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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strukturieren eines chemisch
verstärkten
Photoresists.
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Ein
chemisch verstärkter
Photoresist wurde von IBM vor zehn Jahren veröffentlicht. Unter Verwendung
eines derartigen chemisch verstärkten Photoresists
wurde im Jahr 1990 ein DRAM von 1 Mbit hergestellt. LSI-Hersteller
und ihre Forschungsinstitute haben chemisch verstärkte Photoresists
zur Anwendung bei Prozessen intensiv untersucht. Im allgemeinen
enthält
ein chemisch verstärkter
Photoresist ein Basisharz, einen Lichtemissionsstoff und dergleichen.
Manchmal enthält
er auch einen Löslichkeit
verhindernden Stoff und ein Vernetzungsmittel.
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Chemisch
verstärkte
Photoresists werden zur Herstellung eines Maskenmusters hoher Auflösung verwendet,
wobei eine katalytische Kettenreaktion verwendet wird, die durch
Diffusion einer im Photoresist durch Belichtung erzeugten Photosäure hervorgerufen
wird.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 1a bis 1d,
die Schnittansichten zum Veranschaulichen eines herkömmlichen
Verfahrens zum Strukturieren eines chemisch verstärkten Photoresists
sind, ein derartiges Verfahren beschrieben.
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Wie
es in 1a dargestellt ist, wird ein
chemisch verstärkter
Photoresist 2 auf einer zu ätzenden Zielschicht 1 abgeschieden.
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Wie
es in 1b dargestellt ist, wird der
chemisch verstärkte
Photoresist 2 unter Verwendung einer Belichtungsmaske selektiv
belichtet. Im chemisch verstärkten
Photoresist 2 entsteht durch den Belichtungsprozess bei λ = 356 nm,
248 nm, 193 nm Photosäure.
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Anschließend wird,
wie es in 1c dargestellt ist, die Photosäure durch
einen Prozess des Brennens nach dem Belichten (PEB = post exposure baking)
des selektiv belichteten chemisch verstärkten Photoresists 2 diffundiert.
D. h., dass die Photosäure
durch den PEB-Prozess in einen belichteten Bereich im chemisch verstärkten Photoresist 2 diffundiert.
Im Ergebnis erhöht
die Photosäure
die Löslichkeit
des Basisharzes gegenüber
einer wässrigen
Alkalilösung
stark, z. B. die Löslichkeit
betreffend Polyhydroxystyrol (PHS).
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Wie
es in 1d dargestellt ist, wird der
chemisch verstärkte
Photoresist 2 entwickelt, um eine Maskenmusterschicht zum Ätzen der
zu ätzenden Zielschicht 1 auszubilden.
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Wie
oben beschrieben, werden ein Belichtungsbereich des chemisch verstärkten Photoresists sowie
ein Nichtbelichtungsbereich durch den Belichtungs- und PEB-Prozess
ausgebildet, und es entsteht ein Selektivitätsverhältnis für das Basisharz im Belichtungsbereich
und im Nichtbelichtungsbereich, so dass durch den Entwicklungsprozess
ein spezielles Muster erhalten werden kann.
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Da
im chemisch verstärkten
Photoresist die beim Belichtungsprozess in kleiner Menge erzeugte Photosäure durch
beim PEB-Prozess
erzeugte thermische Energie diffundiert, wird eine katalytische Kettenreaktion
hervorgerufen, die das mehrere Zehn- bis mehrere Hundertfache der
ursprünglichen Reaktion
beträgt.
Die Löslichkeit
des Basisharzes in einer wässrigen
Alkalilösung
erhöht
sich durch eine derartige katalytische Kettenreaktion. D. h., dass
der chemisch verstärkte
Photoresist mit hoher Auflösung strukturiert
werden kann, da durch die in kleiner Menge vorhandene Photosäure ein
verbesserter Verstärkungseffekt
im Photoresist erzielt wird.
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Nun
wird das herkömmliche
Verfahren zum Strukturieren eines chemisch verstärkten Photoresists im einzelnen
beschrieben.
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Die
durch den Belichtungsprozess erzeugte Photosäure diffundiert beim PEB-Prozess,
wie er bei Bedingungen einer Temperatur zwischen 90°C und 150°C sowie einer
Zeitspanne von 90–120
s ausgeführt
wird, über
einen Weg von 100–200
nm in den Photoresist. Dabei wird eine chemische Reaktion zwischen
dem Basisharz des Photoresists und t-Butoxy-carboxyliertem Polyhydroxystyrol
(t-BOC) hervorgerufen. Im Ergebnis werden Polyhydroxystyrol, CO2, Isobutan und Photosäure (H+)
erzeugt. Beim obigen Prozess wird aus dem t-BOC abgesondertes Polyhydroxystyrol
in wässriger
Alkalilösung
leicht gelöst,
und durch die neu erzeugte Photosäure (H+) kann
eine Kettenreaktion hervorgerufen werden.
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Beim
herkömmlichen
Verfahren zum Strukturieren eines chemisch verstärkten Photoresists existieren
jedoch mehrere Schwierigkeiten.
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Wenn
die Photosäure
mittels des PEB-Prozesses diffundiert, diffundiert sie sowohl in
horizontaler als auch in vertikaler Richtung. Dies ruft eine chemische
Reaktion im Nichtbelichtungsbereich hervor. Wenn die chemische Reaktion
durch Diffusion der Photosäure
in den Nichtbelichtungsbereich hervorgerufen wird, verschlechtert
sich der Kontrast im latenten Bild, was zu einem ungleichmäßigen Musterprofil
des chemisch verstärkten
Photoresists und einer Beeinträchtigung
der Auflösung
führt.
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Die
JP 07086119 A beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters. Auf einem Halbleitersubstrat
wird ein zu bearbeitender Zwischenisolationsfilm aufgebracht, in
dem Leiterbahnen verlaufen. Über
diesem Zwischenisolationsfilm befindet sich eine elektrisch leitende
Schicht, über
der eine chemische Verstärkungsresiststruktur
aufgebracht ist. Diese Resiststruktur wird mittels einer Maske belichtet, wodurch
Protonen gebildet werden. An eine über der Resiststruktur angeordnete
Elektrodenplatte wird eine Spannung angelegt wird. An die leitende
Schicht zwischen Resiststruktur und Zwischenschicht wird eine andere
Spannung angelegt, wodurch die Protonen anfangen zu wandern und
eine Brückenbildung in
der Resiststruktur begünstigen.
Nach der Entwicklung sind der Zwischenisolationsfilm und die leitende Schicht
strukturiert. Die leitende Schicht wird danach entfernt. Durch dieses
Verfahren erhält
man eine feine Strukturierung mit einem vertikalen Profil.
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Die
JP 07106235 A beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung eines hochauflösenden und hochakkuraten Struktur.
Das Verfahren umfasst die Schritte: Belichten einer chemisch verstärkte Resiststruktur mit
einem KrF-Laser, wodurch eine Säure
auf der Oberfläche
der Resiststruktur gebildet wird. Nach der Belichtung werden horizontal
zum Substrat eine Anode und eine Katode installiert, an die eine
Gleichspannung angelegt wird. Das Substrat wird über einer Heizplatte erhitzt.
Die Säure
auf der Oberfläche der
Resiststruktur bewegt sich vertikal zum unteren Teil der Resiststruktur
und wandelt die Resiststruktur in eine alkalisch lösbare Substanz.
Nach der Entwicklung mit einer alkalischen Entwicklungslösung erhält man eine
hochakkurate Struktur.
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Die
JP 07240365 A beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausbildung einer Musterstruktur.
Auf einem Substrat wird eine chemische Verstärkungs-Resiststruktur ausgebildet,
die mittels einer Maske belichtet wird. In dem belichteten Bereich
der Resiststruktur bildet sich eine Säure. Die Resiststruktur wird
zwischen einer oberen und unteren Elektrode gehalten, an die eine
Hochfrequenzspannung angelegt wird. Die erzeugte Säure bewegt sich
in der Resiststruktur in vertikale Richtung. Die Resiststruktur
verändert
durch die Säure
ihre Löslichkeit
und wird danach entwickelt. Eine Säurediffusion in laterale Lichtung
wird somit unterdrückt.
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Die
US 5,158,861 A zeigt
ein Verfahren zur Herstellung einer exakten Musterstruktur mit einer chemischen
Verstärkungsresiststruktur
und UV-Strahlung. Auf einem Silikonsubstrat ist ein Resistfilm ausgebildet,
der durch eine Photomaske mit einem KrF-Laserstrahl bestrahlt wird.
Danach wird vertikal an den Resistfilm ein elektrisches Feld angelegt,
während
der Resistfilm erhitzt wird. Die H+-Ionen bewegen sich somit vertikal
nach unten, sodass eine Diffusion der H+-Ionen in lateraler Richtung während der
Erhitzung verhindert wird. Folglich werden exakte Muster mit vertikalen
Seitenwänden
bereitgestellt.
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Keine
der genannten Dokumente zeigt einen oberen und einen unteren leitenden
dünnen
Film zur einfachen Erzeugung eines elektrischen Feldes.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Strukturieren
eines chemisch verstärkten
Photoresists zu schaffen, durch das die Auflösung des erzielten Musters
weiter verbessert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bei
diesem Verfahren wird die Diffusionsrichtung der Photosäure eingestellt.
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Zusätzliche
Vorteile, Aufgaben und andere Merkmale der Erfindung werden teilweise
in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt, und teilweise werden
sie dem Fachmann bei der Untersuchung des Folgenden oder beim Ausüben der
Erfindung erkennbar. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden
speziell durch die Maßnahmen
erzielt, wie sie in den beigefügten
Ansprüchen
dargelegt sind.
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Die
Erfindung wird aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
und den beigefügten Zeichnungen,
die nur zur Veranschaulichung dienen und demgemäß für die Erfindung nicht beschränkend sind,
vollständiger
zu verstehen sein.
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1a bis 1d sind
Schnittansichten zum Veranschaulichen eines herkömmlichen Verfahrens zum Strukturieren
eines chemisch verstärkten Photoresists;
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2a bis 2e sind
Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Strukturieren
eines chemisch verstärkten
Photoresists gemäß der Erfindung;
und
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3a bis 3e sind
Schnittansichten zum Veranschaulichen eines anderen Verfahrens zum
Strukturieren eines chemisch verstärkten Photoresists gemäß der Erfindung.
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Nun
wird im einzelnen auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
Bezug genommen, wie sie durch die beigefügten Zeichnungen veranschaulicht
sind.
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Wie
es im ersten Ausführungsbeispiel
in 2a dargestellt ist, wird ein unterer, leitender Dünnfilm 21 auf
einer zu ätzenden
Zielschicht 20 hergestellt. Auf dem unteren, leitenden
Dünnfilm 21 wird ein
chemisch verstärkter
Photoresist 22 abgeschieden. Dabei wird als unterer, leitender
Dünnfilm 21 ein Antireflexionsmaterial
verwendet, das diffuse Lichtreflexion durch die zu ätzende Zielschicht 20 während des
Belichtungsprozesses verhindert und durch eine Entwicklungslösung oder
durch Trockenätzen
leicht entfernbar ist.
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Anschließend wird
auf dem chemisch verstärkten
Photoresist 22 ein oberer, leitender Dünnfilm 22 hergestellt.
Dafür wird
ebenfalls ein Material verwendet, das durch eine Entwicklungslösung oder dergleichen
leicht entfernbar ist. Der obere, leitende Dünnfilm 23 dient als
Antireflexions-Beschichtungsfilm, der diffuse Lichtreflexion durch
die zu ätzende Zielschicht 20 während des
Belichtungsprozesses verhindert.
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Außerdem wird
als Material für
den oberen, leitenden Dünnfilm 23 ein
solches verwendet, das im wesentlichen alles Licht während des
Belichtungsprozesses durchlässt.
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Wenn
dabei als zu ätzende
Zielschicht 20 ein leitendes Substrat wie ein solches aus
Polysilizium, Polycid oder einem Metall verwendet wird, wird der chemisch
verstärkte
Photoresist 22 ohne Herstellung des unteren, leitenden
Dünnfilms 22 auf
der zu ätzenden
Zielschicht 20 abgeschieden, so dass diese letztere als
unterer, leitender Dünnfilm
verwendbar ist, über
den ein elektrisches Feld angelegt wird. Wenn jedoch als zu ätzende Zielschicht 20 ein
Isolierfilm wie ein Oxidfilm oder ein Nitridfilm verwendet wird, wird
der untere, leitende Dünnfilm 21 hergestellt.
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Wie
es in 2b dargestellt ist, wird der
chemisch verstärkte
Photoresist 22 selektiv belichtet, um Photosäure in den
chemisch verstärkten
Photoresist 22 einzudiffundieren.
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Danach
diffundiert die Photosäure
durch den PEB-Prozess in vertikaler Richtung, um eine chemische,
katalytische Kettenreaktion hervorzurufen, wobei zwischen den unteren,
leitenden Dünnfilm 21 und den
oberen, leitenden Dünnfilm 23 ein
elektrisches Feld so angelegt wird, dass das tiefere Potential am unteren,
leitenden Dünnfilm 21 oder
der zu ätzenden Zielschicht 20 anliegt.
Dabei wird ein Heizer 24 unter der zu ätzenden Zielschicht 20 betrieben,
um die Temperatur während
des PEB-Prozesses einzustellen.
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Beim
PEB-Prozess diffundiert die Photosäure, da es sich um das H+-Ion mit positiver Ladung handelt, in der
Richtung zum unteren, leitenden Dünnfilm 21, der auf
niedrigem Potential liegt.
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Wie
es in 2d dargestellt ist, wird der
obere, leitende Dünnfilm 23 entfernt,
und der chemisch verstärkte
Photoresist 22, in dem die Photosäure in vertikaler Richtung
diffundiert ist, wird durch einen Entwicklungsprozess strukturiert.
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Wie
es in 2e dargestellt ist, wird der
untere, leitende Dünnfilm 21,
wenn er durch den Entwicklungsprozess nicht bereits entfernt wurde,
durch einen zusätzlichen
Prozess entfernt.
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Beim
vorstehend angegebenen Verfahren zum Strukturieren eines chemisch
verstärkten
Photoresists werden Dünnfilme
unter und über
dem chemisch verstärkten
Photoresist hergestellt, um an diesen ein elektrisches Feld anlegen
zu können.
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Bei
einem anderen Verfahren zum Strukturieren eines chemisch verstärkten Photoresists,
das nachfolgend beschrieben wird, wird ein gesondertes System zum
Anlegen eines elektrischen Felds unten und oben an einem Wafer ausgebildet,
um an diesen ein elektrisches Feld anzulegen.
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Gemäß 3a zum
zweiten Ausführungsbeispiel
wird ein chemisch verstärkter
Photoresist 22 auf einer zu ätzenden Zielschicht 20 abgeschieden.
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Wie
es in 3b dargestellt ist, wird der
chemisch verstärkte
Photoresist 22 selektiv belichtet, damit Photosäure in ihn
eindiffundieren kann.
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Anschließend werden,
wie es in 3c dargestellt ist, Systeme 25a und 25b zum
Anlegen eines elektrischen Felds über bzw. unter der zu ätzenden Zielschicht 20 (einem
Wafer oder einem auf diesem hergestellten Material) angeordnet und
betrieben, und es wird ein PEB-Prozess ausgeführt. Im Ergebnis wird eine
chemische, katalytische Kettenreaktion mit guter Auflösung hervorgerufen,
die Photosäure im
wesentlichen nur in vertikaler Richtung diffundiert. Dabei sind
die Systeme 25a und 26a zum Anlegen eines elektrischen
Felds innerhalb der PEB-Anlage vorhanden, und sie umfassen Elektroden
mit derselben Größe und Form
wie sie der Wafer aufweist.
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Wie
es in 3d dargestellt ist, diffundiert die
Photosäure
in der Richtung des Systems 25b zum Anlegen eines elektrischen
Felds mit niedrigem Potential, da die durch den PEB-Prozess diffundierende
Photosäure
das positiv geladene Ion H+ ist, also nach
unten, da dieses System unten liegt.
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Wie
es in 3e dargestellt ist, wird der
chemisch verstärkte
Photoresist 22, in dem die Photosäure in vertikaler Richtung
diffundierte, durch einen Entwicklungsprozess strukturiert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Strukturieren eines chemisch verstärkten Photoresists weist die
folgenden Vorteile auf:
- – Da die Diffusionsrichtung,
in der die Photosäure während des
Strukturierens des chemisch verstärkten Photoresists diffundiert,
auf eine spezielle Richtung eingestellt wird, kann ein schlechtes Muster
wegen einer Querdiffusion der Photosäure verringert werden, so dass
ein Muster mit hervorragender Auflösung hergestellt werden kann.
- – Da
nur der obere Teil des chemisch verstärkten Photoresists belichtet
wird, kann ein Effekt einer Bilderzeugung an der Oberfläche (TSI
= top surface imaging) erzielt werden, und es kann Kerbbildung durch
Reflexion am Substrat verringert werden.
- – Da
für den
Photoresist keine Dickenbeschränkung
existiert, kann eine gute Prozesstoleranz erzielt werden.