ФОТОШАБЛОН ДЛЯ ФОТОЛИТОГРАФИИ Российский патент 1998 года по МПК H01L21/27 

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к устройствам для фотолитографических процессов, и может быть использовано при изготовлении микросхем.

Известны способы и устройства для фотолитографии, описанные в книгах О. Д. Парфенова "Технология микросхем".-М.: Высшая школа, 1986, с.90-127; В.Н. Черняева "Физико-химические процессы в технологии РЭА".-М.: Высшая школа, 1987, с. 296-298; в заявке Японии N 4-81856, H 01 L 21/027 "Шаблон для литографии", РЖ ИСМ 104-2-95. Экспонирование светочувствительного слоя фоторезиста проводят через фотошаблон с нанесенными на нем рисунками элементом микросхем без учета разнотолщинности светочувствительной пленки фоторезиста, нанесенной на подложку, которая связана со способом нанесения. Обычно фоторезист наносят на подложку методом центрифугирования. При этом в пленке фоторезиста наблюдается изменение толщины при перемещении от центра подложки к периферии (фиг. 1). Процесс экспонирования рассчитан на проработку участков пленки с максимальной толщиной. В этом случае участки с меньшей толщиной оказываются переэкспонированными, что приводит к изменению геометрических размеров элементов микросхем - при позитивном фоторезисте они уменьшаются, а при негативном фоторезисте они увеличиваются.

Известен способ фотолитографии с экспонированием через фотошаблон по заявке Японии N 5-48928, H 01 L 21/027 РЖ ИСМ 104-22-95, который заключается в избирательном экспонировании, учитывающем разнотолщинность пленки фоторезиста по подложке путем изменения длительности экспонирования периферийных и других участков, через фотошаблон с нанесенными на нем рисунками элементов микросхем, имеющими одинаковые геометрические размеры. Однако такое экспонирование сложно в проведении и требует дополнительной оснастки.

Для сравнительного анализа с предлагаемым техническим решением выбран фотошаблон для фотолитографии, известный из книги А.С.Березина, О.Р.Мочалкиной "Технология и конструирование интегральных микросхем".-М.: Радио и связь, 1983, с.70-73.

Фотошаблон для фотолитографии представляет собой прозрачную пластину с нанесенными на ней рисунками, состоящими из сочетания непрозрачных и прозрачных для света определенной длины волны участков, образующими топологию микросхемы, многократно повторенными в пределах поля пластины.

Такой фотошаблон в процессе фотолитографии переносит рисунок элемента микросхемы на поверхность подложки с нанесенной светочувствительной пленкой фоторезиста без учета ее разнотолщинности. Это приводит к искажению геометрических размеров элементов микросхем, что влияет на разброс электрических параметров и в конечном счете приводит к снижению процента выхода годных.

Цель изобретения - создание фотошаблона для фотолитографии, позволяющего увеличить процент выхода годных изделий с одной подложки.

Поставленная цель достигается тем, что на фотошаблоне, представляющем собой прозрачную пластину с рисунком элементов микросхем, многократно повторенных в пределах поля пластины, заданные геометрические размеры рисунка элементов предыскажены в соответствии с изменением толщины пленки фоторезиста, используемой для изготовления микросхемы, по следующей зависимости:
B_i = B_oi + (-1)^KC[d(r)],
где
B_i - геометрический размер (ширина) рисунка элемента на фотошаблоне;
B_oi - заданный геометрический размер рисунка;
K=1 - для негативного фоторезиста;
K=2 - для позитивного фоторезиста;
C - искажение геометрического размера рисунка;
d - толщина пленки фоторезиста;
r - радиальная координата.

При этом величина искажения геометрического размера рисунка определяется из выражения:

где
d_max - максимальная толщина фоторезиста;
λ -длина волны света;
B_oi - заданный геометрический размер рисунка;
h_k - величина, зависящая от типа фоторезиста и изменяется в пределах 0 < h_k < 1 и может быть скорректирована по результатам эксперимента;
d(r) - функция зависимости толщины пленки фоторезиста от радиальной координаты, определяется экспериментально для конкретной установки нанесения фоторезиста.

На фиг. 1 представлена графическая зависимость изменения толщины пленки фоторезиста при перемещении от центра подложки к периферии: d₀ - толщина пленки фоторезиста в центре подложки; d(r) - изменение толщины пленки фоторезиста по поверхности подложки.

На фиг. 2 представлена графическая зависимость изменения геометрического параметра (ширины элемента): I - для позитивного фоторезиста, II - для негативного фоторезиста.

На фиг. 3 изображены фотошаблон и подложка с фоторезистом, где 1 - прозрачная пластина, 2...7 - рисунки элементов микросхем, 8 - слой (пленка) фоторезиста, 9 - подложка с подслоем.

Рисунки элементов микросхем 2...7 расположены на прозрачной пластине 1 фотошаблона и предварительно искажены в соответствии с изменением толщины пленки фоторезиста 8, нанесенной на подложку 9, условно разделенную на две зоны А и Б: А - зона подложки с негативным фоторезистом, Б - зона подложки с позитивным фоторезистом. Геометрические размеры этих рисунков связаны соотношением:
B_i = B_oi + (-1)^KC[d(r)],
где
B_i - геометрический размер (ширина) рисунка элемента на фотошаблоне;
B_oi - заданный геометрический размер рисунка;
K=1 - для негативного фоторезиста;
K=2 - для позитивного фоторезиста;
C - искажение геометрического размера рисунка;
d - толщина пленки фоторезиста;
r - радиальная координата.

Для линейных искажений геометрического размера рисунка в полярных координатах справедливо следующее выражение:

где
d_max - максимальная толщина фоторезиста;
λ -длина волны света;
B_oi - заданный геометрический размер рисунка;
h_k - величина, зависящая от типа фоторезиста и изменяется в пределах 0 < h_k < 1 и может быть скорректирована по результатам эксперимента;
d(r) - функция зависимости толщины пленки фоторезиста от радиальной координаты, определяется экспериментально для конкретной установки нанесения фоторезиста.

Изменение толщины пленки фоторезиста от радиальной координаты d(r) определяется экспериментально для конкретной установки нанесения фоторезиста, например, использованием оптического отражения света (Моро У. Микролитография, ч.1.-М.: Мир, 1990, с.408, формула 6.7.2). Путем измерения толщины на множестве точек радиуса r_i получают зависимость d(r_i), i = 1,2..., которая может быть аппроксимирована, в частности, линейной функцией вида d(r) = d₀ + kr.

По указанному принципу рисунки элементов размещены по всему полю фотошаблона для максимального использования поверхности подложки. При экспонировании с использованием указанного фотошаблона и последующем формировании элементов микросхемы геометрические размеры последних получаются равными заданным, т.е. B₀.

Таким образом, предложенный фотошаблон обеспечивает максимальный процент выхода годных изделий с одной подложки, при этом технологические процессы фотолитографии и травления остаются без изменений.

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к устройствам для фотолитографических процессов, и может быть использовано при изготовлении микросхем. Предложен фотошаблон для фотолитографии, состоящий из прозрачной пластины, на которую нанесены рисунки элементов микросхем, которые предварительно искажены по своим геометрическим размерам в соответствии с изменением толщины пленки фоторезиста, нанесенной на подложку, по следующей зависимости: В_i = B_oi + (-1)^KC [d ( r )], где B_i - геометрический размер (ширина) рисунка элемента на фотошаблоне, В_oi - заданный геометрический размер рисунка; К = 1 - для негативного фоторезиста; К = 2 - для позитивного фоторезиста; С - искажение геометрического размера рисунка; d - толщина пленки фоторезиста; r - радиальная координата. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фотошаблон для фотолитографии, представляющий собой прозрачную пластину с рисунком элементов микросхем, многократно повторенным в пределах поля пластины, отличающийся тем, что заданные геометрические размеры рисунка фотошаблона предыскажены в соответствии с изменением толщины пленки фоторезиста, используемой для изготовления микросхем, по следующей зависимости
B_i=B_oi + (-1)^KC[d(r)],
где B_i - геометрический размер (ширина) рисунка элемента на фотошаблоне;
B_oi - заданный геометрический размер рисунка;
K=1 - для негативного фоторезиста;
K=2 - для позитивного фоторезиста;
C - искажение геометрического размера рисунка;
d - толщина пленки фоторезиста;
r - радиальная координата. 2. Фотошаблон по п.1, отличающийся тем, что величина искажения геометрического размера рисунка по радиальной координате определяется из выражения

где d_max - максимальная толщина фоторезиста;
λ - длина волны света;
B_oi - заданный геометрический размер рисунка;
h_K - величина, зависящая от типа фоторезиста и изменяется в пределах 0<h_K<1 и может быть скорректирована по результатам эксперимента;
d(r) - функция зависимости толщины пленки фоторезиста по радиальной координате, определяется экспериментально для конкретной установки нанесения фоторезиста.