DE19954365A1

DE19954365A1 - Verfahren zum Bestrahlen von Thermoresists

Info

Publication number: DE19954365A1
Application number: DE19954365A
Authority: DE
Inventors: Daniel Gelbart
Original assignee: Creo SRL
Current assignee: Creo SRL
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2019-11-12
Also published as: US6136509A; DE19954365B4

Abstract

Optiken mit geringem Kontrast, welche lineare Lichtventile mit geringem Kontrast enthalten, können zum Erzeugen hochauflösender Muster unter Verwendung von Thermoresists anstelle von Photoresists und durch mehrfaches Bestrahlen des gleichen Bereiches, vorzugsweise durch Bestrahlen unterschiedlicher Merkmale des Musters bei jeder Bestrahlung verwendet werden. Wenn ein Thermoresist verwendet wird, wird das Streulicht aus dem Belichten der einzelnen Merkmale nicht aufaddiert, da die Streuwärme zwischen den Bestrahlungen verschwinden wird. Das Verfahren ist insbesondere für das Belichten von Thermoresists unter Verwendung von UV-Licht zum Herstellen von integrierten Schaltungen nützlich.

Description

Gegenstand der Erfindung

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Abbilden bzw. Belichten (Imaging) von ätzresi stenten Schichten, die auch als "Resists" bekannt sind, wobei diese Verfahren bei der Herstellung von hochauflösenden Mustern durch Ätzen oder Abscheiden eingesetzt werden. Die Erfindung ist insbesondere bei der Herstellung von integrier ten Schaltungen, flachen Anzeigetafeln und gedruckten Schaltungsplatinen ver wendbar.

Hintergrund der Erfindung

Es sind bereits Verfahren zum Herstellen von hochauflösenden Mustern, hauptsäch lich auf ebenen Gegenständen oder Objekten, durch selektives Ätzen oder Ab scheiden bekannt. Im allgemeinen wird eine zu bildende oder mit einem Muster zu versehende Schicht durch eine Schutzschicht abgedeckt, die als "Resist" bekannt ist. Gewünschte Formen werden üblicherweise über eine Fotoabbildung durch Bestrahlen bzw. Belichten des Resists erzeugt. Der bestrahlte (oder in Abhängigkeit, ob der Resist positiv oder negativ wirkt, unbestrahlte) Teil des Resists wird entfernt, normalerweise durch Verwenden eines flüssigen Entwicklers zum selektiven Entfernen des Resists, um die darunterliegende Schicht zu bestrahlen.

Die Schicht kann dann durch die Öffnungen in der Resistschicht geätzt werden. Die verbleibenden Teile des Resists schützen bedeckte Abschnitte der Schicht vor dem Ätzvorgang. Das Ätzen kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden, wobei das Ätzen durch nasse Chemikalien oder durch trockenes Plasma umfaßt ist (ein Vorgang, welcher in der Halbleiterindustrie im großen Umfang verwendet wird). Anstelle des Ätzens kann ein additiver Vorgang eingesetzt werden, bei dem ein Material, welches durch die Öffnungen in dem Resist abgelagert bzw. abgeschieden wird, der Schicht unterhalb des Resists hinzugefügt wird. Dieses Abscheiden kann in einem nassen Vorgang (wie bei dem "additiven" Vorgang zum Herstellen von gedruckten Schaltungsplatinen gut bekannt) oder in einem trockenen Vorgang, wie einem Vakuumabscheiden durch Dampfabscheiden oder Sputtern ausgeführt werden. Ein weiterer Weg zur Verwendung von Resists besteht in dem Ermöglichen einer chemischen Reaktion, wie einer Oxidation, die nur in den Bereichen erfolgt, welche nicht von einem Resist bedeckt sind. Im allgemeinen ist ein mit einem Muster versehener Resist eine abgebildete oder belichtete Maske bzw. eine Bildmaske, welche wahlweise einen chemischen oder physikalischen Vorgang steuern und den Vorgang begrenzen kann, um dem Bildmuster zu folgen. Der Ausdruck "Resist" sollte in diesem breiten Sinn innerhalb der gesamten Offenba rung und der Ansprüche interpretiert werden. Am Ende des Vorganges wird der verbleibende Resist üblicherweise entfernt oder "abgezogen".

In der Vergangenheit waren die meisten Resists Photoresists, d. h., daß sie durch die Fotonenwirkung des Lichtes aktiviert und abgebildet bzw. belichtet wurden. Um einen hohe Auflösung zu erreichen, arbeiten die meisten Photoresists im UV-Teil des Spektrums, wo die Fotonenergie hoch ist. Einige Resists können durch andere Strahlenarten, wie Elektronenstrahlen bestrahlt bzw. belichtet werden.

Alle augenblicklich verfügbaren Photoresists und Elektronenstrahlresists teilen eine fundamentale Eigenschaft: sie reagieren auf die Gesamtbestrahlung, nicht auf die augenblickliche Bestrahlungsstärke bzw. Illumination. In der Optik ist die Bestrah lung als das Integral der Bestrahlungsstärke über der Zeit definiert. Beispielsweise kann ein Photoresist mit Licht bestrahlt werden, welches eine Intensität von 100 mW/cm² für eine Sekunde aufweist, um eine Bestrahlung bzw. Bestrahlungs stärke von 100 mJ/cm² (100 mW × 1 s) zu erhalten, oder der Photoresist kann mit Licht bestrahlt werden, welches eine Intensität von 1000 mW für 0,1 s aufweist, um die gleiche Bestrahlung bzw. Bestrahlungsstärke (1000 mW × 0,1 s = 100 mJ/cm²) mit ähnlichen Resultaten zu erhalten. Dieses Gesetz ist als das "Reziprozitäts gesetz" bekannt und ist das grundlegende Gesetz, welche das Bestrahlen der Photoresists bestimmt. Wenn eine bestimmte Strahlung erreicht ist, tritt eine Änderung in dem Resist ein. Bei den meisten bekannten Resists ändert sich die Lösbarkeit des Resists in einem Entwickler, wenn ein Schwellenwert der Bestrah lung erreicht ist. Photoresists, welche dem Gesetz der Reziprozität gehorchen, erfordern eine hohe Kontrastbestrahlung bzw. ein hohes Kontrastverhältnis. In optischen Systemen, die verwendet werden, um Photoresists oder Elektronen strahlresists zu bestrahlen, muß das Streulicht auf einem Minimum gehalten werden. Wenn beispielsweise ein Bestrahlungssystem eine Lichtleckage oder Streulicht in Höhe von 1% aufweist (z. B.: wenn die Bestrahlung "AUS" ist, fällt der Lichtpegel nicht auf 0, sondern nur auf 1% des "EIN"-Zustands), kann die Wirkung dieses Streulichtes so groß wie (oder größer als) die Hauptbestrahlung sein, wenn der Photoresist in dem "AUS"-Zustand für eine lange Zeit bestrahlt wird.

Ein noch größeres Problem wird verursacht, wenn versucht wird, hoch auflösende Merkmale abzubilden: die Punktausbreitungsfunktion bzw. Punktverteilungsfunktion von in der Praxis verwendeten optischen Systemen verursacht ein "Verteilen" des Lichtes von jedem Merkmal. Hierdurch überlappt das Licht, das ein erstes Merkmal abbilden soll, mit Licht, das benachbarte Merkmale bestrahlt bzw. belichtet. Das Ergebnis besteht darin, daß die Gesamtbildauflösung verringert ist. Dies ist in Fig. 1 wiedergegeben. Fig. 1 zeigt eine Maske 11, welche die Merkmale 1, 3 definiert. Eine Lichtquelle (nicht gezeigt) beleuchtet die Maske 11, um eine Lichtintensität I an der Maske 11 zu erzeugen. Das Merkmal 1 erzeugt eine Lichtverteilung 1' und das Merkmal 3 eine Lichtverteilung 3'. Eine Linse 8 bildet die Lichtintensitätsver teilung I auf einem Resist 9 ab. Die Lichtintensitätskurve 5 an der Oberfläche des Resists 9 kann durch Hinzuaddieren der Bestrahlungskurve 2, welche durch die Linse 8 gebildet wird und welche das Merkmal 1 abbildet, zu der Kurve 4, welche durch die Linse 8 erzeugt wird und welche das Merkmal 3 abbildet, erhalten werden. Die Kurve 5 erzeugt ein gestörtes Bild 6, 7 der Merkmale 1, 3 auf dem Photoresist 9. Wenn der Photorsist 9 einen Schwellwert 10 besitzt, können sich die bestrahlten Bereiche 6, 7 des Photoresists 9 in der Größe von den Merkmalen 1, 3 unterscheiden. Es macht keinen Unterschied, wenn die Bestrahlungen 2, 4 gleichzeitig oder aufeinanderfolgend eingesetzt werden, da der Photorsist 9 die Bestrahlungen aufaddieren oder integrieren wird.

In der jüngeren Vergangenheit wurde ein anderer Resisttyp, der als Thermoresist bekannt ist, bei der Herstellung von Druckplatten und gedruckten Schaltungs platinen verwendet. Ein Thermoresist (der ebenfalls als Wärmeresist oder Resist mit Wärmemodus bekannt ist) ändert die Lösbarkeit, wenn eine bestimmte Temperatur anstelle einer bestimmten akkumulierten Strahlung erreicht worden ist. Derartige Thermoresists werden üblicherweise unter Verwendung von Licht nahe dem Infrarotbereich abgebildet bzw. belichtet und sind ebenfalls als "IR-Resist" bekannt. Beispiele von Thermoresists sind in den folgenden US-Patenten offenbart: 5,340,699 (Haley); 5,372,907 (Haley); 5,372,915 (Haley); 5,466,557 (Haley); 5,512,418 (Ma); 5,641,608 (Grunwald); 5,182,188 (Cole); 5,314,785 (Vogel) und 5,328,811 (Brestel). Der Thermoresist, der durch Haley beschrieben wird, ist ungewöhnlich, da die gleiche Zusammensetzung als Photoresist wirkt, der dem Reziprozitätsgesetz folgt, wenn er durch UV-Licht bestrahlt wird (bei einer geringen Energiedichte), jedoch ebenfalls als Thermoresist wirkt, der nur auf die Temperatur reagiert, wenn er durch 1R mit hoher Energiedichte erhitzt wird. Der Thermoresist ist von der Creo Ltd. (Lod Industrial Park, Israel) verfügbar und wird unter dem Mar kennamen "Difine 4LF" vertrieben. Sämtliche vorstehend erwähnten Thermoresists reagieren auf die Temperatur bzw. Wärme und folgen nicht dem Reziprozitäts gesetz.

Tatsächlich ist es nicht möglich, einen praktikablen Thermoresist bereitzustellen, welcher dem Reziprozitätsgesetz folgt, da ein derartiger Thermoresist bei einer langen Bestrahlung einfach geringen bzw. niedrigen Umgebungstemperaturen ausgesetzt sein würde (ebenso wie ein Photoresist bei einer langen Bestrahlung geringen Pegeln von Umgebungslicht ausgesetzt sein würde). Während es möglich ist, einen Photoresist von Umgebungslicht abzuschirmen, ist es nicht möglich, einen Thermoresist von der Umgebungstemperatur bzw. Umgebungswärme abzuschir men, weshalb ein praktikabler Thermoresist nicht dem Reziprozitätsgesetz folgen kann. Ein verlängertes Ausgesetztsein der Umgebungstemperatur bzw. Umgebungs wärme unterhalb der Schwellwerttemperatur bzw. Schwellwertwärme muß einen geringen Effekt haben. Offensichtlich muß die Schwellwerttemperatur deutlich oberhalb der Temperaturen liegen, die beim Transport und bei der Lagerung auftreten.

Wenn die chemische Reaktion in einem Thermoresist keine scharfe Schwellwert temperatur besitzt, muß die chemische Zusammensetzung des Thermoresists so formuliert werden, daß die Reaktionsgeschwindigkeit bei Raumtemperatur sehr gering bleibt. Dies kann leicht erreicht werden, da die meisten chemischen Reak tionsgeschwindigkeiten sich bei jeweils 10°C verdoppeln, wodurch die Reaktions geschwindigkeit bei einem Thermoresist, der so formuliert ist, daß er bei 350°C bestrahlt wird, ein billionfach schneller als bei 25°C sein kann. Die Verwendung von Lasern macht es auf einfache Weise möglich, die Temperatur eines Thermore sists über 1000°C anzuheben. Ein derartiger Thermoresist wird in der Weise erscheinen, daß er einen distinkten bzw. bestimmten Schwellwert besitzt, da sich die Reaktionsgeschwindigkeit exponentiell verringert, wenn die Temperaturen fallen.

Lichtventile, die auch als Multikanalmodulatoren oder Raumlichtmodulatoren bekannt sind, zerlegen einen einzelnen Lichtstrahl in eine lineare oder zweidimensio nale Matrix aus einzeladressierbaren Lichtpunkten. Die US-Patente 5,208,818 (Gelbart) sowie 5,296,891 (Vogt) bieten Beispiele des Einsatzes von Lichtventilen, um Photoresists zu bestrahlen. Mehrfachstrahlüberstreichen bzw. Mehrfach strahlscanning, was auch als Mehrfachlichtpunktüberstreichen bzw. Mehrfachlicht punktscanning bekannt ist, ist im Stande der Technik bekannt und wird verwendet, um die Schreibgeschwindigkeit durch gleichzeitiges Bestrahlen von mehreren Merkmalen zu steigern. Der Grenzfaktor in beiden Technologien ist die Lichtleckage aus den Lichtventilen. Sogar wenn die Lichtventile ideal sind, erzeugt die begrenzte optische Auflösung von verfügbaren Bildlinsen ein zu dem Streulicht gleiches Problem, wie es vorstehend erläutert ist.

Es besteht Bedarf für Verfahren, die in der Lage sind, eine Resistschicht unter Verwendung von optischen Systemen mit geringem Kontrast und insbesondere von Lichtventilen mit geringem Kontrast zu bestrahlen. Es besteht darüber hinaus Bedarf, die erreichbare Auflösung bei der optischen Lithographie zu steigern. Weiterhin besteht Bedarf für Verfahren zum Abbilden bzw. Belichten von Photoresists auf Gegenständen, wie integrierten Schaltungen, Flachtafelanzeigeein richtungen und gedruckten Schaltungsplatinen oder die Notwendigkeit für teure Fotowerkzeuge. Der Begriff "Fotowerkzeuge" ist ein Oberbegriff für die Filme oder Glasmasken, die augenblicklich als Vorlagen für die Abbildung von Photoresists über Kontaktprojektion oder optische Projektion verwendet werden. Es besteht Bedarf für Abbildungsverfahren, welche eine größere Fokussiertiefe bereitstellen als es bei den augenblicklich verfügbaren, hochauflösenden Bestrahlungsmaschinen möglich ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Verletzung des Reziprozitätsgesetzes bei Thermoresists ermöglicht die vor liegende Erfindung. Da Thermoresists nicht die Strahlung integrieren und jede Streuwärme sich schnell auflöst bzw. verschwindet, ist es möglich, Thermoresists unter Verwendung von Lichtventilen mit geringem Kontrast (d. h. Licht mit hoher Leckage) abzubilden bzw. zu belichten. Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung Lichtventile verwendet, können andere Ausführungsbeispiele der Erfindung jede Multistrahlüberstreichungstechnik bzw. Multistrahlscanningtechnik einsetzen.

Optiken mit geringem Kontrast, die lineare Lichtventile mit geringem Kontrast umfassen, können verwendet werden, um hochauflösende Muster auf dem Ther moresist durch mehrfache Bestrahlung bzw. Belichtung des gleichen Bereiches, vor zugsweise durch Bestrahlung bzw. Belichtung von unterschiedlichen Merkmalen des Musters bei jeder Bestrahlung zu erzeugen. Da Thermoresists auf Temperatur reagieren und eine Bestrahlung nicht integrieren, wird das Streulicht beim Abbilden einzelner Merkmale nicht aufaddiert. Streuwärme wird zwischen den Bestrahlungen verschwinden. Das Verfahren ist insbesondere für das Abbilden bzw. Belichten von Thermoresists unter Verwendung von UV-Licht beim Herstellen von integrierten Schaltungen dienlich.

Demzufolge stellt ein Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum bildweisen Bestrahlen eines Resists bereit. Das Verfahren enthält das Bereitstellen eines Resists von der Art, welcher nicht dem Reziprozitätsgesetz folgt, und das Bestrahlen des Resists in zwei Schritten durch Abbilden eines ersten Merkmals auf einem Bereich des Resists und nach einer Zeitperiode, die ausreicht, Übergangswirkungen beim Abbilden des ersten Merkmals im wesentlichen verschwinden zu lassen, Abbilden eines zweiten Merkmals auf der Fläche des Resists. Vorzugsweise ist der Resist ein Thermoresist. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen enthält das Abbilden des ersten Merkmals das Führen eines Lichtstrahls über den Bereich und das Modulieren des Lichtstrahls gemäß einem ersten Datensatz. Das Abbilden des zweiten Merk mals enthält das Führen bzw. Scannen des Lichtstrahls über den Bereich und das Modulieren des Lichtstrahls gemäß einem zweiten Datensatz. Der Lichtstrahl kann ein Bild eines Lichtventils enthalten.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren für das bildweise Bestrahlen einer nichtplanaren bzw. nicht ebenen Resistschicht unter Verwendung von fokus sierbaren, optischen Systemen bereit. Das Verfahren enthält das Bereitstellen eines nicht ebenen Resists von der Art, welcher nicht dem Reziprozitätsgesetz folgt, den Schritt des Fokussierens des optischen Systems bei einer ersten Fokussierein stellung und den Schritt des Abbildens bzw. Belichtens der Resistoberfläche und dadurch Erzeugen von bestrahlten Flächen bzw. Bereichen in dem Photoresist in einer ersten Fokussierebene des optischen Systems und den Schritt des Fokussie rens der optischen Einstellung bei einer zweiten Fokussiereinstellung sowie den Schritt des Abbildens bzw. Belichtens der Resistoberfläche und dadurch Erzeugen von bestrahlten Flächen bzw. Bereichen in dem Photoresist in einer zweiten Fokussierebene des optischen Systems.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren

In den Zeichnungsfiguren, welche keine einschränkenden Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergeben, ist:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch einen Photoresist, der durch ein be kanntes Verfahren bestrahlt wird, wobei Fig. 1 den Auflösungsverlust bei dem bekannten Abbilden bzw. Belichten wiedergibt, welcher auftritt, wenn ein Photoresist dem Reziprozitätsgesetz folgt;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht durch einen Photoresist, der gemäß einem Verfahren der Erfindung bestrahlt wird, wobei Fig. 2 schematisch die gesteigerte bzw. erhöhte Auflösung zeigt, welche durch Mehrfachbestrah lungen unter Verwendung eines Thermoresist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ermöglicht wird;

Fig. 3 eine räumliche Darstellung einer Thermoresist-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine räumliche Darstellung eines nicht ebenen Photoresists auf einem Substrat, der durch ein bekanntes Verfahren bestrahlt wird;

Fig. 5A eine räumliche Darstellung einer nicht ebenen Thermoresistschicht, nachdem sie bei einer Fokussiereinstellung bestrahlt worden ist;

Fig. 5B eine räumliche Darstellung einer nicht ebenen Thermoresistschicht, wenn sie bei einer anderen Fokussiereinrichtung bestrahlt wird; und

Fig. 5C eine räumliche Darstellung einer nicht ebenen Thermoresistschicht, wenn diese in zwei Durchgängen bestrahlt wird, mit einem ersten Durchgang bei der Fokussiereinstellung gemäß der Fig. 5A und einem zweiten Durchgang bei der Fokussiereinstellung der Fig. 5B.

Beschreibung

Eine Vorrichtung zum Ausführen der Erfindung ist schematisch in Fig. 3 gezeigt. Eine Lichtquelle, vorzugsweise ein Laser 13, beleuchtet bzw. bestrahlt ein lineares Lichtventil 11. Das Lichtventil 11 wird durch eine Linse 8 auf einem Substrat 12 abgebildet, welches mit einer dünnen Schicht eines Thermoresists 9 bedeckt ist. Wie es im Stand der Technik bekannt ist, enthält das Lichtventil 11 eine Reihe von einzeln ansprechbaren bzw. adressierbaren Elementen, welche wiederum durch Daten, die von einer geeigneten Steuereinrichtung (nicht gezeigt) zugeführt werden, ein- oder ausgeschaltet werden können.

Eine Relativbewegung wird zwischen dem Bild des Lichtventils 11 und dem Sub strat 12 in zwei Dimensionen erzeugt. Beispielsweise kann eine derartige Bewegung durch Anordnen des Substrats 12 auf einer zweidimensionalen, mechanischen Bühne 13 erzeugt werden, mit einer Gleiteinrichtung 14, die das Substrat in die X- Richtung bewegt, und einer Gleiteinrichtung 15, die das Substrat in die Y-Richtung bewegt. Weitere Details einer derartigen Vorrichtung finden sich in dem US-Patent Nr. 5,208,818.

Wenn das Substrat 12 flexibel ist, kann es um die Außenseite eines Zylinders gewickelt werden und in der gleichen Weise überstrichen bzw. gescannt werden, wie die meisten zylindrischen Laserplotter arbeiten. Dies ist mit dünnen, gedruckten Schaltungsplatinen möglich. Durch geeignetes Bewegen des Substrats 12 relativ zu dem Licht, welches von dem Lichtventil 11 einfällt, kann die gesamte Fläche des Substrats 12 belichtet bzw. abgebildet werden. Vorzugsweise wird der Bereich des Substrats 12 durch kontinuierliche oder sich überlappende Streifen 16 abgedeckt. Für überlappenden Streifen (d. h. Mehrfachstrahlung von jedem Bereich) werden die Verfahren, welche in dem US-Patent Nr. 5,208,818 offenbart sind, bevorzugt. Wie es im Stand der Technik bekannt ist, kann das Geschwindigkeitsprofil in die schnelle Überstreichrichtung bzw. Scannrichtung sinusförmig sein oder jedes andere geeignete Geschwindigkeitsprofil kann verwendet werden.

Heutzutage werden Thermoresists im allgemeinen unter Verwendung von sichtbarer Strahlung oder IR-Strahlung bestrahlt. Jedoch ist bei dem bevorzugten Aus führungsbeispiel der Laser 13 ein UV-Laser, wie ein frequenzvervierfachender YAG- Laser, der bei 266 nm arbeitet. Dies ist erwünscht, um die höhere Auflösung des UV-Lichtes mit der gesteigerten Auflösung zu kombinieren, die durch die Erfindung bereitgestellt wird. Ein Thermoresist, der durch UV-Licht bestrahlt worden ist, wirkt noch als ein Thermoresist, d. h. er folgt nicht dem Reziprozitätsgesetz. Das UV- Licht wird als eine Wärmequelle verwendet.

Für die Herstellung von flachen Anzeigeeinrichtungen und gedruckten Schaltungs platinen, kann der Laser 13 entweder ein IR-Laser oder ein Laser mit sichtbarem Licht sein, da bei diesen Anwendungen die erforderliche Auflösung typischerweise geringer ist. Eine Laserdiode, die bei 830 nm arbeitet, ein YAG-Laser, der bei 1064 nm arbeitet, oder ein frequenzduplizierender YAG-Laser, der bei 532 nm arbeitet, können sämtlich als Beispiel verwendet werden. Jedes geeignete Licht ventil kann alternativ eingesetzt werden. Die am meisten geeigneten Lichtventile für diese Erfindung sind lineare, mikrobearbeitete Lichtventile, wie sie von der Silicon Light Machines Inc. (Sunnyvale, CA) verfügbar sind.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Das Lichtventil 11 weist die Merkmale 1, 3 auf, die eingeschaltet sind (jedes Merkmal kann ein einzelnes Pixel oder mehrere Pixel sein). Das Beleuchtungsprofil, daß durch diese Merkmale an dem Lichtventil erzeugt wird, ist durch 1' und 3' gekennzeichnet. Es ist zu bemerken, daß sich der Beleuchtungspegel bzw. die Bestrahlungsstärke von I₁ zu I₂ ändert, wenn das Merkmal eingeschaltet wird, jedoch nicht auf 0 infolge des Leckagelichts I₁ des Lichtventiles fällt. Das Verhältnis I₂/I₁, wird manchmal als das "EIN-/AUS- Verhältnis" oder als "Kontrastverhältnis" des Lichtventiles bezeichnet. Es ist üblicherweise schwierig, den Photoresist mit einem Lichtventil in geeigneter Weise zu bestrahlen, wenn dieses Verhältnis geringer als 100 : 1 ist. Dies deshalb, da der Photoresist das Leckagelicht integrieren wird. Wenn ein Thermoresist verwendet wird, ist die Wirkung dieses Leckagelichtes beseitigt, da jedes Lichtniveau bzw. jeder Lichtpegel, welches bzw. welcher unzureichend ist, den Resist über seine Schwellwerttemperatur zu erwärmen, den Resist nicht beeinflussen wird. Im Gegensatz hierzu können erfindungsgemäß Verhältnisse von weniger als 100 : 1 oder sogar weniger als 10 : 1 verwendet werden. Nachdem das Licht ausgeschaltet worden ist, verschwindet die durch die Lichtbestrahlung hervorgerufene Wärme schnell.

Eine noch bessere Wirkung kann durch Bestrahlen des Thermoresists in mehreren Stufen bzw. Durchgängen erzielt werden. Beispielsweise wird nur Merkmal 1 bei dem ersten Durchgang ermöglicht bzw. erzeugt. Dies vermeidet überlappendes Licht von zwei Merkmalen über seine Schwellwerttemperatur. Das Merkmal 1 wird auf dem Thermorsist 9 durch die Linse 8 abgebildet, um ein Temperaturprofil 2 zu bilden. Sämtliche Punkte des Profils 2, die die Schwellwerttemperatur 10 über schreiten, werden den Resist 9 bestrahlen. Übliche Bestrahlungen des Resists 9 ändern die Lösbarkeit des Resists 9 in einigen Lösungsmitteln (machen ihn mehr lösbar, wenn der Resist 9 ein positiver Resist ist, und weniger lösbar, wenn der Resist 9 ein negativer Resist ist). Sämtliche Punkte des Temperaturprofils 2, bei denen die Temperatur unterhalb des Schwellwertes 10 liegt, werden keine perma nente Wirkung auf den Resist haben, solange der Wärme ermöglicht wird, zu ver schwinden, bevor eine zweite Bestrahlung stattfindet. Dies ändert das Profil 2 in ein effektives Profil b, welches mehr eintaucht bzw. steiler ist und keine Wirkung des Streulichtes I₁, zeigt.

Da die meisten Thermoresistschichten 1-2 µm dick sind, liegt ihre Wärmezeitkon stante im Bereich von 1 ms. Um dem Streulicht zu ermöglichen, zu verschwinden, wird eine Verzögerung von einigen Zeitkonstanten verwendet, bevor der zweite Durchgang ausgeführt wird. Bei dem zweiten Durchgang wird das Abbildungs merkmal 3 ermöglicht bzw. erzeugt, um ein Temperaturprofil 4 auf dem Resist 9 zu erzeugen. Jede Wirkung des Profils 2 ist verschwunden. Das effektive Profil 5' bildet einen bestrahlten Bereich 7 auf dem Thermoresist. Die Erzeugung des Bereiches 7 wird nicht durch die Markierung 6 beeinflußt und beeinflußt die Markierung 6 nicht, die bei der vorausgegangenen Bestrahlung gebildet worden ist. Jede Auflösungseinschränkung der Linse 8, die Streulicht hervorrufen kann, besitzt keine Wirkung, da nur ein einzelnes Merkmal 3 ermöglicht bzw. erzeugt wird und jede Streuwärme vom Merkmal 1, welche vorher die Stelle der Markierung 7 erreicht haben kann, verschwunden ist. Dies ermöglicht Markierungsbereiche 6, 7 mit einer hohen Auflösung in einer Weise, welche im wesentlichen immun gegen über Leckagelicht aus dem Lichtventil 11 ist und welche die Auflösungsgrenzen der Linse 8 verbessert.

Wenn die Kurven 2, 3 nicht über die Schwellwerte 10, 10' hinaus gehen, wird keine Markierung erzeugt, sogar nach wiederholten Bestrahlungen. Der Schwellwert 10' ist identisch zu dem Schwellwert 10, da die beiden Durchgänge bei unter schiedlichen Zeiten, jedoch auf dem gleichen Bereich bzw. auf der gleichen Fläche ausgeführt werden.

Es ist zu bemerken, daß die räumliche Auflösung (d. h. die Zahl der Merkmale pro Einheitsbereich bzw. Einheitsfläche) jeder Bestrahlung verringert werden kann, während die Gesamtauflösung die Summe der verwendeten Auflösungen ist.

Beispielsweise können eine beliebige Zahl von Merkmalen bei einem Durchgang bestrahlt werden und die gleiche Zahl von Merkmalen im nachfolgenden Durchgang, da es keine Wechselwirkung zwischen aufeinanderfolgenden Bestrahlungen gibt.

Der zuletzt genannte Effekt kann für einen weiteren Vorteil verwendet werden, wie es in den Fig. 4, 5 gezeigt ist. Fig. 4 gibt wieder, wie die bekannten Resistbestrah lungsverfahren durch ein nicht ebenes Substrat beeinflußt werden. Ein nicht ebenes Substrat 12 wird mit einem Photoresist 9 abgedeckt und in einer Vorrichtung ähnlich der in Fig. 3 gezeigten belichtet. Die Abweichung von der Ebenheit muß nicht groß sein, um ein Problem hervorzurufen. Wenn die Linse 8 auf das Substrat 12 an einem Punkt fokussiert wird, werden alle Punkte darüber oder darunter außerhalb der Fokussierung sein, was einen Verlust bei der Bildauflösung hervorruft. Im Ergebnis kann ein derartiger Auflösungsverlust schmale bzw. enge Linie verbreitern sowie verschmelzen und/oder schmale Lücken zwischen den Merkmalen können verschwinden. Wenn das gleiche Substrat wieder mit einer unterschiedlichen Fokussiereinstellung belichtet wird, wird sämtliche Bestrahlung, die absorbiert wurde, jedoch nicht den Schwellwert erreicht hat, mit der neuen Bestrahlung aufaddiert und zerstört das Bild. Wenn integrierte Schaltungen herge stellt werden, ist die Fokussiertiefe üblicherweise geringer als 1 µm infolge der großen numerischen Apertur der verwendeten Linse 8. Eine Abweichung von 1 µm kann durch den Aufbau von unteren Schichten hervorgerufen werden. Heutzutage wird ein CMP-Prozess (Chemical-Mechanical Polishing) verwendet, um die Silici umwafer wieder in einen ebenen Zustand zu bringen.

Die vorliegende Erfindung löst diese Problem durch Verwendung eines Thermore sists für die Maskierung und die Belichtung bzw. Abbildung des Thermoresists mehrere Male hintereinander, wobei jedes Bild mit einer unterschiedliche Fokussier einstellung behandelt wird. Dies ist in den Fig. 5A bis 5C gezeigt. In Fig. 5A überschreiten nur die Linien 6, 7, welche sich im Fokus befanden bzw. welche fokussiert werden, die Schwellwerttemperatur und werden sauber belichtet bzw. abgebildet. Die außerhalb des Fokussierbereiches liegenden Flächen erreichen nicht die Schwellwerttemperatur und die Wärme verschwindet. Fig. 5B zeigt das Ergeb nis des Belichtens bzw. des Abbildens des gleichen Substrats mit einer unter schiedlichen Fokussiereinstellung. Nur die Abschnitte der Merkmale 6, 7, die sich in dem Fokussierbereich befinden, wurden bei der neuen Fokussiereinstellung belichtet bzw. abgebildet. Fig. 5C zeigt das belichtete bzw. abgebildete Substrat der Fig. 5A, welches mit der Fokussiereinstellung der Fig. 5B wieder belichtet bzw. abgebildet worden ist. Sämtliche Merkmale, die sich außerhalb des Fokussierbe reichs bei der ersten Bestrahlung befanden, befinden sich im Fokussierbereich während der zweiten Bestrahlung, wobei das Bild der Merkmale 6, 7 vervollständigt wird. Mehr als zwei Bestrahlungen können erforderlich sein, falls die Abweichungen von der Ebenheit groß sind. Solange die Änderungen in der Fokussierung zwischen den sich überlappenden Bestrahlungen geringer als die Fokussiertiefe der Bestrahlung ist, kann die vollständige Fläche des Substrats 12 belichtet bzw. abgebildet werden.

Das Ausführen mehrerer Bestrahlungen bei unterschiedlichen Fokussiereinstellungen kann mit dem vorstehend erläuterten Verfahren des Beleuchtens von alternativen Merkmalen auf alternative Bestrahlungen kombiniert werden. Wenn beispielsweise die Merkmale 1, 3 in Fig. 2 mit einer maximalen Auflösung auf einem nicht ebenen Substrat belichtet bzw. abgebildet werden müssen, können vier oder mehr Bestrah lungen wie folgt verwendet werden:
Erste Bestrahlung: Merkmal 1 bei der ersten Fokussiereinstellung
Zweite Bestrahlung: Merkmal 3 bei der ersten Fokussiereinstellung
Dritte Bestrahlung: Merkmal 1 bei der zweiten Fokussiereinstellung
Vierte Bestrahlung: Merkmal 3 bei der zweiten Fokussiereinstellung.

Dieses Verfahren ist nicht auf Thermoresists beschränkt, sondern kann mit anderen Resists eingesetzt werden, welche nicht dem Reziprozitätsgesetz folgen. Für schwierige, integrierte Schaltungsarbeiten werden die vorstehenden Verfahren in Verbindung mit UV-Licht verwendet. Für geringwertigere Belichtungen bzw. Abbildungen, wie bei gedruckten Schaltungsplatinen, ist ein einzelner Durchgang unter Verwendung von IR-Licht ausreichend. Während UV-Licht bei der Erfindung verwendet wird, sollte ein UV-aktivierter Thermorsist nicht mit einem regulären UV- Photoresist verwechselt werden. UV-Photoresists arbeiten auf einem Fotonen prinzip. Das Bestrahlen des Photoresists folgt dem Reziprozitätsgesetz. Das UV- Licht, welches zum Belichten eines Thermoresists verwendet wird, wird in Wärme umgewandelt, in dem es in dem Thermoresist absorbiert wird, und die Bestrahlung fällt nicht unter das Reziprozitätsgesetz.

Da Thermoresists nicht unter das Reziprozitätsgesetz fallen, ist die Bestrahlungszeit kritischer (eine geringe Bestrahlung für eine lange Zeit zeigt kein Wirkung). Höhere Bestrahlungen können für kürzere Zeiten eingesetzt werden. Wenn jedoch die Bestrahlung zu groß ist, wird der Thermoresist ablatiert werden, anstatt nur über die Schwellwerttemperatur, wie gewünscht, erhitzt zu werden. Die untere Grenze der Bestrahlungszeit ist die Ablation des Thermosresists. Dies passiert üblicher weise bei Energiedichten von ca. 1000 kW/cm². Die Ablation ist üblicherweise unerwünscht, da sie Trümmer bzw. Schutt oder Abfall erzeugt (sofern der Thermorsist für einen Einsatz in der Ablation gestaltet worden ist). Die obere Grenze der Bestrahlungszeit wird durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der die Wärme in das Substrat verschwindet. Dies wird durch die Wärmezeitkonstante des Thermoresists bestimmt. Bei den meisten Thermoresists ist die obere Grenze der Bestrahlungszeit 100 Mikrosekunden (für eine 1 µm starke Schicht) und die ent sprechende Energiedichte unter 100 kW/cm².

Obwohl bestehende Thermoresists eine Absorbierfarbe mit einer maximalen Absorbtionsfähigkeit in dem Infrarotbereich aufweisen, werden keine neuen Farben für die Verwendung in dem IR-Bereich notwendig, da die meisten dieser Farben, ebenso wie die Polymere, die beim Herstellen des Resists verwendet werden, im hohen Maße UV ebenfalls absorbieren. Dies trifft insbesondere für einen Betrieb bei 266 nm zu, wo die meisten Materialien stark absorbieren. Daher kann die gleiche Thermoresistszusammensetzung, die im IR-Bereich verwendet wird, 266 nm und andere UV-Wellenlängen verwenden.

Beispiel

Eine kupferverkleidete innenliegende Schicht einer gedruckten Schaltungsplatine wurde mit einem Difine 4LF Thermoresist durch Tauchbeschichten beschichtet. Ein Muster aus 1 Pixel-EIN und 1 Pixel-AUS wurde auf einem Creo™ Trendsetter™ abgebildet, der mit 2400 dpi arbeitet, sowie ein 2 Pixel-EIN-/2 Pixel-AUS-Muster. Jedes Pixel betrug ca. 10,6 µm (1/2400 II). Nach dem Abbilden bzw. Belichten wurde der Resist gemäß dem Datenblatt unter Verwendung eines Standardent wicklers entwickelt. Der Trendsetter™ ist von der Creo Products Inc. (Vancouver, Canada) und der Define 4LF-Thermoresist von der Creo Ltd. (Lod, Israel) verfügbar. Der Trendsetter™ verwendet ein Lichtventil. Die Lichtleckage wurde auf 5% einge stellt. Sogar bei dieser verhältnismäßig hohen Lichtleckage wurde das 2 Pixel-EIN-/2 Pixel-AUS-Muster bei einer einzelnen Bestrahlung scharf abgebildet bzw. belich tet, was weit über die Ergebnisse reichte, welche mit Photoresists erzielt wurden. Das 1 Pixel-EIN-/l Pixel-AUS-Muster wurde aufgebrochen. Wenn das 1 Pixel-EIN-/1 Pixel-AUS-Muster in zwei Durchgängen belichtet bzw. abgebildet wurde, bestand jeder Durchgang aus 1 Pixel-EIN-/3 Pixel-AUS mit den Durchgängen versetzt um 2 Pixel (d. h. ungerade Linien wurden bei einem Durchgang abgebildet bzw. belichtet und gerade Linien beim zweiten Durchgang) ein gutes 1 Pixel-EIN-/1 Pixel-AUS- Muster wurde erzielt.

Wie es für den Fachmann im Lichte der vorstehenden Offenbarung ersichtlich ist, sind viele Änderungen und Modifikationen bei der Durchführung dieser Erfindung möglich, ohne das man sich von dem Geist oder der Reichweite der Erfindung entfernt. Demzufolge wird der Geist der Erfindung in Übereinstimmung mit der Substanz definiert, der durch die folgenden Ansprüche festgelegt ist.

Claims

1. Verfahren zum bildweisen Bestrahlen eines Resists, welches die folgenden Schritte enthält:
Bereitstellen eines Resists von der Art, welcher nicht dem Reziprozitäts gesetz folgt, und Bestrahlen des Resists durch:

a) Belichten eines ersten Merkmals auf einer ersten Fläche des Resists und
b) nach einer Zeitperiode, die ausreicht, um Übergangswirkungen von dem Belichten des ersten Merkmals im wesentlichen verschwinden zu lassen, Belichten eines zweiten Merkmals auf der Fläche des Resists.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Resist ein Thermorsist ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Belichtens des ersten Merkmals das Führen eines Lichtstrahls über die Fläche und das Modulieren des Lichtstrahls gemäß einem ersten Datensatz enthält und bei dem der Schritt des Belichtens des zweiten Merkmals das Führen des Lichtstrahls über die Fläche und das Modulieren des Lichtstrahls gemäß einem zweiten Datensatzes enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Schritt des Führens des Lichtstrahls über die Fläche den Schritt des Bestrahlens eines Lichtventils mit einer Lichtquelle und den Schritt des Bildens eines Bildes des Lichtventiles auf dem Resist enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Fläche eine Überlappungsfläche zwischen zweimaligen aufeinanderfolgenden Führen eines Lichtstrahls über den Resist enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, bei dem der Lichtstrahl einen Strahl aus einem Infrarotlaser enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, bei dem der Lichtstrahl einen Strahl aus sichtbarem Licht aus einem Laser enthält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, bei dem der Lichtstrahl einen Strahl eines Ultraviolettlichts aus einem Laser enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Laser eine frequenzvervierfachender YAG Laser ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Schritt des Belichtens des ersten Merkmals mit einer gegenüber dem Schritt des Belichtens des zweiten Merkmals unterschiedlichen Fokus siereinstellung ausgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Belichtens des ersten und des zweiten Merkmals mit einem fokussierbaren, optischen System ausgeführt wird und bei dem der Resist nicht eben ist, wobei der Schritt des Belichtens des ersten Merkmals enthält:

a) Fokussieren des optischen Systems mit einer ersten Fokussiereinstel lung und Belichten der Resistoberfläche, wodurch bestrahlte Bereiche in dem Photoresist in einer ersten Fokussierebene des optischen Systems erzeugt werden, und
b) Fokussieren des optischen Systems mit einer zweiten Fokussierein stellung und Belichten der Resistfläche, wodurch bestrahlte Bereiche in dem Photoresist in einer zweiten Fokussierebene des optischen Systems erzeugt werden.

12. Verfahren zum bildweisen Bestrahlen einer nicht ebenen Resistschicht und Verwendung eines fokussierbaren optischen Systems, welches enthält:

a) Bereitstellen eines nicht ebenen Resists von der Art, welcher nicht dem Reziprozitätsgesetz folgt,
b) Fokussieren des optischen Systems mit einer ersten Fokussiereinstel lung und Belichten der Resistoberfläche, wodurch bestrahlte Bereiche in dem Photoresist in einer ersten Fokussierebene des optischen Systems erzeugt werden, und
c) Fokussieren des optischen Systems mit einer zweiten Fokussierein stellung und Belichten der Resistfläche, wodurch bestrahlte Bereiche in dem Photoresist in einer zweiten Fokussierebene des optischen Systems erzeugt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Resist ein Thermoresist ist.

14. Verfahren zum bildweisen Bestrahlen eines Thermoresists unter Ver wendung eines linearen Lichtventils mit adressierbaren Elementen, von denen jedes einen EIN-Zustand und einen AUS-Zustand besitzt, einer Laserquelle, welche das Lichtventil bestrahlt, einem optischen System, welches ein Bild des Lichtventiles auf dem Thermoresist erzeugt, und Mittel zum Bewegen des Bildes des Lichtventiles gegenüber dem Thermoresist, wobei das Verfahren das Bewegen des Bildes des Lichtventiles gegenüber dem Thermoresist enthält, während die adressierbaren Elemente des Lichtventiles gesteuert werden, um wahlweise den Thermoresist zu bestrahlen, wobei eine Lichtleckage aus den adressierbaren Elementen nicht ausreicht, den Thermoresist auf eine Temperatur zu erwärmen, die eine Schwellwerttemperatur für den Photoresist übersteigt, wenn sich die adressierbaren Element in ihrem AUS-Zustand befinden.

15. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Verhältnis der Lichtintensitäten, die durch die adressierbaren Elemente erzeugt werden, wenn sich diese in ihrem EIN-Zustand befinden, zu den Lichtintensitäten, die durch die adressierbaren Elemente erzeugt werden, wenn sich diese in ihrem AUS-Zuständen befinden, geringer als 100 : 1 ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Verhältnis geringer als 10 : 1 ist.

17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches beim Herstellen von integrierten Schaltungen verwendet wird.

18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches beim Herstellen von gedruckten Schaltungsplatinen verwendet wird.

19. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches beim Herstellen von flachen Anzeigeeinrichtungen verwendet wird.