Физико-технические основы систем переноса изображения на эффекте обращения волнового фронта для микроэлектронной техн (1024968), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Изменения в структуре резиста, происходящие при освещении его излучением изображения шаблона, обусловлены химической реакцией, происходящей между молекулами составляющих резиста и инициированной поглощением молекулой фотона излучения. В частности, при использовании широкораспространенных двухкомпонентных позитивных резистов, состоящих из полимерной основы и светочувствительной компоненты, при поглощении излучения светочувствительной компонентой в резисте происходит химическая реакция, приводящая к повышению растворимости в проявителе. Для засветки слоя резиста под поверхностью единичной площади требуется испустить на данный участок площади некоторое количество n фотонов, то есть осветить единичную площадь поверхности резиста соответствующей дозой излучения Es [Дж/см2]. Интенсивность падающего излучения I и время заветки t связаны формулой Es=It.
Как следует из [2], для проявления типичных резистов доза облучения светлого участка на пластине должна быть не менее чем в 2-3 раза больше дозы облучения темного участка. Таким образом, интенсивность падающего на светлый участок излучения должна быть не менее чем в 2-3 раза больше интенсивности излучения темного участка.
Предлагаются к рассмотрению 2 варианта конструкции отражательного шаблона.
Первый вариант конструкции отражательного шаблона
На рис. 1 изображена конструкция шаблона:
Рис. 1
Алюминиевые участки толщиной 0,6 мкм отражают падающее излучение c коэффициентом отражения по интенсивности RAl=0,92 на используемой длине волны 193 нм [36]. Данное значение толщины больше толщины скин-слоя металлов ~10нм, в котором формируется отраженная волна и поглощается поникающее излучение. Алюминий обладает наиболее высоким коэффициентом отражения на длине волны 193 нм среди возможных к применению металлов [36]. Темные участки из подрезистного антиотражающего покрытия ARC DUV 42/42P фирмы Brewer Science с толщиной 0,4 мкм обладают коэффициентом отражения по интенсивности RARC0,09.
Подрезистные антиотражающие покрытия широко применяются в современной литографии для улучшения профиля засвеченных участков резиста путем подавления отраженного пластиной света. Антиотражающие покрытия наносятся на пластину, как и резист, центрифугированием подающегося раствора. Снимается антиотражающее покрытие анизотропным травлением соответствующим веществом. Время жизни антиотражающих покрытий Brewer Science ARC DUV 30/30J составляет мимнмум 120 дней, что позволяет надеяться на приблизительно такое же время жизни выбранного антиотражающего покрытия ARC DUV 42/42P.
Покажем, что предлагаемый отражательный шаблон применим для процесса литографии. При построении изображения, вследствие дифракционного рассеяния света, отошедшего от отражательного шаблона, в плоскости предмета соберется не весь свет от шаблона, а только его часть, прошедшая через апертуру проекционной системы. Для контрастности изображения наихудшим является случай с изолированным светлым элементом на шаблоне с минимально разрешимым размером, так как угол дифракционного рассеяния света, отраженного от элемента, максимальный. Согласно рассчитаному ранее, минимальный размер элемента составляет 0,15 мкм. Рассмотрим интенсивность падающего на пластину излучения при формировании изображения такого элемента.
Пусть интенсивность падающего на шаблон излучения равна I. Далее, отраженное от элемента излучение с интенсивностью RAlI будет дифракционно уширяться. Синус угла первого дифракционного минимума 1 есть sin 1=λ/d0,19/0,15 >1, то есть приблизительно можно считать, что поток излучения по всем направлениям одинаков. Если бы собиралось все излучение, то интенсивность падающего на изображение элемента излучения была бы TсистRAlI, где Tсист- коэффициент пропускания по интенсивности излучения системой формирования изображения. Здесь приблизительно считается, что интенсивность на изображении равномерна. Но поскольку излучение собирается телесным углом зрения входного зрачка , то интенсивность падающего на изображение элемента излучения есть TсистRAlI(/2). Угол зрения входного зрачка от положения рассматриваемого элемента на шаблоне приблизительно равен углу зрения входного зрачка вх=68 от пересечения нормали к “центру масс” зрачка с плоскостью шаблона в рассмариваемой в главе 4.1 плоскости. Оценим , рассматривая схему, изображенную на рис. 2:
Рис. 2
Таким образом, интенсивность падающего на изображение элемента излучения составит 2TсистRAlItg2(вх/2)/≈0,27 TсистI.
Интенсивность падающего излучения на изображении темного участка вокруг элемента приблизительно равна TсистRARCI≈0,09TсистI.
Следовательно, интенсивность излучения на изображении элемента в 0,27/0,09=3 раза больше интенсивности излучения на темном участке, что удовлетворяет приведенному условию по контрастности изображения и предлагаемый шаблон соответствует требованиям литографии.
Для изготовления отражательного шаблона предлагается метод, состоящий из нескольких операций технологии изготовления интегральных схем на кремниевой пластине, схематично изображенный на рис. 3.
Рис. 3
Примечания:
Толщина пластины составляет порядка 500 мкм.
На нанесенном алюминии образуется слой окисла Al2O3 толщиной 20-30 нм, но сапфир прозрачен на 193 нм.
Операции 1, 5, 8 выполняются литографией. Возможными УСЭ могут являться: PAS 5500/900 (ASML), минимальный размером элемента ≤0,15 мкм или электронно-лучевая установка JBX-9300FS (JEOL Ltd.), минимальный размер формируемого элемента 20 нм. Для выполнения операции 8, окна в фоторезисте должны быть больше размеров элементов. Это необходимо для снятия антиотражающего покрытия с бортиков в структуре подложки.
Рис. 4
Существуют две разновидности подрезистных антиотражающих покрытий: планаризующие, которые сглаживают топологический рельеф подложки и конформные, слой которых повторяет рельеф подложки. Предлагаемое антиотражающее покрытие ARC DUV 42/42P является конформным; конформное покрытие было выбрано для того, чтобы в результате оно находилось внутри заполняемой канавки и не выступало из нее, что привело бы к ограничению распространения отраженного от алюминиевого участка света.
Возможно, что в результате выполнения операции 9 по снятию участков антиотражающего покрытия травлением будет повреждена поверхность низлежащего алюминия; в этом случае потребуется последующая полировка алюминия.
Второй вариант конструкции отражательного шаблона
Конструкция отражательного шаблона изображена на рис. 5:
Рис. 5
Как уже упоминалось, размеры шаблона могут составлять до 3030 мм. Высота кремниевой рамки есть толщина кремниевой пластины и приблизительно равна 500 мкм. Толщина слоя SiO2 1 мкм. Толщина участков из родия 0,3 мкм.
Принцип действия отражательного шаблона состоит в том, что, падающее излучение будет отражаться родиевыми участками (коэффициент отражения по интенсивности RRh=0,57 [36]) и почти не отражаться кварцевыми участками (коэффициент отражения по интенсивности RSiO2=0,04 [36]).
Родий был выбран как отражающий материал из-за того, что в предлагающейся ниже схеме технологии изготовления присутствует операция травления в щелочной среде KOH, которая воздействует на алюминий. Из приведенных в [36] коэффициентов отражения стойких к КОН металлов, а именно золота, платины и родия, родий обладает наибольшим коэффициентом отражения света.
Для анализа контрастности изображения воспользуемся рассуждениями для первого варианта конструкции отражательного шаблона. Таким образом, если на шаблон падает излучение с интенсивностю I, то для наихудшего по контрастности случая изолированного элемента интенсивность излучения на изображении элемента будет 2TсистRRhItg2(вх/2)/≈0,17TсистI, а интенсивность излучения на изображении темного участка вокруг элемента равна TсистRSiO2I≈0,04TсистI.
Следовательно, интенсивность излучения на изображении элемента в 0,17/0,04=4,3 раза больше интенсивности излучения на темном участке, что удовлетворяет условию по контрастности изображения.
Для изготовления шаблона предлагается метод, также состоящий из нескольких операций технологии изготовления интегральных схем на кремниевой пластине, изображенный на рис. 6.
Р
ис. 6
Кремниевая пластина выбрана с ориентацией кристаллической решетки 110 в вертикальном направлении.
Операции 2, 6 выполняются литографией. Для выполнения этих операций могут применяться способы, указанные для первого варианта отражательного шаблона. Перспективным способом может явиться какой-либо из двух методов оттисковой печати, которые описаны в диссертации в прочих технологяиях развития литографии.
Для формирования нескольких шаблонов на пластине, штамп последовательно прижимается на свободные участки. Существенно то, что не требуется высокая точность позиционирования штампа на пластине и формирование оттисков может быть выполнено гораздо более простой устанокой, чем УСЭ.
Термический отжиг в операции 4 обусловлен необходимостью снятия напряжения в родии и проводится при температуре 300-400С.
Поскольку скорость травления кристаллического кремния в вертикальном направлении 110 больше скорости травления в горизонтальных направлениях, то полученный в результате выполнения операции 8 профиль протравленного участка будет иметь наклонные боковые участки.
При изготовлении шаблонов по какому-либо из двух предлагаемых способов, на одной пластине можно формировать несколько шаблонов.
Шаблоны вырезаются стандартной операцией вырезанием кристаллов из пластины путем скрайбирования. При этом ширина кремниевой рамки (второй способ) должна быть достаточной для этой операции.
Сравнивая два предлагаемых варианта отражательного шаблона, можно сделать вывод, что несомненным достоинством первого варианта является прочность шаблона по сравнению с крайне хрупким вторым вариантом. Достоинствами второго варианта являются лучшая контрастность изображения и возможность выполнения операций литографии методом оттисковой печати.
Рассмотрим вопрос определения коэффициента отражения света от шаблона Кшаб. Пусть Кшаб равен коэффициенту отражения по интенсивности от отражательных участков шаблона, то есть, Кшаб=RAl или RRh в зависимости от варианта шаблона. Учитывая прочность шаблона и то, что у алюминия коэффициент отражения больше, чем у родия, предпочтение было отдано первому варианту. Таким образом,