РПЗ (Технология рентгенолитографии), страница 2

Это позволило создать на их основе широкую гамму микроминиатюрных сенсоров для измерения широкого ряда физических величин (давления, силы, ускорений), а также химических и термических параметров.

а
) б) в) Рис. 2. Кремниевые изделия микромеханики

а – кремниевый микродатчик давления в сечении, б – вид сверху на мембраны датчиков давления, левая из которых вдавлена атмосферным давлением, в – кремниевые микрозеркала на упругих подвесах.

Кроме того, изделия микромеханики стали широко использоваться в качестве датчиков “кожного зрения” роботов, на их основе создаются кинематические элементы микророботов для медицинских исследований, оптические модуляторы для ЭВМ, микроприводы и микродвигатели.

Формируемые с помощью микролитографии и прецизионного гальванического осаждения металлические структуры (технология LIGA) позволили осуществить прорыв в прецизионном приборостроении.

а) б)

Рис. 3. Кремниевые зубчатые зацепления

а – зубчато-реечная передача, б – увеличенное изображение зубчатых пар из поликремния

Приборостроение. Особенностью рассмотренных выше изделий микроэлектроники и микромеханики является то, что они формируются в одном монокристалле полупроводника (обычно кремния). В месте с тем, при создании законченных электронных блоков и приборов часто необходимо, чтобы основой для формирования схемы служила подложка из пассивного материала. Чаще всего она изготавливается из керамики, ситалла или полиимидной пленки, на поверхность которой тем или иным способом наносится требуемый рисунок схемы. Тонкие пленки для формирования элементов схемы наносят вакуумным напылением, а толстые - нанесением через трафарет или электроосаждением. Получаемые таким таким образом тонкопленочные схемы содержат лишь пассивные элементы - резисторы, конденсаторы, межсоединения, контактные площадки. Активные элементы - диоды, транзисторы, интегральные схемы присоединяются к подложке различными методами сборки, формируя таким образом гибридные интегральные схемы.

Минимальные размеры элементов тонкопленочных схем составляют 2-10 мкм, толстопленочных - 50 мкм. В часто используемых многослойных структурах требуется совмещать элементы слоев, которые могут размещаться на противоположных сторонах подложки.

Окончательную сборку микроэлектронных компонентов (дискретных приборов, твердотельных и гибридных интегральных схем) производят на печатных платах, представляющих собой диэлектрические подложки из текстолита или гетинакса с нанесенным на них слоем медной фольги толщиной 30-50 мкм. Топологию печатной платы формируют также фотолитографией, причем большинство современных печатных плат имеет рисунки на обеих сторонах. Минимальные размеры элементов на печатных платах составляют 50-100 мкм, при этом общие их габариты могут доходить до 200-400 миллиметров.

Р
ис. 4.

Это требует применения гибких пленочных фотошаблонов, обеспечивающих плотное прилегание к подложке во время экспонирования.

Локальное удаление металлизированных участков на поверхности печатных плат с применением фотолитографии часто называют “химическим фрезерованием”, подчеркивая этим сходство с аналогичной металлообрабатывающей операцией.

Этот метод позволяет в металлических листах толщиной 0,12 мм формировать сквозные отверстия в виде полосок шириной 0,25 мм на заготовках, габариты которых достигать 500 мм.

Рис. 5.

Химическое фрезерование эффективно используется для изготовления прецизионных плоских деталей приборостроения типа диафрагм фотоаппаратов, масок кинескопов, сеток, дифракционных решеток, лимбов, шкал.

2. Технологический анализ изделия

К современным интегральным схемам (далее ИС) предъявляются весьма жесткие требования по степени интеграции. Примером может служить работа [1], в которой приводятся данные по процессорам компании INTEL (рис. 6). Здесь по вертикальной оси указано число транзисторов на чип, а по горизонтальной оси указан год достижения данного количества транзисторов. Пример чипа вышеуказанной компании представлен на рис. 7. Разновидность транзисторов, используемых при производстве этих микропроцесс-соров – это МОП-транзисторы (рис. 8). В данном типе МОП-транзистора особые требования накладываются на ширину участка подзатворного оксида.

Также микролитография (рентгенолитография) применяется для получения фотон-ных кристаллов.

С общей точки зрения фотонный кристалл является сверхрешеткой (crystal superlattice) - средой, в которой искусственно создано дополнительное поле с периодом, на

Рис. 6.

порядки превышающим период основной решетки. Для фотонов такое поле получают периодическим изменением коэффициента преломления среды - в одном, двух или трех измерениях (1D-, 2D-, 3D-фотонные структуры соответственно). Если период оптической сверхрешетки сравним с длиной электромагнитной волны, то поведение фотонов кардинально отличается от их поведения в решетке обычного кристалла, узлы которого находятся друг от друга на расстоянии, много меньшем длины волны света. Поэтому такие решетки и получили особое название - фотонные кристаллы.

Использование фотонных кристаллов удобно для организации управления световыми потоками. Поэтому фотонные кристаллы представляют огромный интерес для построения лазеров нового типа, оптических компьютеров, хранения и передачи информации.

Фотонные кристаллы предполагается использовать для создания оптических интегральных схем так же, как обычные полупроводники, металлы и диэлектрики используются для создания электронных интегральных схем.

Некоторые примеры фотонных кристаллов представлены на рис. 9 и 10.

В настоящее время, как было указано во введении, широко развивается такая область современных высоких технологий как микромеханика. Изделия микромеханики (рис. 11 и 12) можно получить при реализации процесса LIGA. Также при помощи этого процесса можно получить элементы со специфическим сочетанием параметров ширины и высоты (рис. 13).

Для получения всех приведенных изделий необходима технология обладающая большим разрешением. Кратко рассмотрим некоторые виды микролитографии.

3. Методы субмикронной литографии.

Известно, что разрешающая способность литографических δ пропорциональна отношению λ/А, где λ – длина волны излучения, а А – апертура используемой оптики. А следовательно разрешающая способность микролитографического метода будет сущест-венно зависеть от длины волны используемого излучения (частиц). Схема на рис.14 ранжирует методы микролитографии в зависимости от их длины волны:

Рис. 14.

3.1. Ионная проекционная литография (IPL).

Ионная проекционная литография (далее ИПЛ) сходна с фотолитографией. Она использует редуцирующую оптику для переноса изображения на подложку. С помощью данного метода можно создавать на подложке объекты с размерами ниже 0,1 мкм посредством использования ионов малой массы для экспонирования резиста. Схема процесса ИПЛ представлена на рис. 15.

В качестве источников ионов используются газы водород (H) или гелий (He). Ионы , , или ионы Не извлекаются из источника с энергиями 10 кэВ. Далее ионы проходят через первую систему линз. Ионы проходят сквозь трафарет с изображением (кремниевая мембрана), затем они проходят через мультиэлектродную электростатичес-кую систему линз, которая проекцирует изображение трафарета на покрытую резистом подложку. Проходя через систему линз ионы ускоряются до энергий 70-200 кэВ.

Оптическая система для установки ИПЛ представлена на рис. 16.

Основными преимуществами ИПЛ являются:

- Разрешение менее 0,1 мкм при большой глубине фокусировки;

- Время экспонирования менее чем 0,5 сек. в присутствии новолачного однослойного резиста (не нуждается в многослойной схеме резиста);

- Малое рассеянье ионов в резисте (нет эффекта близости и ступенчатого отражения);

- Селективность вида ионов и энергий для точной глубины проникновения в резист;

- Точная однородность резистивного покрытия не важна (±200 ангстрем неравномерности более чем приемлемы);

- Система "Pattern Lock" корректирует экспонирование в масштабах X и Y, по вращению, с разными масштабами по осям X и Y (анаморфизм), а также трапециидаль-ную дисторсию.

- Хорошая совместимость с оптическими системами совмещения с лазерным интерферометрическим контролем и системой "Pattern Lock".

- Подсчитанное искажение порядка 15 нм на 20*20мм поле (расширение поля возможно в будущем);

- Добавление электронов в зоне кроссовера для уменьшения пространственного заряда;

- Возможность экспонирования огромных полей в противовес последовательному сшиванию малых полей в электронная проекционная литография;

- Подсчитанные производительности сравнимы с современными оптическими устройствами;

- Самая низкая себестоимость среди каких-либо имеющихся технологий (включая продвинутую DUV).

3.2. Электронная литография (SCALPEL).

Рассматриваем метод на примере SCALPEL (Scattering with Angular Limitation Projection Electron Beam Lithography) [10].

Схема установки электронной литографии представлена на рис. 17. Схема процесса представлена на рис. 18.

Источником электронов здесь является катод (чаще термоэмиссионный). Электроны проходят через 2 электронно-оптические системы: проекционную и осветительную. Использующаяся в настоящее время оптика позволяет освещать область маски 1х1 мм.