DE3305923A1

DE3305923A1 - Verfahren zum vorbacken von mit positiv-fotolack auf der basis von naphtoquinondiozid und phenolformaldehydharz beschichteten substraten

Info

Publication number: DE3305923A1
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: 1984-08-23
Also published as: DE3305923C2

Description

Verfahren zum Vorbacken von mit Positiv-Fotolack auf der
Basis von Naphtoquinondiazid und Phenolformaldehydharz beschichteten Substraten.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbacken von mit Positiv-Fotolack auf der Basis von Napthoquinondiazid 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 Belichten 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 Fotolithographie eingesetzt. Bei diesem Verfahren wird zum Beispiel folgendermaßen vorgegangen: Nach Erzeugen eines thermischen Oxids (SiO2) auf einer Siliziumkristallscheibe wird eine ca. 1,5 gm dicke Fotolackschicht nach dem Zentrifugalverfahren aufgebracht. Diese Fotolackschicht wird in einem Umluftofen bei ca. 854: vorgebacken (prebake), anschließend belichtet und entwickelt und bei ca. 1200C im Umluftofen nachgebacken. Dann wird die SiO2-Schicht mit der Fotolackschicht als Maske geätzt.
Als Fotolack wird zum Beispiel ein Lack verwendet, der aus einer lichtempfindlichen Komponente (substituiertes-o-Naphtoquinondiazid) und einem PhenolFormaldehydharz besteht.
Der Vorbackprozeß des Fotolackes ist für den Fotolitho- graphieprozeß von entscheidender Bedeutung, denn er beeinflußt den Fotolack gleichzeitig im mehrfacher 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.
Die Entscheidung, wie der Fotolack vorgebacken werden soll, hängt von den unterschiedlichen Anforderungen der nachfolgenden Prozeßschritte 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 1100C liegen. Wird eine hohe Lacksteilheit bzw. eine hohe Lichtempfindlichkeit gefordert, dann sollte die Vorbacktemperatur bei ca..
700C liegen, um möglichst wenig der lichtempfindlichen Komponente -thermisch zu zersetzen. Als Vorrichtung zur Durchführung des Vorbackprozesses werden hauptsächlich Umluftöfen, Durchlauföfen und neuerdings auch Kontaktöfen (sogenannte hotplates) verwendet. Bei den bekannten Verfahren liegen die Vorbackzeiten im Bereich von 1 bis 60 Minuten.
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 von 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 1400C liegende Vorbacktemperatur gebracht werden und b) die Vorbackzeit je nach Vorbacktemperaturen im Bereich von 5 bis 60 Sekunden eingestellt wird.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß temperaturgeregelte 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 Vaküumansaugung gekoppelten Heizplatten ein gut reproduzierbarer und sehr schneller Kontakt zu den Substraten hergestellt, der Vorbackprozeß spontan eingeleitet und das Vorbacken exakt durchgeführt.
Wie aus den in der Zeichnung in Figur 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 1 (fotoaktive Komponente) und der Carbonylabsorption bei 1720 cm 1 (Lösungsmittel) nachweisen, 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. 700C auf konventionelle Weise vorgebacken wurden.
Figur 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 1400C 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 festge- stellt, 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.
4 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche b#iki Verfahren zum Vorbacken von mit Positiv-Fotolack auf der Basis von Nphtoquinondiazid und Phenolformaldehydharz beschichteten Substraten, wie sie zum Beispiel im Zuge der Fertigung von mikroelektronischen Schaltungen bei Fotolithogrslphieprozessen verarbeitet werden, bei dem die mit der Fotolackschicht versehenen Substrate vor dem Belichten 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß 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 von 5 bis 60 Sekunden eingestellt 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 Substrate unmittelbar nach Ablauf der Vorbackzeit abgekühlt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß temperaturgeregelte Heizplatten mit für die Halterung der Substrate gekoppelten Vakuumansaugungen verwendet werden, die auf Kühlung umschaltbar sind.
4. 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 eine automatische Steuerung verwendet wird, mittels welcher die Vorbackzeit auf 0,5 Sekunden konstant gehalten wird.