Способ изготовления шаблона Советский патент 1993 года по МПК H01L21/312 

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности, к технологии изготовления полупроводниковых интегральных микросхем с помощью фотолитографии.

Известен способ изготовления фотошаблона для литографии, основанный на вычерчивании оригинала изображения с помощью координатографа на стеклянной подложке, на которую нанесен слой непрозрачного лака Оригинал изображения фотографируют на фотопластинку с уменьшением 50-100 раз в проходящем свете для повышения контрастности. Получен- ный фотооригинал помещают в проекционный автоматический фотоштамп, где производится экспонирование изображения контактной печатью на стеклянные пластины, покрытые плШкЬЙ хрома и |юто- резистора. Затем проявляют изображение и промывают пластинку задубливают фоторезист при температуре 120°С, травят пленку хрома, удаляют фоторезист и опять осуществляют промывку пластинки. Полученный фотошаблон представляет собой топологический рисунок в пленке хрома, нанесенной на стеклянную подложку,

Недостатком такого способа является невоспроизводймость структуры пленки хрома и ее адгезии к стеклянной подложке при незначительных отклонениях режимов технологического процесса, наличие проколов (дырок) в пленках.хрома; зависимость качества травления пленки от состояния ее

VJ 00 00

ел со to

структуры. Использование термообработки для сушки и задубливания фоторезиста приводит к усадке фоторезиста, а возникающие внутренние напряжения сжимают пленку, в то время как адгезия к подложке растягивает пленку. Эти явления могут вызвать разрыв пленки или отрыв ее от подложки, что ухудшает качество фотошаблона. Кроме этого, процесс термообработки приводит к искажению геометрических размеров элементов.

Известен также способ изготовления фотошаблона для литографии, основанный на применении в производстве интегральных микросхем метода фотонабора, что позволяет процессы вырезания о ригинала на координатографе и последующего отсъема оригинала для получения промежуточного фотошаблона заменить одним процессом. Для этого весь топологический рисунок делят на прямоугольники различной площади и с различным соотношением сторон в зави-, симости от формы и размеров составляющих его элементов. Эти прямоугольники последовательной фотопечатью переносят на фотопластинку, на которой образуется промежуточный фотошаблон с 10-кратным увеличением рисунка по сравнению с его окончательными размерами. Полученную фотопластинку используют для изготовления металлизированного фотошаблона с помощью экспонирования ее на стеклянную подложку, на которую нанесены пленки хрома и фоторезиста, после чего окончательный фотошаблон получают с помощью последующего проявления и травления экспонированной подложки.

Этому способу присущи недостатки, связанные с использованием химических процессов (проявление травление, задубли- вание), которые увеличивают число проводимых операций делают способ сложным и снижают разрешающую способность окончательного фотошаблона по сравнению с оригиналом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ изготовления фотошаблона с использованием сканирования остросфокусированного электронного пучка, основанный на нанесении на стеклянную полированную подложку с нанесенным на ее поверхность тонким слоем хрома полиамидной пленки. На полиамидную пленку испарением в вакууме наносят тонкий ( 0.0 нм) слой золота. Золотую пленку покрывают позитивным резистом:, проводят экспонирование электронным пучком методом Сканирования и проявляют рисунок, в результате чего в резисте возникают отвер

стия. Во вскрытые в резисте отверстия гальванически осаждают золотой слой. Затем растворением удаляют резист и подтравливают золото так, чтобы удалить в окнах зо. лотой маски слой около 20 нм. Полученную золотую маску покрывают защитным слоем резиста, а торцы и края обратной стороны подложки защищают слоем парафина. Далее проводят химическое травление стеклянной подложки с последующим растворением парафина и резиста.

Недостатком указанного способа является невысокая разрешающая способность и ухудшение качества фотошаблона, обусловленные процессами проявления и травления, а также сложность и дороговизна его реализации.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности и качестве

шаблона, упрощение способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления шаблона, основанном на нанесении на подложку слоя элект- роночувствительного материала с

последующим сканированием электронным пучком, в качестве электроночувствительнр- го материала используют слой фторида лития, а режим сканирования и энергия электронного пучка обеспечивают образование F-центров окраски в электроночувст- вительном слое и получение оптической плотности ,G для длины волны света 250 нм, причем температура слоя при сканировании не должна превышать t 100°C.

В основе способа лежит явление создания центров окраски в кристаллах при действии высокоэнергетических излучений, в .частности, потоков ускоренных электронов. Различные типы центров окраски имеют полос поглощения центров одного типа определяется свойствами кристалла. В методе литографии фотошаблоном называют изображение (топологический рисунок) структуры интегральной микросхемы,

выполненное в виде непрозрачных участков на прозрачной подложке. Изображение фотошаблона переносят с помощью светового потока на полупроводниковую пластину, в объеме которой формируется физическая

структура интегральной микросхемы. Минимальные размеры элементовсхем ограничиваются снизу явлением дифракции света, и прямо зависят от длины волны используемого света. Новый этап в развитии микроэлектроники связан с переходом к еубмикронным размерам элементов микросхем, а это предполагает использование ультрафиолетового излучения ( нм), так как использование света с А 400 им

позволяет получать элементы с минимальными размерами порядка единиц микрометров. Наиболее перспективным в настоящее время источником света для литографии является эксимерный лазер, излу- чающий свет с Я 250 нм. В соответствии с этим заявляемый способ изготовления фотошаблона ориентирован на использовании света с длиной волны Я 250 нм.

Кристаллический слой LIF отвечает не- обходимым требованиям, а именно: в исходном состоянии он прозрачен для света с нм; участки, подвергнутые действию высокоэнергетических электронов, становятся непрозрачными для Я 250 нм, и со- храняют это свойство после прекращения действия электронов в течение длительного выдерживания при обычных условиях. Указанные характеристики кристаллического слоя UF связаны с образованием в нем под действием электронов так называемых F- центров окраски. F-центры окраски в кристаллах LIF имеют интенсивную полосу поглощения в области 250 нм. Участки кристалла LIF, не подвергавшиеся действию электронов, остаются прозрачными для света с Я 250 нм. Таким образом, при действии на кристаллический слой LIF электронного пучка создается топологический рисунок соответственно траектории сканирования пучка, причем полученный рисунок устойчив после прекращения действия пучка, то есть получается фотошаблон для света с Я 250 нм.

Необходимая величина оптической плотности просканированных участков определяется допустимым значением параметра сигнал/шум при использовании фотошаблона. Если обозначить пропускание подложки для Я 250 нм через Т, а опти- ческую плотность фотошаблона через D, то при экспонировании фотошаблона величина полезного сигнала составит Т- 0, а величина шума Т -10, где 10- интенсивность падающего излучения с Я 250 нм. Тогда отношение сигнал/шум 10° лучшее, чем 30, достигается при ,5. Также следует принять во внимание наличие процессов термического отжима F-центров в кристаллах LIF при температурах свыше 100°С. Как установлено нашими опытами, во время облучения электронным пучком температура облученных участков не должна превышать 100°С, иначе процесс создания F-центров в LiF будет подавляться процессом терморазрушения. Качество получаемого фотошаблона обеспечивается технологическими свойствами кристаллов LiF: механической твердостью, негигроскопичностью и прозрачностью (в необлученных участках) в широком спектральном диапазоне, а также устойчивость F-центров при обычных условиях.

Пример. Берут кварцевую подложку и методом термического напыления образуют на ней слой кристалла LiF. Электронным пучком, ускоренным напряжением 10кВ, сканируют отдельные участки кристалла, образуя в них на глубине d -1,5 мкм слой F-центров. Затем, используя эксимурный лазер, предназначенный для работы в качестве источника света в системе экспонирования, и приемник излучения, измеряют оптическую плотность просканированных участков шаблона и убеждаются в выполнении условия ,5. Полученный таким образом фотошаблон готов к использованию в системе экспонирования.

Таким образом, из процесса изготовления фотошаблона исключена операция травления фоторезиста, в 2-4 раза ухудшающая разрешающую способность фотошаблона, чем достигнуто упрощение способа и повышение разрешения полученного фотошаблона.

Следует указать на принципиальную возможность дальнейшего упрощения способа за счет использования тонкой кристаллической пластинки LIF одновременно в двух качествах - подложки и электроночув- ствительного слоя. Сканирование электронным пучком пластинки в соответствие с заданным топологическим рисунком создает на глубине мкм слой F-центров, причем достигаемый показатель поглощения составляет более 104 , т.е. будет достигнута оптическая плотность более 10, что заведомо достаточно для обеспечения необходимой величины отношения сигнал/шум. Также, при использовании других источников света (Я 250 нм), излучающих в ультрафиолетовом диапазоне спектра, аналогичное техническое решение, основанное на явлении образования центров окраски в кристаллах или кристаллических пленках, может быть получено с использованием других, отличных от LiF, кристаллических соединений при условии выполнения неравенства Яист Ягр, где Яист - длина волны используемого источника света, Яф - длина волны ультрафиолетовой границы собственной прозрачности кристалла.

Таким образом, использование в качестве электроночувствительного материала, нанесенного на прозрачную подложку, слоя фторида лития позволяет упростить способ изготовления фотошаблона для литографии, повысить разрешающую способность фотошаблона в 2-4 раза и его качество. Формула изобретения Способ изготовления шаблона, заключающийся в нанесении на подложку элект- роночувствительного материала с последующим сканированием электронным пучком, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, качества фотошаблона и упрощения

0

способа, в качестве электроночувствитель- ного материала используют слой фторида лития, а режим сканирования и энергия электронного пучка обеспечивают образование F-центров окраски в электроночувст- вительном слое и получение оптической плотности ,5 для длины волны света 250 нм, причем температура слоя при сканировании не должна превышать 100°С.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых интеградь- ных микросхем с помощью фотолитографии. Целью является повышение разрешающей способности и качества фотошаблона, упрощение способа. Способ изготовления шаблона заключается в том, чГо на пТЬ д/Шжку наносят слой фторида лития, проводят его с рование электрон н ымг1Учк6м7 причём режим сканирования и энергия электронного пучка обеспечивают образование Р-цент- ров окраски в электроночувствительном слое и получение оптической плотности ,5, для длины волны света 250 нм, а температура слоя при сканировании не должна превышать t.100°C. w Ј