A találmány területe

A jelen találmány általánosságban olyan mikrominta-képzési eljárásra vonatkozik, amely képes az optikai határértékeknél jóval finomabb méretű mikrominta kialakítására, és különösen egy mikrominta-képzési eljárásra, amely kevésbé változik az ezt követő finom méret szélességében és sokkal finomabb az irányíthatóság szempontjából a finom méret pontosságának fenntartása érdekében.

A száraz maratás a finom mintázatú vékony filmek (mikrominták) kialakításának egyik módszereként áll rendelkezésre. Jellemzően ez a száraz maratási eljárás magában foglalja egy vékony film kialakítását egy hordozón, bevonást és egy ellenálló réteg kialakítását a vékony filmre, ezt az ellenállási réteget fotólitográfiával mintázva finom mintázatú ellenállási maszkot kapunk, ezt az ellenálló maszkot használva száraz maratásként maszk a kitett vékony film egy részének eltávolításához, és az ellenállás lehúzása, hogy vékony filmet kapjon rajta mikromintával.

Az ilyen szárító maratással kialakított mikromintákat tartalmazó vékony filmeket például mikrorészekhez, mikroréteg-tagokhoz, összekötő mintákhoz stb. Használják, amelyek mikrovezetek részét képezik, vékonyréteg-induktorok, vékonyréteg-mágneses fejek, félvezető eszközök, vékonyrétegeket érzékelő érzékelők, működtetők vékony filmeket csapolnak stb.

A mikrokészülékek közelmúltbeli trendjei a sokkal kisebb méret felé mutatnak, egyre nagyobb igény mutatkozik a mintaszélesség minden eddiginél jóval kisebb méretére, valamint a maszkminta kialakításához használt aktív fénysugarakra, rövid hullámhosszúságú besugárzási fényekre, például KrF Az ArF, F2 excimer lézerfény és elektronsugárzás jelenleg kutatás és fejlesztés alatt áll, sőt gyakorlatilag alkalmazható.

A technika állása szerinti száraz maratással azonban elméletileg még mindig lehetetlen olyan vékony filmeket alkotni, amelyek sokkal finomabbak, mint az optikailag korlátozott méret, mert az ellenállóréteget optikai módszerrel mintázzák, és a kapott ellenállási mintát száraz maratómaszkként használják. mikromintás vékony filmet alkotnak.

Van egy módszer - az úgynevezett hamvasztási technika - egy ilyen probléma megoldására, amelynél az ellenállás mintázat szélességének csökkentése érdekében az ellenállás felületét oxigénplazmának vagy hasonlónak tesszük ki, hogy lebontsa és gőzfázisban eltávolítsa.

Általában a hamvasztás problémája, amelyet a minta sokkal finomabbá tételére lehet használni, az az, hogy a kisülés az ellenállás felületén halad át az oxigén plazma kisüléskor, és a hamvasztás sebessége ebben a helyzetben eltér, ami a a következõ ellenállás szélességének pontossága és az ellenállás szélességének eloszlásának romlása. Egy másik probléma felmerül a hamvasztási sebességgel (kezdeti hamvasztási arány) közvetlenül a hamvasztás megkezdése után; ez a hamvasztási arány magasabb, mint az azt követő, ami megnehezíti a minta érzékeny karcsúsítását.

Ilyen esetekben a találmányt egy olyan mikrominta-képzési eljárás biztosítása céljából valósítottuk meg, amely képes kialakítani az optikailag korlátozottnál jóval finomabb méretű mintát, ahol (1) hamvasztási állapotot közvetlenül a a kisülés stabilizálódik a hamvasztási arány eloszlásának javítása érdekében, és (2) a minta érzékeny karcsúsítása könnyedén és nagy pontossággal megvalósítható.

A találmány szerint a fent leírt ilyen célok megvalósíthatók egy mikrominta-képzési folyamat biztosításával, amely magában foglal egy ellenállási minta kialakítását, majd az ellenállási minta felületén egy széntartalmú film kialakítását, majd az említett szén hamvasztását. - tartalmazó film és az ellenállási felület egy része, amely az ellenállási mintát alkotja.

A találmány szerinti mikrominta-képzési eljárás egyik előnyös megvalósítási módja szerint az említett széntartalmú fóliát száraz filmképző technikával képezzük.

A találmány szerinti mikrominta-képző eljárás egyik előnyös megvalósítási módja szerint az említett széntartalmú fóliát porlasztással vagy gőzfestéssel képezzük szén felhasználásával.

A találmány szerinti mikrominta-képzési eljárás egyik előnyös megvalósítási módja szerint az említett széntartalmú fóliát egy széntartalmú, vízoldható anyagot tartalmazó vizes oldat bevonásával és szárításával állítják elő.

A találmány szerinti mikrominta-képző eljárás egyik előnyös megvalósítási módja szerint az említett széntartalmú vízoldható anyag polivinil-alkoholból, polietilén-glikolból vagy beillesztett keményítőből készül.

Ábrák. 1A, 1B, 1C és 1A D szemléltetőek a találmány szerinti mikrominta-képzési folyamat időbeli szakaszában.

ÁBRA. A 2. ábra a minta szélességének csökkenését, illetve a hamvasztási idő összefüggéseit ábrázoló grafikon a találmány szerinti és az összehasonlító példákban.

A találmány megvalósításának legjobb módját most részletesen ismertetjük.

A találmány szerinti mikrominta-képzési eljárás képes sokkal finomabb minták kialakítására, mint az optikailag korlátozott méret. A találmány különösen egy mikrominta-képzési eljárással foglalkozik, amely kevésbé változik az ezt követő finom méret szélességében, és sokkal finomabb az irányíthatóság szempontjából a finom méret-pontosság fenntartása érdekében.

A találmány szerinti eljárás lépéseit most részletesebben ismertetjük, hivatkozva a találmány szerinti mikrominta-képzési eljárás egyik előnyös példáját szemléltető rajzokra. Ábrák. 1A, 1B, 1C és 1A D ábrák szemléltetik a találmány szerinti mikrominta-képzési folyamat metszetét és vázlatát. Itt jegyezzük meg, hogy az alábbiakban előnyös példaként bemutatott mikrominta egy ellenállási minta; azonban a vékonyfilmes mikrominta kialakítása száraz maratással, ezzel az ellenállási mintával maszkként szintén a találmány jogának körébe tartozik.

(1) Az aljzat előkészítésének lépése, amely hordozóanyagot nyújt a mikrominta kialakításához

Először egy szubsztrát 10. amely biztosítja a szubsztrátum anyagát a mikrominta kialakításához, felkészül.

Az aljzatra 10., például egy szilícium-szubsztrátot részesítünk előnyben, amelynek Ta vagy más film van felületi rétegként.

A következő lépéseket közvetlenül vagy vékony fólián keresztül alkalmazzák az aljzatra 10..

(2) Ellenáll a minta kialakításának lépése

Ezután, amint az a 2. ábrán látható, Az 1B. Ábra egy ellenállási minta 20 adott mintázatú képződik az aljzaton 10.. Az alábbiakban bemutatjuk az ellenállási minta kialakításának egyik példáját 20.

Vagyis miután a fotorezisztet bevonják a hordozóra 10., A centrifugálás bevonásával példaként a fotóellenállást felmelegítik (sütik), ha szükséges, hogy ellenálljon a film. Ezután fotolitográfiával alkalmazzák a mintázást (szelektív expozíció és fejlesztés a minta kialakításához) a fotoreziszt filmre az ellenállási minta kialakításához 20 (ellenáll 21, 22., 23 az illusztrált példában).

Az illusztráció jobb megértése érdekében tegyük fel, hogy ellenáll 22. ábra közepén. Az 1B ábra a vékonyítás (elszigetelt vonal), amelyet csökkenteni kell.

(3) A széntartalmú fólia kialakításának lépése az ellenálló minta felületén

Ezután, amint az a 2. ábrán látható, Az 1C. Széntartalmú film 30 az ellenállási minta felületén képződik 20 (ellenáll 21, 22., 23 a bemutatott példában), és a kitett aljzat felületén 10. is.

A széntartalmú film 30 is előállítható (I) száraz filmalkotó technikával szén alkalmazásával, és (II) olyan technikával, amelyben egy széntartalmú, vízben oldódó anyagot tartalmazó vizes oldatot bevonunk és szárítunk.

A filmképzés, a filmvastagság, az egyszerűsített lépések stb. Egyszerűségét szem előtt tartva előnyösebb az előbbi száraz filmképzési technikára támaszkodni. A száraz filmképző technikát előnyösen porlasztással vagy gőzfektetéssel valósítjuk meg szén alkalmazásával.

A széntartalmú vízoldható anyaghoz a bevonási lépésben például polivinil-alkoholt, polietilén-glikolt vagy beillesztett keményítőt használunk előnyösen centrifugálással, mártásos bevonással vagy más bevonási eljárással kombinálva.

Amint az az alábbiakban megadott speciális kísérleti példákból is meg lehet érteni, a széntartalmú film 30 előnyösen olyan vastagságú, hogy az ellenállási hamvasztási idő lineárisan viszonyuljon a szélesség csökkenésének sebességéhez, így a szélesség csökkenése érzékenyen szabályozható. Más szavakkal, a film 30 elég vastag lehet ahhoz, hogy kompromisszumos rétegként funkcionáljon, hogy megnövekedett hamvasztási sebességgel tudjon kijutni az úgynevezett kezdeti szakaszból.

(4) Hamvasztási lépés

Ezután a széntartalmú film 30 és az ellenállási felület egy részét, amely az ellenállási mintát alkotja 20 hamvasztás közben hamvasztják.

A hamvasztási lépésben a szerves anyagokat olyan plazmának teszik ki, amely legalább oxigént tartalmaz, hogy gázokká (CO2, H2O) alakuljon át. A találmány szerint, amint azt a 2. ábra mutatja. Az 1D. Széntartalmú film 30 és az ellenállási felület egy részét, amely az ellenállási mintát alkotja 20 eltűnik azzal az eredménnyel, hogy az ellenállás érdekében karcsúsítás megy végbe.

Amint az a fenti magyarázatból kitűnik, a találmány magában foglalja az ellenállási minta kialakításának lépését, majd az ellenállási minta felületén a széntartalmú fóliát, majd ezt követően a fent említett széntartalmú film és az ellenállás egy részét hamvasztja. a fent említett ellenállási mintát alkotó felület. Így lehetséges a hamvasztás állapotának stabilizálása közvetlenül a kibocsátás megkezdése után, ezáltal javítva a hamvasztási arány eloszlását, és könnyedén és nagy pontossággal megvalósítva az érzékeny mintázatú karcsúsítást.

A találmány további részleteit néhány konkrét példára hivatkozva ismertetjük.

A találmány szerinti mikrominta kialakításának kísérletét a következő módon hajtottuk végre.

Először is volt egy szilícium hordozó, feltéve, hogy mérete 6 hüvelyk Φ és vastagsága 2 mm, a felületén egy Ta-fólia (50 nm vastag).

Ezután egy ellenállási mintát nyomtattak a szilícium hordozóra.

Pontosabban: egy folyékony ellenállást (Sumkomo Chemical Co., Ltd. gyártmányú PEK-505) 0,2 μm vastagsággal centrifugáltunk az 50 nm-es Ta filmre, majd elősütöttük 100 ° C hőmérsékleten. 60 másodpercig, hogy ellenálló filmet képezzen.

Ezután az expozíciót, a PEB-t és a fejlesztést a következő feltételek mellett hajtották végre:

[Kitettség]

- Igazító: FPA5000ES4 a Canon Co., Ltd.-től.
  - (λ = 248 nm, NA = 0,8, σ = 0,8)
- Dózis: 30 mJ/cm 2

[PEB (Post Exposure Bake)]

Az expozíció után a sütést 110 ° C hőmérsékleten 360 másodpercig végeztük.

A TMAH (tetrametil-ammónium-hidroxid) 2,38% -os vizes oldatából álló fejlesztővel egy 60 másodperces evezőben végeztük a fejlesztést.

A kapott mintaméret: 150 nm széles és 5 μm hosszú, elszigetelt vonal
Mintaegység: az egyik egység egy 5 × 20 μm-es ablakot tartalmaz (az ellenállás hiánya miatt látható a Ta felülete), amely az izolált vonal mindkét oldalán kialakul (a többi pedig az ellenállásból áll)

Az ilyen mintázategységeket lényegében azonos időközönként és változó sűrűséggel helyeztük el, így az ablak területét (azt a területet, ahol a Ta felülete látható volt az aljzat felületén: a nyílás területe) a kialakult ellenállás egyikével sem 5, 8% -ra, 10%, 12% és 15% a hordozó teljes területéhez viszonyítva.

Ezután egy szénfóliát, mint széntartalmú filmet, 5 nm vastagságban porlasztottunk az ellenállási mintára (amelynek vastagsága az ellenállás oldalfalának helyzetében volt) a következő módon.

[A széntartalmú film kialakulása]

- Sputtering rendszer: Bias Sputter System (a Hitachi Co., Ltd. gyártmánya)
- Cél: Grafitos szén
- Porlasztó gáz: Ar (argon)

Ezután a hamvasztást a következő módon hajtották végre a széntartalmú film és az ellenállási mintát képező ellenállási felület egy részének eltávolítására.

- Készülék: A 104-es rendszert a Matrix Co., Ltd. gyártotta.
- Nyomás: 133,322 Pa (1 Torr)
- Teljesítmény: 100 W
- Felhasznált gázok: Oxigéngáz (15 sccm áramlási sebességnél) Ar gáz (5 sccm áramlási sebességnél)
- A hordozó hőmérséklete: 50 ° C.
- Hamvasztási idő: (lásd a következő táblázatot)

Ezután a kapott ellenállási mintában az izolált vonalak ellenállási szélességét a következő módon mértük.

[Az ellenállás szélességének mérése]

CD-SEM (kritikus dimenziójú pásztázó elektronmikroszkóp) segítségével megmértük az izolált vonal középpontjának szélességét.

- CD-SEM: S-7840, a Hitachi Co., Ltd. gyártotta.
- Mérési pontok: 128 pont szubsztrátumfelületenként

A 128 ponton kapott izolált vonalak középpontjainak szélességméretéhez a hamvasztás eredményeként kapott méretváltozat-eloszlásokat a következő (1) egyenletből találtuk:
D =[(Wmax-Wperc) /Wave] × 100 (%) (1)
Itt a Wmax a maximális érték, a Wmin a minimális és a Wave az átlagos érték.
[A kísérleti adatok 1. összesítése]

Az 1. táblázatban leírtak szerint a hamvazásból eredő méretváltozás-eloszlás (D) milyen hatásait hozták meg abban az időben, amikor a terület arányának változásai az ellenállási terület kivételével 5%, 8%, 10% voltak, 12% és 15%. Itt jegyezzük meg, hogy az összehasonlítás céljából összehasonlító mintát készítettünk lényegében a találmány szerinti eljárást követve, azzal a különbséggel, hogy a szénfólia, mint széntartalmú film, nem volt feltüntetve az ellenállási mintán.

Megjegyzendő továbbá, hogy a hamvasztási időt az az időtartam határozza meg, amikor az ellenállás szélessége az izolált vonal középpontján 20 nm-rel, 150 nm-től 130 nm-ig csökkent. Más szavakkal, a szénfóliát tartalmazó szénhidráttal rendelkező találmány szerinti minta hamvasztási ideje 56 másodperc, míg a szénfóliát nem tartalmazó összehasonlító minta hamvasztási ideje 22 másodperc.

Az eredményeket az 1. táblázat tartalmazza.

Az 1. táblázat eredményeiből kiderül, hogy még akkor is, ha a terület változásának aránya az ellenállási terület kivételével (a rekesz területének aránya) 5%, 8%, 10%, 12% és 15% volt, a találmány szerinti minta mentes a hamvasztásból eredő méretváltozás-eloszlástól (D). Ha összehasonlító mintáról van szó, ezzel szemben a hamvasztásból eredő méretváltozás-eloszlás (D) nagyon nagyra nő, és egyre rosszabbá válik, mivel a terület aránya az ellenállási terület kivételével (a rekesz területének aránya) kevesebb, mint 12 %. A találmány szerint az ellenállási felület villamosan vezetővé válik, hogy a kisülés megkezdése utáni kisülési állapot stabilizálódhasson. Ez nagyon kicsiben tarthatta volna a hamvazásból eredő méretváltozat-eloszlást (D), annak ellenére, hogy a rekeszterület aránya csökkent.

[A kísérleti adatok összegzése 2]

A találmány szerinti és összehasonlító minták tekintetében a 2. táblázat a hamvasztási idő (másodperc) és az ellenállás szélességének csökkenése (nm) viszonyainak összegzését jelenti abban az időpontban, amikor a terület aránya az ellenállási terület kivételével (a 8% -át rögzítették.

A 2. táblázat eredményeit az 1. ábra grafikonja ábrázolja. 2.

Ábra grafikonjáról. A 2. ábrán látható, hogy az összehasonlító mintánál, ahol az ellenállást önmagában hamvasztják a szénfólia nélkül, az ellenállás szélességének csökkenési sebessége körülbelül 1-2 másodperc alatt gyorsabb, közvetlenül a hamvasztás megkezdése után. mint a hamvasztási folyamat végén. Emiatt nehéz lenne érzékeny mennyiségű karcsúsítást végrehajtani.

A találmány szerinti mintában a rajta lévő szénfóliával ellentétben a szénfólia kezdetben nagyobb sebességgel hamvazódik, az ellenállási minta azonban nem. Az ellenállás hamvasztásának időpontjában a hamvasztási idő és a szélesség csökkenésének sebessége olyan lineáris összefüggésekkel rendelkezik, mint a 2. ábrán látható. 2, hogy lehetővé váljon a szélesség csökkenésének érzékeny irányítása.

A fenti kísérleti eredményekből a találmány előnyei vitathatatlanok lennének.

Vagyis a találmány szerinti mikrominta kialakítás magában foglal egy ellenállási minta kialakítását, majd egy szén tartalmú film kialakítását az ellenállás minta felületén, majd az említett széntartalmú film és az ellenállást képező ellenállás egy részének hamvasztását. minta. Így a hamvasztás kiürülési állapota közvetlenül a kisülés megkezdése után annyira stabilizálódott, hogy a hamvasztási sebesség eloszlása javítható, és az érzékeny mintázatú karcsúsítás könnyedén és nagy pontossággal megvalósítható.