PL219462B1 - Sposób wyznaczania optymalnych parametrów naświetlania warstw światłoczułych w procesie fotolitografii oraz głowica do realizacji tego sposobu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania optymalnych parametrów naświetlania warstw światłoczułych w procesie fotolitografii poprzez analizę topograficznych obrazów warstwy emulsji światłoczułej oraz głowica do realizacji tego sposobu. Sposób i głowica, umożliwia wyznaczenie optymalnych parametrów naświetlania bezpośrednio po naświetlaniu emulsji światłoczułej naniesionej na podłoże z pominięciem procesu wywoływania.

Ponieważ w procesie fotolitografii emulsja po naświetleniu zmienia swoje parametry, a w tym także ulega zmianie grubość warstwy emulsyjnej, to o poprawności doboru parametrów początkowych takich jak moc źródła światła (lub czas ekspozycji), ustawienie ostrości układu optycznego (ang. Focus), minimalizacja błędu zszywania (ang. Stitching) można wnioskować mierząc topografię powierzchni bezpośrednio po naświetlaniu warstwy światłoczułej.

Z patentu US nr 6 500 591 znany jest sposób, w którym wykorzystując mikroskop ciemnego pola można wnioskować o poprawności ustawienia ostrości układu optycznego. Sposób ten polega na kontroli naświetlonego wzoru bezpośrednio po naświetleniu i rejestracji natężenia światła odbitego od emulsji. Mikroskop ciemnego pola dzięki oświetleniu obszaru testowego światłem rozproszonym (oświetlenie z kierunku nie równoległego do osi optycznej układu) pozwala zaobserwować skokowe zmiany topografii powierzchni występujące na krawędzi wzoru (granica obszaru naświetlonego i nienaświetlonego). Przy założeniu, że największe natężenie światła odbitego rejestruje się przy optymalnych warunkach ustawienia ostrości możliwe jest przeprowadzenie procedury optymalizacji tego parametru bez konieczności wywoływania emulsji.

Wadą znanego sposobu doboru parametru ostrości układu optycznego jest konieczność przeprowadzenia testu przy optymalnej mocy źródła światła. Test przeprowadzony przy innych warunkach nie daje satysfakcjonujących rezultatów. Typowy sposób minimalizacji błędu zszywania oraz dobór mocy źródła światła polega na naświetleniu wzoru przy różnych warunkach, wywołaniu emulsji, a następnie na analizie uzyskanego wzoru, która pozwala na dobór optymalnych parametrów procesu fotolitografii.

Przeprowadzenie optymalizacji parametrów, to znaczy dobór właściwej mocy źródła światła oraz minimalizacja błędu zszywania wymaga wywołania emulsji światłoczułej, co znacznie wydłuża czas niezbędny do wykonania prób a ponadto wymaga stosowania podłoży próbnych.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu określania parametrów naświetlania warstw światłoczułych w procesie fotolitografii, który przy określaniu takich parametrów jak: moc źródła światła (lub czas ekspozycji), ustawienie ostrości układu optycznego (ang. Focus), minimalizacja błędu zszywania (ang. Stitching) nie wymaga wywoływania emulsji światłoczułej oraz urządzenia umożliwiającego realizację tego sposobu.

Sposób określania parametrów naświetlania warstw światłoczułych w procesach fotolitografii według wynalazku polega na tym, że najpierw w określonym miejscu podłoża, pokrytego emulsją światłoczułą wyznacza się obszar testowy. Następnie, w obszarze tym naświetla się wzór testowy zmieniając co najmniej dwukrotnie parametry naświetlania takie jak: energia naświetlania i/lub ostrość układu optycznego. Po każdej zmianie warunków naświetlania obszar testowy z wykonanym wzorem testowym skanuje się w co najmniej 10 punktach, wzdłuż linii prostej, rejestrując profil przekroju w tych punktach. Później wybiera się profil, w którym kąt między częścią profilu w jego środkowym odcinku łączącym minimum i maksimum a osią pionową jest najmniejszy i według parametrów naświetlania dla tego profilu naświetla się całą warstwę światłoczułą.

W odmianie sposobu, w obszarze testowym zawierającym co najmniej dwa obszary skanowania naświetla się metodą skanowania, linię przechodzącą przez te obszary i prostopadłą do ich krawędzi, zmieniając co najmniej dwukrotnie parametry naświetlania. Po każdej zmianie parametrów naświetlania, obszar testowy skanuje się również w co najmniej 10 punktach, wzdłuż co najmniej dwóch linii prostopadłych do linii wygenerowanej uprzednio. Następnie, rejestruje się profile przekroju w zeskanowanych punktach i bada się wzajemne położenie ekstremów uzyskanych profili. Wybiera się profile o najlepszym dopasowaniu i według parametrów naświetlania dla tych profili naświetla się całą warstwę światłoczułą.

Głowica według wynalazku posiada sondę skanującą połączoną z urządzeniem do bezsmakowego naświetlania wzoru tak, że przemieszczanie sondy rejestrowane jest przez układ przetwarzająco/sterujący w układzie współrzędnych stołu urządzenia do naświetlania.

PL 219 462 B1

Sposób według wynalazku pozwala na łatwe rozróżnienie, które obszary warstwy światłoczułej były naświetlone, a które nie były, bez konieczności przeprowadzania procesu wywoływania emulsji.

Natomiast analiza profili uzyskanych w wyniku skanowania wybranych punktów obszaru testowego pozwała określić czy parametry naświetlania były odpowiednie.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na dwóch przykładach wykonania pokazanych na rysunku. Fig. 1 rysunku przedstawia obszar testowy z naświetlonym wzorem, fig. 2 przedstawia obszar testowy z dwoma obszarami skanowania, natomiast fig 3. rysunku pokazuje schemat blokowy urządzenia DWL (ang. Direct Writing Lithography) wyposażonego w głowicę z sondą skanującą SPM (ang. Scanning Probe Microscope). Fig. 4 pokazuje obraz mikroskopowy obszaru testowego zawierający wzór testowy na podstawie którego ustalono parametry naświetlania warstwy pozytywowej emulsji światłoczułej Shipley 1805. Na fig. 5 pokazano obszar testowy zawierający znaki centrowania naniesione w dwóch procesach fotolitografii.

Do realizacji sposobu według wynalazku zastosowano urządzenie do bezmaskowego generowania wzoru DWL z głowicą wyposażoną w sondę skanującą SPM zamontowaną jako dodatkowy moduł tego urządzenia. Głowica pracuje w dowolnym trybie pomiaru oddziaływania pomiędzy końcówką sondy SPM a badanym obszarem testowym (w przykładzie pomiar siły). Sonda SPM umocowana jest na piezoelektrycznych pozycjonerach Pz i Pxy. Jednostka sterująca JS steruje pozycjonerem Pz i ma za zadanie utrzymywać stałą wartość oddziaływania poprzez regulację odległości pomiędzy sondą SPM a obszarem testowym OT. Równocześnie, jednostka sterująca JS steruje pozycjonerem Pxy i rejestruje wzajemne położenie pozycjonera Pxy i stołu ST urządzenia DWL. Zarejestrowana odległość między sondą SPM a obszarem testowym OT oraz wzajemne położenie pozycjonera Pxy i stołu ST daje informację o profilu obszaru testowego. Pozycjoner Pxy przesuwa sondę skanującą SPM względem osi x i y, a położenie sondy odczytywane jest przez czujniki Rxy; w przykładzie są to czujniki tensometryczne.

Ponieważ głowica z sondą SPM umieszczona jest nad ruchomym stołem ST urządzenia DWL, a pozycjoner Pxy i stół ST urządzenia poruszają się w płaszczyznach równoległych, to możliwe jest zbadanie sondą skanującą obszaru OT z warstwą światłoczułą znajdującego się w umieszczonym na stole ST podłożu. Jednostka sterująca JS, steruje położeniem obu ruchomych elementów to znaczy sondy SPM zamontowanej na pozycjonerze Pxy i stołu ST i pozwala na określenie ich wzajemnej pozycji we współrzędnych sterowania urządzenia DWL, dzięki czemu możliwe jest badanie topografii w określonych punktach obszaru testowego OT.

Analizę uzyskanych profili prowadzi się bezpośrednio po naświetleniu warstwy światłoczułej, którą pokryte jest podłoże, bez konieczności jego zdejmowania z urządzenia DWL naświetlającego wzór.

W pierwszym przykładzie ustalono optymalne parametry procesu naświetlania podłoża pokrytego pozytywową emulsją światłoczułą Shipley 1805 bezpośrednio po naświetleniu. W podłożu wybrano obszar testowy OT leżący blisko krawędzi płytki o wymiarach 50 x 50 μm, który naświetlano zmieniając dwukrotnie moc źródła światła podczas naświetlania (30 mW, 50 mW), zmieniając trzykrotnie ustawienia ostrości układu optycznego (ang. Focus) (-20 μm, 0 μm, 20 μm) oraz ustawienia deflektora optycznego pod względem parametru zszywanie (ang. Stitching) (AOD = 1950, AOD = 1960, AOD = 1970). Po każdym naświetlaniu obszar testowy z naświetlonym wzorem testowym poddawano skanowaniu, które prowadzono za pomocą głowicy z sondą skanująca SPM, umieszczonej nad obszarem testowym OT. Skanowaniu poddano linie LP o długości 7,5 μm, złożone ze 100 punktów (miejsca zaznaczone ciemną linią na obrazie mikroskopowym - fig. 4). W wyniku takiego skanowania otrzymano profile przedstawiające wysokość emulsji w funkcji współrzędnej poziomej. Wzór testowy badano w miejscu gdzie naświetlone były dwie linie WT o grubości 1 μm odległe od siebie o 1 μm. Otrzymane profile poddano analizie i wyznaczono profil PP (profil pokazany także na fig. 4), dla którego odległość pozioma pomiędzy dwoma lokalnym ekstremami była najmniejsza.

Na fig. 4a i 4c pokazano wynik pomiaru dwóch obszarów testowych naświetlonych przy różnych warunkach. Obszar testowy na obrazie 4a był naświetlany - moc lasera 50 mW, fokus = 0 μm, AOD = 1960. Obszar testowy na obrazie 4c był naświetlany - moc lasera 30 mW, fokus = 0 μm, AOD = 1960. Ciemnymi liniami zaznaczono miejsca skanowania profili emulsji światłoczułej. Uzyskane profile były poddane analizie bezpośrednio po naświetleniu (tzn. bez wywoływania wzoru w warstwie emulsji). Profil prezentowany na fig. 4a ma wyraźne maksima, które odpowiadają środkom dwóch naświetlonych linii WT o szerokości 1 μm odległych od siebie o 2 μm. Zmierzony profil pokazany na fig. 4c naświetlony był w warstwie emulsji z mocą lasera równą 30 mW. Nie zaobserwowano na nim dwóch wyraźnych maksimów. Te same obszary testowe po wywołaniu wzoru przedstawione są odpowiednio

PL 219 462 B1 na fig. 4b i 4d. Fig. 4b przedstawia poprawnie naświetloną strukturę. Wywołanie wzoru na strukturze pokazanej na fig. 4d uwidoczniło niedoświetlenia, co dowiodło, że zastosowana do naświetlania struktury moc źródła światła równa 30 mW była zbyt mała. Po przeprowadzeniu analizy uzyskanych profili ustalono, że optymalnymi parametrami procesu naświetlania warstwy światłoczułej będą parametry naświetlania obszaru testowego OT przypisane profilowi przedstawionemu na fig. 4a, tj. moc źródła światła równa 50 mW.

Parametry procesu wykorzystane podczas naświetlenia struktury przedstawionej na fig. 4a, zastosowano jako optymalne w procesie naświetlania finalnego wzoru. W drugim przykładzie (fig. 5), użyto podłoża zawierającego obszar testowy OT z wzorami i znakami centrującymi pokrytymi warstwą światłoczułą. W obszarze OT, po wstępnym centrowaniu naświetlono w bezpośrednim sąsiedztwie znaków centrujących ZC wzory testowe K (krzyże o długości ramion 20 μm i szerokości 2 μm) umożliwiające określenie geometrii tych wzorów i ich lokalizację względem istniejących znaków centrujących. Po naświetleniu obszar testowy oraz znaki centrujące poddano skanowaniu. W zbadanych profilach PX i PY maksima MZCX i MZCY wyznaczały środek znaku centrującego a maksima MKX i MKY wyznaczały środek naświetlonego krzyża. Badanie przeprowadzono dla obu osi w czterech miejscach obszaru OT podłoża. Pozwoliło to na wprowadzenie poprawek PCX i PCY centrowania nowych elementów w warstwie światłoczułej.

Sposób według wynalazku i urządzenie, umożliwia przeprowadzenie optymalizacji parametrów naświetlania bez konieczności wywoływania emulsji. Ponieważ powierzchnia naświetlanych obszarów testowych jest mała (rzędu 50 x 50 μm) to odpowiednie rozmieszczenie ich na podłożu docelowym umożliwia dobranie optymalnych parametrów bez konieczności stosowania podłoży próbnych.

Claims (5)

1. Sposób określania parametrów naświetlania warstw światłoczułych w procesach fotolitografii, znamienny tym, że najpierw w określonym miejscu podłoża, w warstwie światłoczułej wyznacza się obszar testowy (OT), następnie w obszarze tym naświetla się wzór testowy (WT) zmieniając co najmniej dwukrotnie parametry naświetlania takie jak: energia naświetlania i/lub ostrość układu optycznego i po każdej zmianie warunków naświetlania obszar testowy skanuje się w co najmniej 10 punktach, wzdłuż linii (LP), rejestrując profil przekroju w tych punktach, po czym wybiera się profil (PP), w którym kąt (O) między częścią profilu w jego środkowym odcinku łączącym minimum i maksimum a osią pionową jest najmniejszy i według parametrów naświetlania dla tego profilu naświetla się całą warstwę światłoczułą.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w obszarze testowym (OT) zawierającym co najmniej dwa obszary skanowania (OS), naświetla się metodą skanowania linię (L), przechodzącą przez te obszary i prostopadłą do ich krawędzi, zmieniając co najmniej dwukrotnie parametry naświetlania i po każdej zmianie obszar testowy skanuje się w co najmniej 10 punktach, wzdłuż co najmniej dwóch linii prostopadłych (L1) i (L2) do naświetlonej uprzednio linii (L), po czym rejestruje się profile przekroju (P1) i (P2) w tych punktach i bada się wzajemne położenie ekstremów uzyskanych profili, a później wybiera się profile o najlepszym dopasowaniu (D) i według parametrów naświetlania dla tych profili naświetla się całą warstwę światłoczułą.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że obszar testowy (OT) pod warstwą światłoczułą zawiera wzór o znanej geometrii.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obszar testowy (OT) pod warstwą światłoczułą zawiera znaki centrujące.

5. Głowica skanująca do określania powierzchni warstwy światłoczułej, znamienna tym, że posiada sondę skanującą (SPM), której przemieszczanie rejestrowane jest przez układ przetwarzająco-sterujący (JS) w układzie współrzędnych stołu (ST) urządzenia do bezsmakowego naświetlania wzoru.