Диссертация (Исследование и разработка методов автоматического вывода геометрических ограничений с использованием декларативного программирования и формальных методов), страница 30

В свою очередь, когеретное излучение может приводить кпроблемам с бликами и переотражениями [171].EUV системы также не обеспечивают необходимой производительности.Компания ASML в своем отчете утверждает, что EUV оборудование становитсярентабельным при возможности изготавливать более 60 пластин в час, еслисравнивать с процессом на базе множественного шаблона. На 2016 год такоеоборудование позволяет изготавливать 40 пластин в час [172].Для обеспечения более высокого качества излучения можно использоватьлазеры на свободных электронах и синхротроны.

Однако, достижениенеобходимого уровня мощности с применением данных технологий потребуютбольшого объема НИОКР. Лазеры со свободными электронами обеспечиваюткогерентное и монохроматичное излучение с небольшим углом раствора луча.Обе технологии также предлагают непрерывный набор доступных длин волн,что может быть использовано для незаметного перехода к рентгеновскомудиапазону [173].152В сентябре 2015 года ASML продемонстрировала EUV установку систочником света мощности 130 Вт и 70% непрерывным временем работы унекоторых клиентов.

Однако, демонстрация длилась всего неделю, в одном случае4 недели [174].Рентгеновская литография является другой перспективной технологиейизготовления СБИС нанометровых технологий. Длина волны менее 1 нмпозволяет изготавливать мельчайшие компоненты с высокой точностью, чегокрайне сложно добиться при использовании традиционной фотолитографии изза дифракционного предела.Маска состоит из материалов, поглощающих рентгеновское излучение,например из золота, сплавов тантала или вольфрама, нанесенных на прозрачнуюдля рентгеновского излучения подложку, например, из карбида кремния илиалмаза.

Шаблон отображается на маску при помощи технологии прямой записиэлектронным лучом на фоторезист, который был нанесен традиционными дляполупроводниковой индустрии методами. Подложка может быть дополнительнорастянута для повышения точности нанесения рисунка. Для повышенияразрешающей способности рентгеновоской литографии большое значение имеетиспользование так называемой “sweet spot” (особой точки, где излучениемаксимально яркое и однородное) и возможность печатать изображение,которое по размеру меньше маски [175; 176]. Мелкие структуры создаютметодом множественной экспозиции со сдвигами.

Преимуществами данногоподхода также является упрощение процесса изготовления маскок, увеличиваетсярасстояние между маской и подложкой, увеличивается контрастность. Описаннаятехнология позволяет работать с плотными рисунками с процессом 15 нм.Рентгеновская литография приводит к появлению вторичных электронов,как и литография в глубоком ультрафиолете или же электронно-лучеваялитография.

В то время, как точность нанесения рисунка во многом определяетсядвижением вторичных электронов, появившихся из-за эффекта Оже, первичныеэлектроны возбуждают фоторезист на площади большей, чем покрываетсам рентгеновский луч. Это эффект приводит к умньшению контрастностиизображения и к итоговой форме краев боковых сторон компонентов [177].Различные аспекты применения рентгеновской литографии для процесса 30 нмтакже рассматриваются в работе [178].153Основным недостатком рентгеновской литографии можно назватьнеобходимость в использовании специальной маски. Подложка для маскидолжна быть крайне тонкой, при этом внутренние напряжения могутприводить к искажениям в нанесенных абсорбентах. Стоит также отметить,что рентгеновское излучение не может быть сфокусировано линзами, вотличие от УФ излучения.

В фотолитографии, система линз может бытьиспользована для создания пропорционально меньшего итогового изображенияна подложке, чем оригинальное изображение на маске. В случае же рентгеновскойлитографии, изображение на подложке будет идентично изображению на маске.Соответственно, чтобы изготовить изготовить компактную ИС необходимосначала подготовить маску такого же размера. Сами маски при этом достаточнодороги: они требуют для изготовления такие дорогостоящие материалы какзолото и алмазы.Основным конкурентом рентгеновской литографии называют электроннолучевую литографию (англ.

electron beam lithography, EBL). EBL основываетсяна использовании для нанесения рисунка луча электронов, которыесфокусированы и разогнаны до 20 кЭв. В качестве источников такогоизлучения используют эффекты термоэлектронной эмиссии, фотоэмиссииили автоэлектронной эмиссии. EBL используется для непосредственногоизготовления ИС, изготовления масок для других видов литографии, например,рентгеновской, и для нанесения различных сложных шаблонов на подложку.Основные этапы электронно–лучевой литографии идентичны традиционнойоптической. Обе технологии применяют различные фоторезисты и химикатыдля закрепления засвеченной части подложки.

Наиболее распространеннымфоторезистом для электронной литографии является полиметилметакрилат(англ. polymethylmethacrylate, PMMA). PMMA разрушается до мономеровпод действием электронов, которые потом удаляются “проявителем”метилизобутилкетоном (англ. methyl–isobutylketone, MIBK).У электронно-лучевой литографии есть ряд преимуществ по сравнениюс фотолитографией. Во-первых, высокая разрешающая способность порядка 20нм.

Во-вторых, с ее помощью можно отпечатывать сложные сгенерированныекомпьютером шаблоны напрямую на подложке. Электронно-лучевая литография— гибкая технология, которая способна работать с разнообразными материаламии практически с любыми требуемыми шаблонами. С другой стороны, это крайне154дорогый и сложный в обслуживании подход. Сам процесс литографии болеемедленный. Существенную проблему составляют прямое и обратное рассеиванияэлектронов.

В процессе взаимодействия электронов с резистом, часть из нихотклоняется от первоначального направления в разные стороны. Как результат,отпечаток луча в глубине резиста заметно шире, нежели в его верхних слоях.При использовании современной оптики электронно-лучевая литографияможет с легкостью работать с деталями рисунка размером в нескольконм. Разрешающая способность такой системы в основном ограничиваетсяабберациями и пространственным зарядом.

Также на разрешающую способностьнегативно влияют эффекты прямого рассеивания электронов в слое резиста(эффект расширения луча) и эффект возникновения вторичных электронов в слоерезиста [179; 180].В 2007 году была продемонстрирована технология двойного нанесениярисунка с использованием электронно-лучевой литографии при изготовленииИС с полушагом затвора 15 нм [181]. При этом технология с полушагом затвора30 нм так и не была освоена из-за возникновения вторичных электронов.Этот эффект компенсируется при использовании двойного шаблона за счетувеличенного расстояния между деталями рисунка.

Прямое рассеиваниеэлектронов может быть скомпенсировано за счет использования электронноголуча с более высокой энергией или за счет уменьшения толщины слоя резиста,при этом появления вторичных электронов избежать невозможно. Электронынизких энергий могут покрывать расстояния до нескольких нанометрах в слояхсовременных фоторезистов, таких как PMMA. Такое поведение обуславливаетсятем, что основными механизмами торможения заряженных частиц такихэнергий являются столкновения с фононами и поляронами [182]. Поляронымогут вызывать скачки на расстояния до 20 нм [183]. Стоит отметить,что расстояния, покрываемые вторичными электронами, не могут бытьпредставлены в виде точных значений и описываются как вероятностныевеличины, вычисляемые методом Монте Карло для разных значений энергий,вплоть до менее 1 эВ.

Такой подход необходим, т.к. максимум энергиивторичных электронов значительно меньше 10 эВ [184]. Таким образом,итоговое значение разрешающей способности электронно-лучевой литографиине описываются конкретными числовыми параметрами, как это происходит страдиионными оптическими системами [179]. Для того, чтобы результаты работы155электронно-лучевой литографии соответствовали требованиям промышленностии были повторяемыми, необходимо учитывать не только свойста наносимогоизображения, но и, например, особенности процесса травления резиста имежмолекулярные взаимодействия.В работе [185] демонстрируется, что электроны с энергией порядка 50-100эВ могут проникнуть в промышленный фоторезист, например PPMA, на глубинуболее 10 нм, вызывая пробои в слое нижележащего диэлектрика.В дополнении к тому, что частицы из экспонирующего луча могутвыбивать вторичные электроны, они же могут рассеиваться на значительныерасстояния внутри пленок или же внутри подложки.

Такое рассеивание приводитк дополнительной экспозиции участков рисунка, расположенных на удалении отцелевого. При использовании толстого слоя фоторезиста, заряженные частицымогут продвигаться как вглубь резиста (прямое рассеивание) так и отражатьсяпод углами более 90 градусов (обратное рассеивание). Обратное рассеиваниеприводит к экспозиции участка резиста куда большего, чем размер самого луча.Наименьшие детали рисунка, которые могут быть нанесены при помощиэлектонно-лучевой литографии как правило отдалены от остальной частиизображения. В случае, когда два компонента рисунка находятся рядом,электроны во время экспозиции могут проникать в соседнии области, увеличиваясамо избражение и снижая его контрастность, т.е. разницу между самыми яркимии темными участками.

Управлять параметрами вложенных или расположенныхрядом деталей рисунка в таком случае затруднительно. Для большинства резистовтакие проблемы возникают при работе с линиями шириной менее 25 нм. В работе[186] утверждается, что работа с линиями шириной менее 20 нм невозможнавовсе.На практике, дальность распространения вторичных электронов довольновелика и может превышать 100 нм [187]. Чаще всего, однако, это расстояние непревышает 30 нм [188].Эффекты близости также возникают в ситуации, когда электрон покидаетповерхность резиста и проникает обратно на расстоянии десятков нанометров[189]Эффекты близости, вызванные появлением вторичных электронов,могут быть скомпенсированы через решение обратной задачи: необходимовычислить функцию экспозиции E(x,y), которая обеспечивает требуемое156значение интенсивности излучения D(x,y) при учетет функции распределениявторичных электронов в точке P SF (x,y).