Herstellung unterschnittener Strukturen in 3-Lagenprozessen für T-Gates

1. System

Für den Aufbau von Dreilagensystemen zur Herstellung von T-Gates gibt es prinzipiell mehrere Möglichkeiten. Entscheidend ist, dass sich die unterschiedlichen Resists bei der Beschichtung nicht vermischen, um einen einheitlichen und gut definierten Schichtaufbau zu gewährleisten. AR-P 617 kann auf alle PMMA’s (50k – 950k) ohne Probleme beschichtet werden, da das Resistlösungsmittel PMMA nicht angreift. Umgekehrt kann auch AR-P 617 mit PMMA-Lösungen in Ethyllactat oder auch Anisol beschichtet werden.

Eine Variante zur T-Gate-Fabrikation nutzt die unterschiedlichen Empfindlichkeiten von 50k PMMA (top) gegenüber 950k PMMA (bottom). Das Copolymer (PMMAcoMA 33, AR-P 617) bildet die mittlere Schicht, da aufgrund der höheren Empfindlichkeit im Vergleich zu PMMA der auszubildende Unterschnitt gut gesteuert werden kann.

Schematische Darstellung Dreilagensystem: 950k PMMA (bottom), PMMAcoMA (Mitte), 50k PMMA (top)

Durch Einsatz selektiver Entwickler kann die T-Gate-Architektur gut gesteuert werden, über das Belichtungsraster und die Dauer der Entwicklung. An der MLU Halle (Dr. Heyroth) konnten T-Gate- Strukturen realisiert werden:

Ausgewählte T-Gate-Struktur (PMMA/PMMAcoMA/PMMA), MIBK-Entwickler für die PMMA-Schichten, bzw. X AR 600-50/2 für AR-P 617

Nachteilig ist jedoch, dass im Prozess mehrfach der Entwickler gewechselt werden muss. Daher wurde nach einem Entwicklergemisch gesucht, das alle Schichten definiert und ausreichend gut entwickeln kann, bei gleichzeitig geringen Dunkelabträgen. Der für diese Anwendung optimierte Spezialentwickler X AR 600-55/1 eignet sich sowohl für die Entwicklung von AR-P 617 als auch  für  PMMA und kann daher als universeller Entwickler für  2- oder 3-Lagenprozesse verwendet werden. Die Ausprägung des Unterschnitts kann sehr gut über die Bestrahlungsdosis gesteuert werden. Während höhermolekulares, unbestrahltes PMMA von X AR 600-55/1 nicht angegriffen wird, zeigt 50k PMMA eine moderate Abtragsrate von etwa 8nm (30s), 14nm (60s), 29nm (180s) und etwa 37nm nach 5 Minuten. Durch Aufbringen einer etwas dickeren Top-Schicht und/oder Entwickeln bei tieferen Temperaturen (Bereich 15 – 20°C) kann der störende Einfluss des Dunkelabtrags der oberen PMMA-Schicht beseitigt werden.

2. System

Eine weitere Variante zum Aufbau von Dreilagensystemen verwendet 950k PMMA als Bottomresist, AR-P 617 als mittlere Schicht und CSAR 62 als Topresist:

Schematische Darstellung Dreilagensystem: 950k PMMA (bottom), PMMAcoMA (Mitte), CSAR 62 (top)

Bei der Beschichtung kommt es nicht zu Durchmischungen, ein definierter Schichtaufbau ist gewährleistet. AR-P 617 kann auf alle PMMA’s (50k – 950k) ohne Probleme beschichtet werden, weiterhin gelingt auch die Beschichtung mit AR-P 6200 (CSAR 62), da Anisol AR-P 617 nicht anlöst. Durch Einsatz selektiver Entwickler nach der Belichtung kann die T-Gate-Architektur gut gesteuert werden. Der kontrastreiche Entwickler AR 600-546 und auch der stärkere Entwickler AR 600-549 sowie MIBK, o-Xylol und Ethylbenzen entwickeln sehr selektiv die obere Resistschicht. Die mittlere Schicht kann ebenfalls sehr selektiv mit X AR 600-50/2 oder AR 600-50 entwickelt werden. Abschließend können für die Bottomschicht MIBK-haltige Entwickler (AR 600-55 oder AR 600-56) eingesetzt werden.

Von Nachteil ist jedoch, dass im Prozess mehrfach der Entwickler gewechselt werden muss. Daher wurde nach einem Entwicklergemisch gesucht, das alle Schichten definiert und ausreichend gut entwickeln kann. Viele starke Entwickler bewirken einen ausgeprägten Dunkelabtrag. Durch geschickte Kombination einer aktiven (entwickelnden) Komponente mit einem die Entwicklung hemmenden Zusatz kann der Dunkelabtrag reduziert werden, die gleichzeitige Verminderung der Empfindlichkeit kann durch eine Verlängerung der Entwicklungszeit leicht ausgeglichen werden. Der Dunkelabtrag von CSAR 62 beträgt in  X AR 600-50/4 selbst nach 10minütiger Entwicklung weniger als 5%.

Dosisstaffel für CSAR 62 (AR-P 6200), SB 180°C, Schichtdicke: ~240nm, 100 kV, Entwickler X AR 600-50/4, Gradationskurven in Abhängigkeit von der Entwicklungszeit bei 21.5°C, Stopper IPA.

Mit dem universellen Entwickler X AR 600-50/4 kann neben CSAR 62 auch AR-P 617 (PMMAcoMA) und PMMA sehr empfindlich entwickelt werden. Spezialentwickler X AR 600-50/4 eignet sich sowohl für die Entwicklung von AR-P 617 als auch für CSAR 62 und 950k PMMA und kann daher als universeller Entwickler für  2- oder auch 3-Lagenprozesse verwendet werden. Die Empfindlichkeit und damit auch die Ausprägung des Unterschnitts in der mittleren Schicht kann dabei sowohl über die Belichtungsdosis als auch unter Ausnutzung des Dunkelabtrags über die Entwicklungszeit gut gesteuert werden. Der Entwickler bewirkt einen gewissen Dunkelabtrag von etwa 18nm bei 21°C und einer Entwicklungszeit von 60s. Die Verlängerung der Entwicklungszeit auf 3 Minuten erhöht auch den Dunkelabtrag deutlich auf etwa 95nm bei 21°C, bei 19°C dagegen nur etwa 80nm. Generell kann durch eine Absenkung der Entwicklertemperatur der Dunkelabtrag vermindert und der Kontrast leicht erhöht werden.