Способ изготовления штампа для наноимпринт литографии

Изобретение относится к микроэлектронике, к способам изготовления штампов для наноимпринт литографии с субмикронными и нанометровыми проектными нормами для использования при изготовлении полупроводниковых устройств. Сущность изобретения: для уменьшения неровности края воспроизводимого субмикронного либо наноразмерного рисунка на штампе и уменьшения стоимости изготовления штампа для наноимпринт литографии, штампы изготавливают на специальных круглых пластинах, имеющих линейные размеры, соответствующие линейным размерам кремниевых пластин, применяемых при изготовлении интегральных схем с аналогичными изготавливаемому штампу топологическими размерами. При этом перенос необходимой топологии на такие пластины осуществляют с использованием изготовленного, с применением прецизионного электронно-лучевого либо ионно-лучевого генератора изображений, шаблона для проекционной литографии с увеличенными в N раз размерами элементов рисунка, по сравнению с рисунком на штампе, и установки для проекционной литографии, уменьшающей в N раз размеры переносимого рисунка и предназначенной для переноса топологии данного уровня на кремниевые пластины. 10 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области микроэлектроники, а точнее к способам изготовления штампов для наноимпринт литографии с субмикронными и нанометровыми проектными нормами, и может быть использовано в технологиях изготовления полупроводниковых устройств, интегральных схем, акустоэлектронных устройств, микросенсоров и микроэлектромеханических систем.

Известны способы изготовления штампов для импринт литографии, раскрывающие основные технологические операции и материалы, применяемые при их изготовлении [1, 2]. Однако в данных способах не описаны технологические операции, позволяющие получать на штампах изображение с необходимыми проектными нормами и допусками.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления жестких штампов для наноимпринт литографии с использованием фотошаблонной кварцевой заготовки, на которую по базовому варианту осаждается слой хрома, на который наносится пленка высокоразрешающего электронного резиста, пленка электронорезиста экспонируется на высокоразрешающем электронно-лучевом генераторе изображений высокоэнергетическим электронным пучком диаметром несколько нанометров, после чего проводится жидкостное проявление и плазменная зачистка полученного топологического рисунка, травление пленки хрома через электронорезистивную маску, удаление остатков электронорезистивной маски, реактивное ионное травление кварца через жесткую маску хрома на заданную глубину, удаление хрома в жидкостном травителе с поверхности кварца, покрытие резистивной пленкой вытравленной топологии штампа и формирование пьедестала с заданной площадью и высотой путем травления открытой поверхности кварца в растворе плавиковой кислоты через резистивную маску [3]. Данный способ выбран нами в качестве прототипа.

К недостаткам данного способа относится плохое воспроизведение наноразмерных элементов электронно-лучевой литографией из-за эффекта близости, ограничивающего разрешающую способность и обусловленного рассеянием электронов в слое резиста вследствие их малой массы, приводящего к размытости изображения, которое при формировании пучком электронов 11 нм элемента сопоставимо с размером самого элемента; наличия погрешностей сшивки изображения, находящихся на уровне 20-50 нм, а также наличия искажений, вызванных сферической и хроматической аберрациями и астигматизмом, которые невозможно полностью скорректировать электро- и магнитооптическими системами [4]. Поэтому изготовленные по данному способу штампы для наноимпринт литографии имеют заметную неровность края переносимого изображения. Кроме того, применение прецизионных электронно-лучевых генераторов изображений с наноразмерным диаметром электронного пучка делает изготовление такого штампа слишком дорогостоящим, из-за низкой производительности электронно-лучевых генераторов изображений и ограниченного времени жизни самого жесткого штампа.

В то же время технические характеристики многих изделий микроэлектроники, например, акустоэлектронных устройств, зависят как от точности воспроизведения переносимой топологии, так и от степени неровности края переносимого изображения. При переходе к субмикронному уровню топологии погрешность в размерах элементов на уровне 20-50 нм оказывает значительное влияние на рабочие характеристики акустоэлектронных и ряда других устройств. Поэтому с переходом на субмикронный уровень элементов штампа для наноимпринт литографии данная технология изготовления штампов не гарантирует получения необходимых рабочих характеристик изготавливаемых с их помощью устройств.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в увеличении точности воспроизведения субмикронных и нанометровых топологических размеров при изготовлении штампов для наноимпринт литографии, в частности, в уменьшении неровности края переносимого изображения, а также удешевление изготовления самих штампов для наноимпринт литографии с субмикронными и наноразмерными проектными нормами.

Поставленная задача решается в способе изготовления штампов для наноимпринт литографии с субмикронными и нанометровыми проектными нормами, включающем осаждение на поверхность заготовок для штампа технологического слоя, нанесение на технологический слой чувствительного к выбранному виду излучения резиста, экспонирование резистивного слоя, проявление резистивного слоя с получением резистивной маски, плазменную зачистку резистивной маски, проведение анизотропного высокоселективного травления технологического слоя через полученную резистивную маску, удаление остатков резистивной маски, проведение высокоселективного анизотропного травления поверхности заготовки для штампа через маску из технологического слоя на необходимую глубину с образованием рабочей поверхности штампа, травление окружающей рабочую поверхность штампа поверхности заготовки для штампа на необходимую глубину с образованием пьедестала штампа и очистку поверхности штампа от остатков технологического слоя и других загрязнений, отличающемся тем, что в качестве заготовок для штампа используют специальные круглые пластины, имеющие линейные размеры, соответствующие линейным размерам кремниевых пластин, применяемых при изготовлении интегральных схем с аналогичными проектными нормами, на которые необходимую топологию переносят на установках для проекционной фотолитографии, имеющих необходимое для создания штампа разрешение и уменьшающих переносимое изображение в N раз, с использованием изготовленного с применением высокоразрешающего электронно-лучевого либо ионно-лучевого генератора изображений фотошаблона для проекционной фотолитографии с увеличенными в N раз размерами, по сравнению с размерами на изготавливаемом штампе для наноимпринт литографии.

При этом специальные круглые пластины заготовок для штампа изготавливают либо из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала, например из оптического стекла, кварца, кварцевого стекла, флюорита, фторида магния, кристаллов искусственных гранатов и лейкосапфира, либо из нержавеющей стали, бронзы, латуни, кремния, вольфрама, титана, ванадия, тантала, молибдена, никеля и хрома; в качестве технологического слоя на поверхность специальных круглых пластин наносят вещества из группы: антиотражающие покрытия, хром, ванадий, титан, тантал, вольфрам и другие поглощающие ультрафиолетовое излучение вещества, устойчивые к стандартным жидкостным отмывкам поверхности и плазмохимическому травлению материала пластин; а в качестве резистивного слоя на поверхность технологического слоя наносят слой позитивного либо негативного фоторезиста для получения соответственно негативного либо позитивного изображения на штампе.

Изготовленные по предлагаемому способу жесткие штампы могут применяться как для переноса изображения на рабочие пластины, так и для изготовления с их помощью негативных копий мягких штампов для наноимпринт литографии с пониженной неровностью края переносимого изображения.

Таким образом, отличительными признаками изобретения являются применение в качестве заготовок при изготовлении штампа для наноимпринт литографии специальных круглых пластин, линейные размеры которых соответствуют линейным размерам кремниевых пластин, применяемых при изготовлении интегральных схем с аналогичными изготавливаемому штампу для наноимпринт литографии проектными нормами и перенос изображения на эти специальные пластины с использованием изготовленного с применением высокоразрешающего электронно-лучевого либо ионно-лучевого генератора изображений фотошаблона для проекционной печати с увеличенными в N раз размерами рисунка на установках проекционной фотолитографии, уменьшающих переносимый рисунок в N раз. При этом в качестве материала при изготовлении специальных круглых пластин используют оптическое стекло, кварц, кварцевое стекло, флюорит, фторид магния, кристаллы искусственных гранатов, лейкосапфир, кремний, нержавеющую сталь, бронзу, латунь, вольфрам, титан, ванадий, тантал, молибден, никель и хром; в качестве технологического слоя на поверхность специальных круглых пластин наносят вещества из группы: антиотражающие покрытия, хром, ванадий, титан, тантал, вольфрам и другие поглощающие ультрафиолетовое излучение вещества, устойчивые к стандартным жидкостным отмывкам поверхности и плазмохимическому травлению материала пластин; а в качестве резистивного слоя на поверхность технологического слоя наносят слой позитивного либо негативного фоторезиста, для получения соответственно негативного либо позитивного изображения на штампе.

Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в увеличении точности воспроизведения субмикронных и наноразмерных топологических размеров при изготовлении штампов для наноимпринт литографии, в частности уменьшения неровности края переносимого изображения в N раз, а также в удешевлении изготовления самих штампов для наноимпринт литографии.

Применение таких специальных пластин в качестве заготовок при изготовлении штампа для наноимпринт литографии позволяет использовать при переносе на них субмикронного и нанометрового изображения современные фотолитографические установки проекционной фотолитографии, например 193-нм иммерсионный сканер-степпер Nikon NSR-610C, позволяющий переносить на рабочие пластины изображение с проектными нормами до 35 нм.

Использование предлагаемого изобретения позволяет в N раз уменьшить неровность края на изготовленном штампе для наноимпринт литографии с субмикронными и нанометровыми проектными нормами, по сравнению с неровностью края изображения на изготовленном по известному способу штампе для наноимпринт литографии, и сократить финансовые затраты на изготовление штампа для наноимпринт литографии из-за формирования первичного изображения на рабочем фотошаблоне для проекционной фотолитографии в укрупненном в N раз масштабе и возможности многократного воспроизведения топологии рабочего фотошаблона для проекционной фотолитографии на специальных круглых пластинах, используемых в качестве заготовок для изготавливаемых штампов для наноимпринт литографии без использования прецизионных электроннолучевых либо ионно-лучевых генераторов изображения.

Пример реализации способа

На кварцевую квадратную фотошаблонную заготовку размером 152×152×6,35 мм по базовой технологии осаждается слой хрома толщиной 15 нм, на который наносится пленка высокоразрешающего позитивного электронорезиста ЭРП-40 толщиной 90 нм. Пленка электронорезиста экспонируется на лазерном генераторе изображений ЭМ-5389 для получения заданной топологии с минимальными линейными размерами 2 мкм. После жидкостного проявления и плазменной зачистки топологического рисунка проводится анизотропное высокоселективное травление пленки хрома через сформированную маску и очистка поверхности с удалением остатков электронорезистивной маски. Полученный фотошаблон имеет топологический рисунок с проектными нормами 2,0 мкм и неровностью края перенесенного изображения на уровне 40 нм. Этот фотошаблон используется в качестве рабочего фотошаблона для проекционной фотолитографии при переносе изображения с субмикронными проектными нормами на специальные изготовленные из кварцевого стекла круглые пластины с линейными размерами, соответствующими линейным размерам кремниевых пластин диаметром 150±2 мм и толщиной 675±20 мкм, применяемых при изготовлении интегральных схем с проектными нормами уровня 0,35 мкм. Для этого на изготовленную из кварцевого стекла специальную круглую пластину диаметром 150 мм и толщиной 671 мкм по базовой технологии наносится слой хрома толщиной 0,1 мкм, поверх которого наносится слой высокоразрешающего позитивного фоторезиста AZ MiR 701 толщиной 0,8 мкм и осуществляется перенос изображения на эту специальную круглую пластину на установке проекционной фотолитографии PAS 5500/250С фирмы ASML, с использованием изготовленного фотошаблона для проекционной фотолитографии. После чего проводится селективное анизотропное травление хрома через фоторезистивную маску в установке реактивного ионного травления в плазме на основе Cl₂, очистка поверхности от остатков резистивной маски и реактивное ионное травление кварцевого стекла через маску из хрома в газоразрядной плазме на основе CHF₃ на глубину 100-200 нм, затем слой хрома удаляется в жидкостном травителе с поверхности кварцевого стекла, вытравленная поверхность штампа закрывается защитным слоем и производится травление открытой поверхности пластины на установке Plasmalab System 100 фирмы OXFORD Instruments в газоразрядной плазме на основе C₄F₈ на глубину 15 мкм с образованием пьедесталов с заданной площадью и высотой 15 мкм. После жидкостной очистки на поверхности пластины остаются сформированные на пьедесталах штампы для наноимпринт литографии с минимальными линейными размерами 0,4 мкм и неровностью края переносимого изображения на уровне 8 нм. После резки пластины на отдельные штампы, при необходимости, производится их посадка на более толстый пьедестал из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала с использованием либо без использования прозрачного для ультрафиолетового излучения клея.

Литература

[1]. Mancini D.P., Resnick D J., Dauksher W.J. Lithographic template and method of formation and use. US Patent No 6,387,787. May 14, 2002 Motorola, Inc.

[2]. Resnick D.J., Nordquist K.J. Lithographic template and method of formationg and use. US Patent No 6,517,977 Feb. 11, 2003, Motorola, Inc.

[3]. Mancini D.P., Resnick D.J., Sreenivasan S.V. et al. S-FIL for sub-80 nm contact hole patterning. - Solid State Technology, February 2004, pp.55-58.

[4]. Sematech Litho Forum, // www.sematech.org/meetings/announcements/8898/.

1. Способ изготовления штампов для наноимпринт литографии с субмикронными и нанометровыми проектными нормами, включающий осаждение на поверхность заготовок для штампа технологического слоя, нанесение на технологический слой чувствительного к выбранному виду излучения резиста, экспонирование резистивного слоя, проявление резистивного слоя с получением резистивной маски, плазменную зачистку резистивной маски, проведение анизотропного высокоселективного травления технологического слоя через полученную резистивную маску, удаление остатков резистивной маски, проведение высокоселективного анизотропного травления поверхности заготовки для штампа через маску из технологического слоя на необходимую глубину с образованием рабочей поверхности штампа, травление окружающей рабочую поверхность штампа поверхности заготовки для штампа на необходимую глубину с образованием пьедестала штампа и очистку поверхности штампа от остатков технологического слоя и других загрязнений, отличающийся тем, что в качестве заготовок для штампа используют специальные круглые пластины, имеющие линейные размеры, соответствующие линейным размерам кремниевых пластин, применяемых при изготовлении интегральных схем с аналогичными проектными нормами, на которые необходимую топологию переносят на установках для проекционной фотолитографии, имеющих необходимое для создания штампа разрешение и уменьшающих переносимое изображение в N раз, с использованием изготовленного с применением высокоразрешающего электронно-лучевого либо ионно-лучевого генератора изображений фотошаблона для проекционной фотолитографии с увеличенными в N раз размерами, по сравнению с размерами на изготавливаемом штампе для наноимпринт литографии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что специальные круглые пластины заготовок для штампа изготавливают из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что специальные круглые пластины заготовок для штампа изготавливают из нержавеющей стали, кремния, бронзы, латуни, вольфрама, титана, ванадия, тантала, молибдена, никеля, хрома.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве технологического слоя на поверхность специальных круглых пластин заготовок для штампа наносят слой поглощающего ультрафиолетовое излучение материала.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве технологического слоя на поверхность заготовок для штампа наносят слой материала, устойчивого к процессу анизотропного травления материала заготовок для штампа.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что для переноса изображения на специальные прозрачные для ультрафиолетового излучения пластины заготовок для штампа используют позитивный фоторезист с получением соответственно негативного изображения на штампе.

7. Способ по п.2, отличающийся тем, что для переноса изображения на специальные прозрачные для ультрафиолетового излучения пластины заготовок для штампа используют негативный фоторезист с получением соответственно позитивного изображения на штампе.

8. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве прозрачного для ультрафиолетового излучения материала при изготовлении специальных круглых пластин заготовок для штампа применяют материалы из группы: оптическое стекло, кварц, кварцевое стекло, флюорит, фторид магния, кристаллы искусственных гранатов, лейкосапфир.

9. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве поглощающего ультрафиолетовое излучение вещества на поверхность специальных круглых пластин заготовок для штампа наносят слой вещества из группы: хром, ванадий, титан, тантал, вольфрам и другие поглощающие ультрафиолетовое излучение вещества, устойчивые к стандартным жидкостным отмывкам поверхности заготовок для штампа.

10. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве поглощающего ультрафиолетовое излучение материала на поверхность специальных круглых пластин заготовок для штампа наносят слой антиотражающего покрытия.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный жесткий штамп используют для получения негативных копий мягких штампов для наноимпринт литографии с пониженной неровностью края переносимого изображения.