DE69811430T2

DE69811430T2 - Resistentwicklungsverfahren

Info

Publication number: DE69811430T2
Application number: DE69811430T
Authority: DE
Inventors: Zhijian Lu
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2018-06-03
Also published as: DE69811430D1; JPH11109648A; KR19990006917A; EP0887710A2; EP0887710B1; CN1213788A; EP0887710A3

Description

1. Erfindungsgebiet

Es werden hier Prozesse zum Entwickeln von Resiststrukturen beschrieben. Insbesondere werden neuartige Umkehrschleuderentwicklungsprozesse beschrieben.

2. Allgemeiner Stand der Technik

In der Halbleiterindustrie sind photolithographische Prozesse für die Entwicklung von Fotomasken und leitenden Strukturen auf Wafern bekannt. Allgemein wird eine Resistbeschichtung auf ein Substrat aufgetragen und einem Strukturherstellungsprozeß unterzogen, z. B. einer selektiven Belichtung mit elektromagnetischen Strahlen wie etwa Ultraviolettstrahlen oder Zeichnen mit einem Strahl von Teilchen wie etwa Elektronen. Die Resistbeschichtung oder der Resistfilm wird dann entwickelt, indem die Beschichtung mit einer chemischen Entwicklungsflüssigkeit kontaktiert wird. In der Halbleiterindustrie sind mehrere Resistentwicklungsprozesse bekannt.
Beispielsweise ist aus dem US-Patent Nr. 5,194,350 ein Prozeß zum Entwickeln einer Resistschicht bekannt, bei dem ein Werkstück mit einer Resistschicht in ein Entwicklerbad eingetaucht wird. Während der Entwicklung wird der Entwickler aus dem Gefäß abgezogen und eine zusätzliche Menge Entwickler wird in das Gefäß eingeleitet. Dieser Eintauchentwicklungsprozeß ist langsam, verbraucht relativ große Mengen an Entwickler und ist wegen Änderungen an den Entwicklerbedingungen ungenau.
Als weiteres Beispiel sind aus US-A-5,416,047, US-A- 4,647,172, JP-A-8321464 oder EP-A-0794463 Verfahren bekannt, um mikrolithographische Resists zu entwickeln, indem eine einen Wafer haltende Aufspannvorrichtung schnell gedreht und auf die obere Oberfläche des Wafers eine Entwicklerlösung getropft oder gesprüht wird. Obwohl Tropf- oder Sprühentwicklungen bei schnellem Drehen schnelle Prozesse sind, die leicht automatisiert werden können, erhält man mit ihnen eine schlechte Entwicklungsgleichförmigkeit.
Als noch weiteres Beispiel ist aus dem Patent Nr. 5,342,738 ein Verfahren bekannt, um einen Resistfilm zu entwickeln, indem eine Pfütze aus einem Entwickler auf die Oberfläche des Resistfilms aufgetragen wird. Während der Entwicklungsprozeß abläuft, entstehen jedoch in der statischen Pfütze Konzentrationsgradienten, was zu einer schlechten Steuerung des Entwicklungsprozesses führt.
Zudem ist aus EP-A-0321281 ein Prozeß bekannt, bei dem ein Wafer zur Entwicklung von Resiststrukturen in verschiedene Bäder eintauchen muß. Wenn man auch mit diesem Prozeß bei der Entwicklung eine gute Gleichförmigkeit erhält, ist die Übertragung der Wafer von einem Bad zu einem anderen recht kompliziert.
Es wäre wünschenswert, einen Resistentwicklungsprozeß bereitzustellen, der leicht implementiert wird und durch den man bei der Entwicklung eine gute Gleichförmigkeit erhält.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es sind neuartige Prozesse zum Entwickeln einer Resistschicht entdeckt worden, die die folgenden Schritte beinhalten: Auftragen einer Resistbeschichtung auf mindestens einen Teil einer Oberfläche eines Substrats; Entwickeln der Resistbeschichtung durch Kontaktieren der Resistschicht mit Entwickler und Drehen des Substrats, während die Resistschicht mit dem Entwickler in Kontakt steht, wie in den Ansprüchen beschrieben ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in Anspruch 17 definiert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Eine bevorzugte Ausführungsform des Schleuderentwicklungsprozesses und einer Vorrichtung zum Ausführen des Prozesses werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen unten beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht, die eine Vorrichtung veranschaulicht, die sich zur Ausführung eines Entwicklungsprozesses gemäß der vorliegenden Offenbarung eignet,
Fig. 2 eine schematische Ansicht der Vorrichtung von Fig. 1, die den Schritt zeigt, bei dem die Resistschicht in Kontakt mit im Gefäß enthaltenen Entwickler bewegt wird,
Fig. 3 eine schematische Ansicht der Vorrichtung von Fig. 1, die den Schritt zeigt, bei dem das Substrat gedreht wird, während die Resistschicht mit dem Entwickler in Kontakt steht,
Fig. 4 eine schematische Ansicht der Vorrichtung von Fig. 1, die die Schritte zeigt, bei denen die Resistschicht aus dem Kontakt mit dem Entwickler bewegt wird und der Entwickler aus dem Gefäß abgelassen wird,
Fig. 5 eine schematische Ansicht der Vorrichtung von Fig. 1, die die Schritte zeigt, bei denen Spülfluid dem Gefäß zugesetzt wird und die Resistschicht mit dem Entwickler kontaktiert wird,
Fig. 6 eine schematische Ansicht der Vorrichtung von Fig. 1, die den Schritt zeigt, bei dem das Substrat gedreht wird, während die Resistschicht mit dem Spülfluid in Kontakt steht, und
Fig. 7 eine schematische Ansicht der Vorrichtung von Fig. 1, die die Schritte zeigt, bei denen das Substrat schnell gedreht wird, um Spülfluid zu entfernen, und das Spülfluid aus dem Gefäß abgelassen wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist gezeigt, daß eine Aufspannvorrichtung 20 ein Substrat 10 hält, wie etwa beispielsweise einen Halbleiterwafer. Das Substrat 10 kann unter Verwendung von dem Fachmann bekannten Techniken hergestellt werden. Die Herstellung von Halbleiterbauelementen erfolgt in der Regel in aufeinanderfolgenden Stufen, von denen eine oder mehrere das Ausbilden einer Struktur auf der Oberfläche durch mikrolithographische Techniken beinhalten kann. Bei der Ausbildung einer Struktur wird in der Regel mindestens ein Teil des Substrats 1,0 mit einem Resistmaterial 12 beschichtet und dann mit der entsprechenden Struktur belichtet. Der Resist 12 kann dann gemäß den hier beschriebenen Prozessen entwickelt werden. Nach der Entwicklung des Resists 12 können dann nachfolgende Verarbeitungsschritte, z. B. Ätzen, vorgenommen werden, um lokal im Halbleitermaterial 10 die entsprechenden physikalischen Änderungen vorzunehmen, damit man eine gewünschte Bauelementstruktur erhält. Materialien, die sich für das Ausbilden und Strukturieren der Resistschicht 12 eignen, sowie Zusammensetzungen des Entwicklers 16 sind dem Fachmann bekannt. Derartige herkömmliche Materialien können hierbei verwendet werden.
Mindestens ein Teil einer Oberfläche des Substrats 10 wird mit einem Resistfilm oder einer Resistschicht 12 beschichtet. Das Substrat 10 wird von einer Aufspannvorrichtung 20 gehalten. Bevorzugt ist die Größe der Aufspannvorrichtung 20 geringer als die Größe des Substrats 10.
Ein Gefäß 15 ist so konfiguriert und bemessen, daß es das Substrat 10 aufnimmt. Das Gefäß 15 kann aus Materialien konstruiert sein, die gegenwärtig dafür verwendet werden, bekannte oder konventionelle Gefäße herzustellen, die derzeit bei Tauchprozessen verwendet werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird eine Entwicklungsflüssigkeit 16 über eine Einlaßleitung 14 in das Gefäß 15 eingeleitet. Die in das Gefäß 15 eingeleitete Menge an Entwicklungsflüssigkeit 16 hängt von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der Größe des Substrats 10, dem Durchmesser des Gefäßes 15 und der Füllhöhe des Gefäßes 15. Bei einem Acht-Zoll-Wafer liegt in der Regel die Menge an eingesetzter Entwicklungsflüssigkeit 16 im Bereich zwischen etwa 10 ml und etwa 400 ml und bevorzugt zwischen etwa 50 ml und etwa 200 ml, besonders bevorzugt zwischen etwa 100 ml und etwa 150 ml. Die in das Gefäß 15 eingeleitete Menge an Entwicklungsflüssigkeit 16 muß nur eine Fluidpfütze mit einer Tiefe von etwa 1 mm bis etwa 4 mm am Boden des Gefäßes 15 bereitstellen. Die Entwicklungsflüssigkeit 16 wird bevorzugt auf einer gleichförmigen Temperatur im Bereich zwischen etwa 15ºC und etwa 50ºC, bevorzugt zwischen etwa 20ºC und etwa 35ºC, gehalten.
Dann wird die Resistschicht 12 mit der Entwicklungsflüssigkeit 16 kontaktiert. Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform wird die Aufspannvorrichtung 20 beispielsweise durch Betätigen eines pneumatischen Zylinders 22 abgesenkt, bis mindestens die Resistschicht 12 mit der Entwicklungsflüssigkeit 16 in Kontakt kommt, wie in Fig. 3 gezeigt. Es wird außerdem in Betracht gezogen, daß das Gefäß 15 angehoben werden kann, um die Resistschicht 12 mit dem Entwicklungsfluid 16 zu kontaktieren. Bei einer besonders geeigneten Ausführungsform wird das ganze Substrat 10 in die Entwicklungsflüssigkeit 16 eingetaucht. Die Aufspannvorrichtung 20 kann gedreht werden, und somit wird der von ihr gehaltene Wafer 10 gedreht, beispielsweise wie durch Pfeil A in Fig. 3 gezeigt ist. Die Aufspannvorrichtung 20 kann mit Geschwindigkeiten im Bereich zwischen etwa 5 und etwa 2000 UpM, bevorzugt zwischen etwa 50 UpM und etwa 200 UpM, gedreht werden. Die Aufspannvorrichtung 20 wird gedreht, während die Resistschicht 12 mit der Entwicklungsflüssigkeit 16 in Kontakt steht, um beim Entwicklungsprozeß Gleichförmigkeit sicherzustellen. Es ist zu verstehen, daß die Drehung der Aufspannvorrichtung 20 und deshalb des Substrats 10 vor oder nach dem Anfangskontakt der Resistschicht 12 mit dem Entwickler 16 beginnen kann. Die Drehung der Aufspannvorrichtung 20 wird bevorzugt während des ganzen Kontaktierungsschrittes fortgesetzt. Während die Entwicklung abläuft, sollte die Temperatur der Entwicklungsflüssigkeit 16 im Gefäß 15 beispielsweise durch einen nicht gezeigten Temperatursensor, der darin eingetaucht wird, konstant überwacht werden. Immer, wenn die Temperatur von einem im voraus zugewiesenen Bereich abweicht, kann die Temperatur der Flüssigkeit 16 durch jede bekannte oder herkömmliche Vorgehensweise automatisch auf den im voraus zugewiesenen Bereich nachgestellt werden. Die Temperatur der Entwicklungsflüssigkeit 16 sollte so präzise gesteuert werden, wie es für die Herstellung präziser Resiststrukturen praktisch ist. Es liegt innerhalb des Aufgabenbereichs eines Fachmanns, entsprechende Werte für andere Parameter zu bestimmen, wie beispielsweise Normalität des Entwicklers 16.
Durch Absenken des sich drehenden Substrats 10 und der Resistschicht 12 in die Entwicklungsflüssigkeit 16 wird simultan die ganze Oberfläche der Resistschicht 12 der Entwicklungsflüssigkeit 16 ausgesetzt. Dies minimiert die Auswirkung einer ungleichförmigen Entwicklungszeit und gestattet deshalb einen gleichförmigen Entwicklungsprozeß. Allgemein wird die Resistschicht 12 über einen von etwa 10 Sekunden bis etwa 150 Sekunden und bevorzugt von etwa 20 Sekunden bis etwa 50 Sekunden dauernden Zeitraum mit der Entwicklungsflüssigkeit 16 im Kontakt gehalten. Nachdem die Resistschicht 12 über einen gewünschten Zeitraum mit der Entwicklungsflüssigkeit 16 kontaktiert worden ist, wird ein Kolben 22 wieder aktiviert, und das Substrat 10 wird aus der Entwicklungsflüssigkeit 16 angehoben, wie in Fig. 4 gezeigt. Dann wird die Entwicklungsflüssigkeit 16, bevorzugt unterstützt durch ein Vakuum, aus dem Gefäß 15 über eine Ablaßleitung 19 abgezogen. Es ist zu verstehen, daß man den Kontakt zwischen der Resistschicht und dem Entwickler bei einer alternativen Ausführungsform einfach durch Ablassen des Entwicklers aus dem Gefäß erhalten kann, ohne daß das Substrat oder das Gefäß bewegt wird.
Wenn die ganze verbrauchte Entwicklungsflüssigkeit 16 aus dem Gefäß 15 abgezogen worden ist, wird ein Spülfluid 26 wie etwa beispielsweise entionisiertes Wasser, beispielsweise über eine Einlaßleitung 18, in das Gefäß 15 eingeleitet (siehe Fig. 5). Die Aufspannvorrichtung 20 wird wieder abgesenkt, so daß das sich drehende Substrat 10 und die entwickelte Resistschicht 12 in das Spülfluid 26 eintauchen, um die entwickelte Resistschicht 12 reinzuschleudern. Der Zeitraum, der benötigt wird, um die entwickelte Resistschicht 12 reinigungszuschleudern, wird im allgemeinen im Bereich zwischen etwa 10 Sekunden bis etwa 150 Sekunden und bevorzugt zwischen etwa 20 Sekunden und etwa 50 Sekunden dauern. Die Temperatur des Spülfluids 26 ist zwar nicht kritisch, sollte aber in der Nähe der Temperatur des Entwicklerfluids 16 gehalten werden. Der Prozeß des Reinschleuderns der entwickelten Resistschicht 12 kann gegebenenfalls entweder chargenweise oder kontinuierlich wiederholt werden.
Nach der Beendigung des Reinschleuderns wird die Aufspannvorrichtung 20 vom Spülfluid 26 abgehoben, und die gereinigte entwickelte Resistschicht 12 kann getrocknet werden, indem das Substrat 10 mit einer Geschwindigkeit von etwa 2000 UpM gedreht wird. Das Substrat 10 ist dann für eine etwaige weitere Bearbeitung bereit. Das Spülfluid 26 kann bevorzugt unterstützt durch ein Vakuum über die Ablaßleitung 19 aus dem Gefäß 15 entfernt werden.

Claims

1. Verfahren, das folgendes umfaßt:

a) Stützen eines Substrats (10) neben einem einen Entwickler (16) enthaltenden Gefäß (15), wobei auf mindestens einem Teil des Substrats (10) eine Resistschicht (12) ausgebildet ist;

b) Kontaktieren der Resistschicht (12) mit dem Entwickler (16) in dem Gefäß (15);

c) Drehen des Substrats (10), während die Resistschicht (12) mit dem Entwickler (16) in Kontakt steht;

d) Ersetzen des Entwicklers (16) im Gefäß (15) durch ein Spülfluid (26);

e) Kontaktieren der Resistschicht (12) mit dem Spülfluid (26) und

f) Drehen des Substrats (10), während die Resistschicht (12) mit dem Spülfluid (26) in Kontakt steht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei dem Kontaktierungsschritt das Substrat (10) aus einer ersten Position, in der sich die Resistschicht (12) über dem Entwickler (16) befindet, in eine zweite Position bewegt wird, in der die Resistschicht (12) mit dem Entwickler (16) in Kontakt steht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich das Substrat (10) vor dem Kontaktierungsschritt dreht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bei dem Ersetzungsschritt:

die Resistschicht (12) vom Entwickler (16) getrennt wird,

der Entwickler (16) aus dem Gefäß (15) abgelassen wird und

Spülfluid (26) dem Gefäß (15) zugesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei bei dem Kontaktierungsschritt das Substrat (10) aus einer ersten Position, in der die Resistschicht (12) nicht in Kontakt mit dem Spülfluid (26) angeordnet ist, in eine zweite Position bewegt wird, in der die Resistschicht (12) mit dem Spülfluid (26) in Kontakt steht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei sich das Substrat (10) vor dem Kontaktierungsschritt dreht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, weiterhin mit den Schritten des Trennens der Resistschicht (12) von dem Spülfluid (26) und Drehens des Substrats (10), um etwaiges Restspülfluid (26) davon zu entfernen.

8. Verfahren zum Entwickeln einer Resistschicht (12) auf einem Substrat, bei dem:

das Substrat (10) abgesenkt wird, damit die Resistschicht (12) mit dem Entwickler (16) in Kontakt steht, und

das Substrat (10) gedreht wird, während die Resistschicht (12) mit dem Entwickler (16) in Kontakt steht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das, Substrat (10) vor dem Absenkschritt gedreht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Substrat (10) mit einer Geschwindigkeit zwischen etwa 50 und etwa 200 UpM gedreht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei bei dem Absenk¬ schritt das Substrat (10) in ein den Entwickler (16) enthaltendes Gefäß (15) abgesenkt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin mit den folgenden Schritten:

Anheben des Substrats (10) derart, daß die Resistschicht (12) nicht mit dem Entwickler (16) in Kontakt steht, und

Spülen der Resistschicht (12) mit einem Spülfluid (26).

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei bei dem Spülschritt:

das Substrat (10) abgesenkt wird, damit die Resistschicht (12) mit dem Spülfluid (26) in Kontakt kommt, und

das Substrat (10) gedreht wird, während die Resistschicht (12) mit dem Spülfluid (26) in Kontakt steht.

14. Prozeß nach Anspruch 8, weiterhin mit dem Schritt des Haltens des Entwicklers (16) bei einer Temperatur zwischen etwa 20ºC und etwa 35ºC.

15. Prozeß nach Anspruch 8, wobei das Substrat (10) bei jedem Drehschritt mit einer Drehgeschwindigkeit zwischen etwa 50 UpM und etwa 200 UpM gedreht wird.

16. Prozeß nach Anspruch 8, wobei die Resistschicht (12) über einen von etwa 10 Sekunden bis etwa 150 Sekunden dauernden Zeitraum mit dem Entwickler (16) kontaktiert wird.

17. Vorrichtung zum Entwickeln einer Resistschicht (12), die über mindestens einem Teil eines Substrats (10) ausgebildet ist, umfassend:

eine drehbare Substrathalterung (20);

ein Gefäß (15), das so konfiguriert und bemessen ist, daß es ein von der drehbaren Substrathalterung (20) gehaltenes Substrat aufnimmt;

ein Mittel zum Einstellen der relativen Positionen der drehbaren Substrathalterung (20) und des Gefäßes (15) in eine erste Position, bei der eine Resistschicht (12), die auf einem von der drehbaren Substrathalterung (20) gehaltenen Substrat (10) ausgebildet ist, im Gefäß (15) positioniert ist;

ein Mittel zum Drehen der drehbaren Substrathalterung (20), wenn sie sich in der ersten Position befindet;

ein Mittel zum Einleiten des Entwicklers (16) in das Gefäß (15);

ein Mittel zum Ersetzen des Entwicklers (16) im Gefäß (15) durch ein Spülfluid (26).

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der das Mittel zum Einstellen ein pneumatisches Zylindermittel zum Absenken der drehbaren Substrathalterung (20) in Richtung auf das Gefäß (15) umfaßt.