DE102004025837A1 - Lithographic method for manufacture of resist pattern having line roughness involves unstructured exposure of resist to light e.g. floodlight of mercury vapor lamp and heating it so that its line roughness is reduced - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Lithographieverfahren zur Herstellung von Resiststrukturen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a lithographic process for the production of Resist structures according to the preamble of claim 1.
In der Mikroelektronik werden sogenannte chemisch verstärkte Resists (CAR) als Photolacke in der Produktion von Halbleiterbauelementen eingesetzt, wobei bei deren Herstellung bevorzugt optische Lithographieverfahren Anwendung finden.In Microelectronics become so-called chemically amplified resists (CAR) as photoresists in the production of semiconductor devices used, wherein in their production preferably optical lithography method Find application.
Gemäß der International Technology Roadmap for Semiconductors 2002 (ITRS) wird die Miniaturisierung in der Mikroelektronik weiterhin rasch voranschreiten. Für die Herstellung von DRAMs bis zum Jahr 2010 werden wahrscheinlich Resistmaterialien erforderlich sein, die Strukturen bis zu einer Größe von 45 nm auflösen können. Für das Jahr 2016 wird sogar die Auflösung von 22 nm DRAM (1/2-Pitch) nötig sein. Für die geometrischen Gate-Längen von Mikroprozessoren (MPU) werden Werte von 25 nm bzw. 13 nm erwartet. Mit den derzeit verwendeten Belichtungswellenlängen von 248 bzw. 193 nm oder auch bei der zukünftig verwendeten Wellenlänge von 157 nm oder 193 nm (Inversion) lassen sich diese Strukturen nicht mehr erzeugen.According to the International Technology Roadmap for Semiconductors 2002 (ITRS) is the miniaturization continue to progress rapidly in microelectronics. For the production DRAMs by 2010 are likely to be resist materials be required, the structures up to a size of 45 nm dissolve can. For the year 2016 will even be the resolution 22nm DRAM (1/2-pitch) needed be. For the geometric gate lengths For microprocessors (MPU), values of 25 nm and 13 nm are expected. With the currently used exposure wavelengths of 248 or 193 nm or also in the future used wavelength of 157 nm or 193 nm (inversion), these structures can be do not produce anymore.
Für die Großserienproduktion von Strukturen kleiner gleich 45 nm wird die optische Lithographie im weichen Röntgenstrahlenbereich bei 13,5 nm, die Extreme Ultraviolett (EUV)-Lithographie, als aussichtsreichste Lithographietechnologie bewertet. Voraussetzung für den Einsatz der EUV-Lithographie ist jedoch, dass neben der Auflösung auch die Linienbreitenschwankungen eingehalten werden. Diese Schwankungen sollten kleiner gleich 10% der minimalen Linienbreiten sein, d.h. bis 2010 sollten die Abweichungen bei 4 nm für DRAM (1/2 pitch) und 2 nm für MPU-Gatelängen und bis 2016 bei 2 nm bzw. 1 nm liegen. Die Linienrauhigkeit (Line Edge Roughness LER) der Resistlinien darf daher pro Seite kaum die Hälfte dieser Werte übersteigen, d.h. ca. 0,5 nm bis 2 nm. Gegenwärtig werden aber nur Linienrauhigkeiten von ca. 6 nm bis 10 nm erreicht. Notwendig ist daher eine Verringerung der Linienrauhigkeit um ca. eine Größenordnung bis 2016.For mass production of structures less than or equal to 45 nm becomes optical lithography in the soft X-ray range at 13.5 nm, the extreme ultraviolet (EUV) lithography, as the most promising Lithography technology evaluated. Prerequisite for use However, the EUV lithography is that in addition to the resolution as well the line width variations are met. These fluctuations should be less than or equal to 10% of the minimum line widths, i. By 2010, the deviations should be at 4 nm for DRAM (1/2 pitch) and 2 nm for MPU gate lengths and until 2016 at 2 nm or 1 nm. The line roughness (Line Edge Roughness LER) of the resist lines may therefore per side barely half this Exceed values, i.e. about 0.5 nm to 2 nm. Present but only line roughness of about 6 nm to 10 nm can be achieved. Therefore, it is necessary to reduce the line roughness by about one Magnitude until 2016.
Zur Minimierung der Linienrauhigkeit von Resists sind unterschiedliche Maßnahmen bekannt. So kann die Linienrauhigkeit der eingesetzten Photomasken z.B. durch hochaufgelöstes Elektronenstrahlschreiben und anisotrope Ätzprozesse, die die Resiststrukturen möglichst maßgetreu auf das Maskenblank übertragen, minimiert werden. Weitere Ansätze bieten die Optimierung der Abbildungsleistung der Projektionsoptik, z.B. durch eine hohe Auflösung, oder die Entwicklung von Resists mit einem möglichst geringen Beitrag zur Linienrauhigkeit, z.B. Verwendung von kleinen linearen oder ringförmigen Molekülgliedern in den Grundpolymeren. Darüber hinaus sind spezielle Ätzprozesse für Hartmasken und die darunter liegenden Schichten entwickelt worden, wobei die Linienrauhigkeit der Resistlinien reduziert auf die Hartmaske und die darunter liegende Schicht übertragen wird.to Minimizing the line roughness of resists are different activities known. So can the line roughness of the photomasks used e.g. through high-resolution Electron beam writing and anisotropic etching processes, the resist structures preferably maßgetreu transferred to the mask, be minimized. Further approaches offer the optimization of the imaging performance of the projection optics, e.g. through a high resolution, or the development of resists with the lowest possible contribution to Line roughness, e.g. Use of small linear or annular molecular members in the base polymers. About that In addition, special etching processes for hard masks and the underlying layers have been developed, the Line roughness of the resist lines reduced to the hard mask and transfer the underlying layer becomes.
Die beschriebenen Verfahren beziehen sich alle auf die Minimierung der Linienrauhigkeit durch Maßnahmen, die den lithographischen Prozess, z.B. Verbesserung der Masken, bzw. das verwendete Material, z.B. Photolacke, an sich betreffen. Eine u.U. verbleibende Linienrauhigkeit kann damit dann nicht mehr positiv beeinflusst werden.The All of the methods described are related to minimizing the Line roughness through measures, the lithographic process, e.g. Improvement of the masks, or the material used, e.g. Photoresists, in themselves. A u.U. remaining line roughness can then no longer positively influenced.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem die Linienrauhigkeit von Resiststrukturen auch nach der lithographischen Erzeugung dieser Strukturen reduziert wird.Of the The present invention is therefore based on the object, a method to develop in which the line roughness of resist structures also reduced after the lithographic production of these structures becomes.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a Method solved with the features of claim 1.
Das erfindungsgemäße Lithographieverfahren zur Herstellung mindestens einer Resiststruktur mit einer Linienrauhigkeit ist dadurch gekennzeichnet, dass nach der lithographischen Erzeugung mindestens einer Resiststruktur, diese Resiststruktur einer unstrukturierten Belichtung und Erwärmung ausgesetzt wird, wodurch die Linienrauhigkeit reduziert werden.The Inventive lithographic process for producing at least one resist pattern with a line roughness is characterized in that after lithographic production at least one resist structure, this resist structure of an unstructured Exposure and heating is exposed, whereby the line roughness is reduced.
Mit Vorteil wird zur unstrukturierten Belichtung der Resiststruktur, Licht mit einer Wellenlänge 150 bis 300 nm verwendet.With Advantage becomes the unstructured exposure of the resist structure, Light with a wavelength of 150 used to 300 nm.
Dabei wird vorteilhafterweise Flutbelichtung für das unstrukturierte Belichten angewendet. Für die Flutbelichtung muss nicht unbedingt die gleiche Wellenlänge verwendet werden, die bei der lithographischen Strukturierung eingesetzt wird. Vorteilhaft sind solche Wellenlängen, mit denen man auf Grund der Absorption das Resistmaterial nicht durchbelichtet, da nur Moleküle an der Oberfläche modifiziert werden müssenthere is advantageously flood exposure for unstructured exposing applied. For the flood exposure does not necessarily have to use the same wavelength which is used in lithographic structuring. Advantageous are such wavelengths, with which the resist material is not due to the absorption overexposed, as only molecules on the surface have to be modified
Mit Vorteil beträgt die Belichtungsdosis 1 bis 20 mJ/cm2.Advantageously, the exposure dose is 1 to 20 mJ / cm 2 .
Das sich an das unstrukturierte Belichten anschließende Erwärmen (Backen) der Resiststrukturen wird vorteilhaft bei Temperaturen durchgeführt, die nicht höher als die Glastemperatur TG des Polymers sind. Der bevorzugte Temperaturbereich liegt zwischen 90°C und 130°C.The subsequent heating to the unstructured exposure (baking) of the resist structures is advantageously carried out at temperatures which are not higher than the glass transition temperature T G of the polymer. The preferred temperature range is between 90 ° C and 130 ° C.
Vorteilhafterweise wird der Backschritt auf einer Heizplatte (hotplate) durchgeführt.advantageously, the baking step is carried out on a hotplate.
Die eingesetzten Resistmaterialien sind chemisch verstärkte Resists (CAR). Das Resistmaterial besteht mit Vorteil aus mindestens ein Polymer oder Coplymer mit mindestens einer säurelabilen Gruppe.The Resist materials used are chemically amplified resists (CAR). The resist material advantageously consists of at least one Polymer or copolymer with at least one acid-labile group.
Durch den vorteilhaften Zusatz von mindestens einem Photosäuregenerator als chemisches Verstärkungsmittel, lässt sich die Empfindlichkeit des Resistsystems verbessern.By the advantageous addition of at least one photoacid generator as a chemical reinforcing agent, let yourself improve the sensitivity of the resist system.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the figures of Drawings on an exemplary embodiments explained in more detail. It demonstrate:
Während des ersten lithographischen Prozesses, das dem erfindungsgemäßen Verfahren vorangeht bilden die dem Resistmaterial zugesetzten PAGs nach der strukturierten Belichtung unter Verwendung einer Maske starke Säuren, die in dem nachgeschalteten Backschritt die säurelabilen Gruppen in den Polymeren spalten. Durch die gebildeten Carbonsäuren wird der gezielt belichtete Resist polarer und ist in einem alkalischen Entwickler löslich. Die zurückbleibenden, unbelichteten Resiststrukturen sind aber noch hydrophob.During the first lithographic process, the process of the invention preceded by the resist material added PAGs form after structured exposure using a mask strong acids that in the subsequent baking step, the acid-labile groups in the polymers columns. Due to the formed carboxylic acids is the targeted exposed Resist more polar and is soluble in an alkaline developer. The remaining, unexposed resist structures are still hydrophobic.
In
dem sich anschließenden
erfindungsgemäßen Verfahren
werden die unbelichteten Resiststrukturen (
Materialien mit hohen Oberflächenspannungen streben besonders nach möglichst kleinen Oberflächen, um die Energie zu minimieren. Typische Oberflächenspannungen liegen im Bereich von 100 mN/m bis 2000 mN/m für Metalle und Ionenkristalle und reichen bis 17 mN/m für Fluorkohlenwasserstoffe. Resiste, die bevorzugt aus Polymeren bestehen, weisen typischerweise eine Oberflächenspannung von ca. 22 mN/m auf. Dagegen liegt die Oberflächenspannung von Polymeren mit einer großen Anzahl von polaren Gruppen im Bereich von ca. 35 mN/m, was eine Erhöhung der Oberflächenenergie um ca. 50% bedeutet.materials with high surface tensions especially strive for as possible small surfaces, to minimize the energy. Typical surface tensions are in the range from 100 mN / m to 2000 mN / m for Metals and ionic crystals and reach up to 17 mN / m for fluorocarbons. Resists, which preferably consist of polymers, typically have a surface tension of about 22 mN / m. In contrast, the surface tension of polymers with a big one Number of polar groups in the range of about 35 mN / m, which is a increase the surface energy means about 50%.
Die vorliegende Erfindung, die sich an die lithographische Strukturierung anschließt, ergänzt somit sonstige Maßnahmen zur Verkleinerung der Linienrauhigkeit.The present invention relating to lithographic patterning connects, added thus other measures for reducing the line roughness.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von der erfindungsgemäßen Lithographieverfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.The Restricted invention in their execution not to the preferred embodiments given above. Rather, a number of variants are conceivable that of the lithographic process according to the invention also in principle different types Make use.
- 11
- Resiststrukturresist structure
- 22
- LinienrauhigkeitLinienrauhigkeit
- 33
- Bildung einer starken Säure nach Belichteneducation a strong acid after exposure
- 1010
- Substratsubstratum
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