MIKROLITOGRAFIYa (Лекции Цветкова), страница 3

Поливинилциннамат (ПВЦ) представляет собой сложный эфирциннамоильной кислоты и поливинилового спирта и имеет общую формулу R1  O  R2 ,где R1 - фоточувствительная циннамоильная группа, R2 - пленкообразующая частьполивинилового спирта, О - соединяющий их атом кислорода (рис. 13).Рис. 13. Фотохимическая реакция в негативном фоторезистеПри поглощении квантов облучения наиболее слабые в светочувствительныхчастях молекул связи СН=СН разрываются. За счет освободившихся связей происходитпоперечное сшивание молекул в химически стойкую трехмерную сетку.Негативные фоторезисты на основе каучуков представляют собой механическуюсмесь светочувствительной составляющей и раствора полимера.Используемые для фоторезистов каучуки - изопреновый, циклокаучук и др. - самиобладают некоторой светочувствительностью, недостаточной, однако, для целейфотолитографии.

Поэтому к ним добавляют светочувствительную составляющую наоснове диазосоединений, чаще всего - бис-азиды. Под действием излучения происходитразложение азидов на азот и нитрен. Нитрен, пребывающий в возбужденном состоянии,вступает в химическое взаимодействие с каучуком. В результате происходитструктурирование полимера - сшивание линейных полимеров каучука образующимисясвободными радикалами в прочную трехмерную сетку.Заметим, что спектр поглощения фоторезистов на основе ПВЦ сдвинут в областьболее коротких длин волн по сравнению с НХД. Поэтому для согласования ПВЦ сприменяющимися источниками УФ излучения приходится добавлять в него специальныевещества - сенсибилизаторы.Системы экспонированияКак показано в предыдущем разделе, для получения в резисте микрорельефа сзаданной шириной и наклоном краев профиля необходимо, прежде всего, сформироватьоптическое пространственное микроизображение, затем передать его в резист и далеепревратить в микрорельеф.Излучение, экспонирующее резист, называется актиничным.

Оно являетсясвоеобразным инструментом, который формирует микрорельефы, сопоставимые поразмерам с длиной волны самого излучения. Поэтому постоянным стремлениемразработчиков систем микролитографии является уменьшение длины волныиспользуемого излучения.К настоящему времени разработаны различные варианты микролитографии:фотолитография, рентгенолитография, электронолитография, ионолитография. В каждомиз этих процессов используются соответствующие источники актиничного излучения ирезисты.В фотолитографии применяется ультрафиолетовое излучение (ультрафиолет, УФ,UV) — электромагнитное излучение, занимающее диапазон между видимым ирентгеновским излучением.Этот диапазон имеет несколько градаций длин волн (обозначения диапазонов вскобках соответствуют обозначениям, принятым в англоязычной техническойлитературы; они приведены для того, чтобы читатель мог свободно ориентироваться вней): ближний УФ (Near UV — NUV): 435…330 нм; средний УФ (Mid UV — MUV): 330…280 нм; дальний или вакуумный УФ (Deep UV — DUV): 100…200 нм; экстремальный УФ (Extreme UV — EUV): 5…100 нм.Традиционные источники ближнего УФ — ртутные лампы высокого давления.Характерными линиями спектра таких ламп являются: g-линия (длина волны 435 нм), hлиния (405 нм), i-линия (365 нм).Источниками дальнего УФ являются эксимерные лазеры.

В зависимости от составарабочей смеси они имеют следующие длины волн: KrF — 248 нм, ArF — 193 нм, F2 —157 нм. Ультрафиолетовое излучение со столь малой длиной волны сильно поглощаетсякак воздухом, так и стеклом, поэтому оптические элементы таких источников делают изкварца или фтористого кальция CaF2.Экстремальный УФ близок к мягкому рентгеновскому излучению. Его основнымисточником является инициированная мощным лазером плазма.Рентгенолитография основана на применении рентгеновского излучения с длинойволны 1...5 нм, получаемого при воздействии электронным лучом на вращающуюсямишень.

Оно также может быть получено из плазменных источников или на выходенакопительных колец синхротронов.В электронолитографии используются сфокусированные потоки электронов илиионов с длиной волны 10–3...10–5 нм. Источники — электронные или ионные оптическиесистемы — должны обеспечивать рабочее напряжение в диапазоне 25...100 кэВ.Ионолитография обладает свойствами сканирующей электронолитографии, ноэффект обратного рассеяния здесь выражен значительно слабее.Среди перечисленных видов микролитографии доминирующее положениезанимает фотолитография. Она является основным методом промышленногопроизводства микроструктур с размерами элементов в диапазоне от десятков микрометров(печатные платы) до десятков нанометров (твердотельные интегральные микросхемы).Поэтому основное внимание при последующем рассмотрении будет уделено именноэтому виду микролитографии.По способу передачи изображения шаблона на поверхность фоторезиста можновыделить контактное и проекционное экспонирование (рис.

14).Рис. 14. Схемы экспонирования:а — контактного; б — проекционногоеКонтактное экспонирование выполняется при прижиме фотошаблона к плоскойзаготовке — пластине. При этом необходимо учитывать, что в разных областях рабочегополя между ними остаются микрозазоры. В зависимости от силы прижима онисоставляют от 0,2 мкм при жестком контакте до 15 мкм при мягком контакте и до 25 мкмпри экспонировании с гарантированным микрозазором.Наличие остаточного микрозазора ведет к дифракционным явлениям, которыеразмывают изображение. В результате номинальный прямоугольный профильраспределения интенсивности на объект (шаблоне) Io превращается в сложный, труднопрогнозируемый профиль изображения Ii на поверхности фоторезиста (рис.

14, а).В распределении интенсивности можно выделить некоторые характерные точки,такие как точка А — максимум интенсивности в затененном участке, точка В — наименееосвещенная точка светлого поля, и точка С, отвечающая краю геометрической тени. Призавышенном времени экспонирования экспозиция в характерной точке А может оказатьсядостаточной для полного удаления фоторезиста в этой зоне при проявлении.

В этомслучае в области тени, там, где требуется сохранить маскирующую пленку фоторезиста,появятся сквозные полосы обнаженной подложки (двойной край).При заниженном времени экспонирования экспозиция в точке В может оказатьсянедостаточной и в освещенной области изображения сохранятся валики не удаленногопри проявлении фоторезиста.Проекционное экспонирование исключает контакт фотошаблона с пластиной, таккак они находятся на значительном расстоянии друг от друга, а изображениепроецируется в плоскость фоторезиста оптическим объективом.

Однако оптическиеявления, прежде всего дифракционные, искажают профиль распределения интенсивностиизображения (рис. 14, б).Соотношения значений интенсивности в центре освещенного участка Imax и взатененной области Imin определяют контраст изображения. Как и в контактнойфотолитографии, по этому параметру оценивают возможность получения рельефа стребуемым наклоном края профиля.Для оценки разрешения проекционной фотолитографии необходимо учитыватьпараметры оптической системы, с помощью которой формируется микроизображение.Важнейшим из них является числовая апертура А (рис.

15), определяемая выражениемA  n sin ,(1)где n — коэффициент преломления среды;  — половина угла при вершине конусалучей, попадающих в точку изображения на оптической оси.Разрешающая способность оптической системы обычно определяется расстояниемW между двумя соседними точками изображения, при котором максимум дифракционнойкартины одной точки совпадает с минимумом дифракционной картины другой точки(критерий Рэлея). В этом случаеW0, 61,A(2)где  — длина волны экспонирующего излучения; A — числовая апертурапроекционного объектива.Рис. 15.

Проекционное экспонирование:а — оптическая схема; б — к определению разрешающей способностиКритерий Рэлея обеспечивает различимость двух соседних точек при визуальномнаблюдении изображения с помощью микроскопа. При этом освещенность в зоне междуточками ослабляется на величину  = 22,15 % по сравнению с максимумамиинтенсивности. При использовании высокочувствительных фотоэлементов можноразличить изображения точек, расположенных вблизи абсолютного предела разрешения,когда ослабление освещенности между ними составляет 2…3 %. В этом случае значениеW рассчитывают по формуле0,5W.(3)AПри регистрации изображения на светочувствительных слоях (фотоэмульсии,фоторезисте) предельное разрешение будет зависеть также от свойств этих материалов испособа их фотохимической обработки. При этом, как правило, нельзя реализоватьпредельное разрешение объектива и результаты получаются хуже, чем при визуальнойоценке.