Проэкционная фотолитография (Достижения современной проекционной фотолитографии)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени Н. Э. БАУМАНА
(МГТУ имени Н. Э. Баумана)

Реферат на тему:

Достижения современной проекционной фотолитографии

Студент: Андроник М.М.

МТ11 - 82

г. Москва, 2015

Электронная литография

Электро́нная литогра́фия или электро́нно-лучева́я литогра́фия — метод нанолитографии с использованием электронного пучка.

Остросфокусированный электронный пучок, отклоняемый магнитной системой, прорисовывает нужные конфигурации на поверхности чувствительного к электронному облучению резиста, нанесенного на подложку. Управление электронным пучком производится изменением токов в отклоняющих магнитных системах, управляемых компьютером.

Засвеченные облучением участки резиста полимеризуются, приобретая нерастворимость. Далее незасвеченные участки смываются подобранным растворителем. Через полученные окна производится вакуумное напыление подходящего материала, например, нитрида титана или металлов. Полимеризованный резист смывают другим растворителем, после удаления подложки окончательно формирует маску для использования в фотолитографии.

Электронная литография позволяет, на нынешнем уровне развития технологии, получать структуры с разрешением менее 1 нм, недостижимой для жесткого ультрафиолетового излучения, благодаря более короткой Де-Бройлевской длине волны электронов по сравнению со светом.

Электронная литография - в течение длительного времени является основным методом получения масок для последующей фотолитографии (в том числе масок для проекционной фотолитографии при массовом производстве сверхбольших микросхем). Альтернативным способом создания масок являются системы, использующие лазеры, однако они имеют меньшее разрешение.

Также электронная литография, имеющая невысокую производительность, используется при производстве единичных экземпляров электронных компонентов, где требуется нанометровое разрешение, в промышленности и научных исследованиях.

Системы электронной литографии для коммерческих применений имеют стоимость порядка $4 млн и выше. Для научных исследований обычно используют электронный микроскоп, переделанный в систему электронной литографии при помощи относительно дешевых аксессуаров (< $100 тыс.). Такие переделанные системы позволяли создавать линии с шириной около 20 нм уже в 1990-х годах. Между тем, современное специализированное оборудование позволят получать разрешение порядка 10 нм.

Системы электронно-лучевой литографии можно классифицировать по форме луча и по стратегии отклонения луча. Старые системы использовали гауссовские пучки, и сканирование производилось растровым методом. Более новые системы используют как гауссовские пучки, так и сформированную форму луча, которые могут быть отклонены в различные положения в поле записи. Этот способ также называется векторным сканированием (vector scan). [1]

Рентгеновская литография

Рентгеновская литогра́фия — технология изготовления электронных микросхем; вариант фотолитографии, использующий экспонирование (облучение) резиста с помощью рентгеновских лучей.

Рентгеновская литография использует мягкое рентгеновское излучения с длиной волны 0.4-5.0 нм. Пучок рентгеновских лучей пропускается через шаблон и экспонирует слой резиста. Оптическими элементами рентгеновских литографических установок могут быть отражающие зеркала (рефлекторы) на основе наногетероструктур со слоями Ni-C, Cr-C, Co-C, Mo-C, W-C и зонные пластинки; в качестве шаблонов используются тонкие (1 мкм и меньше) металлические мембраны. Многослойные рентгеновские зеркала обеспечивают брэгговское отражение при условии d = λ/(2sinΘ), где d — период структуры и Θ — угол скольжения. При перпендикулярном падении излучения Θ = 90° и период d = λ/2, поэтому толщина каждого слоя в рентгеновском зеркале равна примерно λ/4 или 1 нм.

Рентгенолитография, как и оптическая литография, осуществляется путём одновременного экспонирования большого числа деталей рисунка, но коротковолновое рентгеновское излучение позволяет создавать рисунок с более тонкими деталями и более высоким разрешением.

Благодаря малой длине волны рентгеновского излучения методы рентгенолитографии обладают высокой разрешающей способностью (~ 10 нм). По сравнению с электронно-лучевой и ионно-лучевой литографией в рентгеновской литографии малы радиационные повреждения формируемых структур и высока производительность благодаря возможности одновременной обработки больших площадей образца. Рентгеновская литография отличается большой глубиной резкости и малым влиянием материала подложки и её топографии на разрешающую способность.[2]

Ионно-лучевая литография

Ионно-лучевая литография (англ. ion beam lithography) — технология изготовления электронных микросхем, использующая литографический процесс с экспонированием (облучением) резиста ионными пучками нанометрового сечения с длиной волны 10-200 нм.

В ионно-лучевой литографии для экспонирования полимерных резистов обычно используют легкие ионы - протоны, ионы гелия. Использование более тяжелых ионов позволяет легировать подложку или создавать на ней тонкие слои новых химических соединений. Различия между электронной и ионной литографией обусловлены большей массой иона по сравнению с массой электрона и тем, что ион является многоэлектронной системой. Тонкий пучок ионов имеет более слабое угловое рассеяние в мишени, чем пучок электронов, поэтому ионно-лучевая литография обладает более высоким разрешением, чем электронно-лучевая. Потери энергии ионного пучка в полимерных резистах примерно в 100 раз выше, чем потери энергии электронного пучка, поэтому чувствительность резистов к ионному пучку тоже выше. Это означает, что экспонирование резиста тонким ионным пучком происходит быстрее, чем электронным лучом. Образование ионным пучком дефектов типа френкелевских пар “вакансия - межузельный атом” меняет скорость растворимости диэлектриков и металлов в некоторых растворителях примерно в пять раз. Это позволяет отказаться от полимерного резиста, так как слои материалов сами ведут себя как неорганические резисты. Ионно-лучевые системы литографии обеспечивают разрешение до 10 нм. [3]

Фотолитография в глубоком ультрафиолете

Фотолитография в глубоком ультрафиолете (Extreme ultraviolet lithography, EUV, EUVL — экстремальная ультрафиолетовая литография) — вид фотолитографии в наноэлектронике. Считается одним из вариантов фотолитография следующего поколения (англ.). Использует свет экстремального (англ.) ультрафиолетового диапазона с длиной волны около 13,5 нм.

В качестве мощных источников света в ЭУФ диапазоне могут использоваться синхротроны или плазма, разогреваемая импульсом лазера или электрическим разрядом.

В отличие от используемой ныне литографии на дальнем ультрафиолете (на эксимерных лазерах и с проведением процесса в жидкости), EUV требует использования вакуума. В качестве оптики используются не линзы, а многослойные зеркала, с отражением на основе межслойной интерференции. Маска (фотошаблон) также выполняется в виде отражающего элемента, а не просвечивающего, как в настоящее время. При каждом отражении зеркалом и маской поглощается значительная часть энергии луча, около 1/3. При использовании 7 зеркал будет поглощено около 94 % мощности луча, а значит EUL требует мощных источников.

[4]

Эксимерный лазер

Эксимерный лазер — разновидность ультрафиолетового газового лазера, широко применяемая в глазной хирургии (лазерная коррекция зрения) и полупроводниковом производстве.

Лазерное излучение эксимерной молекулы происходит вследствие того, что она имеет «притягивающее» (ассоциативное) возбуждённое состояние и «отталкивающее» (не ассоциативное) основное — то есть молекул в основном состоянии не существует. Это объясняется тем, что благородные газы, такие как ксенон или криптон высокоинертны и обычно не образуют химических соединений. В возбуждённом состоянии (вызванном электрическим разрядом), они могут образовывать молекулы друг с другом (димеры) или с галогенами, такими как фтор или хлор. Поэтому появление молекул в возбуждённом связанном состоянии автоматически создаёт инверсию населённостей между двумя энергетическими уровнями. Такая молекула, находящаяся в возбуждённом состоянии, может отдать свою энергию в виде спонтанного или вынужденного излучения, в результате чего молекула переходит в основное состояние, а затем очень быстро (в течение пикосекунд) распадается на составляющие атомы.

Экспонирование может проводиться как с использованием фотошаблона, так и без него (безмасочная литография). В последнем случае рисунок на фоторезисте формируется непосредственно перемещающимся лазерным или электронным лучом или их группой, сфокусированным на поверхности фоторезиста. В случае же применения фотошаблонов чаще используются проекционные методы экспонирования, когда рисунок с фотошаблона переносится на фоторезист с использованием системы оптических линз. В некоторых вариантах литографии, маска может находиться в контакте с фоторезистом, или в непосредственной близости, при наличии микрозазора.[5]

Существуют технологии, позволяющие уменьшить искажения и изготовить микросхемы с меньшими проектными нормами:

• Optical proximity correction (Коррекция эффекта оптической близости)

Методология предискажения типологии для минимизирования влияния дифракционных эффектов. [6]

• Off-axis illumination (Применение вне-осевого освещения)

Методология экспонирования фоторезиста через фотошаблон, используя помимо обыкновенного перпендикулярного луча, наклонные лучи. В следствие управляя местом расположение максимумах и минимумах системы добиваются использовать дифракцию для повышения топологических норм.[7]

• Фазосдвигающие маски (PCM) –

Фазосдвигающие маски — маски (фотошаблоны), позволяющие улучшить процесс фотолитографии за счет изменения фазы между соседними интерферирующими световыми потоками.

При экспонировании близкорасположенных линий на фотошаблоне световые лучи имеют сходные фазы. Из-за этого на облученных участках в области между линиями наблюдается интерференция хвостов световых потоков, что приводит к снижению разрешения при работе в близком к дифракционному пределу режиме. Если обеспечить экспонирование соседних линий лучами с противоположными фазами за счет использования фазосдвигающих масок, то качество получаемого изображения можно улучшить. Сдвиг фазы обеспечивается покрытием части щелей таких фотошаблонов специальным веществом, сдвигающим фазу лучей на 90 градусов.

Так, например, Intel во всех техпроцессах вплоть до 45-нм включительно использовала традиционные «сухие» литографические сканнеры и фотомаски с фазовым сдвигомемещения экспонируемой поверхности.[8]