Введение к работе
;:';"'::І ;
. ,.', .., Представленная работа "Моделирование технологических про-О^-дессов рентгенолитографии интегральных схем с использованием син-
С(;рТСЦИЯ J
-""-хротронного излучения" посвящена рассмотрению основных физических эффектов, определяющих технологические параметры процесса рентге-нолитографии с использованием синхротронного излучения (СИ), и оценке влияния этих эффектов на характеристики формируемой резис-тивной маски.
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ В последнее время резко возрос интерес к применению синхротронного излучения в технологии рентгенолитографии. Это связано как с требованиями увеличения степени интеграции СБИС до 64 М и выше, а значит с переходом к субмикронным (или, точнее, "субполу-микронным") размерам элементов микросхем, так и с исключительной гибкостью метода при использовании источников СИ. Многофакторность процесса рентгенолитографии в пучках СИ и необходимость обработки большого числа статистических данных для определения оптимальных условий формирования требуемых резистивных масок приводят к необходимости создзния и использования адекватных математических моделей всех основных этапов этого технологического процесса.
Попытки разработки таких математических моделей предпринимались как у нас в стране, так и зарубежем. Однако, в этих моделях не учитывалось комплексное влияние параметров источника СИ, рентгенолитографической системы и процесса формирования изображения на конечный результат рентгенолитографического процесса резистивную маску. Во многих случаях не учитывался реальный спек-"тральный состав экспонирующего излучения (СИ), игнорировалось (либо усреднялось) влияние комплексной прозрачности маскирующего покрытия рентгеношаблона на дифракционные распределения интенсивности, не рассматривался или неадекватно описывался реальный про-
цесс экспонирования рентгенорезиста фото- и оже-электронами, генерируемыми при поглощении излучения.
Для корректного решения задачи моделирования процесса рент-генолитографии при использовании различных источников СИ необходимы детальное рассмотрение всех перечисленных эффектов и оценка их влияния на качество (профиль) формируемой резистивной маски. Этим вопросам, а также проблеме оптимизации параметров рентгено-литогрэфической системы экспонирования в пучках СИ для целей технологии и посвящена настоящая диссертация.
Исходя из перечисленных требований к модели рентгенолито-графии в пучках СИ возникает необходимость продробного анализа и развития теоретического подхода к описанию процесса, что включает в себя решение следующих задач:
теоретическое изучение спектральных зависимостей СИ и элементов оптической системы экспонирования, ориентированное на решение задач технологии рентгенолитографии;
анализ и разработка корректной модели процесса экспонирования рентгенорезистов с учетом генерации, движения и характера энергетических потерь фото- и оже-электронов;
разработка модели формирования скрытого изображения "вторичными" фото- и оже-электронами с учетом реальных дифракционных распределений "первичного" экспонирующего излучения, возникающих за счет дифракционных эффектов на краях элементов рентгеношаблона;
теоретическое изучение процесса проявления полимерных рентгенорезистов и разработка эффективных моделей проявления;
разработка алгоритмов расчета и ориентированного на пользователя комплекта программ для ЭВМ, моделирующих все этапы процесса рентгенолитографии в пучках СИ;
- получение данных о влиянии различных параметров процесса рент-
генолитографии с использованием СИ на форму профиля резистивной
маски;
- оценка потенциальных возможностей и определение оптимальных
параметров данного технологического процесса.
В ходе работы впервые:
получены зависимости профилей энергетических потерь фото- и оже-электронов в ІШМА и кремнии в широком интервале энергий электронов, функции близости для фотонных пучков в ШМА и зависимости влияния выхода электронов из подложки на экспонирование нижних слоев рентгенорезиста на основе обобщенной модели электронного газа;
получена зависимость эффективности разрывов химических связей в ПММА от энергии электронов и показано отсутствие спектральной чувствительности ПММА относительно поглощенной дозы излучения в рабочем интервале длин волн рентгеновского излучения' < А = 0,1 -10 нмл-
разработан комплект программ для микро-ЭВМ, обеспечивающих как моделирование отдельных этапов, так и полного цикла рентгенолито-графии в пучках СИ, и учитывающих все основные физические эффекты (спектральные характеристики СИ и элементов системы экспонирования, влияние эффектов генерации фото- и оже-электронов на форму профиля скрытого изображения, дифракционные эффекты и комплексную прозрачность маски рентгеношаблона), и позволяющие расчитывать различные параметры системы экспонирования;
на основе понятия контраста скрытого изображения получены зависимости этого контраста, а так же относительной производительности системы экспонирования от оптических параметров канала вывода
СИ и рентгенощаблона;
на основе детального изучения лучевой модели проявления и реальных параметров скрытого изображения разработан эффективный и "быстродействующий",алгоритм и соответствующая программа расчета профилей проявления рентгенорезистов;
выработаны критерии оптимизации основных характеристик рентге-нолитографической системы экспонирования в пучках СИ и определены оптимальные по производительности и контрасту источники СИ и параметры оптической системы, получена зависимость для определения оптимальной технологической величины зазора шаблон-пластина от минимальных размеров экспонируемых элементов.
В представленной работе подробно исследованы физические эффекты, проявляющиеся в ходе рентгенолитографического экспонирования полимерных резистов и разработаны эффективные модели всех основных этапов технологического процесса, что позволяет без проведения натурных экспериментов целенаправленно изменяя параметры проследить их влияние на конечный результат и выработать оптимальные условия проведения реального процесса. Получены оптимизационные соотношения для параметров системы экспонирования, ориентированной на работу с конкретным источником СИ - специализированным накопительным комплексом "Зеленоград", что позволит при минимальных затратах отработать сложный технологический процесс рентгенолитографии на каналах вывода этого накопителя.
Разработаны диалоговые ориентированные на пользователя быстродействующие программы для ЭВМ, позволяющие быстро расчи-тать параметры оптической системы экспонирования и, моделировать весь технологический цроцесс рентгенолитографии в пучках СИ. Эти программы позволят технологу оперативно управлять процессом для
. решения конкретных задач, производства интегральных схем.
Разработанная модель движения и энергетических потерь фото-и оже-электронов, генерируемых в веществе мягким рентгеновским излучением, позволяет расчитывать спектры вторичных электронов в экспериментах по ФЭС, методу СРВ,а также при анализе влияния поляризации СИ на энергетические и угловые характеристики этих электронов.
В настоящее время результаты моделирования используются при проведении экспериментов по рентгенолитографии в пучках СИ на накопителе С-60; модель движения и энергетических потерь фото- и оже-электронов применяется для интерпретации экспериментов по использованию поляризованного СИ при анализе структуры и элементного состава приповерхностных слоев кристаллов кремния.
I- Зависимости профиля энергетических потерь низкоэнергетич-ных электронов в полимерных рентгенорезистах типа ПММА от энергии генерации.
-
Функции близости для фотонных пучков в зависимости от энергии экспонирующего рентгеновского излучения и распределения поглощенной дозы по толщине резиста.
-
Зависимость эффективности разрушения химических связей ІША от энергии генерируемых электронов и положение об отсутствии спектральной чувствительности полимерных рентгенорезистов в рабочем интервале длин волн рентгеновского излучения ( Л = 0,1 - 10 нм> относительно поглощенной дозы.
4. Модель рентгенолитографического процесса с использованием
СИ и результаты расчетов, учитывающие процессы генерация излуче
ния, реального формирования скрытого изображения и проявления.
5. Оптимальные параметры рентгенолитографической системы
экспонирования и соотношение для оптимизации величины зазора шаблон-пластина от минимальной ширины экспонируемых элементов для специализированного накопительного комплекса "Зеленоград".
6. Эффективная модель проявления рентгенорезистов, основанная на приближении "вертикальных слоев".
Материалы диссертации были доложены и обсуждены на следующих конференциях, совещаниях и семинарах: 13 отраслевая конференция молодых ученых и специалистов (Зеленоград,октябрь 1988 г.); Всесозная Школа "Физические и физико-химические основы микротехнологии" (Дшшжан, ноябрь 1988 г.); 5 Всесоюзный семинар "Моделирование приборов микроэлектроники" (Горно-Алтайск, июнь 1989 г.); I Всесоюзная конференция по физическим основам твердотельной электроники (Ленинград, сентябрь, 1989 г.); Всесоюзная конференция "Микролитография-90" (Черноголовка, май 1990 г.); Международная конференция "СИ-90" (Москва, июнь 1990 г.); Международная конференция "Микрозлектроника-90 (Минск, октябрь 1990 г.). Основные результаты опубликованы в II работах, список которых приведен в конце автореферата.
0Б"ЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ
Диссертация состоит из введения, шести глав и заключеня, изложенных на 173 страницах текста, включающего 3 таблицы, 31 рисунок и список литературы из 66 наименований.
Похожие диссертации на Моделирование процессов рентгенолитографии интегральных схем с применением синхротронного излучения
