Электронно-лучевая литография

Существуют две основные возможности использования электронных пучков для облучения поверхности пластины с целью нанесения рисунка. Это одновременное экспонирование всего изображения целиком и последовательное экспонирование (сканирование) отдельных участков рисунка.

Проекционные системы, как правило, имеют высокую производительность и более просты, чем сканирующие системы. Носителем информации об изображении является маска (шаблон). Изображение с шаблона передается на пластину лучом электронов.

Сканирующие системы управляются вычислительной машиной, которая задает программу перемещения сфокусированного пучка электронов для нанесения рисунка, исправляет эффекты дисторсии и расширения пучка и определяет положение пластины. Информация об изображении хранится в памяти ЭВМ.

Непосредственное нанесение рисунка с помощью ЭВМ позволяет обойтись без шаблона. Поэтому электронно-лучевые сканирующие системы могут быть использованы как для изготовления шаблонов, так и для непосредственной прорисовки на пластине. Эти установки имеют высокое пространственное расширение и точность совмещения, приближающиеся к 0,1 мкм.

Возможности применения электронно-лучевой техники в производстве микросхем весьма широки. Ограничения на ширину линий и плотность упаковки определяются не столько работой электронного пучка, сколько разрешающей способностью резиста и возможной точностью совмещения шаблона с пластиной.

Электронно-лучевая литография для изготовления шаблонов имеет явные преимущества даже в тех случаях, когда для совмещения шаблона с подложкой и экспонирования резиста применяется способ фотолитографии. ЭЛЛ обеспечивает превосходное разрешение линий оригинала, давая возможность улучшить качество шаблона. Время, которое уходит на кодирование чертежа шаблона в цифровой вид и последующее его изготовление под управлением ЭВМ, значительно меньше времени, которое требуется для процесса фотоуменьшения. Дополнительным преимуществом является то, что при изменении чертежа достаточно просто модифицировать программу ЭВМ.

Проекционная электронно-лучевая литография

В электронно-лучевой литографии используются процессы, основанные на прямом рисовании рисунка на поверхности резиста. Подобный способ экспонирования хорош для научных целей и в производстве фотошаблонов. Низкая производительность процесса не позволяет рассчитывать на широкое внедрение этого метода в производство.

Попытки разработать эффективную систему высокопроизводительной проекционной ЭЛЛ долгое время не давали положительного результата по двум главным причинам. Во-первых, работа маски основана на разной поглощающей способности отдельных участков рисунка. В результате долгого облучения происходил ее нагрев в результате поглощения большой дозы излучения. Это накладывало ограничение на ускоряющее напряжение проекционных электронных литографов. Вторая причина заключалась в том, что при допустимых энергиях электронов нельзя применять малые числовые апертуры из-за снижения глубины фокуса и поля зрения магнитных фокусирующих систем. Далее, большие токи луча, необходимые для повышения производительности системы, приводили к снижению разрешающей способности метода из-за влияния пространственного заряда.
Одна из разработанных ЭЛЛ систем получила название SCALPEL. Главное ее отличие от предыдущих заключается в использовании нового типа масок. Маска системы SCALPEL представляет собой набор мембран, изготовленных из легких элементов, с высокой проницаемостью для электронов. Сам рисунок образован материалом с высокой отражательной способностью к электронам.
Электроны, проходящие через мембраны, рассеиваются на малые углы, электроны, проходящие через область рисунка, рассеиваются на большие углы. Апертура, расположенная в обратной фокальной плоскости полевой оптической системы пропускает электроны, рассеянные на малые углы и не пропускает электроны, рассеянные на большие углы, что приводит к формированию на подложке высококонтрастного изображения. При этом в маске не происходит значительного поглощения электронного потока, что минимизирует тепловую нестабильность маски.

Проекционные системы

Электронно-лучевая проекционная литография основана на экспонировании одиночного изображения больших размеров для получения копий шаблона с линиями субмикронной толщины. Шаблон изготавливается заранее методом сканирующей электронной литографии. Для производства электронных приборов разработаны две разновидности лучевых проекционных систем.

Система с точной передачей размеров

В системе используется фотокатод, на который нанесен необходимый рисунок в виде тонкой металлической пленки. Фотоэлектроны, вылетающие с фотокатода, ускоряются по направлению к пластине напряжением 20 кВ, приложенным между катодом и пластиной. Однородное магнитное поле фокусирует эти фотоэлектроны на пластине (аноде) с однократным увеличением изображения.

Система с уменьшением изображения

В качестве маски в такой системе используется свободно подвешенная металлическая фольга. Поток электронов, фокусированный специальной электрооптической системой, проходит через маску и формирует на пластине четкое изображение меньших размеров. Для десятикратного уменьшения размера могут быть сформированы поля диаметром 3 мм и получена ширина линий до 0,25 мкм. Схема установки приведена на рис. 24.

Рис. 24. Проекционная система с уменьшением изображения

Для совмещения шаблона и образца используется режим сканирования. В этом режиме электронный луч фокусируется на шаблоне (а не на образце, как при проецировании изображения) и сканируется по нему так, что на образец попадает изображение от этого сфокусированного луча. Рассеянные от образца электроны собираются детектором положения, в результате чего вырабатывается сигнал корректировки на отклоняющие катушки, расположенные между двумя проекционными линзами. Эти системы обеспечивают очень малые искажения и высокое разрешение по сравнению с системой 1:1, где достижение соответствующих высоких параметров является проблемой.

Рентгеновская литография

Общее описание рентгеновской литографии

Рентгеновская литография является разновидностью оптической бесконтактной печати, в которой длина волны экспонирующего облучения лежит в диапазоне 0.4 - 5 нм. Несмотря на то, что при рентгеновской литографии используется бесконтактная экспонирующая система, проявление дифракционных эффектов уменьшено за счет малой длины волны рентгеновского излучения.

Основная причина разработки метода рентгеновской литографии заключалась в возможности получения высокого разрешения и в то же время высокой производительности оборудования. Кроме того, за счет малой величины энергии мягкого рентгеновского излучения уменьшается проявление эффектов рассеяния в резистах и подложке, следовательно, нет необходимости в коррекции эффектов близости.

Поскольку рентгеновские лучи практически не поглощаются загрязнениями, состоящими из компонентов с малым атомным номером, то наличие загрязнений на шаблоне не приводит к возникновению дефектов рисунка на резисте. Кроме того, вследствие низкого поглощения рентгеновского излучения рентгеновский резист большой толщины может быть однородно экспонирован на всю толщину, в результате чего в его объеме у окон формируются вертикальные стенки, точно повторяющие рисунок шаблона.

Так как изготовление рентгеновских оптических элементов связано с определенными трудностями, применение рентгеновской литографии ограничено теневой печатью. Разрешение, получаемое при использовании метода рентгеновской литографии, ограничено геометрическими эффектами.

Рентгеновская литография обеспечивает наилучшие условия для достижения субмикронного разрешения при высокой производительности обработки пластин. При использовании существующих резистов и рентгеновских источников пластины полностью могут быть экспонированы за 1 минуту с разрешением <0.5 мкм.

Top of Form

Рис. 19 Общий вид рентгеновской установки экспонирования.

Резист состоит из основного полимерного вещества и металлоорганического мономера. Излучение, падающее на резист, полимеризует мономер и основной полимер, включая в состав основного вещества металлоорганическую компоненту. После экспозиции пленка резиста высушивается в вакууме для удаления неполимеризованного мономера.

Изображение на резисте проявляется с использованием кислородной плазмы. Основным предполагаемым механизмом проявления является механизм, основанный на превращении металлоорганического мономера в окисел металла, который предохраняет остающийся резист от воздействия кислородной плазмы. Этот защитный слой далее увеличивает разницу в скорости удаления в плазме экспонированного и неэкспонированного резиста, и, таким образом, происходит проявление изображения.

Top of Form

Шаблоны для рентгеновской литографии

Рентгеновские шаблоны состоят из поглощающих рентгеновское излучение металлических пленок с нанесенным на них рисунком и тонкой мембраны, пропускающей рентгеновские лучи. Толщина поглощающего материала определяется длиной волны рентгеновского излучения, коэффициентом поглощения материала и величиной контраста, необходимой для формирования изображения на резисте. Наиболее широко применяемым в настоящее время поглощающим материалом является золото.