СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ В ВАКУУМНЫХ ФОТОЛИТОГРАФИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ Советский патент 1996 года по МПК G03C1/73 

Изобретение относится к применению светочувствительных соединений в вакуумных фотолитографических процессах.

Целью изобретения является повышение селективности травления. Светочувствительные слои толщиной 0,1-1,5 мкм легко образуются при термическом вакуумном испарении соединения формулы I в установках типа ВУП или УВР-3М при остаточном давлении в камере (2-10)•10^-3 Па и обладают хорошей адгезией к полупроводниковым, кварцевым и стеклянным подложкам. Толщина пленки зависит от навески вещества, остаточного давления в камере, продолжительности напыления, конструкции испарителя и расстояния между испарителем и подложкой.

Полученные из соединения формулы I пленки характеризуются высокой чувствительностью к УФ-излучению в области длин волн 200-380 нм и способны давать негативное (скрытое) изображение при экспонировании их через фотошаблон светом ртутно-кварцевых ламп типа ДРШ. Проявление изображения достигается сухим способом в результате реиспарения в вакууме неэкспонированных участков слоя при нагревании.

При обработке пленок лазерным излучением (длина волны 266 нм, длительность импульсов 10^-6-10^-7 с, плотность потока излучения 10⁴-10⁵ Вт/см²) происходят полное удаление пленки в облученных местах и формирование позитивного рельефного изображения.

Пример 1. Навеску 0,024 г соединения формулы I загружают в испаритель открытого типа установки УВР- 3М. Кремниевую подложку КДБ-0,3 (кремний дырочной проводимости, легированный бором) с поверхностным слоем SiO₂ толщиной 0,29 мкм, диаметром 76 мм, толщиной 0,4 мм, прошедшую химическую обработку (выдерживание в парах H₂O₂:NH₃:H₂O в соотношении 1:1:7, отмывка деионизованной водой и сушка в горячем воздухе), помещают в стеклянный цилиндр на расстоянии 100 мм от испарителя. Рабочую камеру вакуумируют до 6•10^-3 Па (4,5•10^-5 мм рт.ст.). Остаточная газовая атмосфера в камере состоит в основном из H₂O, H₂, N₂, CO₂, O₂ и паров вакуумного масла, парциальное давление которых (8-12)•10^-6 Па.

Температуру испарителя доводят до 160±10^oC, открывают заслонку и напыляют пленку в течение 16 с. В этих условиях на подложке, имеющей температуру 35±5^oC, формируется равномерная глянцевая пленка толщиной 0,87 мкм, что соответствует скорости напыления 54,4 нм/с.

Состав газовой атмосферы в камере после напыления практически не изменяется, очистка камеры не требуется. Избыточное количество испаряемого вещества адсорбируется на стенках ограничительного стеклянного цилиндра и может быть использовано для повторного напыления.

Микродефектность пленки анализируют на проекционном микроскопе E(BNG)-160. Проколов с размерами больше 0,05 мкм не обнаружено, включений с размерами больше 0,2 мкм 2,5 см^-2.

Подложку с пленкой помещают в вакуумированную до 133 Па камеру и с помощью проекционной оптики обрабатывают лазерным лучом (длина волны 266 нм, длительность импульса 150 нс, частота следования импульсов 7,8 кГц). Под действием лазерного луча происходит локальное удаление пленки и образуется рельефное изображение. Минимальные размеры элементов 0,8 мкм. Удельная энергия полного удаления пленки с поверхностного слоя SiO₂ равна 1,1•10^-7 Дж/ мкм ³.

Подложку с пленкой, в которой сформировано позитивное рельефное изображение, обрабатывают плазмой "Хладон-218" в установке 08ПХ0100Т004 при следующих условиях: давление C₃F₈ 600 Па, скорость расходования 7,5 л/ч, мощность 1,8 кВт, время воздействия 150 с. Толщина пленки после плазмохимического травления 0,73 мкм. Селективность травления, т.е. отношение скорости травления диоксида кремния ( 1,93 нм/с) к скорости травления пленки (V_м 0,93 нм/с) равна 2,1, что в 2 раза лучше селективности травления пленок в прототипе.

Пример 2. Отличается от примера 1 тем, что испаряют 0,023 г соединения формулы I, напыляя пленку на кремниевую подложку КЭФ-20 (кремний электронной проводимости, легированный фосфором), прошедший химическую обработку. Время напыления 15 с, толщина пленки 0,85 мкм, скорость напыления 56,7 нм/с.

Проколов с размерами больше 0,05 мкм не обнаружено, включений 2 см^-2. Минимальный размер элементов полученного при лазерной обработке рельефа 0,8 мкм. Удельная энергия полного удаления пленки с подложки 1,6•10^-7 Дж/мкм ³. Селективность травления, т.е. отношение скорости травления слоя SiO₂ к скорости травления маски, равна 2,0 (толщина пленки после травления 0,71 мкм).

Пример 3. Отличается от примера 1 тем, что пленку толщиной 1,08 мкм, полученную на поверхностном слое SiO₂ подложки КДБ-0,3, экспонируют контактно через кварцевый шаблон при остаточном давлении 13,3 Па на установке по совмещению и экспонированию (модель 830-03) излучением лампы ДРШ-250 в интервале длин волн 260-390 нм, преимущественно выделяемым оптическим фильтром УФС-1 (толщина 5 мм. ) При плотности потока излучения после УФС-1, равной 0,016 Вт/см² (интегральная плотность излучения 0,240 Вт/см², время экспонирования составляет 38 с, что соответствует плотности энергии (чувствительности пленки) 0,7 Дж/см².

После этого пленку термопроявляют в вакууме 7•10^-3 Па, выдерживая под ложку при 150±10^oC в течение 65 с. Получают устойчивое рельефное негативное изображение с размерами элементов 1 мкм и выше.

Полученный рельеф обрабатывают плазмой "Хладон-218", селективность травления (/V_м) равна 2,4.

Пример 4. Отличается от примера 3 тем, что пленку толщиной 0,78 мкм, нанесенную на кремниевую подложку КЭФ-20, экспонируют контактно излучением лампы ДРШ-250 в интервале длин воле 260-390 нм в течение 40 с. Чувствительность пленки 0,8 Дж/см².

Пленку после экспонирования термопроявляют в вакууме 7•10^-3 Па, выдерживая подложку при 155 ±10^oC в течение 70 с. Получают негативное рельефное изображение с разрешением элементов размерами 1 мкм и выше.

Полученный рельеф травят плазмой "Хладон-218". Селективность травления (/V_м равна 2,4).

Пример 5. Пластины с рельефным изображением после плазмохимического травления помещают в установку для снятия резиста 08ПХ0100Т001 и обрабатывают кислородной плазмой (чистый O₂ при следующих условиях: давление 360 Па, мощность 0,8 кВт, время воздействия 120 с. Органические пленки из соединения формулы 1 удаляются полностью, не загрязняя подложку.

Как видно из приведенных примеров, использование 1-бензилтио-1-пиперидино-2-нитро-3,4,4-трихлор-1,3-бутадиена в качестве термонапыляемого светочувствительного материала обеспечивает получение пленок, по чувствительности не уступающих пленкам из материалов прототипа (0,7-0,8 Дж/см² при толщине слоя 0,8-1,1 мкм для пленок из предлагаемого соединения при толщине слоя 0,5 мкм для пленок в прототипе) и в 2,4 раза превосходящих по селективности травления пленки в прототипе.

Применение 1-бензилтио-1-пиперидино-2-нитро-3,4,4-трихлор-1,3-бутадиена упрощает технологию полностью сухого фотолитографического процесса, так как отпадает необходимость в термостатировании подложки (в прототипе подложки охлаждают до -70^oC).

Пары соединения формулы I имеют высокую адгезию к материалу подложки, легко адсорбируются на стенках стеклянного цилиндра и практически полностью улавливаются фильтром на выходе из камеры, что уменьшает загрязнение атмосферы и улучшает условия труда.

Изобретение касается применения 1-бензилтио-1-пиперидино-2-нитро-3, 4,4-трихлор-1,3-бутадиена - светочувствительного соединения в вакуумных фотолитографических процессах, в которых достигается лучашая селективность травления (в 2,4 раза) без необходимости термтсатирования подложки (в известном случае ведут охладдение до -70^oC. Кроме того, органические пленки удаляются с подложки полностью.

Применение 1-бензилтио-1-пиперидино-2-нитро -3,4,4-трихлор-1,3-бутадиена формулы

в качестве светочувствительных соединений в вакуумных фотолитографических процессах.