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中光刻過程的優先事項。為了探究表面粗糙度的分子基礎，通過將臨界電離模型應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展。該模型被用于描述現在常用于微光刻的化學放大光刻劑。對溶解速率和表面粗糙度對聚合程度、多分散性和分數去保護程度的依賴性的模擬結果與實驗結果一致。表面粗糙度的變化與實驗觀察到的誘導周期的長度有關。并提出了空隙分數和顯影劑濃度對粗糙度影響的模型預測。顯影劑濃度對頂表面和側壁粗糙度影響的差異可以用模擬預測的臨界顯影時間來解釋。

介紹

隨著新一代微處理器的出現，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的粗糙度的最小化現在是光刻技術持續進步的挑戰之一。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多的關注，以及最近的幾個原子力顯微鏡AFM。研究已經對光刻膠粗糙度的過程依賴性產生了顯著的見解。他和Cerrina1研究了正色調化學放大光刻劑在曝光后烘焙時間范圍內的表面粗糙度和曝光劑量之間的關系。他們的結果表明，系統具有相同的整體平均去保護程度，但不同的過程歷史，表現出相似的表面形態，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，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時間變化的響應趨勢。

模型描述?? 略

模擬結果

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。所有這些系統都顯示出一個誘導周期，但誘導周期的長度比聚合程度的線性依賴所預測的要快。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：圖11顯示了這兩個系統的表面粗糙度的發展情況。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的誘導周期相對應。 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認識到這一現象已經有一段時間了，但對這一觀察結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.模擬結果預測，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，當分數去保護從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定開發時間的去保護函數的預測與He和Cerrina的實驗數據進行了比較。暴露劑量和部分去保護之間的關系以前已經量化。

空隙率的影響：在圖中。15考慮了聚合物基質中的空隙空間對表面粗糙度的影響。增加初始孔隙分數會導致發育速率增加，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，化學放大未暴露部分的表面粗糙度光致抗蝕劑的開發時間足夠長，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，而側壁粗糙度似乎與顯影劑濃度無關。

結論

光刻膠的發展被模擬為分子去除聚合物鏈的分子以臨界電離分數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時間函數的模型預測。該模型正確地預測了表面速率抑制，由誘導周期證明，這一現象對應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、孔隙分數較大的聚合物可以產生較低的表面粗糙度。該模型預測，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測。最近的AFM測量已經證實了發育時間對表面粗糙度影響的模型預測。該模型預測，表面粗糙度隨著顯影劑濃度的增加而發展得更快，并最終達到與顯影劑濃度無關的最大值。這些模型的預測被用來解釋在頂表面和側壁粗糙度對顯影劑濃度變化的響應中觀察到的差異。

審核編輯：符乾江