DE102004047249A1

DE102004047249A1 - Lithographic structurization of photoresist layer, used for producing high-resolution structure, e.g. for microprocessor, memory module or photo-mask, uses relatively low temperature and/or short time for post exposure bake

Info

Publication number: DE102004047249A1
Application number: DE200410047249
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.rer.nat. Elian; Christoph Dr.rer.nat. Noelscher; Nicole Heckmann
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2006-04-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lithographieverfahren zr Strukturierung einer Fotoresistschicht, insbesondere zur Herstellung von hoch aufgelösten Resiststrukturen für Halbleiterbauelemente, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine thermische Behandlung der strukturierten Fotoresistschicht (Post Exposure Bake) bei einer Temperatur kleiner 100 DEG C und/oder die thermische Behandlung für einen Zeitraum von 3 bis 120 sec erfolgt. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung der hoch aufgelösten Resiststrukturen.The invention relates to a lithographic process for patterning a photoresist layer, in particular for producing high-resolution resist structures for semiconductor devices, which comprises thermal treatment of the structured photoresist layer (Post Exposure Bake) at a temperature of less than 100 ° C. and / or the thermal treatment for a period of 3 to 120 sec. Furthermore, the invention relates to the use of high-resolution resist structures.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lithographieverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und die Verwendung der hochaufgelösten Fotoresiststrukturen nach Anspruch 14.The The invention relates to a lithography method according to the preamble of claim 1 and the use of the high-resolution photoresist structures according to claim 14.

In der Herstellung von Mikrochips spielt der mikrolithographische Prozess der Strukturübertragung eine der wesentlichsten Rollen, da durch diesen Prozess die minimal erzeugbare Strukturdimension der einzelnen Schaltkreiselemente und somit die Integrität und Packungsdichte der Chips definiert wird.In The production of microchips involves the microlithographic process the structure transfer one of the most essential roles, because through this process the minimal producible structural dimension of the individual circuit elements and thus the integrity and packing density of the chips is defined.

Gemäß der International Technology Roadmap for Semiconductors 2002 (ITRS) wird die Miniaturisierung in der Mikroelektronik weiterhin stark voranschreiten. Die Entwicklung von Lithographietechniken wird daher weltweit durch weiter verbesserte Belichtungsgeräte (Stepper, Scanner), Wahl kleinerer Belichtungswellenlängen (DUV, 193nm, 157nm, EUV), verbesserte Fotomasken (Phasenschiebermasken, etc) und nicht zuletzt immer bessere Fotolacke (Fotoresists) in Richtung besserer Auflösung vorangetriebenAccording to the International Technology Roadmap for Semiconductors 2002 (ITRS) is the miniaturization continue to progress strongly in microelectronics. The development lithography techniques is therefore being further improved by exposure units (Stepper, Scanner), choosing smaller exposure wavelengths (DUV, 193nm, 157nm, EUV), improved photomasks (phase shift masks, etc) and not least always better photoresists (photoresists) in Towards better resolution promoted

Ziel ist es, immer kleinere Strukturen, d.h. Schaltkreiselemente auf dem Chip, realisieren zu können, wobei Strukturgrößen von 50 nm bis hinunter zu 20nm bzw. noch kleiner angeplant sind. Derzeit übliche kleinste Strukturen in der DRAM Speicherherstellung liegen im Bereich 90 bis 110 nm Strukturbreite.aim it is, ever smaller structures, i. Circuit elements on the chip, to be able to realize where feature sizes of 50 nm down to 20nm or even smaller are planned. Currently the smallest Structures in DRAM memory fabrication are in the 90 range up to 110 nm structure width.

Entsprechend dem Stand der Technik (Hiroshi Ito, IBM „Deep-UV resists: Evolution and status" in Solid State Technology July 1996, S. 164 – 170) werden zur Herstellung dieser Strukturen dazu weltweit die sogenannten „Chemisch verstärkten Resists" eingesetzt, die auf dem Prinzip der in der Regel sauerkatalysierten Spaltung von Schutzgruppen (Positiv tone resists) oder sauerkatalysierten Vernetzung geeigneter anderer Gruppen (Negative tone resists) beruhen. Derzeitiges weltweites Entwicklungsziel ist es, mit diesen chemisch verstärkten Resists, die auf die zu prozessierenden Substrate wie Siliziumwafer oder Maskenblanks aufgetragen sind, unter Anwendung geeigneter Belichtungstechniken auch großtechnisch (z.B. DRAM Produktion) Strukturdimensionen von kleiner als 50nm realisieren zu können.Corresponding In the prior art (Hiroshi Ito, IBM "Deep UV resists: Evolution and status "in Solid State Technology July 1996, pp. 164-170) are used for the production These structures are used worldwide the so-called "chemically amplified resists", the on the principle of the generally acid-catalyzed cleavage of Protective groups (positive tone resists) or acid-catalyzed crosslinking suitable other groups (negative tone resists). Current worldwide Development goal is to use these chemically amplified resists, those on the substrates to be processed, such as silicon wafers or mask blanks are applied using appropriate exposure techniques also on a large scale (e.g. DRAM production) realize structure dimensions smaller than 50nm to be able to.

Bei diesen kleinen Strukturdimensionen kommt man allerdings bereits in den Bereich der Größe der chemischen Moleküle, aus denen sich ein solcher Fotoresist bzw. die Fotoresistschicht zusammensetzt.at However, you already come to these small structural dimensions in the range of the size of the chemical molecules from which such a photoresist or the photoresist layer composed.

Ein typischer Lithographieprozess zur Strukturierung einer Fotoresistschicht aus chemisch verstärkten Resisten besteht aus mindestens 5 Einzelschritten:

1) Belacken eines Substrates (Wafer, Maskenblank) mit einem chemisch verstärkten Fotoresist (Positiv- oder Negativresist)
2) Thermische Trocknung des Fotolackes (Prebake) bei Temperaturen zwischen 80 bis 150°C für 60 bis 120 sec
3) Belichtung der Fotoresistschicht mit sichtbaren, UV, EUV-Licht oder geladenen Teilchen (Elektronen oder Ionen)
4) Thermische Behandlung der strukturierten Fotoresistschicht (Post Exposure Bake) bei Temperaturen zwischen 100 bis 150°C für 60 bis 120 sec
5) Nasschemische Entwicklung der strukturierten Fotoresistschicht.

A typical lithographic process for patterning a photoresist layer of chemically amplified resists consists of at least 5 steps:

1) coating a substrate (wafer, mask blank) with a chemically amplified photoresist (positive or negative resist)
2) Thermal drying of the photoresist (Prebake) at temperatures between 80 to 150 ° C for 60 to 120 sec
3) Exposure of the photoresist layer to visible, UV, EUV light or charged particles (electrons or ions)
4) Thermal treatment of the structured photoresist layer (Post Exposure Bake) at temperatures between 100 to 150 ° C for 60 to 120 sec
5) Wet-chemical development of the patterned photoresist layer.

Die Fotoresists funktionieren nach dem Prinzip der säurekatalysierten Reaktionen, die sowohl die Quervernetzung von Polymeren als auch die Abspaltung labiler Gruppen des Polymers bewirken können. Bei positiv arbeitenden Resists wird dabei aus der unpolaren chemischen Gruppe, wie einer Carbonsäure-tert.-butylestergruppe, in Gegenwart einer photolytisch erzeugten Säure eine polare Carbonsäuregruppe erzeugt. In einem abschließenden Entwicklungsschritt wird der belichtete Resistfilm mit wässrig-alkalischen Entwicklungslösungen behandelt, wobei die carbonsäurereichen polaren Bereiche wegentwickelt werden und die unbelichteten Resistbereiche stehen bleiben. Diese sauerkatalysierten Abspaltungen geschehen in der Regel bei Temperaturen zwischen 100 bis 160°C, wodurch im Lithographieprozess Heizschritte in Form des Post Exposure Bake (PEB) notwendig sind.The Photoresists work on the principle of acid-catalyzed reactions, which both the cross-linking of polymers and the cleavage cause labile groups of the polymer. When working positively Resists thereby become from the nonpolaren chemical group, like one Carboxylic acid tert-butyl ester, in the presence of a photolytically generated acid, a polar carboxylic acid group generated. In a final Development step is the exposed resist film with aqueous-alkaline development solutions treated, wherein the carboxylic acids polar areas are being developed away and the unexposed resist areas stay standing. These acid-catalyzed splits happen usually at temperatures between 100 to 160 ° C, thereby In the lithography process, heating steps in the form of the Post Exposure Bake (PEB) are necessary.

Wenn man Fotoresiststrukturen kleiner als 50 nm andenkt, darf man nicht mehr von einer mehr oder weniger definierten gleichförmigen Verteilung der einzelnen chemischen Resistbestandteile ausgehen, sondern muss eine eher knäuelförmige Anordnung der Polymere in Betracht ziehen. Man ist also bei der Forderung nach immer kleineren Strukturen dazu gezwungen, sich über die „natürlichen Limits", d.h. natürlichen Molekülgrößen, Gedanken zu machen.If one does not allow photoresist structures smaller than 50 nm more of a more or less defined uniform distribution of single chemical resist components go out, but one must rather nodular arrangement consider the polymers. So you are in the demand after ever smaller structures forced to go beyond the "natural Limits ", i.e. natural Molecular sizes, thoughts close.

In chemischen Resisten spielt Diffusion der katalytischen Moleküle, wie Säure bei positiv verstärkten Resisten, eine wesentliche Rolle, da dies der Kernpunkt und das Prinzip der chemisch verstärkten Resiste allgemein ist.In chemical resists plays diffusion of catalytic molecules, such as Acid at positively reinforced Resists, an essential role, as this is the crux and the Principle of chemically amplified resists is general.

Die notwendige Säurediffusion ist ebenso wie die sauerkatalysierte Spaltung der Resistschutzgruppen stark temperatur- und zeitabhängig. Je höher die Prozesstemperatur und je länger die Prozesszeit während des PEB Schrittes gewählt wird, desto schneller diffundieren die Säuremoleküle durch den festen Resistfilm und desto effektiver findet die säurekatalysierte Spaltung der Schutzgruppen statt.The necessary acid diffusion is as well as the acid catalyzed cleavage of the resist groups strongly temperature and time dependent. The higher the process temperature and the longer the process time during of the PEB step the faster the acid molecules diffuse through the solid resist film and the more effectively does the acid catalyzed cleavage of the Protective groups.

Die Diffusion der Katalysatoren ist also einerseits notwendig um den Resist genügend lichtempfindlich zu machen und Stehwellen im Resistprofil auszugleichen, andererseits „verschmieren" jedoch durch diese Diffusion zum gewissen Maß auch die Strukturkanten. Dies geschieht, indem im ursprünglich nur im belichteten Bereich des Fotoresists gebildete Säure auch in den unbelichteten Bereich diffundieren kann und den Fotoresist auch hier verändert, z.B. entwickelbar macht. Dieser Zustand ist allgemein als „image blur" bekannt (Hiroshi Ito, IBM „Deep-UV resists: Evolution and status" in Solid State Technology July 1996, S. 164 – 170).The Diffusion of the catalysts is therefore necessary on the one hand to the Resist enough to make photosensitive and compensate standing waves in the resist profile, on the other hand, however, they "smear" through them Diffusion to a certain extent, too the structural edges. This happens by only originally Acid also formed in the exposed area of the photoresist can diffuse into the unexposed area and the photoresist also changed here, e.g. makes developable. This condition is commonly called "image blur "(Hiroshi Ito, IBM "Deep UV resists: Evolution and status "in Solid State Technology July 1996, pp. 164-170).

Bei recht großen Strukturen größer 100nm Sturkurbreite kann das heute noch ausreichend durch gezielte Unterbelichtung bzw. Maskenvorhalte ausgeglichen werden. Bei Strukturen kleiner 50 nm wird das allerdings nicht mehr so einfach möglich sein, da hier die notwendige Diffusionslänge der katalytischen Säure bereits im Bereich der halben Strukturdimension ist. So diffundiert die Säure während eines üblichen Post-Exposure-Bake-Prozesses bei einer Backtemperatur von 100 bis 150°C und einer Dauer von 60 bis 120 sec um 10 bis 30 nm.at pretty big Structures larger than 100nm Sturkurbreite can this still be done sufficiently by targeted underexposure or Mask templates are compensated. For structures smaller than 50 nm However, this is not so easy to do, because here the necessary diffusion length the catalytic acid already in the range of half the structural dimension. So diffused the acid while a usual one Post-exposure bake process a baking temperature of 100 to 150 ° C and a duration of 60 to 120 sec by 10 to 30 nm.

Durch die relativ hohen Temperaturen und die lange Backzeit im PEB-Prozess sollen lokale Aufheizgeschwindigkeitsunterschiede des Resists auf dem Substrat (Wafer), die a) sich bauartbedingt durch die Heizquelle (Hotplate), b) durch örtlich unterschiedliche Wärmekapazitäten des Wafers bedingt u.a. durch den Stack-Aufbau, und c) durch zeitlich schwankende Temperaturunterschiede ergeben, minimiert bzw. verhindert werden.By the relatively high temperatures and the long baking time in the PEB process should local heating rate differences of the resist on the substrate (wafer), the a) due to the design of the heating source (Hotplate), b) by local different heat capacities of the Wafers conditional u.a. through the stack structure, and c) through time give fluctuating temperature differences, minimized or prevented become.

Gleichzeitig garantieren die hohen Backtemperaturen und die lange Backzeit, dass die Mehrzahl der Reaktanden abreagiert haben und sich keine wesentlichen Änderungen pro Zeiteinheit mehr ergeben.simultaneously The high baking temperatures and the long baking time guarantee that the majority of the reactants have reacted and no significant changes yield more per time unit.

Es stellt sich nun die Frage, inwieweit es überhaupt möglich ist mit chemisch verstärkten Lacken Strukturen kleiner als 50 nm mit einem ausreichend großen Prozeßfenster, d.h. mit ausreichender Unempfindlichkeit gegenüber Belichtungsdosisschwankungen und Defokussierungen des Belichtungsgerätes, für die Produktion auflösen zu können.It Now the question arises, to what extent it is even possible with chemically reinforced paints Structures smaller than 50 nm with a sufficiently large process window, i.e. with sufficient insensitivity to exposure dose fluctuations and defocusing the exposure device to be able to resolve for production.

Aus heutiger Sicht ist es zwingend notwendig, auch weiterhin chemisch verstärkte Lacken zu verwenden, da nur diese eine ausreichende Belichtungsempfindlichkeit aufweisen und somit den notwendigen hohen Produktivitätsdurchsatz in der Halbleitermassenfertigung garantieren.Out From today's perspective, it is imperative to continue chemical increased To use paints, since only these have a sufficient exposure sensitivity and thus the necessary high productivity throughput in semiconductor mass production.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Lithographieverfahren zu entwickeln, welches eine Strukturauflösung mit Strukturen kleiner 50 nm unter Verwendung chemisch verstärkter Resiste ermöglicht.Of the The present invention is therefore based on the object, a lithographic process to develop a structure resolution with structures smaller 50 nm using chemically amplified resists.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die Verwendung einer hochaufgelösten Fotoresiststruktur nach Anspruch 15 gelöst.These The object is achieved by a Method with the features of claim 1 and the use of a high-resolution Photoresist structure according to claim 15 solved.

Das erfindungsgemäße Lithographieverfahren zur Strukturierung einer Fotoresistschicht, insbesondere zur Herstellung von hochaufgelösten Fotoresiststrukturen für Halbleiterbauelemente, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Behandlung der strukturierten Fotoresistschicht (Post Exposure Bake) bei einer Temperatur kleiner 100°C und/oder für einen Zeitraum von 3 bis 120 sec erfolgtThe Inventive lithographic process for structuring a photoresist layer, in particular for the production from high-resolution Photoresist structures for Semiconductor devices, characterized in that a thermal Treatment of the structured photoresist layer (Post Exposure Bake) at a temperature less than 100 ° C and / or for one Period of 3 to 120 sec is done

Durch das erfindungsgemäße Lithographieverfahren wird es möglich, Strukturen kleiner 50 nm mit chemisch verstärkten Fotoresisten zu erzeugen.By the lithographic process according to the invention will it be possible To produce structures smaller than 50 nm with chemically amplified photoresists.

Die Diffusionsprozesse können durch die Erniedrigung der Backtemperatur und Verkürzung der Backzeit verringert und besser kontrolliert werden. Die Backtemperatur und Backzeit werden so gewählt, dass in den belichteten Bereichen die wärmeinduzierte katalytische Umwandlung von Inhibitor (Positivresist) bzw. Quervernetzer (Negativresist) gerade so abgeschlossen ist. Durch eine niedrige Backtemperatur und einen schnellen Abbruch der PEB-Reaktion wird eine Diffusion der katalytischen Säure vom belichteten in den unbelichteten Bereich verhindert. Die Resiststrukturen „verschmieren" nicht mehr, d.h. die Strukturkanten bleiben erhalten; eine höhere Resistauflösung wird erreicht.The Diffusion processes can by lowering the baking temperature and shortening the baking time be reduced and better controlled. The baking temperature and Baking time are chosen so that in the exposed areas the heat-induced catalytic Conversion of inhibitor (positive resist) or cross-linker (negative resist) just finished. Due to a low baking temperature and a rapid termination of the PEB reaction becomes a diffusion the catalytic acid from the exposed to the unexposed area. The resist structures no longer "smear", i. the structural edges are retained; a higher resist resolution becomes reached.

Zur säurekatalysierten Abspaltung der Schutzgruppen ist die Diffusion der im Belichtungsprozess gebildeten Säuremoleküle zu den Schutzgruppen notwendig. Diffusionsprozesse sind ähnlich wie chemische Reaktionen temperaturabhängig. Niedrige Temperaturen führen zu einer Verlangsamung von chemischen Reaktionen und Diffusionsprozessen (siehe auch E.Richter et al., 2000, Microelectronic Engineering 53 479-483). Da die Diffusion der Säuremoleküle in einem festen Medium stattfindet, ist dieser Prozess der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Gesamtreaktion und somit in bestimmten Umfang durch eine Temperaturerniedrigung und Verkürzung der Backzeit kontrollierbar. Die Schutzgruppen werden in dem bevorzugten Temperatur- und Zeitbereich diffusionskontrolliert abgespalten, und der Resist ist komplett mit einer höheren Auflösung entwickelbar.to acid-catalyzed Cleavage of the protecting groups is the diffusion of the in the exposure process formed acid molecules to the Protective groups necessary. Diffusion processes are similar to chemical reactions dependent on temperature. Low temperatures to lead slowing down chemical reactions and diffusion processes (See also E. Richter et al., 2000, Microelectronic Engineering 53 479-483). Since the diffusion of the acid molecules takes place in a solid medium, This process is the rate-limiting step in the overall response and thus to a certain extent by lowering the temperature and foreshortening the baking time controllable. The protecting groups are in the preferred Temperature and time range split off with diffusion control, and the resist is completely developable at a higher resolution.

Vorteilhafterweise erfolgt die thermische Behandlung der strukturierten Fotoresistschicht bei einer Temperatur von 40 bis 95°C, bevorzugt 60 bis 95°C.advantageously, the thermal treatment of the patterned photoresist layer takes place at a temperature of 40 to 95 ° C, preferably 60 to 95 ° C.

Die thermische Behandlung wird vorteilhafterweise für einen Zeitraum von 3 bis 120 sec, vorteilhaft für 3 bis 90 sec, besonders vorteilhaft für 10 bis 60 sec durchgeführt.The Thermal treatment is advantageously for a period of 3 to 120 sec, advantageous for 3 to 90 sec, particularly advantageously carried out for 10 to 60 sec.

Eine thermische Behandlung für 90 sec im erfindungsgemäßen Temperaturbereich von 60 bis 95°C garantiert eine komplette Entwicklung des Resisten, wie durch Extrapolation ausgehend von höheren Backtemperaturen ermittelt.A thermal treatment for 90 sec in the temperature range according to the invention from 60 to 95 ° C guarantees a complete development of the resist, as by extrapolation starting from higher Baking temperatures determined.

Vorteilhafterweise wird die Oberseite der strukturierten Fotoresistschicht erwärmt. Dabei werden bevorzugt für die thermische Behandlung Wärmequellen verwendet, die Strahlung im Mikrowellenbereich mit Wellenlängen zwischen 1 mm und 30 cm und/oder im Infrarotbereich mit Wellenlängen zwischen 780 nm und 1 mm erzeugen. Die Fotoresiste lassen sich bei diesen Wellenlängen effizient erwärmen.advantageously, the top of the patterned photoresist layer is heated. there are preferred for the thermal treatment heat sources uses the radiation in the microwave range with wavelengths between 1 mm and 30 cm and / or in the infrared range with wavelengths between 780 nm and 1 mm. The photoresists can be with these wavelength to heat efficiently.

Des Weiteren wird als Substrat, auf das das zu strukturierende Fotoresistmaterial aufgetragen ist, vorteilhafterweise ein Siliziumwafer, ein Substrat aus III-IV Material, insbesondere InP, GaS oder ein Maskenblamk verwendet wird.Of Further, as a substrate to which the photoresist material to be patterned is applied, advantageously a silicon wafer, a substrate of III-IV material, in particular InP, GaS or a mask Blamk is used.

Mit Vorteil ist das Substrat oder der Maskenblank vorbeschichtet und/oder vorstrukturiert.With Advantage is the substrate or the mask blank precoated and / or pre-structured.

Die eingesetzten Fotoresistmaterialien, insbesondere chemisch verstärkte Resiste (CAR), bestehen mit Vorteil aus mindestens ein Polymer oder Copolymer mit mindestens einer säurelabilen Gruppe.The used photoresist materials, in particular chemically amplified resists (CAR), are advantageously made of at least one polymer or copolymer with at least one acid labile Group.

Dabei wird das Fotoresistmaterial aus mindestens einem Polymer oder Copolymer mit Vorteil aus tert.-Butylmethacrylat, Maleinsäureanhydrid, Allylsilan und Ethoxyethylmethacrylat hergestellt.there For example, the photoresist material is made of at least one polymer or copolymer with advantage of tert-butyl methacrylate, maleic anhydride, allylsilane and Ethoxyethyl methacrylate produced.

Durch den vorteilhaften Zusatz von mindestens einem Photosäuregenerator lässt sich die Empfindlichkeit des Fotoresistsystems verbessern. Bevorzugt wird Triphenylsulfonium-Hexafluorpropansulfonat als Photosäuregenerator eingesetzt.By the advantageous addition of at least one photoacid generator let yourself improve the sensitivity of the photoresist system. Prefers becomes triphenylsulfonium hexafluoropropanesulfonate as a photoacid generator used.

Vorteilhafterweise wird den Resistmaterialien mindestens ein basisches Additiv, bevorzugt Trioctylamin, zugefügt.advantageously, At least one basic additive is preferred for the resist materials Trioctylamine, added.

Die nach dem Lithographieverfahren hergestellten hochaufgelösten Resiststrukturen werden mit Vorteil in der Herstellung von Mikroprozessoren, Speicherbausteinen und Fotomasken verwendet.The high-resolution resist structures produced by the lithographic process will be advantageous in the production of microprocessors, memory devices and photomasks used.

Das Verfahren bietet wesentliche Vorteile gegenüber bisherigen Ansätzen, da es die Erzeugung von Fotoresiststrukturen kleiner 50 nm mit chemisch verstärkten Resisten ermöglicht.The Process offers significant advantages over previous approaches, since it is the generation of photoresist structures smaller than 50 nm with chemically amplified resists allows.

Des Weiteren ermöglicht das neue Verfahren, die gleiche Technologie hinsichtlich Belichtungsgeräte, Tracks und Fotoresistmaterialien wie bisher zu verwenden. Damit ändert sich auch an der Abfolge der Einzelschritte des Lithographieprozesses nichts. Lediglich die Temperatur und/oder die Zeitdauer des PEB-Schrittes werden erniedrigt. Die Temperaturerniedrigung und/oder zeitliche Verkürzung eines Teilschrittes ermöglicht zudem eine kostengünstigere Produktion und somit eine deutliche Produktivitätssteigerung des Gesamtprozesses.Of Further possible the new process, the same technology regarding exposure equipment, tracks and photoresist materials as before. This changes also on the sequence of the individual steps of the lithography process Nothing. Only the temperature and / or the duration of the PEB step be humiliated. The temperature reduction and / or temporal shortening a sub-step allows In addition, a cheaper production and thus a significant increase in productivity of the overall process.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert.The Invention will be described below with reference to the figures of embodiments explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Tabelle 1 mit der Resistentwickelbarkeit von mit gleicher Dosis bestrahlten Resisten in Abhängigkeit von PEB-Temperatur und PEB-Zeit; 1 a Table 1 with the resist developability of irradiated with the same dose resist as a function of PEB temperature and PEB time;

2 ein Diagramm 1 mit dem Verhältnis von PEB-Temperatur und PEB-Zeit bei gleicher Belichtungsdosis; 2 a diagram 1 with the ratio of PEB temperature and PEB time at the same exposure dose;

3 ein Diagramm 2 mit den Grenzwerten für lineare und polynomische Extrapolation von PEB-Temperaturen und PEB-Zeit. 3 a diagram 2 with the limits for linear and polynomial extrapolation of PEB temperatures and PEB time.

Die in 1 dargestellten Werte zeigen den Einfluss von PEB-Zeit und PEB-Temperatur auf die Resistentwickelbarkeit bei konstanter Belichtungszeit. PEB-Zeit und PEB-Temperatur stellen zwei sich in ihrer Wirkung anti-parallel verhaltende Variablen dar. In Abhängigkeit von der PEB-Temperatur ergeben sich sehr scharf begrenzte minimale PEB-Zeiten, die bei der entsprechenden Temperatur notwendig sind, um den Resist entwickelbar zu machen. So ist der Resist bei einer PEB-Temperatur von 110°C und einer PEB-Zeit von 27 sec nicht entwickelbar, jedoch nach einer PEB-Zeit von 28 sec vollständig entwickelbar. Das bedeutet, das im gegebenen Prozess die minimal notwendige PEB-Zeit 28 sec beträgt.In the 1 values shown show the influence of PEB time and PEB temperature on resist developability at constant exposure time. PEB time and PEB temperature are two variables that are anti-parallel in their effect. Depending on the PEB temperature, there are very sharply limited minimum PEB times, which at the appropriate temperature are necessary to make the resist developable do. Thus, the resist is not developable at a PEB temperature of 110 ° C and a PEB time of 27 sec, but after a PEB time of 28 sec completely developable. This means that in the given process the minimum required PEB time is 28 sec.

2 zeigt nochmals diesen Zusammenhang zwischen minimal notwendiger PEB-Zeit in Abhängigkeit von der PEB-Temperatur bei gleichbleibenden Belichtungsbedingungen. Die hier beobachtete Zeitabhängigkeit deutet auf eine diffusionskontrollierte Schutzgruppenspaltung hin. Um den Resist entwickelbar zu machen, muss ein definierter Anteil der Schutzgruppen gespalten werden (Größenordnung liegt üblicherweise bei 30% der im Polymer vorhandenen Schutzgruppen). Die Spaltung der Schutzgruppen wird durch die temperaturabhängige Reaktion der Säuremoleküle bewirkt, die zunächst zu den Schutzgruppen diffundieren müssen. Der Diffusionsprozess durch die feste Resistmatrix ist dabei der geschwindigkeitsbestimmende Schritt. Eine Temperaturerniedrigung wirkt sich somit in erster Linie auf die Diffusion aus. 2 again shows this relationship between minimally necessary PEB time as a function of the PEB temperature at constant exposure conditions. The time dependence observed here indicates a diffusion-controlled protection group cleavage. In order to make the resist developable, a defined proportion of the protecting groups must be cleaved (order of magnitude is usually 30% of the protective groups present in the polymer). The cleavage of the protective groups is caused by the temperature-dependent reaction of the acid molecules, which must first diffuse to the protective groups. The diffusion process through the solid resist matrix is the rate-determining step. A tempera The reduction of temperature thus primarily affects diffusion.

In 3 ist die ausgehend von den in 2 dargestellten Werten durchgeführte Extrapolation hin zu kleinen PEB-Temperaturen dargestellt. Die PEB-Zeitachse ist dabei fokussiert. Entsprechend der Extrapolation folgt, dass bei einer PEB-Zeit von 90 sec der belichtete Resist komplett entwickelbar ist, wenn eine Temperatur von nur 60°C (lineare Regression) bzw. nur 95°C (polynomische Regression) gewählt wird. Durch die niedrige Temperatur ist die Säurebeweglichkeit stark eingeschränkt, so dass die Säuremoleküle erst nach 90 s ausreichend weit diffundiert sind um die Schutzgruppen spalten zu können. Dadurch wird verhindert, dass die Säuremoleküle zu weit diffundieren und eine unnötige Strukturaufweitung der belichteten Bereiche („image blur") erfolgt.In 3 is the starting from the in 2 shown extrapolation towards small PEB temperatures. The PEB timeline is focused. According to the extrapolation it follows that at a PEB time of 90 sec the exposed resist is completely developable, if a temperature of only 60 ° C (linear regression) or only 95 ° C (polynomial regression) is chosen. Due to the low temperature, the acid mobility is severely limited, so that the acid molecules have diffused sufficiently far after 90 s to be able to split the protective groups. This prevents the acid molecules from diffusing too far and causing an unnecessary image blur of the exposed areas.

Im Folgenden wird die Herstellung des Polymers und die Durchführung des Lithographieprozesse erläutert.in the Below, the preparation of the polymer and the implementation of the Lithography processes explained.

Ausführungsbeispiel 1: Abmischen eines chemisch verstärkten Positivresists 1Embodiment 1: Mixing a chemically amplified Positive resists 1

Es wird ein Fotoresist abgemischt bestehend aus:
93,6 g Lösungsmittel 1-Methoxy-2-propylacetat
6,0 g eines Terpolymers zusammengesetzt aus 22,5 Mol-% tert-Butylmethacrylat, 50 Mol-% Maleinsäureanhydrid, 22,5 Mol-% Allylsilan, 5 Mol-% Ethoxyethylmethacrylat (hergestellt durch radikalische Polymerisation)
0,35 g eines Photosäurebildners Triphenylsulfonium-Hexafluorpropansulfonat
0,05 g eines basischen Additivs Trioctylamin A photoresist is blended consisting of:
93.6 g of solvent 1-methoxy-2-propyl acetate
6.0 g of a terpolymer composed of 22.5 mol% of tert-butyl methacrylate, 50 mol% of maleic anhydride, 22.5 mol% of allylsilane, 5 mol% of ethoxyethyl methacrylate (prepared by free-radical polymerization)
0.35 g of a photoacid generator triphenylsulfonium hexafluoropropanesulfonate
0.05 g of a basic additive trioctylamine

Versuchsbeispiel 2: Durchführung eines LithographieprozessesExperimental Example 2: Performance of a lithography process

100 mm Siliziumwafer werden per Spincoating (2000 rpm/20s) mit dem Positivresist 1 belackt und anschließend auf einer Hotplate bei 140 °C 90 s lang getrocknet, wobei das Lösungsmittel verdampft und jeweils ein 206 nm dicker fester Resistfilm resultiert.100 mm silicon wafers are spin coated (2000 rpm / 20s) with the positive resist 1 and then lacquered on a hotplate at 140 ° C Dried for 90 s with the solvent evaporated and each a 206 nm thick solid resist film results.

Mittels einer DUV Breitbandbelichtung (Hg-Hochdrucklampenspektrum eines Maskaligners MJB3 der Karl Suess GmbH) werden die belackten Wafer ganzflächig „flutbelichtet" (entspricht open-frame exposure) und zwar mit einer so hohen Belichtungsdosis, dass die Resistfilme sehr stark überbelichtet sind und somit quantitativ alle PAG zu gespalten wird. Die Belichtungszeit beträgt dabei 160 s.through a DUV broadband exposure (Hg high-pressure lamp spectrum of a mask aligner MJB3 Karl Suess GmbH), the coated wafers are "flood-exposed" over the entire surface (corresponds to open-frame exposure) with such a high exposure dose that the Resist films are very overexposed and therefore all PAGs are split quantitatively. The exposure time is 160 s.

Anschließend erfolgte der Post Exposure Bake bei variabler Zeit (2 bis 28 s) und Temperatur (110 bis 130°C, siehe auch Tabelle 1).Then took place the Post Exposure Bake at variable time (2 to 28 s) and temperature (110 up to 130 ° C, see also Table 1).

Anschließend wurden die Wafer für jeweils 60s mit einem wässrig alkalischen Entwickler TMA 238 WA von JSR entwickelt, anschließend für 30 s mit Wasser gespült, mit Druckluft trockengeblasen und nochmals bei 110 °C für 60 s getrocknet.Subsequently were the wafers for each 60s with a watery alkaline developer TMA 238 WA developed by JSR, then for 30 s with Flushed water, Dry-blown with compressed air and dried again at 110 ° C for 60 s.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren 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 inventive method also in principle different types Make use.

Claims

Lithographic process for patterning a photoresist layer, in particular for producing resist structures having a resolution of less than or equal to 50 nm for semiconductor components, characterized in that a thermal treatment of the structured resist (Post Exposure Bake) at a temperature below 100 ° C and / or the thermal treatment for a period of 3 to 120 sec.

Lithographic process according to claim 1, characterized in that that a thermal treatment at a temperature of 40 and 95 ° C takes place.

Lithographic process according to claims 1 and 2, characterized in that a thermal treatment at temperatures from 60 to 95 ° C takes place.

Lithographic process according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the thermal treatment for a period of time from 3 to 90 sec.

Lithographic process according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the thermal treatment for 10 to 60 sec is done.

Lithographic process according to at least one of the preceding claims characterized by a thermal treatment of the top of the textured resists.

Lithography method according to claim 6 by a thermal treatment with electromagnetic radiation in the microwave and / or infrared range.

Lithography method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a silicon wafer, as a substrate Substrate of III-V material, in particular InP, GaAs or a mask blank is used.

Lithographic process according to claim 8, characterized in that in that the substrate or the mask blank is precoated and / or pre-structured.

Lithographic process according to at least one of previous claims, characterized in that the photoresist, in particular a chemical reinforced Resist consists of resist materials containing at least one polymer or copolymer having at least one acid labile group.

Lithographic process according to claim 10, characterized in that at least one polymer or copolymer of tert-butyl methacrylate, maleic anhydride and ethoxyethyl methacrylate is produced.

Lithographic process according to at least one of previous claims, characterized in that the resist materials at least one PAG contain.

Lithographic process according to claim 11, characterized characterized in that the photoacid generator Triphenylsulfonium hexafluoropropanesulfonate is.

Lithographic process according to at least one of previous claims , characterized in that the resist materials at least one basic additive included.

Lithographic process according to claim 13, characterized in that trioctylamine is used as the basic additive becomes.

Use of after at least one of the preceding claims produced high-resolution Photoresist structures in the manufacture of microprocessors, memory devices or photomasks.