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 210^-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 210^-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.