摘要

圖案圖像中納米級(jí)粗糙度的最小化已成為微處理器生產(chǎn)中光刻過(guò)程的優(yōu)先事項(xiàng)。為了探究表面粗糙度的分子基礎(chǔ)，通過(guò)將臨界電離模型應(yīng)用于聚合物基體的三維分子晶格表示，模擬了光致抗蝕劑的發(fā)展。該模型被用于描述現(xiàn)在常用于微光刻的化學(xué)放大光刻劑。對(duì)溶解速率和表面粗糙度對(duì)聚合程度、多分散性和分?jǐn)?shù)去保護(hù)程度的依賴(lài)性的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。表面粗糙度的變化與實(shí)驗(yàn)觀察到的誘導(dǎo)周期的長(zhǎng)度有關(guān)。并提出了空隙分?jǐn)?shù)和顯影劑濃度對(duì)粗糙度影響的模型預(yù)測(cè)。顯影劑濃度對(duì)頂表面和側(cè)壁粗糙度影響的差異可以用模擬預(yù)測(cè)的臨界顯影時(shí)間來(lái)解釋。

介紹

隨著新一代微處理器的出現(xiàn)，對(duì)微光刻的需求變得越來(lái)越困難。與光刻膠圖像的表面和邊緣相關(guān)的粗糙度的最小化現(xiàn)在是光刻技術(shù)持續(xù)進(jìn)步的挑戰(zhàn)之一。頂表面和線邊緣粗糙度的問(wèn)題在過(guò)去的一年中引起了相當(dāng)多的關(guān)注，以及最近的幾個(gè)原子力顯微鏡AFM。研究已經(jīng)對(duì)光刻膠粗糙度的過(guò)程依賴(lài)性產(chǎn)生了顯著的見(jiàn)解。他和Cerrina1研究了正色調(diào)化學(xué)放大光刻劑在曝光后烘焙時(shí)間范圍內(nèi)的表面粗糙度和曝光劑量之間的關(guān)系。他們的結(jié)果表明，系統(tǒng)具有相同的整體平均去保護(hù)程度，但不同的過(guò)程歷史，表現(xiàn)出相似的表面形態(tài)，但不同程度的粗糙度。

本文中描述的模擬允許聚合物共混，以便我們可以研究多分散性的影響。初始空隙分?jǐn)?shù)，可以代表固有的聚合物自由體積或殘留鑄造溶劑。分子水平模型正確地預(yù)測(cè)了溶解率和粗糙度對(duì)聚合程度、多分散性、脫保護(hù)程度、聚合物自由體積、殘留鑄造溶劑和開(kāi)發(fā)時(shí)間變化的響應(yīng)趨勢(shì)。

模型描述?? 略

模擬結(jié)果

聚合度的影響：從圖中8可以看，隨著聚合程度的增加，表面速率抑制變得更加明顯。所有這些系統(tǒng)都顯示出一個(gè)誘導(dǎo)周期，但誘導(dǎo)周期的長(zhǎng)度比聚合程度的線性依賴(lài)所預(yù)測(cè)的要快。底層膜表面的表面速率抑制也隨著聚合程度的增加而增加，但底部的依賴(lài)性沒(méi)有頂部那么陡峭。

多分散性效應(yīng)：圖11顯示了這兩個(gè)系統(tǒng)的表面粗糙度的發(fā)展情況。高多分散性樣品獲得了更大程度的表面粗糙度。系統(tǒng)所需要的表面粗糙度到水平的時(shí)間隨著多分散性的增加而增加，并與圖中10的誘導(dǎo)周期相對(duì)應(yīng)。 因此，增加了多分散性，增強(qiáng)了表面速率抑制的效果。那些制定抵抗者的人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這一現(xiàn)象已經(jīng)有一段時(shí)間了，但對(duì)這一觀察結(jié)果并沒(méi)有令人滿意的解釋。

脫保護(hù)程度的影響：表面粗糙度隨阻塞程度f(wàn)b0的時(shí)間演化情況如圖所示。 12.模擬結(jié)果預(yù)測(cè)，只要薄膜能夠清除，粗糙度就會(huì)隨著阻塞程度的增加而增加。溶解速率隨阻塞程度的增加而減小。在超過(guò)臨界阻塞程度后，膠片不能完全清晰，即使在膠片停止發(fā)展后，粗糙度仍然存在。因此，表面粗糙度從零開(kāi)始，通過(guò)一個(gè)最大值，當(dāng)分?jǐn)?shù)去保護(hù)從0到1變化時(shí)返回到0。這一點(diǎn)如圖所示。13，其中我們的模型對(duì)粗糙度作為設(shè)定開(kāi)發(fā)時(shí)間的去保護(hù)函數(shù)的預(yù)測(cè)與He和Cerrina的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。暴露劑量和部分去保護(hù)之間的關(guān)系以前已經(jīng)量化。

空隙率的影響：在圖中。15考慮了聚合物基質(zhì)中的空隙空間對(duì)表面粗糙度的影響。增加初始孔隙分?jǐn)?shù)會(huì)導(dǎo)致發(fā)育速率增加，表面粗糙度降低。在多個(gè)模擬中，表面粗糙度的標(biāo)準(zhǔn)偏差沒(méi)有顯示隨著初始空隙分?jǐn)?shù)的增加而減少。

顯影劑濃度的影響：在雷諾茲和泰勒的初始顯影劑濃度對(duì)粗糙度的影響檢驗(yàn)中，化學(xué)放大未暴露部分的表面粗糙度光致抗蝕劑的開(kāi)發(fā)時(shí)間足夠長(zhǎng)，足以完全蝕刻暴露部分。在后來(lái)的研究中，同樣的研究人員研究了顯影劑濃度對(duì)粗糙度隨發(fā)育時(shí)間的影響。在早期和后來(lái)的條件下，表面粗糙度被觀察到隨顯影劑濃度的增加而增加，而側(cè)壁粗糙度似乎與顯影劑濃度無(wú)關(guān)。

結(jié)論

光刻膠的發(fā)展被模擬為分子去除聚合物鏈的分子以臨界電離分?jǐn)?shù)為去除準(zhǔn)則的維立方晶格。給出了溶解速率和表面粗糙度隨開(kāi)發(fā)時(shí)間函數(shù)的模型預(yù)測(cè)。該模型正確地預(yù)測(cè)了表面速率抑制，由誘導(dǎo)周期證明，這一現(xiàn)象對(duì)應(yīng)于表面粗糙度的變化，對(duì)光致抗蝕劑面積的測(cè)量。表面粗糙度通常與溶解率成負(fù)比。聚合程度較低、多分散性較窄、孔隙分?jǐn)?shù)較大的聚合物可以產(chǎn)生較低的表面粗糙度。該模型預(yù)測(cè)，隨著阻塞程度的增加，表面粗糙度通過(guò)最大值，實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)了這一預(yù)測(cè)。最近的AFM測(cè)量已經(jīng)證實(shí)了發(fā)育時(shí)間對(duì)表面粗糙度影響的模型預(yù)測(cè)。該模型預(yù)測(cè)，表面粗糙度隨著顯影劑濃度的增加而發(fā)展得更快，并最終達(dá)到與顯影劑濃度無(wú)關(guān)的最大值。這些模型的預(yù)測(cè)被用來(lái)解釋在頂表面和側(cè)壁粗糙度對(duì)顯影劑濃度變化的響應(yīng)中觀察到的差異。

審核編輯：符乾江