CN1818788A

CN1818788A - 一种用负性化学放大抗蚀剂曝光亚50nm图形的方法

Info

Publication number: CN1818788A
Application number: CN 200510008008
Authority: CN
Inventors: 刘明; 王云翔; 陈宝钦; 徐秋霞
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2025-02-07
Also published as: CN100390668C

Abstract

本发明是用一种负性化学放大抗蚀剂(其具体代号为SAL601)实现曝光50nm图形的方法，涉及电子束光刻技术领域。该方法包括：采用合适的前后烘温度；优化的曝光条件；合适的曝光剂量；对设计图形进行适当的修正；消除场拼接对图形质量的影响；合适的邻近效应参数；优化的显影条件等特点，最终制备出分辨率非常高的50nm图形。本发明方法，大大提高了SAL601化学放大抗蚀剂的分辨率，使我们在无法购买到更高分辨率抗蚀剂的情况下也能曝光出分辨率非常高的图形。本发明方法是一种经济实用的制造50nm图形的新方法，为进一步研制亚50nm器件打下了良好基础。

Description

一种用负性化学放大抗蚀剂曝光亚50nm图形的方法

技术领域

本发明涉及电子束光刻技术领域，是一种用SAL601抗蚀剂曝光亚50nm图形的新方法。

背景技术

在微电子工艺的电子束光刻中，SAL601是一种负性化学放大抗蚀剂，其灵敏度较高，抗等离子体刻蚀性能好，但其分辨率对于曝光纳米图形有一定难度(其分辨率一般在100nm左右)，同时其化学稳定性差，受工艺环境因素影响较大，特别是后烘温度要求比较苛刻，烘烤温度差1度，线宽将变化0.02微米，对烘烤时间也要求严格。

具有亚50nm分辨率的负性抗蚀剂，价格很昂贵，且由于各种原因，国内现在无法进口到具有亚50nm分辨率的负性抗蚀剂。

发明内容

本发明的目的是针对国内现在无法进口到亚50nm分辨率的负性抗蚀剂，及SAL601负性化学放大抗蚀剂存在的问题，提出一种新方法，采用SAL601抗蚀剂曝光亚50nm图形，该方法具有合适的前后烘温度；优化的曝光条件；合适的曝光剂量；对设计图形进行适当的修正；消除场拼接对图形质量的影响；合适的邻近效应参数；优化的显影条件等特点，且制备出分辨率非常高的亚50nm图形。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种用SAL601抗蚀剂曝光亚50nm图形的方法，具有合适的前后烘温度；优化的曝光条件；合适的曝光剂量；对设计图形进行适当的修正；消除场拼接对图形质量的影响；合适的邻近效应参数；优化的显影条件等特点，且制各出分辨率高的亚50nm图形；其包括下列步骤：

第一步，调整电子束曝光机：

a.对曝光图形按电子束曝光机的最小曝光跳步设置；

b.将第五透镜用作工作透镜；

c.采用变剂量方法，确定前、背散射系数和其比例系数α、β和η，并用α、β和η参数对曝光图形进行邻近效应修正，得到剂量参数修正表；

d.将剂量参数修正表输入到曝光作业文件中；

第二步，准备电子束曝光基片，在经常规清洗过的基片上，用光学方法制造整片和每个子场标记；

第三步，在第二步所得基片上，涂覆SAL601抗蚀剂；

第四步，对第三步所得基片，用严格控制温度的热板进行前烘后，自然冷却，再装入电子束腔体，进行电子束曝光；

第五步，将曝光后的基片用热板进行后烘，再自然冷却；

第六步，对第五步所得基片进行显影后，得到分辨率非常高的亚50nm图形；

第七步，将第六步所得基片用去离子水冲洗干净，用电子显微镜(SEM)测量曝光后的图形。

所述的方法，其所述第一步a中，为曝光出亚50nm的图形，图形关键尺寸的设计要选择是曝光跳步的整数倍，其最小跳步为1.25nm，同时缩小设计图形的尺寸。

所述的方法，其所述第一步b中，当电子束曝光机，在50KV的加速电压时，将第五透镜用作工作透镜，工作电流为50PA，曝光剂量为105μC/cm²。

所述的方法，其所述第一步c中，前、背散射系数和其比例系数α、β和η分别为：

α＝0.0998，β＝1.223，η＝4.780。

所述的方法，其所述第一步c、d中，剂量参数修正表为：剂量修正表(Shot Modulat)＝((0，0.0)，(1，9.6)，(2，16.9)，(3，21.6)，(4，25.2)，(5，29.0)，(6，31.1)，(7，34.6)，(8，38.4)，(9，40.7)，(10，45.1)，(11，47.6)，(12，51.2)，(13，54.7)，(14，58.3)，(15，61.7)，(16，65.2)，(17，69.2)，(18，73.4)，(19，77.5)，(20，81.1)，(21，85.5)，(22，89.3)，(23，94.2)，(24，98.7)，(25，103.1)，(26，107.6)，(27，112.0)，(28，117.0)，(29，121.9)，(30，126.9)，(31，131.6)，(32，137.0)，(33，142.5)，(34，148.1)，(35，153.2)，(36，158.9)，(37，165.1)，(38，170.3)，(39，196.8)，(40，182.5)，(41，189.2)，(42，195.5)，(43，201.9)，(44，209.6)，45，215.3)，(46，223.0)，(47，229.0)，(48，237.2)，(49，244.3)，(50，251.8)，(51，260.0)，(52，267.8)，(53，276.2)，(54，282.3)，(55，290.4)，(56，328.7)，(57，339.3)，(58，350.3)，(59，361.7)，(60，368.8)，(61，379.8)，(62，390.3)，(63，484.2))。

所述的方法，其所述第二步中，为消除场拼接对图形质量的影响，在曝光基片上制备一系列有规律的子场标记，曝光时，逐场扫描每个子场标记进行聚焦调节。

所述的方法，其所述第三步中，用8000转/分的速度在基片上涂覆SAL601抗蚀剂，胶厚为435nm。

所述的方法，其所述第四、五步中，前、后烘的温度为105℃，烘烤时间为2min；自然冷却时间为15min。

所述的方法，其所述第六步中，在化学放大胶的专用显影液中显影8min30Sec；同时每隔30Sec，将基片向上提起二次。

所述的方法，其所述电子束曝光机，为JBX-5000Ls电子束曝光机。

所述的方法，其所述专用显影液，其型号为MF312。

本发明方法成功地研制出亚50nm的图形，大大提高了SAL601化学放大抗蚀剂的分辨率，使我们在无法购买到更高分辨率的负性抗蚀剂的情况下也能曝光出分辨率非常高的图形。本发明方法是一种经济实用的制造亚50nm图形的新方法，为进一步研制亚50nm器件打下了良好基础。

附图说明

图1为直接由分辨率只有100nm的负性抗蚀剂SAL601曝光出的48nm的图形的SEM照片。

具体实施方式

本发明方法的关键技术在以下几方面：合适的前后烘温度；优化的曝光条件；合适的曝光剂量的选择；对设计图形进行适当的修正；消除场拼接对图形质量的影响；合适的邻近效应参数确定；优化的显影条件的选择。

以下是对本发明方法的具体描述。

1.选择合适的前后烘温度：SAL601是一种负性化学放大抗蚀剂，为曝光出尽可能细的图形，必须进行以下条件优化：

(a)适当减薄胶的厚度，由原来的600nm减薄到435nm；

(b)优化控制前、后烘烤温度和时间及显影时间。

2、优化曝光条件：改进电子束曝光机的曝光条件。在50KV的加速电压下，将第五透镜用作工作透镜，根据束斑和扫描电流的关系，通过大量实验总结出50PA对于曝光70nm的图形较理想。用第5透镜可以获更小的束斑，从而保证曝光出更细图形。

3、选择合适的曝光剂量：在软件模拟和实际曝光的基础上，曝光剂量可以选择为105μC/cm²。

4、对设计图形进行适当的修正：为曝光出亚50nm的图形，图形关键尺寸的设计要选择是曝光跳步的整数倍，如对JBX-5000Ls电子束曝光机，在第5透镜、50KV的工作条件下，其最小跳步为1.25nm，同时适当缩小设计图形的尺寸，也有利于曝光出亚50nm的图形。

5、消除场拼接对图形质量的影响：为消除场拼接对图形质量的影响，必须对曝光基片逐个进行高度聚焦调节，理想的方法是在曝光基片上制备一系列有规律的标记，曝光时，逐场扫描这些标记进行聚焦调节。

6、确定合适的邻近效应参数：电子在抗蚀剂和基片中的散射所造成的最严重问题就是邻近效应，电子散射的最大的距离可达数微米，对抗蚀剂中任一给定点所储存的总能量会产生影响，这意味着，抗蚀剂中给定点所吸收的能量取决于相邻曝光区产生的“邻近效应”。在较大曝光面积的中心，就具有来自周围入射电子的很多分量，但在曝光图形的拐角和边缘处得到的曝光总剂量要小。在显影工艺中通常要求显影后的抗蚀剂与所设计图形吻合到最好的程度，即要求图形边缘处的抗蚀剂图形正好被显影出来，但由于邻近效应很难实现。为获得理想的曝光图形，必须对电子束曝光进行邻近效应修正。邻近效应对电子束曝光结果的影响，可以用以下公式描述：

其中α，β分别为前散射和背散射高斯分布的方差(特征长度)，η为线性相加的比例系数，

r = \sqrt{x^{2} + y^{2}}

为径向距离。因此，在进行邻近效应修正时，选择合适的前散射和背散射系数α、β和线性相加的比例系数η非常重要。本发明采用变剂量方法，通过实验测量和理论拟合最后确定了针对SAL601抗蚀剂曝光亚50nm图形，α、β和η可以分别选择为：α＝0.0998，β＝1.223，η＝4.780。

7、选择优化的显影和后烘条件：后烘条件对曝光图形的影响很大，必须采用温度精确控制的热板进行后烘，同时后烘时间和温度也要严格控制。显影在化学放大胶的专用显影液(其型号为MF312)中进行；采用基片立式浸泡方法进行。显影时间控制在8min30sec，同时每隔30Sec.将基片向上提起二次。

实施例

(1)对曝光图形按电子束曝光机的最小曝光跳步进行设计，将其中的最细图形设计为12.5nm。

(2)采用变剂量方法，确定前、背散射系数和其比例系数α、β和η可以分别选择α＝0.0998，β＝1.223，η＝4.780。

(3)采用以上参数对曝光图形进行邻近效应修正，得到修正剂量分布表如下：

剂量修正表(Shot Modulat)＝((0，0.0)，(1，9.6)，(2，16.9)，(3，21.6)，(4，25.2)，(5，29.0)，(6，31.1)，(7，34.6)，(8，38.4)，(9，40.7)，(10，45.1)，(11，47.6)，(12，51.2)，(13，54.7)，(14，58.3)，(15，61.7)，(16，65.2)，(17，69.2)，(18，73.4)，(19，77.5)，(20，81.1)，(21，85.5)，(22，89.3)，(23，94.2)，(24，98.7)，(25，103.1)，(26，107.6)，(27，112.0)，(28，117.0)，(29，121.9)，(30，126.9)，(31，131.6)，(32，137.0)，(33，142.5)，(34，148.1)，(35，153.2)，(36，158.9)，(37，165.1)，(38，170.3)，(39，196.8)，(40，182.5)，(41，189.2)，(42，195.5)，(43，201.9)，(44，209.6)，45，215.3)，(46，223.0)，(47，229.0)，(48，237.2)，(49，244.3)，(50，251.8)，(51，260.0)，(52，267.8)，(53，276.2)，(54，282.3)，(55，290.4)，(56，328.7)，(57，339.3)，(58，350.3)，(59，361.7)，(60，368.8)，(61，379.8)，(62，390.3)，(63，484.2))将以上剂量修正参数表输入到曝光作业文件中。

(4)调整电子束曝光设备，选用第五透镜用作工作透镜和50KV的加速电压；同时将工作电流调整到50PA。

(5)准备电子束曝光基片。考虑到电子束曝光时的精细聚焦，首先在基片上有光学方法制造每场标记。

(6)8000转/分的速度涂基片，得到胶厚435nm。

(7)采用严格控制温度的热板进行前烘，105℃，2min。

(8)自然冷却15min。

(9)将基片装入电子束腔体，进行电子束曝光。

(10)将曝光后的基片进行后烘，热板进行后烘，105℃，2min。

(11)自然冷却15min。

(12)在化学放大胶的专用显影液(其型号为MF312)中显影8min30Sec。

(13)去离子水冲洗干净。

(14)用电子显微镜(SEM)测量曝光后的图形，如图1所示。

Claims

1.一种用负性化学放大抗蚀剂曝光亚50nm图形的方法，具有合适的前后烘温度；优化的曝光条件；合适的曝光剂量；对设计图形进行适当的修正；消除场拼接对图形质量的影响；合适的邻近效应参数；优化的显影条件等特点，且制备出分辨率高的亚50nm图形；其特征在于，包括下列步骤：

第一步，调整电子束曝光机：

a.对曝光图形按电子束曝光机的最小曝光跳步设置；

b.将第五透镜用作工作透镜；

d.将剂量参数修正表输入到曝光作业文件中；

第二步，准备电子束曝光基片，在经常规清洗过的基片上，用光学方法制造整场和每个子场标记；

第三步，在第二步所得基片上，涂覆SAL601抗蚀剂；

第五步，将曝光后的基片用热板进行后烘，再自然冷却；

第七步，将第六步所得基片用去离子水冲洗干净，用电子显微镜测量曝光后的图形。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步a中，为曝光出亚50nm的图形，图形关键尺寸的设计要选择是曝光跳步的整数倍，其最小跳步为1.25nm，同时缩小设计图形的尺寸。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步b中，选择电子束曝光机，在50KV的加速电压时，将第五透镜用作工作透镜，工作电流50PA，曝光剂量为105μC/cm²。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步c中，前、背散射系数和其比例系数α、β和η分别为：

α＝0.0998，β＝1.223，η＝4.780。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步c、d中，剂量参数修正表为：

剂量修正(Shot Modulat)＝((0，0.0)，(1，9.6)，(2，16.9)，(3，21.6)，(4，25.2)，(5，29.0)，(6，31.1)，(7，34.6)，(8，38.4)，(9，40.7)，(10，45.1)，(11，47.6)，(12，51.2)，(13，54.7)，(14，58.3)，(15，61.7)，(16，65.2)，(17，69.2)，(18，73.4)，(19，77.5)，(20，81.1)，(21，85.5)，(22，89.3)，(23，94.2)，(24，98.7)，(25，103.1)，(26，107.6)，(27，112.0)，(28，117.0)，(29，121.9)，(30，126.9)，(31，131.6)，(32，137.0)，(33，142.5)，(34，148.1)，(35，153.2)，(36，158.9)，(37，165.1)，(38，170.3)，(39，196.8)，(40，182.5)，(41，189.2)，(42，195.5)，(43，201.9)，(44，209.6)，45，215.3)，(46，223.0)，(47，229.0)，(48，237.2)，(49，244.3)，(50，251.8)，(51，260.0)，(52，267.8)，(53，276.2)，(54，282.3)，(55，290.4)，(56，328.7)，(57，339.3)，(58，350.3)，(59，361.7)，(60，368.8)，(61，379.8)，(62，390.3)，(63，484.2))。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二步中，为消除场拼接对图形质量的影响，在曝光基片上制备一系列有规律的子场标记，曝光时，逐场扫描子场标记进行聚焦调节。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三步中，用8000转/分的速度在基片上涂覆SAL601抗蚀剂，胶厚为435nm。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第四、五步中，前、后烘的温度为105℃，烘烤时间为2min；自然冷却时间为15min。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第六步中，在化学放大胶的专用显影液中显影8min30Sec；同时每隔30Sec，将基片向上提起二次。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子束曝光机，为JBX-5000Ls电子束曝光机。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述专用显影液，其型号为MF312。