WO2013009219A1 - Method for producing a mask on a substrate surface - Google Patents

Method for producing a mask on a substrate surface Download PDF

Info

Publication number
WO2013009219A1
WO2013009219A1 PCT/RU2012/000562 RU2012000562W WO2013009219A1 WO 2013009219 A1 WO2013009219 A1 WO 2013009219A1 RU 2012000562 W RU2012000562 W RU 2012000562W WO 2013009219 A1 WO2013009219 A1 WO 2013009219A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
resist
substrate
laser
heating
heat treatment
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/000562
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Игорь Георгиевич РУДОЙ
Аркадий Матвеевич СОРОКА
Мойше Самуилович КИТАЙ
Original Assignee
Rudoy Igor Georgievich
Soroka Arkadij Matveevich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rudoy Igor Georgievich, Soroka Arkadij Matveevich filed Critical Rudoy Igor Georgievich
Publication of WO2013009219A1 publication Critical patent/WO2013009219A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/0046Photosensitive materials with perfluoro compounds, e.g. for dry lithography
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/039Macromolecular compounds which are photodegradable, e.g. positive electron resists
    • G03F7/0392Macromolecular compounds which are photodegradable, e.g. positive electron resists the macromolecular compound being present in a chemically amplified positive photoresist composition
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/38Treatment before imagewise removal, e.g. prebaking

Definitions

  • the claimed technical solution relates to lithography, and more specifically to methods for creating a resistive mask on the surface of the substrate, in particular, a semiconductor substrate. It is of interest for the development of high-performance lithographic installations with high and ultra-high resolution, primarily installations that use extreme-ultraviolet radiation of a wavelength of -10 nm (EUV radiation, EUV lithography) to expose the resist.
  • EUV radiation extreme-ultraviolet radiation, EUV lithography
  • Creating a resistive mask is an essential component of the lithographic process and generally includes the following stages:
  • the thickness of the resist layer / Res-I00 is 200 nm for EUV lithography preferred thinner resist layer thickness of ⁇ 50 nm.
  • each of these stages may include several "elementary" technological operations.
  • the application of a resist layer is preceded by a special treatment of the surface of the substrate in order to clean it and increase adhesion to the applied resist (as well as, obviously, the manufacture of the substrate itself and the synthesis of the resist); after development, the remaining part of the resist can be further processed to increase resistance to subsequent exposure, etc. and .p.
  • a polymer resist can be carried out by centrifugation or pulverization, a positive or negative resist can be applied, exposure of the resist can be carried out with ultraviolet radiation (today the radiation wavelength of the excimer ArF laser with ⁇ ⁇ ⁇ is used 93 nm, in the short term, UV-lithography at ⁇ ⁇ 13.5 nm and then even at ⁇ ⁇ 6.7 nm), electron beam or X-ray radiation, t the adjustment can be chemical or plasma, etc.
  • ultraviolet radiation today the radiation wavelength of the excimer ArF laser with ⁇ ⁇ ⁇ is used 93 nm, in the short term, UV-lithography at ⁇ ⁇ 13.5 nm and then even at ⁇ ⁇ 6.7 nm
  • electron beam or X-ray radiation t the adjustment can be chemical or plasma, etc.
  • the claimed technical solution can be used in combination with various specific implementations of the steps described above.
  • polymer molecules formed from monomer units based on organic molecules are used as a resist.
  • Exposure UV or EUV radiation, X-ray, electron beam
  • the average molecular weight of the polymer decreases, or as a result of irradiation, the “molecules” of the starting molecules (macromolecules) “crosslink” negative resist and its average molecular weight increases.
  • a latent image of the mask (the resist region with a changed average molecular weight) is created, which needs to be formed on the substrate.
  • Positive resists as a rule, potentially provide the best ultimate resolution
  • a known positive resist of high resolution is polymethylmethacrylate (PMMA), in which a resolution of up to 2 + 3 nm can theoretically be achieved.
  • PMMA polymethylmethacrylate
  • the claimed technical solution relates primarily to the use of positive resistes to create a mask on the surface of the substrate (in lithography).
  • a low molecular weight fraction of a positive resist created by exposure is removed with a certain selectivity, i.e., a low molecular weight fraction is removed faster. Accordingly, for the qualitative manifestation of a given mask structure, when exposed, it is necessary to ensure a significant change in the average molecular weight of the initial resist, that is, a certain concentration of broken atomic bonds. Thus, to create a mask on the surface of the resist, a certain dose is required (for a thin layer of the resist energy density) W Q exposure.
  • the deposition of a resist layer on a substrate since the deposition of a resist layer on a substrate, its heat treatment (see below) and development can be carried out by the conveyor method, when several (many) objects are processed at the same time, and these processes require significantly simpler equipment than used during exposure, the key step in lithography, determining its performance is precisely the stage of exposure. In turn, at a given exposure source power, the sensitivity of the resist (the minimum value of the required dose W Q ) primarily determines the duration of the process.
  • the introduction of additional technological stages of creating a mask is also acceptable in comparison with the minimum number of steps when, for example, a structure on the surface of a substrate is created by direct removal of the resist when it is irradiated with powerful laser pulses - laser ablation ([1]: JTCYeh " Journal of vacuum science and technology ", 1986, v. A4, p. 653), in this case, the stages of exposure and" manifestation "are actually combined.
  • a known method of creating a mask on the surface of the substrate including applying to the surface of the substrate a layer of polymer resist formed from monomer units based on organic molecules, exposing the resist and subsequent manifestation of the structure created on the resist during etching ([2]: K. A. Valiev “Physics submicron lithography ”, Moscow: 1990—528 s). Exposure can be carried out by UV light, an electron beam or a beam of atomic particles (ions), as well as x-ray radiation.
  • the known method allows, in principle, to obtain a very high resolution of the structure created on the substrate, however, the required dose and, accordingly, the exposure time are high, especially when creating structures with maximum resolution. This is due, inter alia, to the fact that high resolution can be obtained only by exposing the resist to short-wave radiation (including EUV or X-ray) or an electron beam, and in these cases the efficiency of creating the necessary gaps for selective etching is low and only a small fraction The energy of the exposure agent actually ensures the creation of a structure in the resist layer. For example, the quantum yield of direct disruption of a PMMA macromolecule upon absorption of UV radiation ( ⁇ ⁇ 193 nm) does not exceed ⁇ 1%.
  • the quantum yield of rupture of the PMMA macromolecular chain is close to 1, but in this case, the absorption coefficient in PMMA is relatively small (the absorption length is -250 nm with a characteristic resist thickness of 50 nm, i.e. no more than 20% of the incident radiation is absorbed in the specified resist layer).
  • the closest technical solution is a method of creating a mask on the surface of the substrate, including applying a layer of polymer resist formed from monomer units based on organic molecules onto the surface of the substrate, exposing the resist, heat treatment of the exposed resist and subsequent manifestation of the structure created on the resist ([3 ]: St. Zelentsov, N.V. Zelentsova. “Modern Photolithography.” Nizhny Novgorod, 2006–56 s).
  • the composition of the polymer resist additionally includes molecules - photogenerators of acid (FGC) and uses the principle of chemical amplification ([4]: SA MacDonald, CG Willson, MJJ Frechet. "Chemical amplification in high resolution imaging systems. Acc. Chem. Res . 1994 "v. 27, No. 6, p. 151-158), for the implementation of which the heat treatment of the exposed resist is carried out.
  • FGC molecules - photogenerators of acid
  • the change in the molecular weight of the resist in the known method takes place in two main stages. At the first, under the influence of an exposure agent (currently most often UV light), FGK releases acid. During the second - subsequent heat treatment (heating) of the resist - a catalytic reaction takes place, as a result of which, under the influence of the formed acid, the polymer binder of the resist either crosslinkes (then the molecular weight of the resist increases and a negative image forms), or collapses (molecular weight decreases, positive image) , while the acid itself is not consumed and can repeatedly participate in the reaction.
  • the number of reaction events per light absorbed by FGC quantum can reach -100 ([3]), therefore, the number of breaks (crosslinkings) in the polymer resist due to the catalytic reaction involving the generated acid is many times greater than the number of breaks (crosslinkings) formed directly during exposure.
  • Heating is usually carried out in a furnace with a stable temperature or direct contact with the surface of a body (plate) heated to the required temperature with a heat capacity many times greater than the heat capacity of the heated composition, which includes a substrate with a resist and, as a rule, an additional supporting surface (since for a typical substrate thickness of H-0.30 mm, its rigidity is insufficient with a diameter of -300 mm).
  • the first is due to the fact that it is almost impossible to ensure a uniform (up to a 2 ⁇ -3 nanometer scale) distribution of FGC in the resist. Indeed, with an average distance between FGC molecules exceeding 1 nm, statistical effects (“shot noise”) no longer allow one to realize a reasonably equal number of FGC molecules in a volume with a linear size of ⁇ 3 nm, when the average number of such molecules in a volume is only 1CH -fifteen.
  • the second problem of applying the chemical enhancement effect when creating ultra-high resolution structures is caused by diffusion of the acid generated during exposure during the heat treatment, when, for example, the ultra-high resolution structures formed by the electron beam after heat treatment can be expanded multiple times.
  • the known method does not allow the creation of ultra-high resolution structures with high performance provided by the effect of chemical amplification.
  • the use of resistors without FGC for example, PMMA
  • allows for ultra-high resolution but the productivity of the lithographic process is significantly reduced.
  • the technical result of the claimed invention is to increase the productivity of ultra-high resolution lithography, especially EUV lithography.
  • the technical result is achieved by the fact that in the method of creating a mask on the surface of the resist, including applying a layer of polymer resist formed from monomer units based on organic molecules to the surface of the substrate, exposing the resist, heat treatment of the exposed resist and subsequent manifestation of the structure created in the resist, not less than 50% of the monomer units include at least one fluorine atom, and heat treatment of the exposed resist involves heating it with at least one laser pulse, the radiation wavelength of which is selected from the condition that the absorption coefficient of the laser radiation by the resist exceeds the absorption coefficient of the laser radiation by the substrate.
  • the monomer units constituting the polymer resist are acrylate or methacrylate. At least 50% of the monomer units comprise at least two fluorine atoms.
  • the duration of a laser pulse heating an exposed resist during its heat treatment does not exceed the time it takes to establish thermal equilibrium in the resist layer.
  • the heat treatment of the exposed resist further includes at least one non-laser heating of the resist.
  • the claimed technical solution is based on the fact that when exposing a fluorine-containing polymer resist, consisting of monomer units based on organic molecules, by short-wavelength photons with an energy of -90 eV or more (correspond to radiation with a wavelength of -13.5 nm or less), as well as electronic or by X-ray beams, the generation of a break in the skeletal chain of the polymer also leads to the formation of HF acid molecules. These molecules, upon subsequent heating of the resist, are effective catalysts for the generation of new discontinuities, realizing the effect of chemical amplification, which reduces the required exposure dose.
  • the fluorine-containing monomer unit of the polymer resist becomes an extremely strong acid photogenerator during exposure, and in a situation where at least half of the monomers contain fluorine atoms, such FGCs are distributed fairly uniformly (in the case where each monomer unit is corresponding to the claimed invention contains at least one fluorine atom - extremely homogeneous).
  • the characteristic size of the monomer unit of polymer molecules, which are usually used as a resist does not exceed 0.5-10.6 nm (for PMMA, the size of the monomer unit is 0.52 nm)
  • the amount of PHA in the volume corresponding to a linear size of 3 nm is, according to the invention, at least 60 (-120 if each monomer is fluorinated), which makes it possible not to take into account the statistical impairing effects for linear resolution up to 10-42 nm and even less if each monomer unit is fluorinated.
  • the minimum fraction of monomers containing fluorine atoms introduced into the resist (the content of the “impurity” atom is not less than 50% of the monomers) is determined by the condition for ensuring a fairly uniform distribution of FGC over the resist volume for a linear size of ⁇ 3 nm.
  • fluorine atoms into the monomer unit is most efficiently carried out by the addition of an additional group (s) —CF2 — th, respectively, two fluorine atoms are introduced into the fluorinated monomer unit.
  • a group can be introduced both in the skeletal chain of the polymer molecule and in the side chains of the monomer units.
  • a hydrogen-containing group — CH2— can be replaced by a group — CF 2 — in which case, in fact, two hydrogen atoms' * are replaced by fluorine atoms.
  • monomers can be variants of fluorinated monomer units of the PMMA polymer (structural formula - [Cs02Hg])
  • the hydrogen bond energy FH: F is about 1.6 eV; this high value leads to a relatively low diffusion rate of the HF molecule at room temperature. However, it is for this reason, with the necessary flow of the catalytic reaction of the cleavage of skeletal bonds by heating a polymer resist, the diffusion rate of the HF molecule increases rapidly, which does not allow the chemical enhancement effect to be realized in ultrahigh-resolution lithography according to known methods of heat treatment of resistors with FGC.
  • the diffusion coefficient of the HF molecule increases by a factor of ⁇ 10 7 times and will be at least D j2 o ⁇ 10 " 10 cm 2 / s, even if the diffusion coefficient is extremely low for room temperature S - 17 cm 2 / sec (usually derived from FHA acids diffusion coefficient at room temperature for one to two orders of magnitude greater) are indicated value D 12 o limit for lithography super resolution diffusion length of about 3 nm is achieved in less than 1 ms. ( ⁇ 0.5 ms).
  • a short residence time at high temperature of the resist located on the substrate can be realized in the case when the resist is rapidly heated and rapidly cooled; the latter is possible when the substrate on which the resist is applied acts as a “refrigerator”.
  • these conditions are provided by pulsed laser heating of the resist, and the wavelength of the laser radiation is selected so that direct heating of the substrate during the laser pulse is slower than heating of the resist, that is, so that the substrate heats up less than resist, and then it cooled.
  • the wavelength of the "heating" laser radiation is selected from the condition that the absorption coefficient of the laser radiation with a resist exceeds the absorption coefficient of the laser radiation by the substrate, preferably significantly exceeds.
  • the product (pc) is almost the same, for example, for one of the basic PMMA resistes> till ⁇ 1.75 J / (cm 3 trad), and for the main substrate material, silicon> c ⁇ 1.65 J / (cm 3 trade).
  • the absorption coefficient of the heating laser pulse by the substrate to the base will be less (preferably significantly less) than the absorption coefficient of the radiation by the resist to cut , then after such an effect the substrate will be colder (much colder) than the resist and provide it (resist) effective cooling.
  • the ratio according to the claimed invention between the absorption coefficients of the resist and the substrate is possible, for example, in the passband of the substrate material, for the most common silicon substrates this is primarily the range of 1.3- ⁇ 15 ⁇ m. In the same spectral range there are regions of strong absorption of the resist in which it is possible to realize the ratio of optimal to the cut "to vile for the proposed method. For example, if a fluorine-containing modification of PMMA on a silicon substrate is used as a resist, then for a wavelength of heating radiation of 10.6 ⁇ m (C0 2 laser) to a cut of ⁇ 1.2 ”10 3 cm-1, and to a base ⁇ 2 cm - 1
  • the use of radiation in the region of 3 ⁇ m is preferable due to the existence of fairly widespread erbium lasers, which make it possible to realize the required irradiation regimes, the possibility of transmitting radiation through the fiber, and also due to both the large absorption coefficient of the radiation by the resist and the large ratio of the absorption coefficients of the resist and substrate. This allows the use of sufficiently low-power lasers, as well as to minimize the change in substrate temperature for sufficiently short laser pulses.
  • the substrate in the claimed invention serves as an effective “refrigerator” for a resist heated by a laser pulse.
  • an effective cooling is a silicon substrate having a high thermal conductivity -1.6 W / cm-degrees, and thermal / vile -0.95 cm 2 / s at room temperature, which is comparable with aluminum parameters in hundreds of times greater than the thermal typical resists.
  • the substrate With a high thermal conductivity of the substrate and its significant (compared to resist) thickness, the substrate can be considered cold all the time, then the cooling time of the resist of gohl is determined for a short heating pulse by the time of establishing thermal equilibrium in the resist layer and is:
  • resist layer thickness / N00 Res 50 nm resist characteristic residence time in the heated state (cooling time) is ⁇ 30-N00 not.
  • the size of the diffusion spreading of the acid ⁇ does not exceed -0.05 nm (an order of magnitude smaller than the size of the monomer unit of the polymer resist molecule), i.e., the deterioration in resolution caused by diffusion can be completely neglected even with an extremely large diffusion coefficient of the acid in the heated resist of -5 PO -9 cm 2 /from.
  • the change system temperature does not exceed 0.05. ° C even when the resist is heated by a laser pulse at 150 ° C and without taking into account the heat capacity of the base plate, on which the substrate is usually located. This, in particular, means that pulsed laser heating can be repeated several times, including at a sufficiently high frequency, not less than ⁇ 3 kHz. Since acid diffusion occurs independently at each heating, for N heating laser pulses, according to the claimed technical solution, the size of diffusion spreading increases by a factor of N and even for 10 consecutive heating pulses does not exceed 0.2 nm for real values of the acid diffusion coefficient.
  • the claimed technical solution ensures the necessary catalytic chemical reactions with all macromolecules with which the acid is in the same diffusion cell (Kuhn cell), as a rule, such macromolecules 5-7, i.e. without diffusion spreading in ultrahigh-resolution lithography, a chemical gain of ⁇ 6 can be provided.
  • the monomer units constituting the polymer resist are acrylate or methacrylate.
  • the corresponding fluorine-containing monomer units are well synthesized, and during polymerization from the liquid phase it is possible to obtain a homogeneous polymer.
  • the HF acid generated by exposure is an effective catalyst for breaking macromolecules for these polymers containing oxygen atoms near the skeletal chain of the polymer.
  • At least two fluorine atoms are included in the composition of at least 50% of the monomer units.
  • the effective the concentration of acid photogenerators and as a result the influence of statistical effects on resolution is further reduced.
  • the introduction of two (and even an even number) fluorine atoms into the monomer unit in the form of a group — CF 2 — provides an efficient synthesis of a homogeneous high molecular weight (polymer) resist.
  • the introduction of additional fluorine atoms into the polymer resist increases its absorption coefficient of EUV radiation at a wavelength of 13.5 nm.
  • the introduction of two fluorine atoms instead of hydrogen atoms in PMMA leads to an increase in the indicated absorption by 38–40% (for fluorine-containing the methyl methacryate derivative [ j2 0 2 H 6 F j6 ] n the absorption coefficient at ⁇ ⁇ 13.5 nm increases by 80%), which makes it possible to proportionally reduce the exposure dose without compromising the resolution of the formed structure.
  • the claimed method is the laser pulse duration of heating the exposed resist does not exceed the time required to establish thermal equilibrium in the resist layer, that is the laser pulse duration does not exceed r OHL and the total residence time of the resist in a heated state (at high temperature) does not exceed 2r OHL.
  • diffusion of the acid is minimal.
  • the thermal energy released in the resist (and more and more as the pulse duration increases) is used to heat the substrate due to heat transfer and, accordingly, more and more light energy is required to achieve the desired resist temperature, especially since the thermal diffusivity of the substrate is hundreds of times higher than the thermal diffusivity of the resist (for silicon and PMMA, the ratio is ⁇ 700 times, for germanium and PMMA about 300 times).
  • the temperature difference between the resist and the substrate is reduced and, consequently, the efficiency of post-pulse cooling of the resist.
  • the duration of the laser pulse exceeds the time it takes to establish thermal equilibrium in the substrate (for a thickness of a silicon substrate of 300 ⁇ m, it is ⁇ 1 ms), then thermal equilibrium is established between the equally heated substrate and the resist and, as described above, the lifetime of the resist in the heated state increases, at least 1 LLC times (and even more, since it is "very fast" to move a substrate with a resist to the cooler), and the laser pulse energy required to heat the resist increases several thousand times in accordance with the ratio of the thickness of the substrate and the resist layer )
  • the use of multi-kilowatt average power lasers in ultrahigh-resolution lithography seems unrealistic.
  • a combined heat treatment is used when acid diffusion into adjacent Kuhn cells (at K 1.5 nm and even up to 2 ⁇ 3 nm) seems permissible in order to increase the yield of chemical amplification while maintaining a sufficiently high level permissions.
  • a heating laser pulse which provide the limiting effect of chemical amplification within one Kuhn cell
  • the diffusion of acid into neighboring cells is realized, for example, due to the fact that heat treatment of the exposed resist additionally include at least one non-laser heating of the resist.
  • Such heating can be carried out, in particular, according to one of the options by which heat treatment of an exposed polymer resist containing an acid generator is carried out in known methods.
  • the temperature and duration of non-laser heating are determined by the condition for the controlled size of acid diffusion, that is, heating to a temperature lower than in the known methods for a well-controlled time is preferable (a time scale of ⁇ 30-N seconds is preferable).
  • the temperature of non-laser heating is selected from the condition that for a given time, for example 60 seconds, the diffusion of acid will be a predetermined allowable value, for example 1-4.5 nm, while catalytic chemical reactions practically do not occur due to the relatively low temperature of non-laser heating.
  • a new irradiation cycle of the resist is carried out by heating with short laser pulses in order to provide chemical amplification in those cells into which acid migrated during non-laser heating.
  • the chemical enhancement coefficient will increase, approximately, by a factor of two (the situation does not give a gain when acid molecules “exchange” Kuhn cells during diffusion, however, the probability of a significant proportion of such situations is small).
  • the cycle “non-laser heating — laser heating pulse (s)” can be repeated several times with a corresponding increase in the chemical gain.
  • a separate pulse is irradiated with a resist area of 2 ⁇ 2 mm 2 , which provides a dose in the pulse of 35-4-0 mJ / cm 2 .
  • This energy is enough to heat the resist at 100430 ° ⁇ (taking into account the reflection of laser radiation back into the resist from the silicon surface of the substrate, the substrate itself will be heated by ⁇ 0.002 ° C during the laser pulse).
  • the laser pulse power of ⁇ 300 kW allows the radiation to be transmitted through the fiber, and the radiation intensity at the resist is ⁇ 7 MW / cm2; at this radiation intensity in the near IR range, the resist or substrate is not broken (moreover, the resist is heated by the laser pulse to temperature, which is significantly lower than its evaporation temperature), as well as a breakdown of the gaseous medium above the surface of the resist.
  • the serial scanners of this company provide an angular scanning range of about ⁇ 0.4 radians with positioning accuracy and angular resolution of -15 mrad. This means that when the scanner is located on the axis of the substrate, a focal length of 350 mm is sufficient to ensure that the heating beam moves over the entire surface of the substrate with a diameter of 300 mm with a positioning accuracy of ⁇ 5 ⁇ m (400 times smaller than the size of the radiation irradiated per pulse).
  • the speed of the beam moving along the substrate surface provided by the scanner exceeds 5+ m / s and, thus, known scanners confidently provide the required mode of movement of the heating laser beam along the resist surface, while moving the beam on the resist during the pulse time ( ⁇ 0, 05 ⁇ m) can be completely neglected.
  • the cooling time of a resist layer with a thickness of 60 nm is ⁇ 40 ns and is close to the total residence time of the resist in a hot state, since the heating laser pulse is much shorter than the cooling time.
  • the size of the diffusion movement of the acid for the indicated period of time does not exceed ⁇ 0.05 + 0.1 nm, which allows us to preserve the maximum possible resolution in the case of repeated irradiation of the resist by heating pulses and allows some overheating of the external (remote from the substrate) surface of the resist.
  • the boundary zones of the resist region irradiated for a single impulse with a linear size of the order of the thickness of the substrate they are cooled faster by the substrate than the main area heated by the laser pulse, due to the fact that the heat from the resist goes not only “deep” into the substrate, but also into the external (“side”) regions of the substrate region for the irradiated.
  • the width of the twice-heated boundary of the area processed per pulse can be less than 100 ⁇ m, even taking into account all diffraction effects.
  • the required level of the cooling rate of the boundary of the region processed by the previous laser pulse is provided, onto which the boundary of the next resist section heated by the laser pulse is “superimposed” at a frequency of heating pulses of several kilohertz.
  • the time for a single treatment of the entire surface of the resist is about 9 seconds, which allows us to realize sufficient performance of the inventive method of creating a mask on the surface of the substrate, including the heat treatment mode (up to 400 plates per hour with a single exposure, 80 plates per hour with a five-fold repetition of the irradiation cycle), which if necessary, it can easily be multiplied, for example, by using a more powerful laser or by treating the surface of a resist simultaneously with several lasers.
  • Heat treatment of a resist by heating laser pulses can be repeated several times; during processing, the substrate with the resist can be placed on a preheated plate of high heat capacity (i.e., on a thermostabilized surface), which ensures a constant and predetermined temperature of the substrate.
  • the temperature of such a plate is selected primarily from the condition of ensuring a controlled size of acid diffusion during the contact of the substrate with the exposed resist and the thermally stabilized plate.
  • the placement of a substrate with a resist on a heated thermally stabilized plate can be used to use a heating laser of lower power or to accelerate the time of laser heat treatment.
  • the subsequent manifestation of the formed structure in the resist is carried out by known methods, plasma etching is preferable to obtain ultra-high resolution.
  • the required exposure dose at ⁇ ⁇ 13.5 nm can be reduced by 6-8 times and, accordingly, lithography productivity can be increased at a constant power of the source of EUV photons, since even in the course of catalytic chemical reactions within only one Kuhn cell (without thermally activated and controlled diffusion of photogenerated acid HF), the number of bond breaks increases by 4–6 times, and the absorption coefficient - by 1.4 times.
  • the required exposure dose which ensures resolution in EUV lithography up to 10 nm, is determined not so much by the sensitivity of the resist, but by effects associated with the statistics of the resisting high-energy photons.
  • the claimed technical solution allows to increase the performance of ultra-high-resolution lithography and implement chemical amplification technology in a situation where more than half of the polymer resist monomers (and even almost every monomer) are a strong acid generator. This ensures the maximum uniformity of the distribution of molecules - acid photogenerators and their maximum possible concentration. Ultrafast and controlled cooling of the resist during heat treatment allows one to completely suppress the diffusion of the acid generated during exposure or, if necessary, precisely control the diffusion size, providing a multiple increase in the number of breaks in the polymer chain without compromising the resolution of the formed structure. This allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty" and "significant differences”.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

The invention relates to lithography, more precisely to methods for producing a resistive mask on the surface of a substrate, in particular a semiconductor substrate. The technical result of the invention consists in increasing the productivity of lithography with super-high resolution, primarily EUV lithography. The technical result is achieved in that, in the method for producing a mask on the surface of a resist, which method comprises applying a layer of a polymer resist formed from monomer units on the basis of organic molecules to a substrate surface, exposing the resist, heat-treating the exposed resist and then developing the structure formed in the resist, at least one fluorine atom is contained in the composition of at least 50% monomer units, and the heat treatment of the exposed resist comprises heating said resist using at least one laser pulse with a radiation wavelength selected from the condition whereby the absorption coefficient of the resist with respect to laser radiation exceeds the absorption coefficient of the substrate with respect to laser radiation.

Description

СПОСОБ СОЗДАНИЯ МАСКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОДЛОЖКИ  METHOD FOR CREATING A MASK ON A SUBSTRATE SURFACE
Заявляемое техническое решение относится к литографии, точнее к способам создания резистивной маски на поверхности подложки, в частности, полупроводниковой подложки. Оно представляет интерес для разработки высокопроизводительных литографических установок с высоким и сверхвысоким разрешением, прежде всего установок, в которых для экспонирования резиста используется излучение экстремального ультрафиолетового диапазона длиной волны -10 нм (ЭУФ- излучение, ЭУФ-литография). The claimed technical solution relates to lithography, and more specifically to methods for creating a resistive mask on the surface of the substrate, in particular, a semiconductor substrate. It is of interest for the development of high-performance lithographic installations with high and ultra-high resolution, primarily installations that use extreme-ultraviolet radiation of a wavelength of -10 nm (EUV radiation, EUV lithography) to expose the resist.
Создание резистивной маски является важнейшим компонентом литографического процесса и в целом включает следующие стадии:  Creating a resistive mask is an essential component of the lithographic process and generally includes the following stages:
1. Нанесение слоя полимерного резиста на поверхность подложки, обычно толщина слоя резиста /рез составляет 200-И00 нм, для ЭУФ-литографии предпочтителен более тонкий слой резиста толщиной ~50 нм. 1. Application of the polymeric resist layer on the substrate surface, typically the thickness of the resist layer / Res-I00 is 200 nm for EUV lithography preferred thinner resist layer thickness of ~ 50 nm.
2. Локальное экспонирование резиста (создание структуры).  2. Local exposure of the resist (creating a structure).
3. Проявление заданной при экспонировании структуры, когда на подложке остаются только экспонированные (или неэкспонированные— в зависимости от типа резиста и способа проявления) участки резиста. ^ _ . 3. The manifestation of the structure specified during exposure, when only exposed (or unexposed — depending on the type of resist and method of manifestation) sections of the resist remain on the substrate. ^ _.
В дальнейшем, в соответствии со структурой резистивной маски, через свободные от резиста участки проводится обработка нижележащих технологических слоев, после чего использованная маска удаляется. При создании современных интегральных схем и других электронных устройств такая последовательность операций обычно повторяется многократно.  Subsequently, in accordance with the structure of the resistive mask, processing of the underlying technological layers is carried out through the areas free from the resist, after which the used mask is removed. When creating modern integrated circuits and other electronic devices, this sequence of operations is usually repeated many times.
Важно указать, что выше приведены только основные стадии процесса создания маски на поверхности подложки, каждая из этих стадий может включать несколько «элементарных» технологических операций. Например, нанесению слоя резиста, как правило, предшествует специальная обработка поверхности подложки с целью ее очистки и повышения адгезии к наносимому резисту (а также, очевидно, изготовление самой подложки и синтез резиста); после проявления оставшаяся часть резиста может дополнительно обрабатываться для повышения стойкости к последующему воздействию и т.д. и .п. Одна и та же технологическая операция может проводиться различными методами, например, нанесение полимерного резиста может осуществляться центрифугированием или пульверизацией, наноситься может позитивный или негативный резист, экспонирование резиста может осуществляться ультрафиолетовым излучением (на сегодня применяется длина волны излучения эксимерного ArF- лазера с λ~\93 нм, на близкую перспективу в качестве основной рассматривается ЭУФ-литография на λ~13,5 нм и затем даже на λ~6,7 нм), электронным пучком или рентгеновским излучением, травление может быть химическим или плазменным и т.д. Заявляемое техническое решение может применяться в комбинации с различными конкретными реализациями описанных выше стадий. It is important to indicate that the above are only the main stages of the process of creating a mask on the surface of the substrate, each of these stages may include several "elementary" technological operations. For example, the application of a resist layer, as a rule, is preceded by a special treatment of the surface of the substrate in order to clean it and increase adhesion to the applied resist (as well as, obviously, the manufacture of the substrate itself and the synthesis of the resist); after development, the remaining part of the resist can be further processed to increase resistance to subsequent exposure, etc. and .p. The same technological operation can be carried out by different methods, for example, applying a polymer resist can be carried out by centrifugation or pulverization, a positive or negative resist can be applied, exposure of the resist can be carried out with ultraviolet radiation (today the radiation wavelength of the excimer ArF laser with λ ~ \ is used 93 nm, in the short term, UV-lithography at λ ~ 13.5 nm and then even at λ ~ 6.7 nm), electron beam or X-ray radiation, t the adjustment can be chemical or plasma, etc. The claimed technical solution can be used in combination with various specific implementations of the steps described above.
Как правило, в качестве резиста используются полимерные молекулы, образованные из мономерных звеньев на базе органических молекул. Экспонирование (УФ или ЭУФ излучение, рентген, электронный пучок) воздействует на молекулярные связи и, как следствие, либо за счет разрыва связей в так называемых позитивных резистах уменьшается средняя молекулярная масса полимера, либо в результате облучения происходит «сшивка» исходных молекул (макромолекул) негативного резиста и его средняя молекулярная масса увеличивается. Таким образом в резисте создается скрытое изображение маски (области резиста с измененной средней молекулярной массой), которую требуется сформировать на подложке.  As a rule, polymer molecules formed from monomer units based on organic molecules are used as a resist. Exposure (UV or EUV radiation, X-ray, electron beam) affects molecular bonds and, as a result, either due to bond breaking in the so-called positive resistes, the average molecular weight of the polymer decreases, or as a result of irradiation, the “molecules” of the starting molecules (macromolecules) “crosslink” negative resist and its average molecular weight increases. Thus, in the resist, a latent image of the mask (the resist region with a changed average molecular weight) is created, which needs to be formed on the substrate.
Позитивные резисты, как правило, потенциально обеспечивают лучшее предельное разрешение, известным позитивным резистом высокого разрешения является полиметилметакрилат (ПММА), в котором теоретически можно достичь разрешение до 2+3 нм. Заявляемое техническое решение относится прежде всего к применению позитивных резистов для создания маски на поверхности подложки (в литографии).  Positive resists, as a rule, potentially provide the best ultimate resolution, a known positive resist of high resolution is polymethylmethacrylate (PMMA), in which a resolution of up to 2 + 3 nm can theoretically be achieved. The claimed technical solution relates primarily to the use of positive resistes to create a mask on the surface of the substrate (in lithography).
При последующем проявлении в позитивных резистах в специально подобранном растворителе (или под воздействием плазмы) с определенной селективностью удаляется созданная при экспонировании низкомолекулярная фракция позитивного резиста, то есть низкомолекулярная фракция удаляется быстрее. Соответственно, для качественного проявления заданной структуры маски, при экспонировании необходимо обеспечить существенное изменение средней молекулярной массы исходного резиста, то есть определенную концентрацию разорванных атомных связей. Таким образом, для создания маски на поверхности резиста требуется определенная доза (для тонкого слоя резиста плотность энергии) WQ экспонирования. Поскольку нанесение слоя резиста на подложку, его термическая обработка (см. ниже) и проявление могут проводиться конвейерным способом, когда одновременно обрабатывается несколько (много) объектов, и эти процессы требуют существенно более простое оборудование, чем применяемое при экспонировании, то ключевым этапом литографии, определяющим его производительность, является именно этап экспонирования. В свою очередь, при заданной мощности источника экспонирования, чувствительность резиста (минимальная величина потребной дозы WQ) прежде всего определяет длительность процесса. При этом является приемлемым и введение дополнительных технологических стадий создания маски по сравнению с минимальным по количеству этапов вариантом, когда, например, структура на поверхности подложки создается за счет прямого удаления резиста при его облучении мощными лазерными импульсами — лазерной абляции ([1]: J.T.C.Yeh "Journal of vacuum science and technology", 1986, v. A4, p. 653), в этом случае этапы экспонирования и «проявления» фактически совмещены. Upon subsequent manifestation in positive resistes in a specially selected solvent (or under the influence of plasma), a low molecular weight fraction of a positive resist created by exposure is removed with a certain selectivity, i.e., a low molecular weight fraction is removed faster. Accordingly, for the qualitative manifestation of a given mask structure, when exposed, it is necessary to ensure a significant change in the average molecular weight of the initial resist, that is, a certain concentration of broken atomic bonds. Thus, to create a mask on the surface of the resist, a certain dose is required (for a thin layer of the resist energy density) W Q exposure. Since the deposition of a resist layer on a substrate, its heat treatment (see below) and development can be carried out by the conveyor method, when several (many) objects are processed at the same time, and these processes require significantly simpler equipment than used during exposure, the key step in lithography, determining its performance is precisely the stage of exposure. In turn, at a given exposure source power, the sensitivity of the resist (the minimum value of the required dose W Q ) primarily determines the duration of the process. At the same time, the introduction of additional technological stages of creating a mask is also acceptable in comparison with the minimum number of steps when, for example, a structure on the surface of a substrate is created by direct removal of the resist when it is irradiated with powerful laser pulses - laser ablation ([1]: JTCYeh " Journal of vacuum science and technology ", 1986, v. A4, p. 653), in this case, the stages of exposure and" manifestation "are actually combined.
Известен способ создания маски на поверхности подложки, включающий нанесение на поверхность подложки слоя полимерного резиста, образованного из мономерных звеньев на базе органических молекул, экспонирование резиста и последующее проявление созданной на резисте структуры в процессе травления ([2]: К. А. Валиев «Физика субмикронной литографии», М.: 1990— 528 с). Экспонирование может проводиться УФ светом, электронным пучком или пучком атомных частиц (ионов), а также рентгеновским излучением.  A known method of creating a mask on the surface of the substrate, including applying to the surface of the substrate a layer of polymer resist formed from monomer units based on organic molecules, exposing the resist and subsequent manifestation of the structure created on the resist during etching ([2]: K. A. Valiev “Physics submicron lithography ”, Moscow: 1990—528 s). Exposure can be carried out by UV light, an electron beam or a beam of atomic particles (ions), as well as x-ray radiation.
Известный способ позволяет, в принципе, получить очень высокое разрешение создаваемой на подложке структуры, однако требуемая доза и, соответственно, длительность экспонирования высоки, особенно При создании структур с предельным разрешением. Это связано, в том числе, с тем, что высокое разрешение может быть получено только при экспонировании резиста коротковолновым излучением (в том числе ЭУФ или рентгеновским) или электронным пучком, а в этих случаях эффективность создания необходимых для селективного травления разрывов низка и только небольшая доля энергии экспонирующего агента фактически обеспечивает создание структуры в слое резиста. Так, например, квантовый выход прямого разрыва макромолекулы ПММА при поглощении УФ излучения (λ~193 нм) не превышает ~1%. При поглощении фотонов ЭУФ диапазона (λ~13,5 нм) квантовый выход разрыва макромолекулярной цепи ПММА близок к 1, но при этом у ПММА сравнительно мал коэффициент поглощения в этом диапазоне (длина поглощения составляет -250 нм при характерной толщине резиста 50 нм, т.е. в указанном слое резиста поглощается не более 20% падающего излучения). The known method allows, in principle, to obtain a very high resolution of the structure created on the substrate, however, the required dose and, accordingly, the exposure time are high, especially when creating structures with maximum resolution. This is due, inter alia, to the fact that high resolution can be obtained only by exposing the resist to short-wave radiation (including EUV or X-ray) or an electron beam, and in these cases the efficiency of creating the necessary gaps for selective etching is low and only a small fraction The energy of the exposure agent actually ensures the creation of a structure in the resist layer. For example, the quantum yield of direct disruption of a PMMA macromolecule upon absorption of UV radiation (λ ~ 193 nm) does not exceed ~ 1%. In the absorption of photons in the EUV range (λ ~ 13.5 nm), the quantum yield of rupture of the PMMA macromolecular chain is close to 1, but in this case, the absorption coefficient in PMMA is relatively small (the absorption length is -250 nm with a characteristic resist thickness of 50 nm, i.e. no more than 20% of the incident radiation is absorbed in the specified resist layer).
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ создания маски на поверхности подложки, включающий нанесение на поверхность подложки слоя полимерного резиста, образованного из мономерных звеньев на базе органических молекул, экспонирование резиста, термическую обработку экспонированного резиста и последующее проявление созданной на резисте структуры ([3]: СВ. Зеленцов, Н.В. Зеленцова. «Современная фотолитография». Нижний Новгород, 2006— 56 с).  The closest technical solution (prototype) is a method of creating a mask on the surface of the substrate, including applying a layer of polymer resist formed from monomer units based on organic molecules onto the surface of the substrate, exposing the resist, heat treatment of the exposed resist and subsequent manifestation of the structure created on the resist ([3 ]: St. Zelentsov, N.V. Zelentsova. “Modern Photolithography.” Nizhny Novgorod, 2006–56 s).
В известном способе в состав полимерного резиста дополнительно включают молекулы — фотогенераторы кислоты (ФГК) и используется принцип химического усиления ([4]: S.A. MacDonald, C.G. Willson, M.J.J. Frechet. "Chemical amplification in high resolution imaging systems". Acc. Chem. Res. 1994 "v. 27, N° 6, p. 151-158), для реализации которого проводится термическая обработка экспонированного резиста. В качестве ФГК применяются различные соединения, например диарилиодониевые и триарилсульфониевые соли.  In the known method, the composition of the polymer resist additionally includes molecules - photogenerators of acid (FGC) and uses the principle of chemical amplification ([4]: SA MacDonald, CG Willson, MJJ Frechet. "Chemical amplification in high resolution imaging systems. Acc. Chem. Res . 1994 "v. 27, No. 6, p. 151-158), for the implementation of which the heat treatment of the exposed resist is carried out. Various compounds, for example diaryl iodonium and triaryl sulfonium salts, are used as FGC.
Изменение молекулярной массы резиста в известном способе проходит в два основных этапа. На первом под действием экспонирующего агента (в настоящее время чаще всего УФ света) ФГК выделяет кислоту. Во время второго — последующей термической обработки (нагрева) резиста - проходит каталитическая реакция, в результате которой под воздействием образовавшейся кислоты полимерное связующее резиста либо сшивается (тогда молекулярная масса резиста увеличивается и образуется негативное изображение), либо разрушается (молекулярная масса уменьшается, позитивное изображение), при этом сама кислота не расходуется и может многократно участвовать в реакции. Число реакционных актов на один поглощенный ФГК квант света может достигать -100 ([3]), поэтому количество разрывов (сшивок) в полимерном резисте за счет каталитической реакции с участием сгенерированной кислоты во много раз превосходит количество разрывов (сшивок), образовавшихся непосредственно во время экспонирования. Нагрев обычно производится в печи со стабильно поддерживаемой температурой или непосредственным контактом с поверхностью нагретого до требуемой температуры тела (плиты) с теплоемкостью во много раз большей, чем теплоемкость нагреваемой композиции, в которую входят подложка с резистом и, как правило, дополнительная опорная поверхность (поскольку для типичной толщины подложки H-0,30 мм ее жесткость при диаметре -300 мм недостаточна). Далее происходит охлаждение резиста до исходной температуры, при которой каталитический процесс практически не идет, и затем проявление сформированной структуры. The change in the molecular weight of the resist in the known method takes place in two main stages. At the first, under the influence of an exposure agent (currently most often UV light), FGK releases acid. During the second - subsequent heat treatment (heating) of the resist - a catalytic reaction takes place, as a result of which, under the influence of the formed acid, the polymer binder of the resist either crosslinkes (then the molecular weight of the resist increases and a negative image forms), or collapses (molecular weight decreases, positive image) , while the acid itself is not consumed and can repeatedly participate in the reaction. The number of reaction events per light absorbed by FGC quantum can reach -100 ([3]), therefore, the number of breaks (crosslinkings) in the polymer resist due to the catalytic reaction involving the generated acid is many times greater than the number of breaks (crosslinkings) formed directly during exposure. Heating is usually carried out in a furnace with a stable temperature or direct contact with the surface of a body (plate) heated to the required temperature with a heat capacity many times greater than the heat capacity of the heated composition, which includes a substrate with a resist and, as a rule, an additional supporting surface (since for a typical substrate thickness of H-0.30 mm, its rigidity is insufficient with a diameter of -300 mm). Next comes cooling the resist to the initial temperature, at which the catalytic process practically does not proceed, and then the manifestation of the formed structure.
Применение в составе резиста генераторов кислоты принципиально возможно не только при воздействии УФ излучения (фотогенерация кислоты), но и при экспонировании ЭУФ квантами, рентгеновским излучением и электронным пучком, однако во всех случаях необходима вторая стадия формирования структуры — термически активированное химическое усиление.  The use of acid generators as a resist is fundamentally possible not only when exposed to UV radiation (photo-generation of acid), but also when the EUV is exposed to quanta, X-rays and an electron beam, however, in all cases, the second stage of structure formation is required - thermally activated chemical amplification.
Использование в известном способе технологии химического усиления, когда доля ФГК в резисте составляет до 1СН-20%, позволило значительно уменьшить необходимую дозу экспонирования (в 10-И 5 раз) и, соответственно увеличить производительность процесса литографии при создании структур с разрешением ~30 нм и более.  The use of chemical amplification technology in the known method, when the fraction of PHA in the resist is up to 1CH-20%, significantly reduced the required exposure dose (10-I to 5 times) and, accordingly, increased the productivity of the lithography process when creating structures with a resolution of ~ 30 nm and more.
Однако при создании структур со сверхвысоким разрешением уровня 20 нм и менее, когда уширение при создании отдельной «линии» не должно превышать ~ 3 нм (на сторону, всего не более 5-^6 нм), использование эффекта химического усиления в известном способе не представляется возможным. Принципиальные ограничения обусловлены двумя физическими процессами.  However, when creating structures with an ultrahigh resolution of 20 nm or less, when the broadening when creating a separate "line" should not exceed ~ 3 nm (on the side, only no more than 5 ^ 6 nm), the use of the chemical amplification effect in the known method does not seem possible. Fundamental limitations are due to two physical processes.
Первый связан с тем, что практически невозможно обеспечить равномерное (вплоть до масштаба 2^-3 нанометра) распределение ФГК в резисте. Действительно, при среднем расстоянии между молекулами ФГК, превышающем 1 нм, статистические эффекты («дробовой шум») уже не позволяют реализовать разумно одинаковое количество молекул ФГК в объеме с линейным размером ,~3 нм, когда среднее количество таких молекул в объеме составляет всего 1СН-15. В то же время, поскольку среднее количество молекул ФГК в объеме увеличивается пропорционально третьей степени соответствующего линейного размера, то при увеличении допустимого «расплывания» формируемой структуры всего вдвое (до ~6 нм на сторону, что может быть приемлемым для структур с разрешением от ~30 нм) количество молекул ФГК увеличивается в 8 раз и роль статистических эффектов резко снижается.  The first is due to the fact that it is almost impossible to ensure a uniform (up to a 2 ^ -3 nanometer scale) distribution of FGC in the resist. Indeed, with an average distance between FGC molecules exceeding 1 nm, statistical effects (“shot noise”) no longer allow one to realize a reasonably equal number of FGC molecules in a volume with a linear size of ~ 3 nm, when the average number of such molecules in a volume is only 1CH -fifteen. At the same time, since the average number of FGC molecules in the volume increases in proportion to the third degree of the corresponding linear size, with an increase in the allowable “spreading” of the formed structure only doubles (up to ~ 6 nm per side, which may be acceptable for structures with a resolution of ~ 30 nm) the number of FGC molecules increases by 8 times and the role of statistical effects decreases sharply.
Вторая проблема применения эффекта химического усиления при создании структур сверхвысокого разрешения обусловлена диффузией сгенерированной при экспонировании кислоты за время термической обработки, когда, например, сформированные электронным пучком структуры сверхвысокого разрешения после термической обработки могут ушириться кратно. Таким образом, известный способ не позволяет с высокой производительностью, обеспечиваемой эффектом химического усиления, создавать структуры сверхвысокого разрешения. В то же время использование резистов без ФГК (например, ПММА) позволяет обеспечить сверхвысокое разрешение, однако существенно снижается производительность литографического процесса. The second problem of applying the chemical enhancement effect when creating ultra-high resolution structures is caused by diffusion of the acid generated during exposure during the heat treatment, when, for example, the ultra-high resolution structures formed by the electron beam after heat treatment can be expanded multiple times. Thus, the known method does not allow the creation of ultra-high resolution structures with high performance provided by the effect of chemical amplification. At the same time, the use of resistors without FGC (for example, PMMA) allows for ultra-high resolution, but the productivity of the lithographic process is significantly reduced.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение производительности литографии сверхвысокого разрешения, прежде всего ЭУФ- литографии.  The technical result of the claimed invention is to increase the productivity of ultra-high resolution lithography, especially EUV lithography.
Технический результат достигается тем, что в способе создания маски на поверхности резиста, включающем нанесение на поверхность подложки слоя полимерного резиста, образованного из мономерных звеньев на базе органических молекул, экспонирование резиста, термическую обработку экспонированного резиста и последующее проявление созданной в резисте структуры, в состав не менее 50% мономерных звеньев включают по меньшей мере один атом фтора, а термическая обработка экспонированного резиста включает его нагрев по меньшей мере Одним лазерным импульсом, длину волны излучения которого выбирают из условия, что коэффициент поглощения лазерного излучения резистом превосходит коэффициент поглощения лазерного излучения подложкой. Составляющие полимерный резист мономерные звенья представляют из себя акрилат или метакрилат. В состав не менее 50% мономерных звеньев включают по меньшей мере два атома фтора. Длительность лазерного импульса нагрева экспонированного резиста при его термической обработке не превышает время установления теплового равновесия в слое резиста. Термическая обработка экспонированного резиста дополнительно включает по меньшей мере один нелазерный нагрев резиста.  The technical result is achieved by the fact that in the method of creating a mask on the surface of the resist, including applying a layer of polymer resist formed from monomer units based on organic molecules to the surface of the substrate, exposing the resist, heat treatment of the exposed resist and subsequent manifestation of the structure created in the resist, not less than 50% of the monomer units include at least one fluorine atom, and heat treatment of the exposed resist involves heating it with at least one laser pulse, the radiation wavelength of which is selected from the condition that the absorption coefficient of the laser radiation by the resist exceeds the absorption coefficient of the laser radiation by the substrate. The monomer units constituting the polymer resist are acrylate or methacrylate. At least 50% of the monomer units comprise at least two fluorine atoms. The duration of a laser pulse heating an exposed resist during its heat treatment does not exceed the time it takes to establish thermal equilibrium in the resist layer. The heat treatment of the exposed resist further includes at least one non-laser heating of the resist.
Заявляемое техническое решение основано на том, что при экспонировании фторсодержащего полимерного резиста, состоящего из мономерных звеньев на базе органических молекул, коротковолновыми фотонами с энергией -90 эВ и более (соответствуют излучению с длиной волны -13,5 нм и менее), а также электронными или рентгеновскими пучками генерирация разрыва в скелетной цепи полимера приводит также к образованию молекул кислоты HF. Эти молекулы при последующем нагреве резиста являются эффективными катализаторами генерации новых разрывов, реализуя эффект химического усиления, что снижает потребную дозу экспонирования. Таким образом, в заявляемом техническом решении фторсодержащее мономерное звено полимерного резиста в процессе экспонирования становится фотогенератором очень сильной кислоты, причем в ситуации, когда не менее половины мономеров содержат атомы фтора, такие ФГК распределены достаточно однородно (в соответствующем заявляемому изобретению случае, когда каждое мономерное звено содержит по меньшей мере один атом фтора — предельно однородно). Поскольку характерный размер мономерного звена полимерных молекул, которые обычно используются в качестве резиста, не превышает 0,5-Ю,6 нм (для ПММА размер мономерного звена составляет 0,52 нм), то количество ФГК в объеме, соответствующем линейному размеру 3 нм, составляет, согласно изобретению, не менее 60 (-120, если каждый мономер фторирован), что позволяет не учитывать ухудшающие разрешение статистические эффекты для линейного разрешения вплоть до 10-42 нм и даже меньше, если фторировано каждое мономерное звено. The claimed technical solution is based on the fact that when exposing a fluorine-containing polymer resist, consisting of monomer units based on organic molecules, by short-wavelength photons with an energy of -90 eV or more (correspond to radiation with a wavelength of -13.5 nm or less), as well as electronic or by X-ray beams, the generation of a break in the skeletal chain of the polymer also leads to the formation of HF acid molecules. These molecules, upon subsequent heating of the resist, are effective catalysts for the generation of new discontinuities, realizing the effect of chemical amplification, which reduces the required exposure dose. Thus, in the claimed technical solution, the fluorine-containing monomer unit of the polymer resist becomes an extremely strong acid photogenerator during exposure, and in a situation where at least half of the monomers contain fluorine atoms, such FGCs are distributed fairly uniformly (in the case where each monomer unit is corresponding to the claimed invention contains at least one fluorine atom - extremely homogeneous). Since the characteristic size of the monomer unit of polymer molecules, which are usually used as a resist, does not exceed 0.5-10.6 nm (for PMMA, the size of the monomer unit is 0.52 nm), the amount of PHA in the volume corresponding to a linear size of 3 nm, is, according to the invention, at least 60 (-120 if each monomer is fluorinated), which makes it possible not to take into account the statistical impairing effects for linear resolution up to 10-42 nm and even less if each monomer unit is fluorinated.
Минимальная доля вводимых в резист мономеров, содержащих атомы фтора (содержание атома «примеси» не менее, чем в 50% мономеров) определяется условием обеспечения достаточно однородного распределения ФГК по объему резиста для линейного размера от ~3 нм.  The minimum fraction of monomers containing fluorine atoms introduced into the resist (the content of the “impurity” atom is not less than 50% of the monomers) is determined by the condition for ensuring a fairly uniform distribution of FGC over the resist volume for a linear size of ~ 3 nm.
Введение атомов фтора в мономерное звено наиболее эффективно проводится за счет присоединения дополнительной группы (групп) — CF2— й, соответственно во фторированное мономерное звено при этом вводится два атома фтора. Такая группа может быть введена как в скелетную цепь полимерной молекулы, так и в боковые цепи мономерных звеньев. Кроме того, на группу — CF2— может быть заменена водородсодержащая группа — СН2— , в этом случае фактически два атома водорода ' * замещаются на атомы фтора. Например, вариантами фторированных мономерных звеньев полимера ПММА (структурная формула - [Cs02Hg] ) могут быть мономеры
Figure imgf000008_0001
The introduction of fluorine atoms into the monomer unit is most efficiently carried out by the addition of an additional group (s) —CF2 — th, respectively, two fluorine atoms are introduced into the fluorinated monomer unit. Such a group can be introduced both in the skeletal chain of the polymer molecule and in the side chains of the monomer units. In addition, a hydrogen-containing group — CH2— can be replaced by a group — CF 2 — in which case, in fact, two hydrogen atoms' * are replaced by fluorine atoms. For example, monomers can be variants of fluorinated monomer units of the PMMA polymer (structural formula - [Cs02Hg])
Figure imgf000008_0001
(фактически два атома водорода замещены атомами фтора) или [ y02H6F6] (дополнительно введены еще две группы — CFj—) и т.д. При полимеризации фторированных мономеров может быть синтезирован резист, в котором практически каждое мономерное содержит атомы фтора, такой вариант является предпочтительным. (actually two hydrogen atoms are replaced by fluorine atoms) or [y02H 6 F 6 ] (two more groups are introduced additionally - CFj—), etc. In the polymerization of fluorinated monomers, a resist can be synthesized in which almost every monomer contains fluorine atoms, this option is preferred.
Энергия водородной связи F-H:F составляет около 1 ,6 эВ, это высокое значение, приводит к сравнительно малой скорости диффузии молекулы HF при комнатной температуре. Однако, именно по этой причине при необходимом для протекания каталитической реакции разрыва скелетных связей нагреве полимерного резиста скорость диффузии молекулы HF быстро растет, что не позволяет реализовать эффект химического усиления в литографии сверхвысокого разрешения согласно известным способам термической обработки резистов с ФГК. The hydrogen bond energy FH: F is about 1.6 eV; this high value leads to a relatively low diffusion rate of the HF molecule at room temperature. However, it is for this reason, with the necessary flow of the catalytic reaction of the cleavage of skeletal bonds by heating a polymer resist, the diffusion rate of the HF molecule increases rapidly, which does not allow the chemical enhancement effect to be realized in ultrahigh-resolution lithography according to known methods of heat treatment of resistors with FGC.
В самом деле, при увеличении температуры резиста от 20 °С до 120 °С кэффициент диффузии молекулы HF увеличивается в ~107 раз и составит не менее Dj2o ~ 10" 10 см2/с даже при чрезвычайно низком для комнатной температуры коэффициенте диффузии Ю- 17 см2/с (обычно для получаемых из ФГК кислот коэффициент диффузии при комнатной температуре на один-два порядка больше). При указанном значении D12o предельная для литографий сверхвысокого разрешения диффузионная длина ~3 нм будет достигнута за время менее 1 мс (~0,5 мс). In fact, with an increase in the resist temperature from 20 ° C to 120 ° C, the diffusion coefficient of the HF molecule increases by a factor of ~ 10 7 times and will be at least D j2 o ~ 10 " 10 cm 2 / s, even if the diffusion coefficient is extremely low for room temperature S - 17 cm 2 / sec (usually derived from FHA acids diffusion coefficient at room temperature for one to two orders of magnitude greater) are indicated value D 12 o limit for lithography super resolution diffusion length of about 3 nm is achieved in less than 1 ms. (~ 0.5 ms).
Короткое время пребывания при высокой температуре расположенного на подложке (и вместе с подложкой на опорной поверхности) резиста может быть реализовано в случае, когда производится быстрый нагрев резиста и его быстрое охлаждение; последнее возможно, когда в качестве «холодильника» выступает подложка, на которую нанесен резист. В заявляемом техническом решении указанные условия обеспечиваются импульсным лазерным нагревом резиста, при этом длина волны лазерного излучения выбирается таким образом, чтобы прямой нагрев подложки в течение лазерного импульса происходил медленнее, чем нагрев резиста, то есть, чтобы в течение лазерного импульса подложка нагрелась меньше, чем резист, и затем его охлаждала. Для этого длина волны «греющего» лазерного излучения выбирается из условия, что коэффициент поглощения лазерного излучения резистом превосходит коэффициент поглощения лазерного излучения подложкой, предпочтительно значительно превосходит.  A short residence time at high temperature of the resist located on the substrate (and together with the substrate on the supporting surface) can be realized in the case when the resist is rapidly heated and rapidly cooled; the latter is possible when the substrate on which the resist is applied acts as a “refrigerator”. In the claimed technical solution, these conditions are provided by pulsed laser heating of the resist, and the wavelength of the laser radiation is selected so that direct heating of the substrate during the laser pulse is slower than heating of the resist, that is, so that the substrate heats up less than resist, and then it cooled. For this, the wavelength of the "heating" laser radiation is selected from the condition that the absorption coefficient of the laser radiation with a resist exceeds the absorption coefficient of the laser radiation by the substrate, preferably significantly exceeds.
При достаточно малой длительности греющего лазерного импульса с потоком энергии W [Дж/см2], когда эффекты теплопередачи можно не учитывать, рост температуры ΔΎ облучаемого материала определяется следующим выражением:  For a sufficiently short duration of a heating laser pulse with an energy flux W [J / cm2], when the effects of heat transfer can be ignored, an increase in the temperature ΔΎ of the irradiated material is determined by the following expression:
AT = W/pc (1), где к— коэффициент поглощения излучения, р— плотность нагреваемого материала, с — его удельная теплоемкость. Здесь учтено, что слой резиста на подложке является настолько тонким, что поглощение излучения греющего лазерного импульса резистом сравнительно мало и изменение мощности лазерного излучения по глубине резиста (и прилегающего к резисту слоя подложки) можно не учитывать. AT = W / pc (1), where k is the absorption coefficient of radiation, p is the density of the heated material, and c is its specific heat. Here it is taken into account that the resist layer on the substrate is so thin that the absorption of the radiation of the heating laser pulse by the resist is relatively small and the change in the power of laser radiation along the depth of the resist (and the substrate layer adjacent to the resist) can be ignored.
Для используемых в литографии материалов произведение (рс) практически одинаково, например для одного из базовых резистов ПММА >с~1,75 Дж/(см3трад), а для основного материала подложки— кремния >с^1,65 Дж/(см3трад). Таким образом, если, согласно заявляемому техническому решению, коэффициент поглощения греющего лазерного импульса подложкой кподл будет меньше (предпочтительно— значительно меньше), чем коэффициент поглощения излучения резистом крез, то после такого воздействия подложка будет холоднее (значительно холоднее) резиста и обеспечит его (резиста) эффективное охлаждение. For the materials used in lithography, the product (pc) is almost the same, for example, for one of the basic PMMA resistes> с ~ 1.75 J / (cm 3 trad), and for the main substrate material, silicon> c ^ 1.65 J / (cm 3 trade). Thus, if, according to the claimed technical solution, the absorption coefficient of the heating laser pulse by the substrate to the base will be less (preferably significantly less) than the absorption coefficient of the radiation by the resist to cut , then after such an effect the substrate will be colder (much colder) than the resist and provide it (resist) effective cooling.
Реализовать необходимое согласно заявляемому изобретению соотношение между коэффициентами поглощения резиста и подложки возможно, например, в полосе пропускания материала подложки, для наиболее распространенных кремниевых подложек это прежде всего диапазон 1,3-^15 мкм. В этом же спектральном диапазоне есть области сильного поглощения резиста, в которых можно реализовать оптимальное для заявляемого способа соотношение крез»кподл. Например, если в качестве резиста используются фторсодержащая модификация ПММА на кремниевой подложке, то для длины волны греющего излучения 10,6 мкм (С02-лазер) крез~1,2»103 см-1, а кподл<2 см-1, To realize the ratio according to the claimed invention between the absorption coefficients of the resist and the substrate is possible, for example, in the passband of the substrate material, for the most common silicon substrates this is primarily the range of 1.3- ^ 15 μm. In the same spectral range there are regions of strong absorption of the resist in which it is possible to realize the ratio of optimal to the cut "to vile for the proposed method. For example, if a fluorine-containing modification of PMMA on a silicon substrate is used as a resist, then for a wavelength of heating radiation of 10.6 μm (C0 2 laser) to a cut of ~ 1.2 ”10 3 cm-1, and to a base <2 cm - 1
резподл > 600), а для λ~3 мкм (эрбиевый лазер) крез~4»103 см- 1, а кподл<0,1 см- 1, (кре Атолл > 4-104). (to rez / k mean > 600), and for λ ~ 3 μm (erbium laser) to re ~ 4 » 10 3 cm - 1 , and to mean <0.1 cm - 1 , (to re Atoll> 4-10 4 ).
Вариант использования излучения в области 3 мкм является предпочтительным вследствие существования достаточно распространенных эрбиевых лазеров, позволяющих реализовать требуемые режимы облучения, возможности передачи излучения по световоду, а также вследствие как большого коэффициента поглощения излучения резистом, так и большого отношения коэффициентов поглощения резиста и подложки. Это позволяет использовать достаточно маломощные лазеры, а также минимизировать изменение температуры подложки для достаточно коротких лазерных импульсов.  The use of radiation in the region of 3 μm is preferable due to the existence of fairly widespread erbium lasers, which make it possible to realize the required irradiation regimes, the possibility of transmitting radiation through the fiber, and also due to both the large absorption coefficient of the radiation by the resist and the large ratio of the absorption coefficients of the resist and substrate. This allows the use of sufficiently low-power lasers, as well as to minimize the change in substrate temperature for sufficiently short laser pulses.
При использовании в заявляемом изобретении лазеров ближнего и среднего ИК диапазона также существенно, что нагрев не сопровождается фотохимическими реакциями в резисте. В результате предлагаемая термическая обработка фторсодержащего полимерного резиста приведет к химическому усилению сформированной при экспонировании структуры сверхвысокого разрешения с минимальным уширением даже при однородной «греющей» засветке всей поверхности резиста, как целого. When using near and mid-IR lasers in the claimed invention, it is also essential that heating is not accompanied by photochemical reactions in the resist. As a result, the proposed heat treatment of a fluorine-containing polymer resist will lead to chemical strengthening formed when exposing the structure of ultra-high resolution with minimal broadening even with a uniform "heating" exposure of the entire surface of the resist, as a whole.
Подложка в заявляемом изобретении служит эффективным «холодильником» для нагретого лазерным импульсом резиста. В частности, эффективным охладителем является кремниевая подложка, имеющая высокий коэффициент теплопроводности -1,6 Вт/см-град, и температуропроводность /подл -0,95 см2/с при комнатной температуре, что сопоставимо с параметрами алюминия и в сотни раз превосходит температуропроводность типичных резистов. При высокой теплопроводности подложки и ее значительной (по сравнению с резистом) толщине подложку можно все время считать холодной, тогда время охлаждения резиста гохл определяется для короткого греющего импульса временем установления теплового равновесия в слое резиста и составляет: The substrate in the claimed invention serves as an effective “refrigerator” for a resist heated by a laser pulse. In particular, an effective cooling is a silicon substrate having a high thermal conductivity -1.6 W / cm-degrees, and thermal / vile -0.95 cm 2 / s at room temperature, which is comparable with aluminum parameters in hundreds of times greater than the thermal typical resists. With a high thermal conductivity of the substrate and its significant (compared to resist) thickness, the substrate can be considered cold all the time, then the cooling time of the resist of gohl is determined for a short heating pulse by the time of establishing thermal equilibrium in the resist layer and is:
^охл ~ 'рез^£рез (2)>  ^ cool ~ 'rez ^ re (2)>
где рез ~ (1-Й, 2)· Ю-3 см2/с— характерная температуропроводность резиста, /рез— толщина слоя резиста. Для целесообразной в ЭУФ-литографии толщины слоя резиста /рез 50-Н00 нм характерное время пребывания резиста в нагретом состоянии (время охлаждения) составляет ~ 30-Н00 не. Таким образом, даже для мгновенного нагрева резиста (когда длительность лазерного импульса <<гохл) время его охлаждения составляет порядка 100 не, то есть время пребывания резиста в горячем состоянии достаточно для протекания каталитических реакций химического усиления. В этих же условиях формально вычисленный согласно выражению
Figure imgf000011_0001
размер диффузионного расплывания кислоты δ не превышает -0,05 нм (на порядок меньше размера мономерного звена полимерной молекулы резиста), то есть обусловленным диффузией ухудшением разрешения можно полностью пренебречь даже при чрезвычайно большом коэффициенте диффузии кислоты в нагретом резисте -5 ПО-9 см2/с.
where res ~ (1-I, 2) · 10-3 cm 2 / s is the characteristic thermal diffusivity of the resist, / res is the thickness of the resist layer. For expedient in EUV lithography resist layer thickness / N00 Res 50 nm resist characteristic residence time in the heated state (cooling time) is ~ 30-N00 not. Thus, even for an instant heating of the resist (when the laser pulse duration << g OHL) during cooling of the order of 100 ns, i.e. the residence time of the resist hot enough for catalytic reactions of chemical amplification. Under the same conditions formally calculated according to the expression
Figure imgf000011_0001
the size of the diffusion spreading of the acid δ does not exceed -0.05 nm (an order of magnitude smaller than the size of the monomer unit of the polymer resist molecule), i.e., the deterioration in resolution caused by diffusion can be completely neglected even with an extremely large diffusion coefficient of the acid in the heated resist of -5 PO -9 cm 2 /from.
Важным достоинством заявляемого способа является также то обстоятельство, что температуратура нагрева резиста практически не зависит от его толщины пока резист является оптически «тонким», (при высоком коэффициенте поглощения греющего излучения 4·103 см*1 и слое резиста 50 нм оптическая толщина резиста составляет 0,02), длительности лазерного импульса (если она существенно меньше гохл) и, согласно формуле (1), определяется только потоком энергии греющего лазерного импульса. Для того, чтобы обеспечить стабильность температуры нагрева резиста 1 °С достаточно реализовать стабильность потока энергии короткого лазерного импульса ~1%, что обеспечивается современными лазерными источниками. An important advantage of the proposed method is the fact that the temperature of the heating of the resist is practically independent of its thickness while the resist is optically “thin” (with a high absorption coefficient of heating radiation of 4 · 10 3 cm * 1 and a resist layer of 50 nm, the optical thickness of the resist is 0.02), the duration of the laser pulse (if it is significantly shorter than g cool ) and, according to formula (1), is determined only by the energy flux of the heating laser pulse. For In order to ensure stability of the heating temperature of the resist of 1 ° C, it is sufficient to realize the stability of the energy flux of a short laser pulse of ~ 1%, which is provided by modern laser sources.
Поскольку толщина подложки (~300 мкм) в несколько тысяч раз превосходит толщину резиста (-0,1 мкм), то после окончания греющего лазерного импульса и выравнивания температур резиста и подложки (это происходит за время установления температуры в подложке ~1 мс), изменение температуры системы не превысит 0,05. °С даже при нагреве резиста лазерным импульсом на 150 °С и без учета теплоемкости опорной пластины, на которой обычно располагается подложка. Это, в частности, означает, что импульсный лазерный нагрев возможно повторить несколько раз, в том числе на достаточно высокой частоте, не менее ~3 кГц. Поскольку при каждом нагреве диффузия кислоты происходит независимо, то за N греющих лазерных импульсов, согласно заявляемому техническому решению, размер диффузионного расплывания увеличивается в N раз и даже для 10 последовательных греющих импульсов не превышает 0,2 нм для реальных значений коэффициента диффузии кислоты.  Since the thickness of the substrate (~ 300 μm) is several thousand times greater than the thickness of the resist (-0.1 μm), then after the end of the heating laser pulse and the temperature of the resist and the substrate are equalized (this occurs during the establishment of the temperature in the substrate ~ 1 ms), the change system temperature does not exceed 0.05. ° C even when the resist is heated by a laser pulse at 150 ° C and without taking into account the heat capacity of the base plate, on which the substrate is usually located. This, in particular, means that pulsed laser heating can be repeated several times, including at a sufficiently high frequency, not less than ~ 3 kHz. Since acid diffusion occurs independently at each heating, for N heating laser pulses, according to the claimed technical solution, the size of diffusion spreading increases by a factor of N and even for 10 consecutive heating pulses does not exceed 0.2 nm for real values of the acid diffusion coefficient.
В отсутствие диффузии при соответствующем нагреве резиста за один или несколько лазерных импульсов заявляемое техническое решение обеспечивает протекание необходимых каталитических химических реакций со всеми макромолекулами, с которыми кислота находится в одной диффузионной клетке (ячейке Куна), как правило таких макромолекул 5- 7, то есть без диффузионного расплывания в литографии сверхвысокого разрешения может быть обеспечен коэффициент химического усиления ~6.  In the absence of diffusion with appropriate heating of the resist in one or more laser pulses, the claimed technical solution ensures the necessary catalytic chemical reactions with all macromolecules with which the acid is in the same diffusion cell (Kuhn cell), as a rule, such macromolecules 5-7, i.e. without diffusion spreading in ultrahigh-resolution lithography, a chemical gain of ~ 6 can be provided.
В предпочтительном варианте реализации заявляемого способа составляющие полимерный резист мономерные звенья представляют из себя акрилат или метакрилат. Соответствующие фторсодержащие мономерные звенья хорошо синтезируются, а при полимеризации из жидкой фазы удается получить однородный полимер. Кроме того, генерируемая при экспонировании кислота HF является эффективным катализатором разрыва макромолекул для этих полимеров, содержащих атомы кислорода вблизи скелетной цепи полимера.  In a preferred embodiment of the inventive method, the monomer units constituting the polymer resist are acrylate or methacrylate. The corresponding fluorine-containing monomer units are well synthesized, and during polymerization from the liquid phase it is possible to obtain a homogeneous polymer. In addition, the HF acid generated by exposure is an effective catalyst for breaking macromolecules for these polymers containing oxygen atoms near the skeletal chain of the polymer.
В другом предпочтительном варианте заявляемого технического решения в состав не менее 50% мономерных звеньев включают по меньшей мере два атома фтора. В этом случае— при увеличении концентрации атомов фтора в резисте - возрастает эффективная концентрация фотогенераторов кислоты и в результате дополнительно снижается влияние статистических эффектов на разрешение. Как указывалось выше, введение в мономерное звено двух (и вообще, четного числа) атомов фтора в виде группы— CF2— обеспечивает эффективный синтез однородного высокомолекулярного (полимерного) резиста. Кроме того, введение дополнительных атомов фтора в состав полимерного резиста увеличивает его коэффициент поглощения ЭУФ излучения на длине волны 13,5 нм. Так, например, введение двух атомов фтора вместо атомов водорода в составе ПММА, то есть использование полимера [Cs02H6F2\n вместо [С502Н8]п, приводит к увеличению указанного поглощения на 38 40% (для фторсодержащей производной метилметакрияата [ j202H6Fj6]n коэффициент поглощения на λ~13,5 нм увеличивается на 80%), что позволяет пропорционально снизить дозу экспонирования без ухудшения разрешения формируемой структуры. In another preferred embodiment of the claimed technical solution, at least two fluorine atoms are included in the composition of at least 50% of the monomer units. In this case — with an increase in the concentration of fluorine atoms in the resist — the effective the concentration of acid photogenerators and as a result, the influence of statistical effects on resolution is further reduced. As mentioned above, the introduction of two (and even an even number) fluorine atoms into the monomer unit in the form of a group — CF 2 — provides an efficient synthesis of a homogeneous high molecular weight (polymer) resist. In addition, the introduction of additional fluorine atoms into the polymer resist increases its absorption coefficient of EUV radiation at a wavelength of 13.5 nm. For example, the introduction of two fluorine atoms instead of hydrogen atoms in PMMA, that is, the use of the polymer [Cs0 2 H 6 F2 \ n instead of [C 5 0 2 H 8 ] p , leads to an increase in the indicated absorption by 38–40% (for fluorine-containing the methyl methacryate derivative [ j2 0 2 H 6 F j6 ] n the absorption coefficient at λ ~ 13.5 nm increases by 80%), which makes it possible to proportionally reduce the exposure dose without compromising the resolution of the formed structure.
В предпочтительном варианте реализации заявляемого способа длительность лазерного импульса нагрева экспонированного резиста не превышает время установления теплового равновесия в слое резиста, то есть длительность лазерного импульса не превосходит гохл, а общее время пребывания резиста в нагретом состоянии (при высокой температуре) не превышает 2гохл. В этом случае реализации заявляемого способа диффузия кислоты минимальна. Далее, в указанном предпочтительном варианте возможно использовать лазерный источник минимальной средней мощности и энергии импульса. При увеличении длительности греющего импульса значительная часть выделенной в резисте тепловой энергии (и все большая часть по мере увеличения длительности импульса) за счет теплопередачи идет на нагрев подложки и, соответственно для достижения требуемой температуры резиста требуется все большая световая энергия, особенно с учетом того, что температуропроводность подложки в сотни раз превосходит температуропроводность резиста (для кремния и ПММА отношение составляет ~700 раз, для германия и ПММА— около 300 раз). Кроме того, снижается разница температур между резистом и подложкой и, следовательно, эффективность послеимпульсного охлаждения резиста. In a preferred embodiment the claimed method is the laser pulse duration of heating the exposed resist does not exceed the time required to establish thermal equilibrium in the resist layer, that is the laser pulse duration does not exceed r OHL and the total residence time of the resist in a heated state (at high temperature) does not exceed 2r OHL. In this case, the implementation of the proposed method, diffusion of the acid is minimal. Further, in the indicated preferred embodiment, it is possible to use a laser source of minimum average power and pulse energy. With an increase in the duration of the heating pulse, a significant part of the thermal energy released in the resist (and more and more as the pulse duration increases) is used to heat the substrate due to heat transfer and, accordingly, more and more light energy is required to achieve the desired resist temperature, especially since the thermal diffusivity of the substrate is hundreds of times higher than the thermal diffusivity of the resist (for silicon and PMMA, the ratio is ~ 700 times, for germanium and PMMA about 300 times). In addition, the temperature difference between the resist and the substrate is reduced and, consequently, the efficiency of post-pulse cooling of the resist.
Например, если длительность лазерного импульса превосходит время установления теплового равновесия в подложке (для толщины кремниевой подложки 300 мкм оно составляет ~ 1 мс), то устанавливается тепловое равновесие между одинаково нагретыми подложкой и резистом и, как описано выше, время существования резиста в нагретом состоянии увеличивается, минимум, в 1 ООО раз (и даже больше, поскольку «очень быстро» переместить подложку с резистом к охладителю невозможно), а требуемая для нагрева резиста энергия лазерного импульса увеличивается в несколько тысяч раз в соответствии с отношением толщины подложки и слоя резиста). Применение лазеров многокиловаттного уровня средней мощности в литографии сверхвысокого разрешения представляется нереальным. Даже для более коротких греющих лазерных импульсов, превосходящих однако время установления теплового равновесия в слое резиста, потребная плотность энергии быстро увеличивается из-за высокой (по сравнению с резистом) температуропроводности подложки. Таким образом, если скорость каталитической химической реакции недостаточна, то предпочтительно увеличить энергию короткого лазерного импульса (чтобы повысить температуру резиста и скорость химической реакции) или количество греющих импульсов, но не длительность пребывания резиста в нагретом состоянии при меньшей температуре. For example, if the duration of the laser pulse exceeds the time it takes to establish thermal equilibrium in the substrate (for a thickness of a silicon substrate of 300 μm, it is ~ 1 ms), then thermal equilibrium is established between the equally heated substrate and the resist and, as described above, the lifetime of the resist in the heated state increases, at least 1 LLC times (and even more, since it is "very fast" to move a substrate with a resist to the cooler), and the laser pulse energy required to heat the resist increases several thousand times in accordance with the ratio of the thickness of the substrate and the resist layer ) The use of multi-kilowatt average power lasers in ultrahigh-resolution lithography seems unrealistic. Even for shorter heating laser pulses, which, however, exceed the time it takes to establish thermal equilibrium in the resist layer, the required energy density rapidly increases due to the high thermal diffusivity of the substrate (as compared with the resist). Thus, if the speed of the catalytic chemical reaction is insufficient, it is preferable to increase the energy of a short laser pulse (to increase the resist temperature and the speed of the chemical reaction) or the number of heating pulses, but not the duration of the resist in the heated state at a lower temperature.
Необходимо также указать, что для получения структур сверхвысокого разрешения проведение экспонирования и последующих литографических процессов (за исключением термообработки) даже при комнатной температуре может оказаться неприемлемым. В самом деле, при реальной величине коэффициента диффузии сгенерированной молекулы кислоты при комнатной температуре 2·10-16 см2/с диффузия на размер 2 нм происходит за время ~ 1 минуты, что сопоставимо с циклом экспонирования— травления. В этом случае наиболее простым решением будет использование специального постоянного охлаждения подложки с резистом— например, при уменьшении температуры резиста от 20 °С до 5It should also be pointed out that in order to obtain ultra-high resolution structures, exposure and subsequent lithographic processes (with the exception of heat treatment) even at room temperature may be unacceptable. In fact, at a real value of the diffusion coefficient of the generated acid molecule at room temperature 2 · 10 -16 cm 2 / s, diffusion by a size of 2 nm occurs in a time of ~ 1 minute, which is comparable with the exposure – etching cycle. In this case, the simplest solution is to use special continuous cooling of the substrate with a resist — for example, when the resist temperature is reduced from 20 ° C to 5
°С коэффициент диффузии молекулы HF уменьшается в -30 раз. Конкретная реализация такого охлаждения может быть выполнена различными способами, которые хорошо известны специалистам. ° С the diffusion coefficient of the HF molecule decreases by -30 times. The specific implementation of such cooling can be accomplished in various ways that are well known in the art.
В другом варианте заявляемого технического решения используется комбинированный вариант термической обработки, когда диффузия кислоты в соседние ячейки Куна (на К 1,5 нм и даже до 2-^3 нм) представляется допустимой с тем, чтобы увеличить выход химического усиления при сохранении достаточно высокого уровня разрешения. В этом случае после обработки экспонированного резиста греющим лазерным импульсом (импульсами), обеспечивающими предельный эффект химического усиления в рамках одной ячейки Куна, диффузия кислоты в соседние ячейки реализуется, например, за счет того, что в термическую обработку экспонированного резиста дополнительно включают по меньшей мере один нелазерный нагрев резиста. Такой нагрев может проводиться, в частности, по одному из вариантов, которыми в известных способах выполняется термообработка экспонированного полимерного резиста, содержащего генератор кислоты. При этом температура и продолжительность нелазерного нагрева определяются условием контролируемого размера диффузии кислоты, то есть предпочтителен нагрев до меньшей, чем в известных способах, температуры на хорошо контролируемое время (масштаб времени ~ 30-Н секунд представляется предпочтительным). Таким образом, температура нелазерного нагрева выбирается из условия, что за заданное время, например за 60 секунд, диффузия кислоты составит заданную допустимую величину, например 1-4,5 нм, при этом каталитические химические реакции практически не происходят ввиду сравнительно низкой температуры нелазерного нагрева. In another embodiment of the claimed technical solution, a combined heat treatment is used when acid diffusion into adjacent Kuhn cells (at K 1.5 nm and even up to 2 ^ 3 nm) seems permissible in order to increase the yield of chemical amplification while maintaining a sufficiently high level permissions. In this case, after processing the exposed resist by a heating laser pulse (s), which provide the limiting effect of chemical amplification within one Kuhn cell, the diffusion of acid into neighboring cells is realized, for example, due to the fact that heat treatment of the exposed resist additionally include at least one non-laser heating of the resist. Such heating can be carried out, in particular, according to one of the options by which heat treatment of an exposed polymer resist containing an acid generator is carried out in known methods. In this case, the temperature and duration of non-laser heating are determined by the condition for the controlled size of acid diffusion, that is, heating to a temperature lower than in the known methods for a well-controlled time is preferable (a time scale of ~ 30-N seconds is preferable). Thus, the temperature of non-laser heating is selected from the condition that for a given time, for example 60 seconds, the diffusion of acid will be a predetermined allowable value, for example 1-4.5 nm, while catalytic chemical reactions practically do not occur due to the relatively low temperature of non-laser heating.
После проведения нелазерного нагрева в предпочтительном варианте реализации заявляемого способа проводится новый цикл облучения резиста греющими короткими лазерными импульсами с тем, чтобы обеспечить химическое усиление в тех ячейках, в которые за время нелазерного нагрева мигрировала кислота. В результате коэффициент химического усиления увеличится, ориентировочно, вдвое (выигрыш не дает ситуация, когда в процессе диффузии молекулы кислоты «обмениваются» ячейками Куна, однако вероятность значительной доли таких ситуаций невелика). Цикл «нелазерный нагрев— лазерный греющий импульс (импульсы)» может быть повторен несколько раз с соответствующим увеличением коэффициента химического усиления.  After conducting non-laser heating, in a preferred embodiment of the proposed method, a new irradiation cycle of the resist is carried out by heating with short laser pulses in order to provide chemical amplification in those cells into which acid migrated during non-laser heating. As a result, the chemical enhancement coefficient will increase, approximately, by a factor of two (the situation does not give a gain when acid molecules “exchange” Kuhn cells during diffusion, however, the probability of a significant proportion of such situations is small). The cycle “non-laser heating — laser heating pulse (s)” can be repeated several times with a corresponding increase in the chemical gain.
Реализация заявляемого технического решения может быть, выполнена, например, следующим образом. После нанесения на кремниевую подложку фторсодержащего полимерного резиста на основе фторированного метилметакрилата {C502H6F2 n толщиной 60 нм (такая толщина слоя может быть сформирована и принципиально позволяет реализовать разрешение вплоть до 15 нм и даже менее), экспонирования резиста ЭУФ-излучением с длиной волны =13,5 нм, во время термическрой обработки резист облучается импульсно-периодическим излучением эрбиевого лазера с параметрами: энергия импульса 1,5 мДж, длительность импульса ~5 не, частота следования импульсов /=2 кГц (средняя мощность лазера около 3 Вт). Отдельным импульсом облучается участок резиста размером 2·2 мм2, что обеспечивает дозу в импульсе 35-4-0 мДж/см2. Этой энергии достаточно для нагрева резиста на 100430 °С (с учетом отражения лазерного излучения обратно в резист от поверхности кремниевой подложки, сама подложка в течение лазерного импульса нагреется на ~ 0,002 °С). При этом импульсная мощность лазера ~300 кВт позволяет передавать излучение по световоду, а интенсивность излучения на резисте составляет ~7 Мвт/см2, при такой интенсивности излучения в ближнем ИК диапазоне пробой резиста или подложки не происходит (тем более, что резист нагревается лазерным импульсом до температуры, которая существенно ниже его температуры испарения), как и пробой газовой среды над поверхностью резиста. The implementation of the proposed technical solution can be performed, for example, as follows. After applying a fluorine-containing polymer resist based on fluorinated methyl methacrylate {C 5 02H 6 F 2 n 60 nm thick onto a silicon substrate (such a layer thickness can be formed and, in principle, it is possible to realize a resolution of up to 15 nm or even less), exposing the resist with EUV radiation with wavelength = 13.5 nm, during heat treatment, the resist is irradiated with pulsed-periodic radiation of an erbium laser with parameters: pulse energy 1.5 mJ, pulse duration ~ 5 nsec, pulse repetition rate / = 2 kHz (average m laser generality of about 3 W). A separate pulse is irradiated with a resist area of 2 · 2 mm 2 , which provides a dose in the pulse of 35-4-0 mJ / cm 2 . This energy is enough to heat the resist at 100430 ° С (taking into account the reflection of laser radiation back into the resist from the silicon surface of the substrate, the substrate itself will be heated by ~ 0.002 ° C during the laser pulse). In this case, the laser pulse power of ~ 300 kW allows the radiation to be transmitted through the fiber, and the radiation intensity at the resist is ~ 7 MW / cm2; at this radiation intensity in the near IR range, the resist or substrate is not broken (moreover, the resist is heated by the laser pulse to temperature, which is significantly lower than its evaporation temperature), as well as a breakdown of the gaseous medium above the surface of the resist.
Сканирование излучения по поверхности резиста с линейной скоростью
Figure imgf000016_0001
~4 м/с (d=2 мм) может производиться, например, сканатором компании «RAYLASE AG» ([5]: сайт компании http://www.raylase.com/en/). Серийные сканаторы этой компании обеспечивают угловой диапазон сканирования около ±0,4 радиан при точности позиционирования и угловом разрешении -15 мкрад. Это означает, что при расположении сканатора на оси подложки достаточно фокусного расстояния 350 мм, чтобы обеспечить перемещение греющего луча по всей поверхности подложки диаметром 300 мм с точностью позиционирования ~5 мкм (в 400 раз меньше облучаемого за импульс размера на резисте). Для указанного фокусного расстояния обеспечиваемая сканатором скорость перемещения луча по поверхности подложки превышает 5+ м/с и, таким образом, известные сканаторы уверенно обеспечивают требуемый режим движения греющего лазерного луча по поверхности резиста, при этом перемещением луча на резисте за время импульса (~0,05 мкм) можно полностью пренебречь.
Scanning radiation over a resist surface with linear velocity
Figure imgf000016_0001
~ 4 m / s (d = 2 mm) can be produced, for example, by a scanner of the RAYLASE AG company ([5]: company website http://www.raylase.com/en/). The serial scanners of this company provide an angular scanning range of about ± 0.4 radians with positioning accuracy and angular resolution of -15 mrad. This means that when the scanner is located on the axis of the substrate, a focal length of 350 mm is sufficient to ensure that the heating beam moves over the entire surface of the substrate with a diameter of 300 mm with a positioning accuracy of ~ 5 μm (400 times smaller than the size of the radiation irradiated per pulse). For the specified focal length, the speed of the beam moving along the substrate surface provided by the scanner exceeds 5+ m / s and, thus, known scanners confidently provide the required mode of movement of the heating laser beam along the resist surface, while moving the beam on the resist during the pulse time (~ 0, 05 μm) can be completely neglected.
Время охлаждения слоя резиста толщиной 60 нм составляет ~40 не и близко к общему времени пребывания резиста в горячем состоянии, поскольку греющий лазерный импульс существенно короче времени охлаждения. Размер диффузионного перемещения кислоты за указанный промежуток времени не превышает ~ 0,05+0,1 нм, что позволяет сохранить предельно возможное разрешение в случае неоднократного облучения резиста греющими импульсами и допускает некоторый перегрев внешней (отстоящей от подложки) поверхности резиста. Это обстоятельство существенно, поскольку при облучении неизбежно некоторое наложение границ облучаемых участков, то есть, часть (небольшая) поверхности резиста при однократной лазерной термической обработке резиста, как целого, облучается дважды (несколько раз). Соответственно, в этих участках «теоретическое» диффузионное перемещение кислоты выше, чем в однократно обработанной области резиста. Укажем однако, что граничные зоны облучаемой за отдельный импульс области резиста с линейным размером порядка толщины подложки охлаждаются подложкой быстрее, чем основная прогретая лазерным импульсом площадь, за счет того, что тепло из резиста уходит не только «вглубь» подложки, но и во внешние («боковые») для облучаемого участка области подложки. При указанной выше точности позиционирования сканатора ширина прогреваемой дважды границы обрабатываемого за один импульс участка может составлять менее 100 мкм даже с учетом всех дифракционных эффектов. В результате обеспечивается требуемый уровень скорости охлаждения границы обработанной предыдущим лазерным импульсом области, на которую «накладывается» граница следующего прогреваемого лазерным импульсом участка резиста при частоте следования греющих импульсов несколько килогерц. The cooling time of a resist layer with a thickness of 60 nm is ~ 40 ns and is close to the total residence time of the resist in a hot state, since the heating laser pulse is much shorter than the cooling time. The size of the diffusion movement of the acid for the indicated period of time does not exceed ~ 0.05 + 0.1 nm, which allows us to preserve the maximum possible resolution in the case of repeated irradiation of the resist by heating pulses and allows some overheating of the external (remote from the substrate) surface of the resist. This circumstance is significant, since during irradiation some overlapping of the boundaries of the irradiated areas is inevitable, that is, a part (small) of the surface of the resist is irradiated twice (several times) with a single laser heat treatment of the resist as a whole. Accordingly, in these areas the “theoretical” diffusion movement of the acid is higher than in the once treated area of the resist. We point out, however, that the boundary zones of the resist region irradiated for a single impulse with a linear size of the order of the thickness of the substrate they are cooled faster by the substrate than the main area heated by the laser pulse, due to the fact that the heat from the resist goes not only “deep” into the substrate, but also into the external (“side”) regions of the substrate region for the irradiated. With the above accuracy of positioning the scanner, the width of the twice-heated boundary of the area processed per pulse can be less than 100 μm, even taking into account all diffraction effects. As a result, the required level of the cooling rate of the boundary of the region processed by the previous laser pulse is provided, onto which the boundary of the next resist section heated by the laser pulse is “superimposed” at a frequency of heating pulses of several kilohertz.
Время однократной обработки всей поверхности резиста составляет около 9 секунд, что позволяет реализовать достаточную производительность заявляемого способа создания маски на поверхности подложки, включая режим термической обработки (до 400 пластин в час при однократном облучении, 80 пластин в час при пятикратном повторении цикла облучения), которая при необходимости легко может быть кратно увеличена, например, за счет использования более мощного лазера или обработкой поверхности резиста одновременно несколькими лазерами.  The time for a single treatment of the entire surface of the resist is about 9 seconds, which allows us to realize sufficient performance of the inventive method of creating a mask on the surface of the substrate, including the heat treatment mode (up to 400 plates per hour with a single exposure, 80 plates per hour with a five-fold repetition of the irradiation cycle), which if necessary, it can easily be multiplied, for example, by using a more powerful laser or by treating the surface of a resist simultaneously with several lasers.
Термическая обработка резиста греющими лазерными имтпульсами может повторяться несколько раз, во время обработки подложка с резистом может размещаться на предварительно подогретой плите большой теплоемкости (то есть, на термостабилизированной поверхности), что обеспечивает постоянную и заданную температуру подложки. Температура такой плиты выбирается прежде всего из условия обеспечения контролируемого размера диффузии кислоты за время контакта подложки с экспонированным резистом и термически стабилизированной плиты. Кроме того, размещение подложки с резистом на подогретой термостабилизированной плите может использоваться для применения греющего лазера меньшей мощности или ускорения времени лазерной термообработки.  Heat treatment of a resist by heating laser pulses can be repeated several times; during processing, the substrate with the resist can be placed on a preheated plate of high heat capacity (i.e., on a thermostabilized surface), which ensures a constant and predetermined temperature of the substrate. The temperature of such a plate is selected primarily from the condition of ensuring a controlled size of acid diffusion during the contact of the substrate with the exposed resist and the thermally stabilized plate. In addition, the placement of a substrate with a resist on a heated thermally stabilized plate can be used to use a heating laser of lower power or to accelerate the time of laser heat treatment.
Последующее проявление сформированной структуры в резисте проводится известными способами, плазменное травление представляется предпочтительным для получения сверхвысокого разрешения.  The subsequent manifestation of the formed structure in the resist is carried out by known methods, plasma etching is preferable to obtain ultra-high resolution.
Для удовлетворения каких-либо возможных конкретных требований могут быть выполнены и другие очевидные для квалифицированных специалистов в этой отрасли изменения описанных выше вариантов реализации способа создания маски на поверхности подложки без отклонения от защищаемых формулой изобретения положений. To meet any possible specific requirements, other changes obvious to qualified specialists in this field can be made that are described above for the implementation of the method of creating a mask on the surface of the substrate without deviating from the provisions protected by the claims.
В результате при практически полном отсутствии диффузии кислоты и соответствующего ухудшения разрешения формируемой структуры (или при контролируемом и управляемом размере диффузии кислоты) в заявляемом способе реализуется существенное повышение производительности литографии высокого и сверхвысокого разрешения. Например, при использовании вместо ПММА фторсодержащего полимерного резиста на основе мономера [ 502 Р2]п потребная доза экспонирования на λ~13,5 нм может быть уменьшена в 6-8 раз и соответственно увеличена производительность литографии при постоянной мощности источника ЭУФ фотонов, поскольку даже при протекании каталитических химических реакций только в рамках одной ячейки Куна (без термоактивированной и контролируемой диффузии фотогенерированной кислоты HF) количество разрывов связей увеличивается в 4-6 раз, а коэффициент поглощения— в 1,4 раза. В результате потребная доза экспонирования, обеспечивающая разрешение при ЭУФ литографии вплоть до 10 нм, определяется уже не столько чувствительностью резиста, сколько эффектами, связанными со статистикой экспонирующих резист высокоэнергетичных фотонов. As a result, with an almost complete absence of acid diffusion and a corresponding deterioration in the resolution of the formed structure (or with a controlled and controlled size of acid diffusion) in the claimed method, a significant increase in the performance of high and ultra-high resolution lithography is realized. For example, when instead of using PMMA, a fluorine-containing polymer resist based on a monomer [ 5 0 2 P 2 ] n is used, the required exposure dose at λ ~ 13.5 nm can be reduced by 6-8 times and, accordingly, lithography productivity can be increased at a constant power of the source of EUV photons, since even in the course of catalytic chemical reactions within only one Kuhn cell (without thermally activated and controlled diffusion of photogenerated acid HF), the number of bond breaks increases by 4–6 times, and the absorption coefficient - by 1.4 times. As a result, the required exposure dose, which ensures resolution in EUV lithography up to 10 nm, is determined not so much by the sensitivity of the resist, but by effects associated with the statistics of the resisting high-energy photons.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет увеличить производительность литографии сверхвысокого разрешения и реализовать технологию химического усиления в ситуации, когда генератором сильной кислоты является более половины мономеров полимерного резиста (и даже практически каждый мономер). Это гарантирует предельную однородность распределения молекул — фотогенераторов кислоты и их максимально возможную концентрацию. Сверхбыстрое и управляемое охлаждение резиста при термической обработке позволяет полностью подавить диффузию сгенерированной при экспонировании кислоты или же (при необходимости) точно контролировать диффузионный размер, обеспечивая многократный рост числа разрывов в полимерной цепи без ухудшения разрешения формируемой структуры. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решения удовлетворяет критериям изобретения «новизна» и «существенные отличия».  Thus, the claimed technical solution allows to increase the performance of ultra-high-resolution lithography and implement chemical amplification technology in a situation where more than half of the polymer resist monomers (and even almost every monomer) are a strong acid generator. This ensures the maximum uniformity of the distribution of molecules - acid photogenerators and their maximum possible concentration. Ultrafast and controlled cooling of the resist during heat treatment allows one to completely suppress the diffusion of the acid generated during exposure or, if necessary, precisely control the diffusion size, providing a multiple increase in the number of breaks in the polymer chain without compromising the resolution of the formed structure. This allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty" and "significant differences".

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Способ создания маски на поверхности подложки, включающий нанесение на поверхность подложки слоя полимерного резиста, образованного из мономерных звеньев на базе органических молекул, экспонирование резиста, термическую обработку экспонированного резиста и последующее проявление созданной в резисте структуры, отличающийся тем, что в состав не менее 50% мономерных звеньев включают по меньшей мере один атом фтора, а термическая обработка экспонированного резиста включает его нагрев по меньшей мере одним лазерным импульсом, длину волны излучения которого выбирают из условия, что коэффициент поглощения лазерного излучения резистом превосходит коэффициент поглощения лазерного излучения подложкой. 1. The method of creating a mask on the surface of the substrate, including applying to the surface of the substrate a layer of polymer resist formed from monomer units based on organic molecules, exposure of the resist, heat treatment of the exposed resist and subsequent manifestation of the structure created in the resist, characterized in that the composition is not less 50% of the monomer units include at least one fluorine atom, and heat treatment of the exposed resist involves heating it with at least one laser pulse, wavelength radiation is selected from the condition that the absorption coefficient of laser emission absorption coefficient of the resist is superior to laser radiation substrate.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что составляющие полимерный резист мономерные звенья представляют из себя акрилат или метакрилат.  2. The method according to p. 1, characterized in that the monomer units constituting the polymer resist are acrylate or methacrylate.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в состав не менее 50% мономерных звеньев включают по меньшей мере два атома фтора.  3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the composition of at least 50% of the monomer units include at least two fluorine atoms.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длительность лазерного импульса нагрева экспонированного резиста при его термической обработке не превышает время установления теплового равновесия в слое резиста.  4. The method according to p. 1, characterized in that the duration of the laser pulse heating the exposed resist during its heat treatment does not exceed the time to establish thermal equilibrium in the resist layer.
5. Способ по п. 1 или 4, отличающийся тем, что в термическую обработку экспонированного резиста дополнительно включают по меньшей мере один нелазерный нагрев резиста.  5. The method according to p. 1 or 4, characterized in that the heat treatment of the exposed resist further includes at least one non-laser heating of the resist.
PCT/RU2012/000562 2011-07-12 2012-07-11 Method for producing a mask on a substrate surface WO2013009219A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011128761 2011-07-12
RU2011128761/28A RU2471263C1 (en) 2011-07-12 2011-07-12 Method to develop mask on substrate surface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013009219A1 true WO2013009219A1 (en) 2013-01-17

Family

ID=47506292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/000562 WO2013009219A1 (en) 2011-07-12 2012-07-11 Method for producing a mask on a substrate surface

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2471263C1 (en)
WO (1) WO2013009219A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2764486C1 (en) * 2020-12-25 2022-01-17 Публичное акционерное общество "Пермская научно-производственная компания" (ПАО "ПНППК") Method for improving characteristics of integrated optical circuit (options)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0165686A2 (en) * 1984-06-20 1985-12-27 Gould Inc. Method for repairing a photomask by laser-induced polymer degradation
JPH1124272A (en) * 1997-06-30 1999-01-29 Fujitsu Ltd Radiation sensitive material and pattern forming method
US6902859B2 (en) * 2001-04-10 2005-06-07 Fujitsu Limited Chemically amplified resist composition and method for forming patterned film using same
RU2008100283A (en) * 2008-01-15 2009-07-20 Мойше Самуилович Китай (RU) METHOD FOR CREATING A MASK ON A SUBSTRATE SURFACE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0165686A2 (en) * 1984-06-20 1985-12-27 Gould Inc. Method for repairing a photomask by laser-induced polymer degradation
JPH1124272A (en) * 1997-06-30 1999-01-29 Fujitsu Ltd Radiation sensitive material and pattern forming method
US6902859B2 (en) * 2001-04-10 2005-06-07 Fujitsu Limited Chemically amplified resist composition and method for forming patterned film using same
RU2008100283A (en) * 2008-01-15 2009-07-20 Мойше Самуилович Китай (RU) METHOD FOR CREATING A MASK ON A SUBSTRATE SURFACE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S. V. ZELENTSOV ET AL.: "Sovremennaya fotolitografiya. Uchebno-metodicheski materialy po programme povysheniya kvalifikatsii ''Novye materialy elektroniki i optoelektroniki dlya informatsionno-telekommunikatsionnykh sistem''. Federalnoe agenstvo po obrazovaniju. Nizhegorodsky gosudarstvenny universitet im. N. .", LOBACHEVSKOGO. NIZHNY NOVGOROD, 2006, pages 56 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2471263C1 (en) 2012-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW200842515A (en) Laser produced plasma EUV light source
WO2011055376A1 (en) Biological laser plasma x-ray point source
TWI644177B (en) Method and apparatus for generating radiation
WO2019192841A1 (en) Spatial modulation of a light beam
Juha et al. Short-wavelength ablation of molecular solids: pulse duration and wavelength effects
RU2471263C1 (en) Method to develop mask on substrate surface
TWI358074B (en) Reducing fast ions in a plasma radiation source
KR100745704B1 (en) Method for obtaining an extreme ultraviolet radiation, radiation source and use in lithography
RU2450384C1 (en) Method for mask creation at substrate surface
Epstein Reduction of time-averaged irradiation speckle nonuniformity in laser-driven plasmas due to target ablation
US5175757A (en) Apparatus and method to enhance X-ray production in laser produced plasmas
Lippert et al. Structure property relations of photoreactive polymers designed for laser ablation
Ishino et al. Soft x-ray laser beamline for surface processing and damage studies
Bäuerle et al. Nanosecond-laser ablation
Lewis et al. Use of a random phase plate as a KrF laser beam homogenizer for thin film deposition applications
JP2009298911A (en) Block copolymer and method for processing substrate
Kozawa et al. Basic aspects of acid generation processes in chemically amplified resists for electron beam lithography
Lippert et al. Polymers designed for laser applications: fundamentals and applications
Burian et al. Subthreshold erosion of an organic polymer induced by multiple shots of an X-ray free-electron laser
Bartnik et al. Low temperature plasmas induced in SF6 by extreme ultraviolet (EUV) pulses
Grisham et al. Materials modification with intense extreme ultraviolet pulses from a compact laser
WO2023199659A1 (en) Resist material, method for producing resist pattern, and resist pattern
EP0127861B1 (en) X-ray lithography
O'Neill et al. Plasma x-ray sources for lithography generated by a 0.5 J KrF laser
Liberatore et al. EUV ablation: a study of the process

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12811594

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12811594

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1