Диссертация (Информационная система поддержки принятия решений при проектировании процесса ультрафиолетовой литографии), страница 3

Отисточника излучения до системы управления лучом, состоящей из затворов иповоротныхзеркалпроекционныйдоходитобъективлишь30%попадаетиспускаемогоизлучения.Наизлученияисточника,а11%полупроводниковая подложка с фоторезистом получает лишь 4% первоначальнойэнергии [2].Изготовлениефотошаблонавысокогоразрешения,такжеобладаетзначительно трудоёмкостью. Фотошаблон обычно изготавливается методамиионной и электронной литографии [3].Ктехнологическомупроцессуультрафиолетовойлитографии,предъявляются высокие требования по чистоте производственных помещений.3. Экспонирование в системах с экстремальным характеристическимизлучениемДанный метод базируется на использовании в проекционной системеэкстремальногофокусировкиультрафиолетовоготакогоизлученияизлученияприходитсяимягкогоотказатьсяотрентгена.Длятрадиционнойпропускающей оптики в проекционном объективе и использовать в качествефокусирующих элементов многослойные зеркальные линзы.Одним из центральных моментов здесь можно считать создание зеркал,обладающих весьма высоким коэффициентом отражения в ЭУФ и мягкой20рентгеновской части электромагнитного излучения.

Для этого используетсямногослойноебрэгговскоепокрытиенаатомарно–гладкойповерхностимассивной подложки с заданной кривизной. На рисунке 1.1.5. приведена типичнаязависимость коэффициента отражения от длины волны для одной из наиболееэффективных систем. На многослойных брэгговских зеркалах Mo–Si в настоящеевремя, достигнут коэффициент отражения, приближающийся к R = 70% при13.4 нм (теоретическое Rmax ~ 74–78%) [3].Рис. 1.1.5. Типичный спектр отражения „брэгговского" зеркала на примеремногослойной системы Mo–Si.Существуют другие эффективные решения, обеспечивающие R > 60%, новсе они относятся к диапазону длин волн 10–15нм с абсолютным теоретическиммаксимумом в районе 13.4нм.

Это и есть основная причина, по которой всеразработки сосредоточены на использовании именно этой длины волны.Источником ЭУФ обычно является лазерная плазма, генерируемаяимпульсным излучением мощного частотного лазера, сфокусированным нанекоторую мишень. Оптическая система и шаблон создаются по принципамотражательнойрентгеновскойоптикисмногослойнымибрэгговскимипокрытиями, наносимыми на атомарно–гладкие поверхности: плоские (ЭУФ21шаблон), или расчетной кривизны (объектив и конденсор). При этом увеличеннаяв несколько раз топология изделия гравируется в поглощающем слое наповерхности шаблона традиционными методами субмикронной фотолитографииили электронолитографии остросфокусированным пучком.Рис.

1.1.6. Обобщенная схема ЭУФ нанолитографа с „лазер–плазменным"источником излученияДля экспонирования поверхность полупроводниковой подложки, накоторой формируется поэтапно каждый слой топологии интегральной схемы,покрывается специальным слоем, играющим роль ЭУФ резиста. Схематически, вобщих чертах, структура нанолитографа изображена, как на рисунке 1.1.6. Весьнанолитограф можно рассматривать как состоящий из четырех главных блоков: 1)источник ЭУФ излучения, освещающий маску; 2) узел маски, несущий вувеличенном виде изображение слоя чипа; 3) оптическая система, формирующаяизображение; 4) узел образца с нанесенным поверх образца ЭУФ фоторезистом.221.1.2.

Технологический процесс ультрафиолетовой литографииРассмотрим основные этапы технологического процесса ультрафиолетовойлитографической технологии.1.Очистка поверхности подложки и подготовка к формированию резистногорельефа. Этот процесс в англоязычной литературе получил название прайминг(priming). В современном литографическом процессе этот этап состоит измеханической (в том числе и ультразвуковой) обработки, химических обработок,удаляющих органические загрязнения, плазмохимического травления тонкихслоев (если это допустимо для активных слоев), обработкой в парахгексаметилдисилазана.2.Нанесение слоя фоторезиста на поверхность подложки и его сушка.

Обычноэту операцию осуществляют при помощи нанесения капли фоторезиста на быстровращающуюсяфотолитографияподложку,проводитсязакрепленнуюнанаподложкахроторесцентрифуги.развитойЕслитопологией,еепредварительно планаризуют (выравнивают), например, при помощи нанесенияслоя легкоплавкого покрытия или полимеризованного в плазме мономера [4].Иногда используют нанесение фоторезиста из его аэрозоля. Сушка необходимадля удаления остатков растворителя.

Правильный выбор ее режимов позволяетуменьшить дефектность слоя и улучшить воспроизводимость результатовфотолитографии.3.Избирательное экспонирование фоторезиста УФ светом. Такую операциюможно осуществить облучением светочувствительного слоя через фотошаблон. Взависимости от способа проектирования рисунка в плоскость фоторезистаразличают контактные и бесконтактные (проекционные) методы литографии.4.Пострадиационная термическая обработка облученного резистного слоя.При такой обработке улучшаются функциональные характеристики резистныхмасок, прежде всего их контрастность при проявлении.

Кроме того, правильно23выбранный режим пострадиционной обработки позволяет "залечивать" дефектыфоторезистныхмасокзасчетрелаксациимеханическихнапряжений,возникающих за счет структурных перестроек фоторезистных слоев во время ихэкспонирования.5.Проявление изображения в слое резиста (например, избирательное удалениеэкспонированных участков – в случае позитивно работающих или позитивныхрезистов или избирательное удаление неэкспонированных участков – в случаенегативно работающих или негативных резистов) является центральной стадиейфотолитографии. Оно чаще всего определяет функциональные характеристикирезистных масок, а также технологические параметры микролитографии. Следуетотметить, что в последние годы наметилась тенденция отказа от стадий,связанных с обработками в жидкостях, прежде всего, при удалении резистноймаски, при селективном травлении активных слоев и на стадии проявления.При проявлении используется разница в устойчивости экспонированных инеэкспонированных участков слоя фоторезиста по отношению к действиюпроявляющего химического вещества (агента) или физического воздействия(например, нагревания).

Различаются два типа фоторезистов: если припроявлении экспонированные слои удаляются лучше, чем неэкспонированные,говорят о позитивном фоторезисте, в противном случае фоторезист являетсянегативным.6.Термическая обработка полученной резистной маски для улучшения ееэксплуатационных характеристик. Такая обработка повышает, прежде всего,защитные свойства фоторезиста, а также его дефектность.Часто процесс фотолитографии дополняется двумя стадиями.7.Модификацией поверхностных слоев материала подложки (вытравливаниеобъемных структур, легирование материала подложки, нанесение на открытыеучастки подложки различных материалов и т.д.) через сформированные на ееповерхности резистные маски.248.Удалениерезистноймаскисповерхностиподложки(заготовкиполупроводникового прибора) [5].

Ранее эту стадию проводили при помощиобработки резистной маски в сильных окислителях. Однако, в последние 20-30лет практически все производители компонентов микроэлектроники перешли наиспользование травления в плазме ионизированного газа.Основными материалами для осуществления литографических процессовслужат фоторезисты.Фоторезистами называются химические вещества или их смеси, из которыхформируются пленки, изменяющие под действием УФ света свои физикохимические свойства и предохраняющие защищаемую поверхность подложки отвоздействия на ее материал агрессивных сред и физических объектов (например,плазмы, ионных потоков и т.п.).Согласноэтомуопределениюнаиболееважнымфункциональнымсвойством фоторезиста является его чувствительность к действию УФ света,иначе говоря - светочувствительность, S.

По определению светочувствительность- это величина, обратная дозе УФ света, поглощенной фоторезистом идостаточной для получения резистной маски при дальнейшем проявлении, иначеговоря,дозе,необходимойдляперевода фоторезиставнерастворимое(негативный резист) или растворимое (позитивный резист) состояние. Онаизмеряется в [см2∙вт-1∙с-1] = [см2∙дж-1].1(1.1.1)∙Здесь H – экспозиция (или доза) облучения УФ светом, [дж∙см-2],=1=I – интенсивность, [вт∙см-2], t – длительность облучения [с].Приведенное выше определение светочувствительности не являетсяоднозначным. Чтобы разобраться в сути этой неоднозначности, рассмотримзависимость толщины участков фоторезиста, экспонированных различнымидозами УФ света и проявленных обработкой в проявителе. Для определенностирассмотрим случай негативного фоторезиста [4,6].25Кривую, изображенную на (рис.

1.1.7), можно охарактеризовать припомощи следующих значений доз: Нпор., Н0.5 и Н1.0 . Здесь Нпор. – экспозиция,соответствующая началу формирования резистного рельефа и называемаяпороговой экспозицией или пороговой дозой. Н0.5 – Экспозиция, необходимая дляформирования рельефов с толщиной, равной половине толщины исходной пленкирезиста. Н1.0 – доза экспонирования, необходимая для воспроизведения толщиныисходной пленки фоторезиста полностью. При сравнении светочувствительностейразличных фоторезистов всегда необходимо конкретизировать, какое значение Ниспользовалось.Рис. 1.1.7 Зависимость толщины участков негативного фоторезиста,экспонированного различными дозами (экспозициями) УФ излучения ипроявленного обработкой в органическом растворителе.Фоторезист содержит светочувствительное вещество, поглощающее УФсвет с длинами волн из определенного интервала.

Определить этот интервалможно, исходя из спектров поглощения фоторезиста. Областью поглощениярезиста является область длин волн, когда оптическая плотность резистнойпленки не менее 0.2. Указанная область называется областью спектральнойчувствительности фоторезиста.26Естественно, что в зависимости от длины волны фоторезист будетпоглощать свет поразному.

Различаться будут и дозы экспонирования,необходимые для формирования на стадии проявления пленки, толщина которойсоставляет некоторую долю от исходной.Следующим важным свойством резистов является их разрешающаяспособность. Ее определяют как способность резиста к созданию резистной маскисзаданнымиспособностьминимальнымизадаетсякакразмерамичислоэлементов. Частолинийравнойширины,разрешающаяразделенныхпромежутками такой же ширины и умещающихся в 1 мм.Следует различать разрешающую способность фоторезиста и разрешающуюспособность процесса литографии с его использованием.