СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОШАБЛОНА ДЛЯ КОНТАКТНОЙ ФОТОЛИТОГРАФИИ С СУБМИКРОННЫМИ И НАНОМЕТРОВЫМИ ПРОЕКТНЫМИ НОРМАМИ
METHOD OF PRODUCING CONTACT PHOTOMASK WITH SUBMICRON AND NANOMETRIC DESIGN RULES

Изобретение относится к области микроэлектроники, а точнее к способам изготовления фотошаблонов для контактной фотолитографии с субмикронными и нанометровыми проектными нормами, и может быть использовано при изготовлении фотошаблонов для технологии изготовления акустоэлектронных устройств на поверхностных и объемных акустических волнах.
Известен способ изготовления рабочих фотошаблонов для проекционной и контактной фотолитографии с использованием для переноса изображения на квадратные шаблонные заготовки лазерных генераторов изображения. К основным недостаткам данного способа относится ограничение в размерах переносимого рисунка из-за наличия дифракционных эффектов при сопоставимости линейных размеров переносимого изображения с длиной волны эксимерного лазера. Так как современные лазерные генераторы изображения работают на длине волны не менее 193 нм, то получение на шаблонных заготовках рисунка с подобными либо меньшими критическими размерами без искажений становится проблематичным. При этом неровность края переносимого изображения, как правило, находится на уровне 40 нм [1].
Известен также способ изготовления фотошаблонов с использованием для переноса изображения на квадратные шаблонные заготовки электронно-лучевых генераторов изображений, обеспечивающий перенос изображения с нанометровыми проектными нормами [2]. К недостаткам этого способа относится плохое воспроизведение наноразмерных элементов из-за эффекта близости, ограничивающего разрешающую способность электронно-лучевой литографии 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 [3]. Поэтому изготовленные по данному способу фотошаблоны для контактной фотолитографии с субмикронными проектными нормами также имеют заметную неровность края перенесенного изображения. Кроме того, применение электронно-лучевых генераторов изображений с наноразмерным диаметром электронного пучка делает изготовление такого фотошаблона для контактной фотолитографии слишком дорогостоящим, из-за низкой производительности электронно-лучевых генераторов изображений и ограниченного времени жизни фотошаблона для контактной фотолитографии, которое часто не превышает 100 процессов переноса изображения [2].
В то же время технические характеристики акустоэлектронных устройств, содержащих периодические структуры, например встречно-штыревые преобразователи (ВШП), зависят как от точности воспроизведения периода и ширины штырей по всей длине ВШП, так и от степени неровности края переносимого изображения. При переходе к субмикронному уровню периода ВШП погрешность в размерах элементов на уровне 20-50 нм оказывает значительное влияние на рабочие характеристики акустоэлектронных устройств. Поэтому с переходом на субмикронный уровень элементов фотошаблона для контактной фотолитографии базовая технология изготовления фотошаблонов не гарантирует получения необходимых рабочих характеристик изготавливаемых акустоэлектронных устройств.
В технологии микроэлектроники, с переходом к субмикронному уровню интегральных схем, перешли к проекционной фотолитографии, для которой фотошаблоны изготавливаются в увеличенном масштабе от 4х до 10х, что резко упрощает и удешевляет процесс их изготовления, а также увеличивает точность воспроизведения субмикронных элементов. При этом отсутствие физического контакта фотошаблона с рабочими пластинами при переносе изображения увеличивает время жизни фотошаблона для проекционной фотолитографии, по сравнению со временем жизни фотошаблона для контактной фотолитографии, на несколько порядков.
Однако применение современной проекционной фотолитографии для переноса субмикронного изображения при изготовлении акустоэлектронных устройств неприемлемо из-за небольших линейных размеров пьезокристаллических пластин, из которых изготавливают акустоэлектронные устройства, так как диаметр пьезокристаллических пластин, применяемых при изготовлении устройств на ПАВ, как правило, не превосходит 100 мм, а в отдельных случаях используются нестандартные прямоугольные пластины с линейными размерами менее 10 мм, а современные степперы и сканеры для проекционной фотолитографии, способные переносить на рабочие пластины топологию с проектными нормами уровня 0,35 мкм и менее, рассчитаны на использование круглых кремниевых пластин с диаметром 150-300 мм.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в увеличении точности воспроизведения субмикронных топологических размеров при изготовлении фотошаблонов для контактной фотолитографии, в частности в уменьшении неровности края переносимого изображения, а также удешевление изготовления самих фотошаблонов для контактной фотолитографии с субмикронными и наноразмерными проектными нормами.
Поставленная задача решается в способе изготовления фотошаблонов для контактной фотолитографии с субмикронными и нанометровыми проектными нормами, отличающимся тем, что изготавливают фотошаблон для проекционной фотолитографии с увеличенными в N раз размерами по сравнению с размерами на изготавливаемом фотошаблоне для контактной фотолитографии и с использованием этого фотошаблона для проекционной фотолитографии и установок для проекционной фотолитографии, уменьшающих переносимый рисунок в N раз, переносят изображение на пластины, изготовленные из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала, имеющие линейные размеры, соответствующие линейным размерам кремниевых пластин, применяемых при изготовлении интегральных схем с использованием данных установок для проекционной фотолитографии, и из этих пластин изготавливают фотошаблоны для контактной фотолитографии, для чего проводят экспонирование фоторезистивного слоя, нанесенного на поглощающий ультрафиолетовое излучение слой, нанесенный на поверхность пластин, изготовленных из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала, проявление фоторезистивного слоя, анизотропное высокоселективное травление поглощающего ультрафиолетовое излучение слоя через полученную фоторезистивную маску, обрезку пластин до необходимых размеров и очистку поверхности полученного фотошаблона для контактной фотолитографии от остатков фоторезистивной маски и других загрязнений. При этом в качестве прозрачного для ультрафиолетового излучения материала при изготовлении пластин применяют материалы из группы: оптическое стекло, кварцевое стекло, лейкосапфир, кварц, кристаллы искусственных гранатов либо кристаллы фторидов щелочно-земельных металлов, а в качестве поглощающего ультрафиолетовое излучение вещества на поверхность этих пластин наносят вещества из группы: хром, ванадий, титан, тантал, вольфрам и другие поглощающие ультрафиолетовое излучение вещества, устойчивые к стандартным жидкостным отмывкам поверхности.
Таким образом, отличительными признаками изобретения являются применение в качестве шаблонных заготовок при изготовлении фотошаблона для контактной фотолитографии с субмикронными или нанометровыми проектными нормами прозрачных для ультрафиолетового излучения пластин, линейные размеры которых соответствуют линейным размерам кремниевых пластин, применяемых при изготовлении интегральных схем с аналогичными изготавливаемому фотошаблону для контактной фотолитографии проектными нормами, и перенос изображения на эти шаблонные заготовки с использованием изготовленного фотошаблона для проекционной печати с увеличенными в N раз размерами рисунка и современных установок для проекционной фотолитографии, уменьшающих переносимый рисунок в N раз.
Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в увеличении точности воспроизведения субмикронных топологических размеров при изготовлении шаблонов для контактной фотолитографии, в частности уменьшения неровности края переносимого изображения, а также удешевления изготовления самих фотошаблонов.
Применение таких пластин в качестве фотошаблонных заготовок при изготовлении фотошаблона для контактной фотолитографии позволяет использовать для переноса 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 фотошаблоне для контактной фотолитографии с субмикронными и нанометровыми проектными нормами, по сравнению с неровностью края изображения на изготовленном рабочем фотошаблоне для проекционной фотолитографии, и сократить финансовые затраты на изготовление фотошаблона для контактной фотолитографии 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 пластинах, используемых в качестве фотошаблонных заготовок для контактной фотолитографии. Учитывая, что время жизни рабочего фотошаблона для контактной фотолитографии часто не превышает 100 процессов переноса изображения, предлагаемый способ дает существенное удешевление из-за возможности изготовления серии рабочих фотошаблонов для контактной фотолитографии с субмикронными и нанометровыми проектными нормами без применения электронно-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 очистку 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 кварцевые пластины, изготовленные в виде пластин 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 пластину диаметром 150 мм и толщиной 675±20 мкм по базовой технологии наносится слой хрома толщиной 0,1 мкм, поверх которого наносится слой высокоразрешающего химически стойкого позитивного фоторезиста AZ MiR 701 толщиной 0,8 мкм и осуществляется перенос изображения на эту пластину, используемую в качестве фотошаблонной заготовки для контактной фотолитографии, на установке проекционной фотолитографии PAS 5500/250C фирмы ASML с использованием изготовленного фотошаблона для проекционной фотолитографии. При этом переносимые топологические размеры уменьшаются в 5 раз в соответствии с техническими характеристиками установки PAS 5500/250C. Затем по базовой технологии производят жидкостное проявление фоторезиста и анизотропное селективное травление хрома через фоторезистивную маску в установке высокоплотной плазмы с реактором индукционного типа. После удаления остатков фоторезистивной маски и дополнительных химических очисток получается фотошаблон для контактной фотолитографии, с минимальными линейными размерами 0,4 мкм и неровностью края переносимого изображения на уровне 8 нм, в соответствии с уменьшением всех линейных размеров при переносе изображения в 5 раз.
Литература
1. A.Buxbaum, M.Buie, В.Stoehr, W.Montgomery, S.Fuller, "Characterization of an integrated multibeam laser mask-pattern generation and dry-etch processing total solution", 21st Annual BACUS Symposium on Photomask Technology, Giang T.Dao, Brian J. Grenon, Editors, Proceedings of SPIE, Volume 4562, pp.338-352, SPIE, (2001).
2. Аваев Н.А., Наумов Ю.Е., Фролкин В.Т. // Основы микроэлектроники. M.: Радио и Связь, 1991, 288 с.
3. Sematech Litho Forum.
hhttp://www.sematech.org/meetings/announcements/8898/.