Введение к работе
Актуальность дровэданншс исследований обусловлена тем, что в современной микротехнолопш одним из основных процессов, формирующих топологию и структуру интегральных схем является процесс микролитографии, причем именно он определяет максимально возможное разрешение и на него падает значительная часть расходов в процессе производства изделий микроэлектроники. С точки зрения разрекз-щей способности традиционный метод микролитографии - фотолитография - исчерпал свои возможности и сейчас происходит активная замена его на болев прецизионные процессы, гаяна как электронная литография и лазерная Оезрезистная литография для индивидуальной генерации рисунка и электронная и рентгеновская латография в качестве группового метода обработки рисунка.
Целью настоящей работы явились исследования процессов взаимодействия электронного, рентгеновского и лазерного излучения с резистпыма материалами для повышения производительности и разрешающей способности микролитографии в производстве элементов микроэлектроники.
Основными задачами проводившихся исследований являлись:
-
Анализ процессов анерговыделения и рассеяния электронов в системе резист-подложка в процессах электронной литографии и создание ряда моделей, позволяндих с различной степенью приближения описывать процессы, происходящие при электронно-лучевом экспонировании резистов и рассчитывать характеристики этого процесса и анализ возможностей метода зонно-электронной литографии и ' реальности ого практического применения.
-
Анализ процесса термического взаимодействия лазерного излучения с тонкопленочнымаструктурами. Разработка экспериментального макета для исследования процесса генерации микрорисунка на внутренней поверхности криволинейных образцов методом лазерной безре-зистной литографии, исследование возможности процесса лазерной безрэзистной литографии на внутренней поверхности криволинейных образцов для создания конкретных образцоь алиментов электроники.
-
Разработка экспериментальных маквтоа для исследования взаимодействия рентгеновского излучения с системой резист-подложка, выбор параметров источника рентгеновского излучения, расчёт и конструирование электронной пушки и макета для исследования литографических характеристик рвптгвиорезистов, включая разработку и изготовление экспериментального образца рентгенсянблоаа.
-
Разработка н иэготовленио експериментального комплекса оборудования для исследования процесса электронной литографии, вклта-вдего в себя электронно-лучевой генератор изображения с фототелевизионным вводом информации и генератор линий однократного сканирования; экспериментальный макет для исследования литографических характеристик электронных рвзистов; електронний шаблон для исследования литографических характеристик резкстов; экспериментальный макет для исследования процессов ионно-злвктронной литографии; устройство для исследования спектров обратного отражения электронов от подложки.
-
Исследование литографических характеристик современных влвк-троно и рентгенорезистов и ах ионной и плазменной стойкости в процессах прецизионного травления; исследование спектров отражения электронов от поверхности подложек н профилей линий однократного сканирования с целью модификации разработанных модельных представлений о процессах внерговыделвния и рассеяния влектронов в слое резиста. Разработка методов повышения производительности и разрешающей способности метода электронной литографии с учбтом возможностей существующего оборудования.
-
Исследование и разработка возможности осуществления методов михролитографии на яешгаских подложках, вписывавшихся в радиальную симметрию современных процессов микролитографни.
В результате проведбнной работы получены следующие новые научные результаты:
-Разработана аналитическая модель, позволяющая исходя из параметров материала резиста, подложки и экспонирующего электронного пучка рассчитывать процесс внорговндвления в слое резиста за счет первичных и обратно-отражЗнвых электронов, определять профиль поглощенной в слое резиста энергии в зоне пучка и в зоне геометрической тени, рассчитывать изменение размеров зоны обработки в зависимости от параметров процесса. Разработана методика определения удельной критической энергии структурирования резиста.
- Разработан номограммный метод расчета процесса энерговыдо-делвния в рэзисте, позволяющий рассчэтным путем получить энергетическую контрастно-чувствительнуш характеристику резиста. Для повышения энергетического контраста резиста предложен метод ступенчатого пошагового зкспонировгпия с дискретно переменной дозой и энергией вксгояирущих электронов.Одним из путей повышения разрешавшей способности злвктронолитографии является примеяонжэ низковольтного рожка зкспоїирования, при котором длина пробега элэ-
-3-ктронов в рэзиств совпадает с его толщиной.
Предложена методика определения зоны формирования скрытого изображения и зоны эффекта близости. Установлено, что зона формирования скрытого изображения определяется в основном высокозяер-гетичной линией спектра обратно-отраженных электронов, в то время как зона эффекта близости - характеристиками материала резяста, в основном чувствительностью и контрастностью.
Обоснована штодика исследования контрастно-чувствительных характеристик электронорезастов. Установлено, что зависимости чувствительности и контраста от энергии электронов имеет резко выраженный максимум, лежащий в низковольтной области, при втом с понижением энергии электронов уменьааетсн ионная стойкость а адгезия к подложке. Установлена аномальная зависимость контрастно-чувствительной характеристики негативных электронорезистов от энергии электронов в процессах низковольтной электронолптографии, выражаыцаяся в наличии участка насыщения в области средних доз между пороговой и критической дозами.
Исследована возможность применения для целей злектроволя-тографии метода ионно-элвктронной эмиссии. Установлено, что с точки зрения производительности и разрешающей способности элвк-тронолитогрвфии этот метод может быть рекомендован для практических целей. Установлено, что производительность проекционной элэк-тронолитографки при применении метода гонно-электронной литографии существенно повышается, а число допустимых экспозиций значительно больше, чем при применении традиционных методов проекционной электронолитогрэфии.
Обнаружена и исследована зависимость пространственного распределения концентрации радиационно-химических превращений в слое резиста типа ПММА от формы поверхности подложки при электронно-лучевом л рентгеновском экспонировании, зависимость плотности поверхностных дефектов кристаллической структуры кремниевых пластин от радиуса кривизны контролируемого изгиба, диаметра пластин и режима отжига дефектов при механическом изгибе плоских пластин.
Практическая ценность полученных результатов выражается в в следующем:
- Разработан ряд моделей процесса взаимодействия электрон
ного пучка с системой резяст-подложкз, которые использовались для
компенсации "эффекта близости" в системах электронной литография.
Разработаны методики, позволяющие рассчитать параметры технологи
ческого процесса алвктронолитографяи с заданным значением анерге-
-4-тического контраста.
Разработанный номограммный метод расч9та процэсса пошагового экспонирования используется в учебном процессе кафедри МИТ СПбГЭТУ при чтении курсов "Физико-химические основы технологии РЗО" и "Основы нанотехнологии".
Разработан комплекс оборудования для исследования литографических характеристик электронорезистов, получения и исследования линий однократного сканирования и возможностей метода ионио-элвктронной литографии. Разработан и изготовлен экспериментальный макет для исследования литографических параметров процессе рентгеновской литографии, включающий источник электронов, мишень со сменными анодами и рентгеношаблон. Разработаны способы повышения производительности и разрешающей способности литографических методов, включая рекомендации по повышению ионной и плазменной стойкости резястов.
Установлена возможность практического применения метода ионио-элвктронной литографии для целей мякротехнологии, оценены преимущества и недостатки этого метода, выработаны предваритель-. ные рекомендации по его применению.
Исследованы спектральные зависимости коэффициентов поглощения рэнтгенорвзистов, выработаны рекомендации по оптимизации процесса рентгеновского экспонирования. Предложен ряд устройств и способов, позволяющих повысить производительность и разрешашщуш способность процесса рентгеновского экспонирования благодаря использованию сферических подложек и шаблонов.
Разработан экспериментальный макет для осуществления процесса лазерной безрезистной литографии на внутренней поверхности цилиндрических образцов. Найдены параметры оптимального режима, позволяющего производить обработку с внешней стороны образца. Изготовлены образцы элементов прлэмно-пэреданцих телевизионных трубок с электростатическим отклонением луча.
Предложены оригинальные способы и устройства электроннолучевого экспонирования, предложены конструкции устройств для нанесения вязких резистов на поверхность подложок и способ вакуумного термического напыления, позволящие повысить равномерность распределения толщины слоя резиста по площади подложек.
Полученные новые научные результаты позволяют сформулировать научные положения, выносимые на защиту.
1. Зависимость чувствительности, контраста и ионной стойкос-тирезистов от анэргии электронов имелт экстремум в низковольтной
-5-области. а контрастно-чувствительные характеристики область насищений меаду пороговой и критической дозами облучения.
-
Увеличение производительности и разрешающей способности элактронолитографш.достигается путем использования ступвїггатих процессов экспонирования резистов, обеспечивающих дополнительное выделение энергии в верхних слоях резиста.
-
Оптимальный режим лазерной беврезистной литографии на криволинейной прозрачной поверхности достигается ігри совокупности параметров, связывающих коэффициент пропускания подложки, длину воліш, мощность, длительность импульса и частоту следования лазерного излучения и скорость перемещения потока излучения по поверхности образца.
-
Метод контролируемой обратимой деформации подложек позволяет сочетать радиальную симметрию большинства современных технологических процессов и пленарную форму обрабатываемых подложек.
Апробация работы. Основные результаты, выводы и рекомендации работы докладывались на в Международных конференциях; 22 Всесоюзных конференциях, семинарах и симпозиумах; Э Республиканских конференциях и 1 Региональной конференции.
Публикации. По теме диссертации депонированы в ВИНИТИ 2 монографии, опубликовано 109 печатных работ, включая 3? статей, 43 тезиса докладов, 14 авторских свидетельств на изобретения СССР и 15 авторских свидетельств и заявок на изобретения ПНР.
Результаты диссертационной работы внедрены на ряда промышленных предприятий и ВУЗов Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четйрах глав, заключения, списка литературы, тіключащвго 258 наименований и приложения, в котором приведены акты в внедрения и использования результатов диссертационной работы. Основная часть работы изложена на 241 странице машинописного текста. Работа содержит 82 рисунка.
