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摘要
圖案圖像中納米級粗糙度的最小化已成為微處理器生產(chǎn)中光刻過程的優(yōu)先事項。為了探究表面粗糙度的分子基礎(chǔ)，通過將臨界電離模型應(yīng)用于聚合物基體的三維分子晶格表示，模擬了光致抗蝕劑的發(fā)展。該模型被用于描述現(xiàn)在常用于微光刻的化學(xué)放大光刻劑。對溶解速率和表面粗糙度對聚合程度、多分散性和分數(shù)去保護程度的依賴性的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果一致。表面粗糙度的變化與實驗觀察到的誘導(dǎo)周期的長度有關(guān)。并提出了空隙分數(shù)和顯影劑濃度對粗糙度影響的模型預(yù)測。顯影劑濃度對頂表面和側(cè)壁粗糙度影響的差異可以用模擬預(yù)測的臨界顯影時間來解釋。
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介紹
隨著新一代微處理器的出現(xiàn)，對微光刻的需求變得越來越困難。與光刻膠圖像的表面和邊緣相關(guān)的粗糙度的最小化現(xiàn)在是光刻技術(shù)持續(xù)進步的挑戰(zhàn)之一。頂表面和線邊緣粗糙度的問題在過去的一年中引起了相當(dāng)多的關(guān)注，以及最近的幾個原子力顯微鏡AFM。研究已經(jīng)對光刻膠粗糙度的過程依賴性產(chǎn)生了顯著的見解。他和Cerrina1研究了正色調(diào)化學(xué)放大光刻劑在曝光后烘焙時間范圍內(nèi)的表面粗糙度和曝光劑量之間的關(guān)系。他們的結(jié)果表明，系統(tǒng)具有相同的整體平均去保護程度，但不同的過程歷史，表現(xiàn)出相似的表面形態(tài)，但不同程度的粗糙度。
本文中描述的模擬允許聚合物共混，以便我們可以研究多分散性的影響。初始空隙分數(shù)，可以代表固有的聚合物自由體積或殘留鑄造溶劑。分子水平模型正確地預(yù)測了溶解率和粗糙度對聚合程度、多分散性、脫保護程度、聚合物自由體積、殘留鑄造溶劑和開發(fā)時間變化的響應(yīng)趨勢。
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模型描述 ??略
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模擬結(jié)果
聚合度的影響：從圖中8可以看，隨著聚合程度的增加，表面速率抑制變得更加明顯。所有這些系統(tǒng)都顯示出一個誘導(dǎo)周期，但誘導(dǎo)周期的長度比聚合程度的線性依賴所預(yù)測的要快。底層膜表面的表面速率抑制也隨著聚合程度的增加而增加，但底部的依賴性沒有頂部那么陡峭。
多分散性效應(yīng)：圖11顯示了這兩個系統(tǒng)的表面粗糙度的發(fā)展情況。高多分散性樣品獲得了更大程度的表面粗糙度。系統(tǒng)所需要的表面粗糙度到水平的時間隨著多分散性的增加而增加，并與圖中10的誘導(dǎo)周期相對應(yīng)。 因此，增加了多分散性，增強了表面速率抑制的效果。那些制定抵抗者的人已經(jīng)認識到這一現(xiàn)象已經(jīng)有一段時間了，但對這一觀察結(jié)果并沒有令人滿意的解釋。
脫保護程度的影響：表面粗糙度隨阻塞程度fb0的時間演化情況如圖所示。 12.模擬結(jié)果預(yù)測，只要薄膜能夠清除，粗糙度就會隨著阻塞程度的增加而增加。溶解速率隨阻塞程度的增加而減小。在超過臨界阻塞程度后，膠片不能完全清晰，即使在膠片停止發(fā)展后，粗糙度仍然存在。因此，表面粗糙度從零開始，通過一個最大值，當(dāng)分數(shù)去保護從0到1變化時返回到0。這一點如圖所示。13，其中我們的模型對粗糙度作為設(shè)定開發(fā)時間的去保護函數(shù)的預(yù)測與He和Cerrina的實驗數(shù)據(jù)進行了比較。暴露劑量和部分去保護之間的關(guān)系以前已經(jīng)量化。
空隙率的影響：在圖中。15考慮了聚合物基質(zhì)中的空隙空間對表面粗糙度的影響。增加初始孔隙分數(shù)會導(dǎo)致發(fā)育速率增加，表面粗糙度降低。在多個模擬中，表面粗糙度的標準偏差沒有顯示隨著初始空隙分數(shù)的增加而減少。
顯影劑濃度的影響：在雷諾茲和泰勒的初始顯影劑濃度對粗糙度的影響檢驗中，化學(xué)放大未暴露部分的表面粗糙度光致抗蝕劑的開發(fā)時間足夠長，足以完全蝕刻暴露部分。在后來的研究中，同樣的研究人員研究了顯影劑濃度對粗糙度隨發(fā)育時間的影響。在早期和后來的條件下，表面粗糙度被觀察到隨顯影劑濃度的增加而增加，而側(cè)壁粗糙度似乎與顯影劑濃度無關(guān)。
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圖8 名義聚合程度DP對聚合物薄膜剩余平均厚度的無量綱圖的影響，u，與時間，t(fc50.4，fb050，fv50，fi50.5。每條曲線都是平均7次模擬的結(jié)果
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圖11 多分散性Mw/Mn對粗糙度無量綱圖的影響，r對時間，t(fc50.4，fb050.1，fv50，fi50.5。每條曲線的聚合物鏈長分布如圖所示。3.每條曲線都是平均7次模擬的結(jié)果
結(jié)論
光刻膠的發(fā)展被模擬為分子去除聚合物鏈的分子以臨界電離分數(shù)為去除準則的維立方晶格。給出了溶解速率和表面粗糙度隨開發(fā)時間函數(shù)的模型預(yù)測。該模型正確地預(yù)測了表面速率抑制，由誘導(dǎo)周期證明，這一現(xiàn)象對應(yīng)于表面粗糙度的變化，對光致抗蝕劑面積的測量。表面粗糙度通常與溶解率成負比。聚合程度較低、多分散性較窄、孔隙分數(shù)較大的聚合物可以產(chǎn)生較低的表面粗糙度。該模型預(yù)測，隨著阻塞程度的增加，表面粗糙度通過最大值，實驗研究證實了這一預(yù)測。最近的AFM測量已經(jīng)證實了發(fā)育時間對表面粗糙度影響的模型預(yù)測。該模型預(yù)測，表面粗糙度隨著顯影劑濃度的增加而發(fā)展得更快，并最終達到與顯影劑濃度無關(guān)的最大值。這些模型的預(yù)測被用來解釋在頂表面和側(cè)壁粗糙度對顯影劑濃度變化的響應(yīng)中觀察到的差異。
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