способ формирования структур фотолитографией

Формула изобретения

1. Способ формирования структур фотолитографией, включающий нанесение на подложку позитивного фоторезиста, облучение его пучком электронов, экспонирование рисунка ультрафиолетовым излучением, проявление, нанесение дополнительного слоя материала и удаление фоторезиста, отличающийся тем, что облучение фоторезиста пучком электронов проводят после экспонирования рисунка ультрафиолетовым излучением, причем энергия электронов в пучке составляет 3

6 КэВ, а доза достаточна для полной потери чувствительности фоторезиста к ультрафиолетовому излучению на необлученных при экспонировании рисунка участках, после проявления проводят дополнительное экспонирование фоторезиста ультрафиолетовым излучением и удаление фоторезиста проводят в проявителе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед нанесением дополнительного слоя материала проводят дополнительное проявление.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при формировании структур методом фотолитографии.

Известен способ формирования структур в фотолитографии, включающий нанесение на подложку позитивного фоторезиста, экспонирование рисунка, проявление, нанесение дополнительного слоя материала и полное удаление резиста в проявителе (Моро У. Микролитография. Принципы, методы, материалы. М. Мир, 1990, с.606).

Рельефные структуры в фоторезисте, получаемые по этому методу, имеют профиль края без подтрава в нижней его части, что осложняет отделение участков дополнительного слоя материала, напыленных на верхнюю поверхность рельефных структур в резисте от участков дополнительного слоя материала, напыленных на подложку, из-за образования тонкой пленки этого материала на боковых поверхностях рельефных структур в фоторезисте и может приводить к образованию дефектов изображения.

Наиболее известен способ, включающий нанесение на подложку позитивного фоторезистора, облучение его пучком низкоэнергетичных электронов с энергией 1-5 КэВ дозой, достаточной для снижения чувствительности верхнего слоя резиста к ультрафиолетовому излучению, экспонирование рисунка УФ излучением, проявление, напыление дополнительного слоя материала и удаление резиста (патент России N 145116, 1987).

Недостатком этого способа является то, что при удалении резиста, он растворяется полностью и напыленная на него тонкая плена материала из-за отсутствия механической жидкости может переосадиться на подложку в этом либо другом месте, образовав дефект в топологии структуры.

Изобретение решает задачу снижения дефектности изображения за счет формирования нерастворимого в проявителе слоя фоторезиста толщиной 0,3-1 мкм в верхней части рельефных структур и растворимого в нижней их части.

Задача решается тем, что в способе, включающем нанесение на подложку позитивного фоторезиста, облучение его пучком электронов, экспонирование рисунка ультрафиолетовым излучением, проявление, нанесение дополнительного слоя материала и удаление резиста, облучение резиста пучком электронов проводят после экспонирования рисунка ультрафиолетовым излучением, причем энергия электродов составляет 3-5 КэВ, а доза достаточна для полной потери чувствительности резиста к ультрафиолетовому излучению на необлученных при экспонировании рисунка участках, после проявления дополнительно экспонируют фоторезист УФ-излучением, и удаление резиста проводят в проявителе.

С целью формирования нависающего профиля края, облегчающего проведение обратной литографии методом взрыва, рельефные структуры в резисте могут быть подвергнуты дополнительному проявлению перед нанесение дополнительного слоя материала. При этом происходит подтравливание боковой поверхности резиста в нижнем слое структур на глубину 0,1-1 мкм в зависимости от длительности дополнительного проявления при неизменном верхнем слое и, соответственно, образование нависающего профиля края.

Изобретение позволяет изготавливать бездефектные структуры как из обычных, так и из очень тонких слоев материалов методом обратной литографии. При этом переосаждение на подложку слоев материала малой толщины, не имеющего достаточной для бездефектного формирования структур механической жесткости, исключается за счет образования отделяемого вместе с ним слоя резиста толщиной 0,3-1 мкм, обладающего достаточной механической жесткостью. Этот нерастворимый в проявителе после УФ экспонирования слой образуется в фоторезисте при облучении его электронным пучком дозой, достаточной для полной потери чувствительности резиста к УФ-излучению, только на участках, которые не были облучены УФ-излучением при экспонировании рисунка. На остальных участках радиационно-химические превращения в фоторезисте, переводящие его в растворимое состояние, происходят в момент экспонирования рисунка, и последующее облучение электронами указанными дозами не снижает скорости его растворения. Толщина модифицированной электронным облучением пленки резиста определяется пробегом электронов в нем и составляет 0,3-1 мкм для энергий электронов 3-6 КэВ. Доза электронного облучения выбирается достаточно большой, чтобы сделать верхний слой фоторезиста полностью нечувствительным к УФ-излучению за счет разрушения фоточувствительных центров в нем.

Дополнительное экспонирование рельефных структур, сформированных в резисте, УФ-излучением дозой, равной чувствительности резиста или несколько превышающей ее, делает нижний слой резиста в них растворимым в проявителе, в то время, как верхний слой, модифицированный электронным облучением, остается нерастворимым. В процессе удаления резиста в проявителе верхний нерастворимый слой структур отделяется от подложки вместе с напыленным на него слоем материала и придает последнему необходимую механическую жесткость.

Облучение поверхностного слоя фоторезиста пучком низкоэнергетичных электронов известно для прототипа. Однако использовался этот прием для частичного снижения чувствительности верхнего слоя резиста к УФ-излучению на всей его площади.

В изобретении этот прием позволяет достичь нового качества сделать верхний слой резиста полностью нечувствительным к УФ-излучению и, соответственно, нерастворимым в проявителе после добавочного УФ-облучения только на участках, не подвергшихся УФ-облучению в процессе экспонирования рисунка.

Таким образом, предлагаемая совокупность признаков, в частности последовательность проведения операций и их набор (облучение электронами после УФ-экспонирования рисунка и дополнительное УФ-облучение) и условия проведения этих операций (доза облучения и энергия электронов), так и получаемый эффект отделение верхнего слоя фоторезиста вместе с нанесенным на него слоем материала соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Пример 1. На кремниевую подложку был нанесен слой толщиной 1,2 мкм позитивного фоторезиста ФП-383 со светочувствительной компонентой на основе нафтохинондиазида и основой из новолачной смолы. Резист был проэкспонирован через фотошаблон излучением ртутной ультрафиолетовой лампы СВД-125 в течение 30 с и подвергнут облучению электронами с энергией 3 КэВ дозой 100 мкКл/см² на модифицированной для таких операций установке ВУП-4. В предварительных экспериментах на этой же установке было найдено, что облучено фоторезиста ФП-383 пучками электронов с энергией 3-6 КэВ дозами 80-300 мкКл/см² вызывает полную потерю резистом чувствительности к ультрафиолетовому излучению, при этом на ранее поэкспонированных УФ-излучением участках растворимость резиста в проявителе не ухудшается. Затем резист был проявлен в 0,4% растворе КОН в течение 45 с и повторно проэкспонирован в течение 30 с УФ-излучением без фотошаблона, после чего на подложку было проведено напыление пленки алюминия толщиной 0,05 мкм. При погружении в проявитель на 10 мин произошло полное отделение алюминиевой пленки от подложки на участках, покрытых резистом, без переосаждения на подложку, то есть получено бездефектное изображение. Исследование динамики процесса растворения резиста с помощью растрового электронного микроскопа показало, что пленка отделяется от подложки вместе с верхним слоем резиста толщиной 0,3 мкм.

Пример 2. В аналогичном эксперименте после УФ-экспонирования рисунка было проведено облучение фоторезиста ФП-383 толщиной 1,5 мкм электронами с энергией 6 КэВ дозой 140 мкКл/см² и дополнительное УФ-экспонирование в течение 45 с, а толщина напыленной серебряной пленки составила 0,15 мкм. После растворения нижнего слоя резиста в течение 10 мин толщина нерастворившегося верхнего слоя резиста составила около 1 мкм, что обеспечило необходимую жесткость отделяемых слоев и бездефектное формирование структур.

Пример 3. Как в примере 2, при дополнительном проявлении образцов в течение 2-10 с перед нанесение дополнительной пленки серебра толщиной 0,1 мкм термическим напылением, был получен нависающий профиль края структур в фоторезисте с глубиной подтрава от 0,1 до 1 мкм, в зависимости от времени проявления, и толщиной нависающего слоя около 1 мкм, обеспечивший разрыв пленки из серебра на боковых поверхностях рельефных структур в резисте и, соответственно, бездефектное формирование изображения.

Таким образом, использование изобретения обеспечивает снижение дефектности при формировании структур методом обратной литографии и облегчает проведение этой операции.

Кроме того, способ формирования структур в фотолитографии с использованием облучения резиста низкоэнергетичными электронами имеет высокую производительность, легко перенастраивается для резистов разной чувствительности, позволяет варьировать толщину нерастворимой пленки резиста в широких пределах и не использует токсичные химические реактивы. Образующееся при торможении электронов рентгеновское излучение не представляет опасности для персонала из-за малой энергии квантов.