Способ определения селективности силилирования в фотолитографических процессах с использованием газофазной химической модификации приповерхностного слоя фоторезистных пленок
Использование: при производстве изделий микроэлектроники с применением субмикронной литографии, в частности для получения элементов структур субмикронных размеров на полупроводниковых и других подложках. Сущность изобретения: способ определения селективности силилирования пленок фоторезисторов, т.е. тестирование материала на ранней стадии на пригодность его для процесса силилирования, осуществляется измерением с помощью автоматического эллипсометра скоростей изменения показателей преломления экспонированной и неэкспонированной пленок фоторезиста в процессе их силилирования, на основании чего рассчитывают селективность по формуле
Техническим результатом изобретения является возможность определения селективности силилирования приповерхностного слоя полимерной пленки непосредственно в процессе проведения газофазной химической модификации и при его осуществлении возможность с высокой точностью определять селективность силилирования в любой момент времени, т.е. возможность осуществлять тестирование исходного материала на пригодность его для процесса силилирования. 1 ил.
Изобретение относится к производству изделий микроэлектроники с применением субмикронной литографии, в частности для получения элементов структур субмикронных размеров на полупроводниковых и других подложках.
Одним из путей расширения функциональных возможностей фотолитографии с целью использования ее при формировании элементов структур субмикронных размеров является идея локальной химической модификации приповерхностного слоя фоторезистных пленок на полупроводниковых пластинах, где предварительно в том же тонком приповерхностном слое сформированы скрытые изображения заранее заданного рисунка.
Для того, чтобы все это сделать, необходим соответствующий материал - фоторезист - с такими свойствами, которые в идеале обеспечили бы насыщение, например, химически связанным кремнием - гексаметилдисилазаном (ГМДС) (СН3)3 SiNHSi(СН3)3 - только экспонированных участков и совершенно не допустили бы проникновения его в неэкспонированные участки фоторезистной пленки. Однако не все существующие отечественные фоторезисты подходят для реализации качественного процесса силилирования.
Поэтому для выбора из имеющихся или при разработке новых фоторезистов, пригодных для реализации фотолитографических процессов с использованием газофазной химической модификации приповерхностного слоя фоторезистных пленок, должны быть количественные критерии.
Иными словами, должно проводиться тестирование исходного материала на пригодность его для процесса силилирования.
Одним из таких функциональных тестов является селективность силилирования Sсил.
В свою очередь сам процесс силилирования можно разделить на два самостоятельных этапа:
1) создание скрытого изображения на основе насыщения приповерхностного экспонированного слоя фоторезиста связанным кремнием;
2) травление (проявление) в кислородной плазме незащищенных (неэкспонированных) участков фоторезиста и получение маскирующего рельефа.
При этом качество проведения каждого из этих этапов зависит как от свойств исходного фоторезиста, так и от выбранных режимов его обработки и качества проведения любой из множества технологических операций, начиная с нанесения пленки фоторезиста и кончая получением в ней заданного рельефа (рисунка).
В соответствии с таким разделением можно и оценивать селективность процесса силилирования либо на стадии насыщения пленки связанным кремнием, либо по конечному результату, т.е. травлению рисунка в кислородной плазме.
В известном способе оценки селективности по конечному результату [1] селективность силилирования определяется по формуле
где Vпр.н.э. - скорость проявления (травления) неэкспонированной пленки фоторезиста;
Vпр.э. - скорость проявления (травления) экспонированной пленки фоторезиста.
Данный способ позволяет оценивать в целом весь процесс силилирования и лишь приблизительно проводить тестирование исходного материала на пригодность его для процесса силилирования, поскольку оценка проводится по конечному результату, а не на стадии насыщения экспонированных участков пленки связанным кремнием.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ оценки селективности силилирования [2], определение которой производиться с использованием зависимости
где Vэксп и Vнеэксп - скорости силилирования экспонированной и неэкспонированной пленки фоторезиста соответственно.
В данном способе определение скорости силилирования экспонированной пленки Vэксп и неэкспонированной пленки Vнеэксп производится гравиметрическим методом, т.е. методом микровзвешивания пластины с пленкой либо до и после силилирования непосредственно, либо в процессе силилирования, но косвенно с помощью спутника - кварцевого резонатора.
Приращение массы потом делится на продолжительность силилирования, в результате чего получается скорость процесса, а именно:
Недостатки данного способа заключаются в следующем. Определение скорости силилирования экспонированных и неэкспонированных пленок фоторезиста методом гравиметрии, т.е. методом микровзвешивания пластины с пленкой, позволяет оценить лишь интегральное по толщине и по всей поверхности пленки количество внедренного в пленку фоторезиста ГМДС (или кремния). А контроль изменения массы пленки фоторезиста с помощью "спутника" - кварцевого резонатора является косвенным. При этом об изменении массы пленки судят по такому параметру, как частота кварцевого резонатора, на которую оказывает сильное влияние температура проведения процесса и достаточно высокая (130-140°С) и т.д.
Заявляемое изобретение предназначено для определения селективности силилирования приповерхностного слоя полимерной пленки непосредственно в процессе проведения газофазной химической модификации и при его осуществлении можно с высокой точностью определять селективность силилирования в любой момент времени в зависимости от условий проведения процесса, т.е. осуществлять тестирование исходного материала на пригодность его для процесса силилирования.
Вышеуказанная задача решается тем, что в способе определения селективности силилирования в фотолитографических процессах с использованием газофазной химической модификации приповерхностного слоя фоторезистных пленок согласно изобретению эллипсометрическим методом определяют скорость изменения величин показателей преломления экспонированных n′эксп и неэкспонированных n′неэксп пленок в процессе силилирования, на основании которых рассчитывают величину селективности силилирования Sсил по формуле
где 
- скорость изменения величин показателей преломления экспонированных пленок,
- скорость изменения величин показателей преломления неэкспонированных пленок.
Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно определение селективности силилирования (т.е. тестирования на ранней стадии), достигается непосредственным измерением концентрационно-зависимого параметра, по изменению которого судят об изменении селективности процесса силилирования. В качестве концентрационно-зависимого параметра выбирают показатель преломления силилируемой пленки фоторезиста, изменение которого контролируется непрерывно с помощью автоматического элипсометра на длине волны λ=546,1 нм.
На чертеже показана структурная схема лабораторной установки для проведения процесса силилирования пленок фоторезистов со встроенным в рабочую камеру автоматическим элипсометром.
Она содержит рабочую камеру 1, в которой установлен держатель 2 с исследуемым образцом 3. Силилирующий агент, например пары ГМДС, поступает в камеру через дозатор 4 от источника 5. Автоматический элипсометр включает в себя источник монохроматического излучения 6, деполяризатор 7, поляризатор 8, модулятор 9, вращающийся анализатор 10, фотоприемник 11, усилитель 12 и самопишущий потенциометр 13.
Способ реализуют следующим образом.
Исследуемый образец с заранее сформированной пленкой фоторезиста экспонируют и помещают на столик рабочей камеры. На образец направляют монохроматическое (λ=546,1 нм) излучение с заданными параметрами поляризации, после чего в рабочую камеру с помощью дозатора 4 подают силилирующий агент и проводят процесс силилирования пленки фоторезиста известным образом. Все измнения показателя преломления пленки фоторезиста в процессе силилирования регистрируются на ленте самопишущего потенциометра.
После этого проводят аналогичный процесс на пленке фоторезиста, не прошедшей экспонирование.
По полученным записям обоих процессов определяют за определенный промежуток времени скорости изменения показателей преломления экспонированной и неэкспонированной пленок фоторезиста в процессе их силилирования:
и 
и рассчитывают селективность процесса силилирования по формуле
Пример конкретной реализации.
На двух полупроводниковых пластинах формируются пленки фоторезиста ФП-051МК толщиной 1,5 мкм и термообрабатываются при температуре 100°С в течение 3 мин на горячей плите. Одна пластина с пленкой фоторезиста экспонируется, другая нет. Обе пластины последовательно силилируются на установке (см. чертеж). В процессе силилирования с помощью автоматического эллипсометра, встроенного в рабочую камеру, измеряются и фиксируются изменения показателя преломления в реальном масштабе времени, на основании чего определяются скорости изменения показателя преломления экспонированной и неэкспонированной пленок, т.е.
и 
после чего по формуле 
рассчитывают селективность процесса силилирования.
Источники информации
1. А.А.Кириллов, Ю.С.Боков, С.А.Гуров. Локальная химическая модификация пленок фоторезистов. ЭП, 1990, №11, с.62-64.
2. Валиев К.А. и др. Фотолитографические процессы с использованием газофазной химической модификации фоторезистов. Труды ФТИАН России, 1992, №4 с.13-30.
Способ определения селективности силилирования в фотолитографических процессах с использованием газофазной химической модификации приповерхностного слоя фоторезистных пленок, отличающийся тем, что эллипсометрическим методом определяют скорости изменения величин показателей преломления экспонированных n`эксп и неэкспонированных n`неэксп пленок в процессе силилирования, на основании которых рассчитывают величину селективности силилирования Sсил по формуле:
где 
- скорость изменения величин показателей преломления экспонированных пленок;
- скорость изменения величин показателей преломления неэкспонированных пленок.
