum weiteren Ausführungsform
wird das mit selektiv bestrahltem Photoresist bedeckte Substrat
auf eine Temperatur von ungefähr
50°C bis
ungefähr 110°C erwärmt.
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Das
mit selektiv bestrahltem Photoresist bedeckte Substrat wird während einer
dahingehend geeigneten Zeitperiode erwärmt, dass der Abschluss der
chemischen Transformation in dem Photoresist herbeigeführt und/oder
gefördert
wird. Gemäß einer Ausführungsform
wird das mit selektiv bestrahltem Photoresist bedeckte Substrat
während
einer Zeitperiode von ungefähr
1 Sekunde bis ungefähr
10 Minuten geheizt. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform wird
das mit selektiv bestrahltem Photoresist bedeckte Substrat während einer
Zeitperiode von ungefähr 2
Sekunden bis ungefähr
2 Minuten geheizt. Gemäß einer
wiederum weiteren Ausführungsform
wird das mit selektiv bestrahltem Photoresist bedeckte Substrat
während
einer Zeitperiode von ungefähr
5 Sekunden bis ungefähr
60 Minuten geheizt.
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Bei
Verwendung eines RTA-Ofens ist die Gesamt-Heizdauer, gemessen von
dem Moment, zu dem sie beginnt, bis zu dem Moment, zu dem das mit selektiv
bestrahltem Photoresist bedeckte Substrat zu seiner vor dem Heizen
vorhandenen Temperatur zurückkehrt,
wesentlich kürzer
als die Gesamt-Heizdauer
bei Verwendung eines Konvektionsofens. Gemäß einer Ausführungsform
beträgt
die Gesamt-Heizdauer von ungefähr
1 Sekunde bis ungefähr
10 Minuten. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
beträgt
die Gesamt-Heizdauer von ungefähr
2 Sekunden bis ungefähr
20 Minuten. Gemäß einer wiederum
Ausführungsform
beträgt
die Gesamt-Heizdauer von ungefähr
5 Sekunden bis ungefähr
60 Sekunden.
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RTA-Vorgänge sind
gekennzeichnet durch einen hohen Grad an Heizung innerhalb einer
kurzen Zeitperiode ohne signifikante Wärmediffusion. Die Zeit, die
das mit selektiv bestrahltem Photoresist bedeckte Substrat benötigt, um
entweder seine Heiztemperatur zu erreichen oder von seiner Heiztemperatur
zu seiner vor dem Heizen bestehenden Temperatur zurückzukehren,
liegt typischerweise in der Größenordnung
von ungefähr
0,1 Sekunden bis ungefähr
10 Sekunden. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
beträgt
die Zeit, die das mit selektiv bestrahltem Photoresist bedeckte
Substrat benötigt,
um entweder seine Heiztemperatur zu erreichen oder von seiner Heiztemperatur
zu seiner vor dem Heizen bestehenden Temperatur zurückzukehren,
von ungefähr
0,5 Sekunden bis ungefähr
5 Sekunden. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
beträgt
die Zeit, die das mit selektiv bestrahltem Photoresist bedeckte Substrat
benötigt,
um entweder seine Heiztemperatur zu erreichen oder von seiner Heiztemperatur
zu seiner vor dem Heizen bestehenden Temperatur zurückzukehren,
von ungefähr
1 Sekunde bis ungefähr 3
Sekunden.
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Bei
der Vor-Heiz-Temperatur und/oder der Nach-Heiz-Temperatur (die Kühlungstemperatur) handelt
es sich typischerweise um die Raumtemperatur (von ungefähr 22°C bis ungefähr 27°C). Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
betragen die Vor-Heiz-Temperatur und/oder die Nach-Heiz-Temperatur von ungefähr 20°C bis ungefähr 30°C. Gemäß einer
wiederum weiteren Ausführungsform
betragen die Vor-Heiz-Temperatur und/oder die Nach-Heiz-Temperatur
von ungefähr
15°C bis
ungefähr
35°C. Die
Vor-Heiz-Temperatur
und die Nach-Heiz-Temperatur können
unterschiedlich oder ungefähr
identisch sein. Die Vor-Heiz-Temperatur kann höher oder niedriger sein als
die Nach-Heiz-Temperatur.
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In 1 sind
die Unterschiede zwischen der Verwendung eines RTA-Ofens und eines
herkömmlichen
Konvektionsofens graphisch durch nebeneinander angeordnete Heizprofile
veranschaulicht. In den Schaubild ist die Heizdauer an der x-Achse
gezeigt, während
die Heiztemperatur an der y-Achse gezeigt ist. Die Heizprofilkurve
A repräsentiert
das Heizprofil eines RTA-Ofens, und die Heizprofilkurve B repräsentiert
das Heizprofil eines herkömmlichen Konvektionsofens.
Aus dem Schaubild ist ersichtlich, dass die Heizprofilkurve eines
RTA-Ofens ihre Betriebstemperatur schneller erreicht als die Heizprofilkurve
eines herkömmlichen
Konvektionsofens, und – in ähnlicher
Weise – dass
die Heizprofilkurve eines RTA-Ofens sehr viel schneller auf Raumtemperatur abfällt als
die Heizprofilkurve eines herkömmlichen Konvektionsofens.
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Es
kann jede geeignete Atmosphäre
zum Heizen eines mit selektiv bestrahltem Photoresist bedeckte Substrats
verwendet werden, sofern das bestrahlte Photoresist nicht wesentlich
beeinträchtigt wird.
Die Atmosphäre
enthält
typischerweise einen größeren Anteil
(mehr als 50 Volumen-%) eines oder mehrerer Inertgase, ein Vakuum,
und optional kleinere Anteile (weniger als ungefähr 10 Volumen-%) anderer Gase.
Zu den Inertgasen zählen
die edlen Gase, wie z. B. Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon,
und Stickstoff. Gemäß einer
Ausführungsform handelt
ist die RTA-Ofen-Atmosphäre
ein Vakuum oder enthält
ein oder mehrere Inertgase.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist der RTA-Ofen in einem Laufbahn-System enthalten. Das Laufbahn-System
erleichtert die Bewegung der Wafer zwischen den Verarbeitungs-Kammern/-Stationen,
wobei typischerweise ein oder mehrere Roboter verwendet werden,
die an einem Förderbandsystem positioniert
sind. Gemäß dieser
Ausführungsform
ist der RTA-Ofen in enger Nähe
zu der Schrittbewegungsvorrichtung positioniert, und das Laufbahn-System überführt die
Wafer effizient aus der Schrittbewegungsvorrichtung in den RTA-Ofen.
Das Laufbahn-System kann den Wafer auch effizient in eine Entwicklungsstation überführen.
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Die
nun zu erläuternde 2 zeigt
in Form einer schematischen Darstellung ein RTA-Ofen-System 20 mit
RTA-Kammer 21, mehreren Lampen 22 zum Heizen eines
Halbleiter-Wafers 23 in der RTA-Kammer 21, und
einen Temperaturmonitor 24 zum Überwachen des Heizens des Halbleiter-Wafers 23.
Das RTA-System 20 enthält
ferner eine Steuerschaltung 26, die steuerbar mit den mehreren
Lampen 22 verbunden ist. Während die Temperatur überwacht
wird, wird eine Feedback-Steuerung zum Steuern des von den Lampen
durchgeführten
Heizvorgangs verwendet.
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Die
Steuerschaltung 26 empfängt
Signale, welche die Temperatur in der RTA-Kammer 21 angeben.
Die Steuerschaltung 26 enthält Schalter und eine Einstellvorrichtung
zum Steuern der Zeit und der Intensität des Heizens. Bei der RTI-Kammer 21 handelt
es sich um eine Heizkammer, die eine gesteuerte Umgebung für den Halbleiter-Wafer 23 zuführt und die
dem Halbleiter-Wafer 23 Energie
von den Lampen 22 zuführt.
Die RTI-Kammer 21 bildet eine luftdichte Struktur, so dass
der Heizeffekt unter gesteuerten atmosphärischen Bedingungen zugeführt wird.
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Mehrere
Lampen 22, wie etwa Bogenlampen, Wolframhalogenlampen und
dgl., sind um die RTA-Kammer 21 herum angeordnet. Bei dem
gezeigten RTA-System 20 sind die Lampen 22 in
einem geeigneten linearen Array 25 angeordnet. Bei anderen Ausführungsformen
sind die Lampen 22 in anderen geeigneten Formationen angeordnet,
z. B. als hexagonales Array von Lampen. Die Lampen 22 arbeiten mit
gesteuerter Intensität.
Gemäß einer
Ausführungsform
werden sämtliche
Lampen gemeinsam gesteuert. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform wird
jede Lampe individuell gesteuert. Typischerweise werden geschaltete
inkohärente
Wärmequellen verwendet,
obwohl auch kohärente
Wärmequellen verwendet
werden können.
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Nach
dem Heizen des mit selektiv bestrahltem Photoresist bedeckten Substrats
wird das Photoresist entwickelt. Beim Entwickeln werden die belichteten
oder die unbelichteten Bereiche des Photoresists entfernt. Es kann
jeder geeignete Entwickler verwendet werden, um die belichteten
oder die unbelichteten Bereiche des Photoresists zu entfernen, so z.
B. wässrige
alkalische Entwickler. Wässrige
alkalische Entwickler enthalten typischerweise einen Hydroxid-Bestandteil
wie z. B. Tetramethylammoniumhydroxid. Durch das Entwickeln ergibt
sich ein gemustertes Photoresist mit verbesserter Steuerung der
kritischen Abmessungen.
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Ohne
dass eine Bindung an eine bestimmte Theorie beabsichtigt ist, wird
angenommen dass das schnelle Heizen und das schnelle Kühlen in
dem RTA-Ofen das exakte Abschließen der chemischen Transformation
in den bestrahlten Bereichen des Photoresist fördert (die chemische Transformation
ist nicht unvollständig
und/oder übermäßig). Somit
werden die unerwünschten
Effekte, z. B. strukturelle Verschlechterung, Dotierungsmittel-Diffusion und Phasenveränderungen,
die bei hohen Verarbeitungstemperaturen in herkömmlichen Konvektionsöfen auftreten
können,
vermieden. Die Verwendung eines RTA-Ofens verhindert diese unerwünschten
Effekte, wie z. B. strukturelle Verschlechterung, Dotierungsmittel-Diffusion
und Phasenveränderungen,
die bei hohen Verarbeitungstemperaturen in herkömmlichen Konvektionsöfen möglicherweise
auftreten. Es wird angenommen, dass das Kühlen des geheizten, mit selektiv
bestrahltem Photoresist bedeckten Substrats in der RTA-Ofen-Kammer
statt an der offen Luft ebenfalls zur Wirksamkeit der Verfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung bei der Verbesserung der Steuerung der kritischen Abmessungen
beiträgt.
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Insbesondere
wird angenommen, dass eine mangelnde Fähigkeit zum schnellen Kühlen eines geheizten,
mit selektiv bestrahltem Photoresist bedeckten Substrats einen Verlust
an Steuerbarkeit der kritischen Abmessungen verursacht. Dieser Verlust an
Steuerung der kritischen Abmessungen ist angesichts der in der Halbleiterindustrie
herrschenden zunehmenden Bestrebungen nach verbesserter Integration
und Miniaturisierung inakzeptabel.
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Im
Zusammenhang mit 2 wird nun eine bestimmte Ausgestaltung
der Verfahren der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Halbleitersubstrat
wird mit einem selektiv bestrahlten säure-katalysierten Photoresist
versehen, das in einer RTA-Kammer 21 des RTA-Ofens 20 auf
dem Substrat 23 aufgetragen wird. Obwohl dies in der Figur
nicht ersichtlich ist, kann das mit dem Photoresist bedeckte Substrat 23 jedes
beliebige geeignete Halbleitermaterial aufweisen (eine oder mehrere
Schichten von Halbleitermaterial), wie z. B. ein monokristallines
Siliciumsubstrat. Ferner kann, obwohl dies nicht gezeigt ist, das
mit dem Photoresist bedeckte Substrat 23 eine oder mehrere
Schichten aufweisen, zu denen Substrat-Schichten, Diffusionsbereiche,
dielektrische Schichten wie z. B. Oxide, Vorrichtungen, Polysilicium-Schichten und dgl.
zählen.
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Es
werden Wolframkarbidlampen 22 verwendet, um das mit Photoresist
bedeckte Substrat 23 während
einer Dauer von 40 Sekunden auf eine Temperatur von 160°C zu heizen.
Das mit Photoresist bedeckte Substrat 23 benötigt ungefähr 2 Sekunden, um
die Temperatur von 160°C
(ausgehend von Raumtemperatur) zu erreichen, und ungefähr 2 Sekunden,
um von der Temperatur von 160°C
zur Raumtemperatur zurückzukehren.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird das mit Photoresist bedeckte
Substrat 23 dann entwickelt, wobei ein gemustertes, mit Photoresist
bedecktes Substrat mit verbesserter Steuerung der kritischen Abmessungen
ausgebildet wird.
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Obwohl
dies nicht gezeigt ist, kann der RTA-Ofen 20 Teil eines
Laufspur-Systems
sein. Das Laufspur-System überträgt das mit
Photoresist bedeckte Substrat 23 effektiv von der Schrittbewegungsvorrichtung,
an der die selektiv Bestrahlung vorgenommen wird, zu dem RTA-Ofen 20.
Das Laufspur-System überführt das
mit Photoresist bedeckte Substrat 23 dann effizient zu
einer Entwicklungsstation.
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Obwohl
die Erfindung anhand einer bzw. mehrerer spezieller bevorzugter
Ausführungsformen gezeigt
und beschrieben worden ist, wird Fachleuten auf dem Gebiet nach
verständiger
Kenntnisnahme dieser Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen ersichtlich
sein, dass äquivalente Änderungen und
Modifikationen vorgenommen werden können. Insbesondere hinsichtlich
der verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Komponenten
(Baugruppen, Vorrichtungen, Schaltungen etc.) durchgeführt werden,
sind die zum Beschreiben derartiger Komponenten verwendeten Ausdrücke (einschließlich von
Verweisen auf ein "Mittel") dahingehend zu
verstehen, dass sie auch jede Komponente umfassen, welche die angegebene Funktion
der beschriebenen Komponente erfüllt
(d. h. funktional äquivalent
ist), auch wenn sie keine strukturelle Äquivalenz zu der offenbarten
Struktur hat, die bei dem hier aufgezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung die
Funktion ausführt.
Ferner kann, wenn ein bestimmtes Merkmal der Erfindung im Zusammenhang mit
nur einer von mehreren Ausführungsformen
offenbart worden ist, ein derartiges Merkmal mit einem oder mehreren
weiteren Merkmalen der anderen Ausführungsformen kombiniert werden,
je nachdem, wie es für
irgendeinen gegebenen oder bestimmten Anwendungsfall gewünscht oder
vorteilhaft ist.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Die
Verfahren und Systeme der vorliegenden Erfindung sind generell nützlich auf
dem Gebiet der Lithographie und der Halbleiterverarbeitung und sind insbesondere
auf den Gebieten der Mikroprozessor-Herstellung und der Speichervorrichtungs-Herstellung
einsetzbar.