Способ сухого получения позитивного изображения в фотолитографии

 

Использование: в электронной промышленности для формирования скрытых изображений и их сухого проявления. Сущность изобретения: способ заключается в том, что полимерная пленка на подложке облучается через фотошаблон вакуумным ультрафиолетовым светом в парах стирола, затем она облучается в вакууме без фотошаблона излучением с длиной волны в интервале 20 - 250 НМ. После этого полимерная пленка на подложке выдерживается в насыщенных парах йода при температуре от 20°С до температуры, не превышающей температуру стеклования полимерной пленки, затем полимерная пленка выдерживается в среде газообразного озона, и проявляется скрытое позитивное изображение травлением в кислородной плазме.

Изобретение относится к электронной промышленности, а именно к способам формирования скрытых изображений и их сухого проявления, и может быть использовано в процессах фото-, рентгено- и микролитографии при производстве полупроводниковых приборов, интегральных схем, электровакуумных микросхем и т.п.

Известен способ сухого получения позитивного изображения в процессе фотоабляции полимеров под действием импульсов лазерного излучения в вакуумной УФ-области с длиной волны 193 нм.

Однако этот способ имеет недостатки. Во-первых, малая чувствительность для формирования позитивного изображения в пленке полимерного материала толщиной 1 мкм необходима энергия ≃ 4 Дж/см². Во-вторых, фотоабляция является пороговым процессом, и при энергии менее 0,1 Дж/см² процесса травления не происходит. Поэтому имеющиеся в настоящее время лазеры с энергией в импульсе менее 0,1 Дж не могут быть использованы в технологии изготовления интегральных схем на кремниевых пластинах диаметром 5-10 см. В-третьих, использование мощных импульсов лазерного излучения приводит к быстрому износу фотошаблонов и других оптических элементов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения позитивных изображений в фотолитографии, заключающийся в облучении полимерной пленки фоторезиста на подложке через фотошаблон вакуумным УФ-светом в газообразной среде и проявлении скрытого позитивного изображения.

Однако этот способ характеризуется большим расходом особо чистых и экологически вредных веществ, используемых в качестве проявителя скрытого изображения. Так для проявления скрытого изображения в слое резиста толщиной ≃ 0,5 мкм с использованием в качестве жидкостного проявителя смеси метилэтилкетон/толуол (4/3 по объему) норма расхода проявителя на 1 см² изображения составляет ≃ 0,2 г.

Целью изобретения является уменьшение расходования экологически вредных веществ.

Цель достигается тем, что способ сухого получения позитивного изображения включает облучение полимерной пленки на подложке через фотошаблон вакуумным УФ-светом в газообразной среде и проявление скрытого позитивного изображения. Облучение пленки ведут в парах стирола, затем - в вакууме без фотошаблона излучением с длиной волны в интервале 20-250 нм, выдерживают полимерную пленку на подложке в насыщенных парах йода при температуре от 20^оС до температуры, не превышающей температуру стеклования полимерной пленки, выдерживают полимерную пленку в среде газообразного озона, а проявляют скрытое позитивное изображение травлением в кислородной плазме.

При облучении через фотошаблон в среде стирола на поверхности фоторезиста формируется из молекул стирола рельефное изображение толщиной 0,1-0,2 мкм, при последующем облучении без фотошаблона светом с длиной волны менее 250 нм в областях пленки, не содержащих сформированного рельефа из молекул стирола, резко (более чем в 20 раз) возрастает абсорбционная способность к газообразному молекулярному йоду. Причем наиболее быстро и эффективно абсорбция в экспонированные участки происходит при нагревании образца в среде газообразного йода. Однако для введения йода только в области, не содержащие сформированного рельефа, температуру нельзя увеличивать выше температуры стеклования (для полиметилметакрилата это ≃ 105^оС), при которой йод абсорбируется уже по всему объему пленки.

Способ осуществляют следующим образом.

Полимерную пленку (полиметилметакрилат, сополимеры метилметакрилата, электронный резист позитивный марки ЭЛП-9 или ЭЛП-20 и другие полимеры) на подложке из Si, SiO₂ и др. через фотошаблон облучают вакуумным УФ-светом в среде паров стирола. Затем в вакууме (давление ≈ 10^-2 мм рт.ст.) облучают уже без фотошаблона светом с длиной волны менее 250 нм. После облучения выдерживают пленку в насыщенных парах молекулярного йода при температуре выше комнатной, но ниже температуры стеклования полимера (количество абсорбированного йода в пленке составляет ≃ 2˙10^-5 г/см²). Далее пленку с абсорбированным йодом помещают в поток O₂ + O₃ ( ≃ 4%) при атмосферном давлении для превращения легколетучего I₂ в термостойкий и нелетучий I₂O₅. Проявление сформированного скрытого позитивного изображения осуществляют вытравливанием первоначально облученных участков, не содержащих йода в кислородной плазме.

П р и м е р. Пленку ПММА ЭЛП-9, ЭЛП-20 (или др.полимеров) толщиной h = 1,2 мкм на подложке из Si облучали через трафаретный шаблон (в качестве шаблона использовали ядерные фильтры с диаметром отверстия 1,5 мкм) в присутствии насыщенных паров стирола светом водородной лампы ЛД(Д)-400 (спектр излучения в области длин волн более 165 нм) в течение ≃ 5 мин (доза Д ≃ 100 мДж/см²). При этом на поверхности ПММА образуется рельефное изображение толщиной 0,1-0,15 мкм. Толщину пленок измеряли микроинтерферометром МИИ-4. Затем в вакууме облучали эту пленку, но без фотошаблона, светом лампы ЛД(Д)-400 в течение 15-30 мин. При выдерживании в насыщенных парах I₂ при 70-80^оС в течение 2-5 мин происходит абсорбция I₂ в участки ПММА, не содержащие рельефа. Количество абсорбированного йода составляет величину равную ≈ 2˙10^-5г/см². Для предотвращения ухода из пленки легколетучего I₂ его окисляли в потоке смеси O₂ + O₃ (4%) при атмосферном давлении в течение ≃ 30 мин.

В качестве генератора озона использовали анализатор двойных связей АДС-3. Проявление скрытого позитивного изображения проводили в СВЧ-разряде в потоке O₂ (давление O₂ ≃ 1 мм рт.ст., частота 2375 МГц, мощность ≃ 50 Вт) в течение 10-20 мин. Таким образом, получили позитивное изображение в слое толщиной равной ≈1 мкм. Предложенный способ сухого получения позитивного изображения в фотолитографии уменьшает расходование экологически вредных веществ приблизительно в 1000 раз.

Способ может быть использован для сухого получения позитивного изображения в фотолитографии и рентгенолитографии в сухих технологических процессах изготовления полупроводниковых приборов, интегральных схем, электровакуумных микросхем и т.п.

Формула изобретения

СПОСОБ СУХОГО ПОЛУЧЕНИЯ ПОЗИТИВНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В ФОТОЛИТОГРАФИИ, включающий облучение полимерной пленки на подложке через фотошаблон вакуумным ультрафиолетовым светом в газообразной среде и проявление скрытого позитивного изображения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расходования экологически вредных веществ, облучение полимерной пленки ведут в парах стирола, затем его облучают в вакууме без фотошаблона излучением с длиной волны 20 - 250 нм, выдерживают полимерную пленку на подложке в насыщенных парах йода при температуре от 20^oС до температуры, не превышающей температуру стеклования полимерной пленки, и выдерживают полимерную пленку в среде газообразного озона, а проявляют скрытое позитивное изображение травлением в кислородной плазме.