Физико-технические основы систем переноса изображения на эффекте обращения волнового фронта для микроэлектронной техн (1024968), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

4.2 Эксперимент 2

Этот эксперимент был проведен Марком Левенсоном спустя небольшое время после его первого эксперимента с главной задачей уменьшения времени экспонирования [19]. ОВФ достигалось за счет вынужденного рассеяния Релея в растворе родамина 6G в ацетоне – еще один метод достижения ОВФ. Схема конструкции экспериментальной установки изображена ниже:

Рис. 2

Излучением являлась третья гармоника импульсного рубинового лазера с λ=355 нм и мощностью 1,2 Вт. Так же, как и в первом эксперименте, излучение лазера делилось на пучки освещения и накачки. Размеры пучка накачки в кювете составляли 3,3 мм3,9 мм в вертикальном и горизонтальном направлениях при мощности 280 мВт. Пучок освещения имел на шаблоне размеры 7,5 мм4,0 мм и мощность 58 мВт. Теоретические выкладки показали, что интенсивность обращенного пучка должна быть втрое больше интенсивности обращаемого; таким образом, без учета потерь при прохождении делителя, мощность обращенного излучения должна была составлять 583≈170 мВт.

Для достижения эффекта ОВФ чрезвычайно важна высокая сонаправленность прямого и обратного пучков накачки. Отклонение зеркала на рис. х в несколько микрорадиан сводило к нулю интенсивность обращенного пучка. Зеркало было помещено на прецизионном регулировочном столике и большой угол падения пучка накачки на грань кюветы (рис. 2) обусловлен облегчением регулировки положения зеркала.

Первоначально делитель пучка представлял собой куб из двух склеенных оптическим цементом призм, однако вследствие воздействия излучения оптический цемент был поврежден. Далее вместо склеивания призмы приводились в оптический контакт друг с другом. При этом появилась проблема изменения разности хода лучей через делитель и, как следствие, появление сферической аберрации из-за неточности совмещения призм (рис. 2). Для решения этой проблемы между делителем и подложкой поместили пластину из плавленого кварца толщиной 595 мкм.

Жидкость протекала через кювету с поперечным сечением 1,8 см 0,9 см со скоростью 7,4 л/мин. Циркуляция ОВФ-раствора была необходима для устранения градиента температуры в освещенной области, вредного для эффекта обращения света. Другим негативным фактором могло явиться рассеяние Ми; поэтому в контуре потока перед кюветой был установлен фильтр частиц размером > 0,2 мкм, сам контур был сделан из этиленпропилена с тефлоновыми уплотнениями с целью невзаимодействия с раствором.

Значение числовой апертуры схемы оценивалось исходя из области в кювете, освещенной пучками накачки. По вертикали значение числовой апертуры составило NA=0,19 (разрешение 0,5λ/NA= 0,94 мкм для горизонтальных линий). По горизонтали NA=0,068. Столь малое значение числовой апертуры по горизонтали обусловлено умышленным сжатием пучка освещения шаблона в этом направлении для повышения интенсивности.

Качество изображения экспериментальной установки оценивалось по проработке структур периодических горизонтальных линий. Проработанными получились периодическая структура светлых 1 мкм линий с 1 мкм зазорами и структура 0,5 мкм линий с 0,75 мкм зазорами (максимально достигнутое разрешение). Однако, во втором случае, с целью повышения разрешения, было применено внеосевое освещение (см. главу 2 ”История развития и современное состояние литографии”). Время экспонирования для первой структуры составило 36 сек., для второй – 99 сек. Рассматривая случай первой структуры, теоретически, с учетом потерь, интенсивность излучения на подложке должна была составлять 52 мВт/см², что при чувствительности резиста 100 мДж/см² дает время экспонирования 1,9 с. Расхождение полученного времени с ожидаемым временем обусловлено отличием реальных пучков накачки от TEM₀₀ моды лазерного излучения.

В ходе эксперимента было обнаружено, что непрозрачные участки шаблона из хрома отходят от стеклянной подложки. Как было замечено, повреждения в шаблоне возникают менее чем через час при освещении шаблона используемым импульсным лазерным излучением с интенсивностью импульса 2 МВт/см² и средней интенсивностью 210 мВт/см².

Основным результатом данного эксперимента явилось то, что время экспонирования имевшихся промышленных УСЭ так и не было достигнуто. Выходом из этого положения Левенсон видел повышение качества пучков накачки, а в дальнейшем и переход в область глубокого ультрафиолета лазерного излучения.

4.3 Эксперимент 3

Вслед за описанными исследованиями М. Левенсона последовала третья работа по литографии с помощью ОВФ (М. Гауэр, 1983-1987 гг., [24]). Она была направлена на устранение недостатков в работах Левенсона, в частности, на уменьшение времени экспонирования кадра. Источником излучения являлся KrF лазер с λ=249 нм, энергия импульса 800 мДж. Стоит отметить, что в этом эксперименте опять произошло уменьшение длины волны излучения. Ниже изображена схема экспериментальной установки. Обращение волнового фронта было достигнуто за счет ВЧВС в ацетоне. Пунктирной линией обозначены опорные пучки, сплошной – сигнальный и формируемый обращенный пучки.

Рис. 3, схема формирования изображения в эксперименте М. Гауэра.

Значение числовой апертуры в предложенной конфигурации составило NA=0.28, что пресказывает минимальный размер элемента d_мин≈0,56.

Вследствие большого коэффициента усиления излучения лазером, он был удален на несколько метров от проекционного блока схемы, изображенного на рисунке 3. При этом понижалась интенсивность второго пучка накачки, отраженного зеркалом, на входе обратно в лазер. Кроме того, на выходе лазера была установлена поляризационная пластина, а между ОВФ-веществом и зеркалом ромб Френеля, не изображенный на рисунке, дававший поворот направления поляризации 90 при двойном проходе.

Следующей особенностью схемы явилось ограничение на ширину L кюветы с жидкостью, связанное с когерентностью лазерного излучения в поперечном сечении. Данная зависимость обусловлена требованием на когерентность сигнального пучка и записывающего пучка накачки. Формула, х арактеризующая эту зависимость:

l_t – длина когерентности, - угол между сигнальным пучком и пучком накачки. При имевшейся длине когерентности в несколько миллиметров лазерного излучения и =15, ограничение на ширину кюветы составило L ~1см.

Интенсивности сигнального пучка и пучка накачки не были приведены, было лишь замечено, что интенсивность пучка накачки на порядок выше интенсивности сигнального пучка.

С помощью экспериментальной установки было проведено формирование изображения различных структур. По изображению тестовой структуры оценивалось достигнутое разрешение, и оно составило около 0,5 мкм.

Недостатком эксперимента явилось наличие паразитной подсветки, вследствие чего происходило, хотя и незначительное, экспонирование темных участков резиста. Как было выяснено, причиной являлось рассеяние света на неровностях поверхности лучеделительной призмы. Дополнительная обработка поверхности призмы не дала существенных результатов. Однако, основываясь на приведенном снимке проэкспонированной поверхности, данная подсветка не является губительной для предложенного метода литографии.

Интенсивность света в плоскости изображения, время экспонирования не приводились в описании эксперимента. Но проблема с временем экспонирования, как и в экспериментах Левенсона, осталась, в работе указывается то, что время экспонирования – значительное.

5. Предлагаемая схема формирования изображения литографии и ее описывающая математическая модель.

Исходя из трех экспериментов, описанных выше, можно сделать вывод о том, что формирование изображения на основе обращения волнового фронта возможно, разрешения изображений согласовывались с теоретически ожидаемыми. В данной диссертации развивается вопрос о применении эффекта ОВФ для литографии. Идея, почему вместо объектива предлагается использовать ОВФ-вещество состоит в том, что конструкция становится гораздо более простой, чем с объективом. Например, при вырожденном четырехволновом смешении нужен кристалл LiNbO₃ и два опорных пучка, которые можно получить разделением излучения лазера, освещающего предмет. При ВРМБ вообще не требуется опорных пучков. Подтверждением конструктивной сложности современных объективов является их цена, составляющая несколько миллионов долларов.

Итак, в диссертации предлагается принципиально новая по сравнению с существующими схема формирования изображения для литографии на основе ОВФ, рассчитывается математическая модель, описывающая эту схему и на основе компьютерного анализа модели находятся и оптимизируются параметры схемы.

Предлагаемая схема формирования изображения представлена ниже на рис.1.

Рис. 1, Предлагаемая схема формирования изображения

Нормально-исходящее от осветителя излучение с λ=193 нм (предполагается, что используются имеющиеся осветители, без технологии внеосевого освещения) проходит через первое полупрозрачное зеркало и нормально падает на отражательный шаблон. Отходящее от шаблона излучение отражается от первого полупрозрачного зеркала и проходит через второе полупрозрачное зеркало. Для более широкого захвата излучения, что будет увеличивать интенсивность изображения и увеличивать числовую апертуру схемы, перед ОВФ-веществом стоит линза. Линза фокусирует излучение на вещество. После обращения ОВФ-веществом свет распространяется назад через линзу, отражается вторым полупрозрачным зеркалом и формирует в некотором месте изображение шаблона. Масштаб формирования изображения у предлагаемой схемы 1:1. Для схемы не ограничивается диаметр кремниевых пластин.

Стоит отметить одну существенную особенность. Не требуется отсутствие аберраций у линзы! Структура из фокусирующей линзы и ОВФ-вещества, рассматриваемая в целом, тоже обращает падающий на нее волновой фронт излучения. Как известно, распространение света через линзу описывается законами геометрической оптики. Таким образом, лучи света, идущие назад через линзу будут распространяться по тем же траекториям, что и в прямом направлении.

Отражательный шаблон рассматривается структурой, в которой одни участки отражают излучение, а другие не отражают (рис. 2). Очевидно, что действие отражательного шаблона эквивалентно действию традиционного, просвечиваемого, шаблона, рис. 3:

Рис. 2 Рис. 3

Характеристики

Список файлов диссертации