СПОСОБ ФОТОЛИТОГРАФИИ
METHOD OF PHOTOLITHOGRAPHY

Изобретение относится к электронной технике, в частности к процессам формирования топологических элементов микроэлектронных устройств с использованием электрохимического осаждения и взрывной литографии.
Известен способ формирования структур фотолитографией по патенту России на изобретение №2071142 (МПК H01L 21/30, опубл. 27.12.1996 г.) Сущность изобретения: наносят на подложку слой позитивного фоторезиста, облучают его пучком электронов, экспонируют рисунок ультрафиолетовым излучением, проявляют, напыляют дополнительный слой материала и удаляют резист. Облучение пучком электронов проводят после экспонирования рисунка ультрафиолетовым излучением, причем энергия электронов в пучке составляет 3-6 кэВ, а доза облучения достаточна для полной потери чувствительности фоторезиста к ультрафиолетовому излучению на необлученных при экспонировании рисунка участках, после проявления проводят дополнительное экспонирование фоторезиста ультрафиолетовым излучением и удаление резиста в проявителе. Для формирования нависающего профиля края, облегчающего проведение обратной литографии методом взрыва, рельефные структуры в резисте могут быть подвергнуты дополнительному проявлению перед нанесением дополнительного слоя материала.
Известен способ фотолитографии по патенту на изобретение Венгрии HU 139170 (H05K 3/06, опубл. 25.07.1988 г.), включающий нанесение на подложку слоя позитивного фоторезиста, сушку, экспонирование без шаблона, термообработку при температуре выше температуры разложения светочувствительного компонента, но ниже температуры разложения продуктов фотохимических реакций, нанесение второго слоя фоторезиста, сушку, экспонирование через шаблон и проявление рисунка в двухслойной пленке.
Э1
Э2
Э2
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ фотолитографии по патенту на изобретение России №2096935 (МПК H05K 3/06, H01L 21/30, опубл. 20.11.1997). Сущность изобретения: на подложку наносят первый слой позитивного фоторезиста, проводят его сушку и экспонирование без шаблона, затем наносят второй слой позитивного фоторезиста, проводят его сушку, экспонируют через шаблон и проявляют рисунок в двухслойной пленке, при этом величину экспозиции первого слоя фоторезиста t выбирают равной (0,5-0,6)t, где t - значение величины экспозиции второго слоя в диапазоне фотографической широты применяемого фоторезиста. Признаками, совпадающими с заявляемым изобретением, являются формирование первого слоя путем нанесения на подложку слоя позитивного фоторезиста с последующей его сушкой, экспонирование первого слоя без шаблона, формирование второго слоя путем нанесения на подложку слоя позитивного фоторезиста с последующей его сушкой, экспонирование через шаблон и проявление рисунка, причем время экспозиции первого слоя меньше времени экспозиции второго слоя.
Получению требуемого технического результата препятствуют ограниченные возможности использования указанного способа в отношении формирования фоторезистивных масок толщиной более 7 мкм без образования дефектов в виде пузырьков азота.
Заявляемое изобретение направлено на решение задачи расширения арсенала технических средств формирования технологически качественной маски из позитивного фоторезиста с толщиной 7-15 мкм, обладающей воспроизводимым отрицательным углом наклона стенок профиля.
Технический результат, получаемый при реализации заявляемого изобретения, выражается в реализации расширения арсенала технических средств формирования технологически качественной маски отрицательным углом наклона стенок профиля из позитивного фоторезиста с толщиной 7-15 мкм, что сопровождается уменьшением образования дефектов  в виде пузырьков азота, достигаются оптимальные параметры края отрицательного профиля, что необходимо для качественного проведения обратной фотолитографии и увеличивает процент выхода годных структур после фотолитографии.
Для достижения вышеуказанного технического результата способ фотолитографии включает формирование первого слоя позитивного фоторезиста путем, по меньшей мере, двух циклов нанесения на подложку слоя позитивного фоторезиста с последующей его сушкой, экспонирование первого слоя без шаблона, формирование второго слоя позитивного фоторезиста путем, по меньшей мере, двух циклов нанесения на подложку слоя позитивного фоторезиста с последующей его сушкой, термообработку при температуре 120-150°С, экспонирование через шаблон и проявление рисунка, причем время экспозиции первого слоя меньше времени экспозиции второго слоя.
От прототипа указанный способ отличается тем, что нанесение слоев проводят циклами путем нанесения на подложку слоя позитивного фоторезиста с последующей его сушкой, операцию термообработки при температуре 120-150°С проводят после нанесения второго слоя фоторезиста перед его экспонированием.
2
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь. Указанный технический результат достигается благодаря тому, что при выполнении заявленного способа нанесение фоторезиста проводят циклами путем нанесения на подложку слоя позитивного фоторезиста с последующей его сушкой, что обеспечивает нанесение слоя фоторезиста большей толщины. При экспонировании позитивных фоторезистов, большинство которых получено на основе нафтохинондиазида, образуется азот N. При нормальных условиях экспонирования молекулярный азот успевает диффундировать из пленки фоторезиста. Однако скорость образования молекул азота может превышать скорость их диффузии из пленки фоторезиста, и в пленке формируются пузырьки азота. Этот эффект часто наблюдается в фоторезистах большей толщины. Вышеуказанное проведение нанесения фоторезистов циклами с промежуточной просушкой и проведение операции термообработки при температуре 120-150°С после нанесения второго слоя фоторезиста перед его экспонированием приводят к тому, что пузырьки азота успевают диффундировать даже при большей толщине фоторезиста. Также при дополнительном нагреве происходит размытие границы раздела первого и второго слоев фоторезиста: частично проэкспонированный первый слой фоторезиста и неэкспонированный второй слой фоторезиста перемешиваются между собой, образуя промежуточный слой фоторезиста, в котором концентрация засвеченного резиста и, как следствие, - чувствительность к проявителю растет при движении к подложке. Разная скорость проявления слоев позволяет формировать фоторезистивную маску большой толщины с оптимальными параметрами отрицательного угла наклона стенок профиля.
Уменьшением образования дефектов в виде пузырьков азота и оптимальные параметры края отрицательного профиля обеспечивают более качественное проведение обратной фотолитографии и увеличивают процент выхода годных структур после фотолитографии.
В частном случае выполнения изобретения толщина первого слоя фоторезиста составляет от 4 мкм до 5 мкм.
В частном случае выполнения изобретения толщина второго слоя фоторезиста составляет от 3 мкм до 10 мкм.
В частном случае выполнения изобретения время экспонирования первого слоя фоторезиста составляет от 30 до 50 секунд.
В частном случае выполнения изобретения время экспонирования второго слоя фоторезиста составляет от 150 до 190 секунд.
В частном случае выполнения изобретения перед нанесением первого слоя фоторезиста проводят термическую дегидратацию и обработку подложки в парах гексаметилдисилазана.
В частном случае выполнения изобретения время экспозиции первого слоя составляет 0,1-0,4 времени экспозиции второго слоя.
В частном случае выполнения изобретения время термообработки при температуре 120-150°С составляет 250-350 секунд.
Изобретение поясняется фотографией профиля фоторезистивной структуры, полученной заявленным способом (оптический микроскоп INM 200 UV, увеличение 1000х).
Способ фотолитографии осуществляют следующим образом. Перед нанесением первого слоя фоторезиста для увеличения адгезии проводят термическую дегидратацию и обработку подложки в парах гексаметилдисилазана. Формируют первый слой позитивного фоторезиста толщиной 4-5 мкм путем, по меньшей мере, двух циклов нанесения на подложку слоя фоторезиста с последующей его сушкой, экспонируют первый слой без шаблона (сплошное экспонирование) в течение 30-50 секунд. Затем формируют второй слой позитивного фоторезиста толщиной 3-10 мкм путем, по меньшей мере, двух циклов нанесения на подложку слоя фоторезиста с последующей его сушкой, далее проводят термообработку при температуре 120-150°С в течение 250-350 секунд в среде инертного газа, например азота. Потом проводят экспонирование через шаблон в течение 150-190 секунд и проявление рисунка.
Пример
Формирование первого слоя позитивного фоторезиста. Использована установка SussMicrotec GAMMA4M. Предварительно кремниевая подложка обработана в парах гексаметилдисилазана в течение 10 сек при температуре нагрева верхней печки 120°С и температуре нагрева нижней печки 120°С. Затем подложку охлаждали в течение 10 сек до 20°С. На подложку наносили позитивный фоторезист Shipley 1813 sp15 (допускается использование фоторезистов, аналогичных данному) в количестве 2,5 мл методом центрифугирования: 1-я скорость - 600 об/мин, 2-я скорость - 2500 об/мин. Проведение сушки фоторезиста в течение 120 сек при температуре 95°С. Охлаждение пластины в течение 10 сек до 20°С. Проведение следующего цикла формирования первого слоя фоторезиста. Нанесение фоторезиста Shipley 1813 sp15 в количестве 2,5 мл методом центрифугирования: 1-я скорость - 600 об/мин, 2-я скорость - 2500 об/мин. Проведение сушки фоторезиста в течение 120 сек при температуре 95°С. Охлаждение пластины в течение 10 сек до 20°С.
Экспонирование всей поверхности пластины проводили на установке SussMicrotec MA-150 (ртутная лампа, i-line, мощность 350 Ватт) через стекло в течение 40 сек.
Формирование второго слоя фоторезиста на установке SussMicrotec GAMMA4M аналогично формированию первого слоя. На подложку наносили позитивный фоторезист Shipley 1813 sp15 в количестве 2,5 мл методом центрифугирования: 1-я скорость - 600 об/мин, 2-я скорость - 2500 об/мин. Проведение сушки фоторезиста в течение 120 сек при температуре 95°С. Охлаждение пластины в течение 10 сек до 20°С. Проведение следующего цикла формирования второго слоя фоторезиста. Нанесение фоторезиста Shipley 1813 sp15 в количестве 2,5 мл методом центрифугирования: 1-я скорость - 600 об/мин, 2-я скорость - 2500 об/мин. Проведение сушки фоторезиста в течение 120 сек при температуре 95°С. Охлаждение пластины в течение 10 сек до 20°С.
Затем проводили термообработку при температуре 125°С в течение 300 сек. Охлаждение пластины в течение 60 сек до 20°С.
Экспонирование поверхности через фотошаблон пластины проводили на установке SussMicrotec MA-150 (ртутная лампа, i-line, мощность 350 Ватт) в течение 170 сек. Проявление изображения проводили на установке ЛАДА-125 в растворе 0,6% KOH в течение 99 секунд (в качестве проявителя можно использовать любой жидкостный проявитель на базе растворов KOH, NaOH или ТМАН).
Полученная структура с отрицательным профилем представлена на фотографии.