Лозовский В.Н. - Нанотехнология в электронике (1051254), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Именно этот вариантописывается далее.Разрешающая способность. Разрешающей способно!стью метода фотолитографии называется число линий Nодинаковой ширины аmin, разделенных промежутками той218НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьже ширины, которое можно получить на 1 мм поверхно#сти резиста:1000N1,2aminгде аmin выражено в мкм.
На практике разрешающую спо#собность характеризуют также значением аmin. В дальнейшем под разрешающей способностью будет подразумеваться величина аmin. Эта величина определяет минимальные топологические размеры элементов ИМС d (например,размеры униполярных транзисторов — см. рис. 6.2 и 6.4).Фотолитография имеет физический предел разрешаю#щей способности, определяемый для проекционной сис#темы дифракционным критерием Рэлея, при выполнениикоторого изображения двух близкорасположенных точеквидны раздельно:k1amin 2,(8.1)n sin 3где k — коэффициент пропорциональности, l — длина вол#ны излучения, п — показатель преломления среды, q —половина апертурного угла выхода (рис.
8.7). Величинаnsinq называется числовой апертурой. Значения k различ#ны для различных l и резистов (k ~ 0,3–0,6 для УФ#излу#чения). Проекционная система обычно работает с умень#шением рисунка шаблона (обычно 4:1).Из соотношения (8.1) видно, что аmin уменьшается прииспользовании более коротковолнового излучения и объ#ектива с большей числовой апертурой (увеличение число#вой апертуры достигается за счет уменьшения размераэкспонируемого поля). Кроме того, на величину аmin влия#ет еще ряд факторов: качество резистов и шаблонов, пло#скостность пластин и другие.Рис. 8.7Взаимное расположение элементовпроекционнойоптической системыЧасть 3.
ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ219Чем короче l, тем более мелкие детали могут быть пе!ренесены на пластину. Согласно эмпирическому правилу,при данной длине волны l можно отобразить детали размером до l/2. Следует отметить, что если не применяютсямеры по улучшению качества изображения (например,фазосдвигающие маски и высококонтрастные резисты),то возможно воспроизведение лишь деталей размером вдва–три раза больше величины аmin, определяемой соот!ношением (8.1).До 2003 г. в фотолитографии наиболее широко исполь!зовалась длина волны l = 248 нм излучения KrF!эксимерного лазера,1 чему соответствует аmin ~ 120 нм.
Сейчас про!изводители чипов переходят на использование излученияArF!эксимерного лазера с l = 193 нм. Крупнейшая ком!пания, производящая чипы (чипмейкер), Intel, сообщилав конце 2003 г. о начале производства ИМС с элементамиразмером 90 нм при использовании l = 193 нм.В дальнейшем возможен переход к излучению экси!мерного лазера на основе молекул фтора (l = 157 нм,аmin ~ 70 нм). Однако кварцевые линзы уже не прозрачныдля этой длины волны.
Необходимы линзы из СaF2 — ме!нее прочного, не устойчивого к внешним взаимодействи!ям и более дорогого материала. Для l < 150 нм уже нетпрозрачных материалов, и при дальнейшем уменьшенииl неизбежен переход на зеркальную оптику с полной за!меной литографического оборудования, что требует зна!чительных затрат.Так как метод фотолитографии имеет высокую техни!ко!экономическую эффективность и степень отработанно!сти, полупроводниковая промышленность стремится ис!пользовать этот метод до тех пор, пока не будут исчерпанывсе его возможности.
Ведущие корпорации — IBM, Intel,Lucent Technologies, Nippon Telephone and Telegraph и дру!гие — вкладывают большие средства в разработку новыхвариантов фотолитографии для продвижения в областьаmin < 90 нм. В последнее время наметилось два пути:1 Эксимерными называются газоразрядные лазеры, активной средойв которых являются молекулы галогенов инертных газов, например,KrF, ArF и др., существующие только в возбужденных состояниях.220НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ.
Введение в специальностьабвгРис. 8.8Применение маски с оптической коррекцией:а — обычная маска, б — полученный (искаженный) отпечаток на пластине, в — маска с оптической коррекцией, г — соответствующий (скорректированный) отпечаток на пластине.использование иммерсии (см. ниже) при работе на обычных степперсканерах1 и нанолитография в экстремально дальнем вакуумном ультрафиолете (ЭУФ). Разработаны и применяются специальные фазосдвигающие маски и маски с оптической коррекцией.Маски с оптической коррекцией и фазосдвигающиемаски.
Такие маски применяются при работе в режиме,близком к дифракционному пределу, и позволяют повысить разрешающую способность. Действие маски с оптической коррекцией поясняется на рис. 8.8. Для исправления последствий дифракции на углах и краях (рис. 8.8б)используется сложная форма рисунка маски (рис. 8.8в).С помощью фазосдвигающих масок можно получатьизображение с размерами, значительно меньшими длиныволны излучения. Принцип действия фазосдвигающей маски показан схематически на рис. 8.9. На рис.
8.9а приведена схема обычной маски и график распределения напряженности светового поля Е в плоскости маски (рис. 8.9б).На рис. 8.9в,г даны графики распределения напряженности светового поля и интенсивности светового поля в плоскости пластины соответственно. На рис. 8.9г видно, чтоизображения двух отверстий в маске слились изза дифракции в одно общее световое пятно. На рис. 8.9д,е изображены фазосдвигающая маска и график распределения1 Степперсканером называется литограф, работающий по принципу пошагового экспонирования с последующим сканированием.221Часть 3.
ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИнапряженности светового поля в плоскости маски. Пододним из двух соседних отверстий маски находится до%полнительный слой прозрачного вещества (фазосдвигаю%щего покрытия) с оптической длиной пути l/2. В резуль%тате световые колебания, выходящие из левого отверстия,отстают по фазе на p от колебаний, выходящих из правогоотверстия.На рис. 8.9ж,з приведены распределения напряжен%ности Е и интенсивности светового поля в плоскости пла%стины соответственно. На рис.
8.9з видно, что в этом слу%чае изображения отверстий в маске раздельны. Так в мето%де фазосдвигающих масок достигается разрешение линий,ширина которых существенно меньше длины волны ис%пользуемого излучения. Этим методом, например, былополучено разрешение аmin — 90 нм на длине волны 193 нм.Иммерсионный метод. Возможности традиционнойфотолитографии расширяет интенсивно разрабатываемаяидея использования иммерсии. Эффект иммерсии заклю%чается в уменьшении длины волны l и увеличении число%вой апертуры nsinq с увеличением показателя преломле%ния среды, заполняющей пространство между объекти%вом и пластиной (см. рис.
8.7). Если, например, в этопространство ввести воду (п = 1,43 при l = 193 нм), чтоне ухудшает качества воспроизводимого рисунка, то lуменьшится в 1,43 раза ( lи = 193/1,43, lи — длина волныадбевжгзРис. 8.9Принцип действия фазосдвигающей маски222НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьв иммерсионной среде), а числовая апертура увеличится в1,43 раза. В итоге разрешающая способность (аmin) увели*чится в два раза (см. формулу 8.1).Над усовершенствованием иммерсионной литографииработают ведущие компании. Так, фабрики Intel на основеиммерсионного метода предполагают выход на технологи*ческий стандарт 65 нм. Компания IBM в 2006 г. объявила ополучении матрицы линий шириной 29,9 нм. Использо*валось излучение с длиной волны 193 нм и иммерсионнаяжидкость с п = 1,6.Нанолитография в экстремально дальнем вакуумномультрафиолете (ЭУФ).
Излучение ЭУФ лежит в диапа*зоне 10–50 нм, что граничит с мягким рентгеновским из*лучением (0,5–10 нм). ЭУФ*нанолитография представляетсобой развитие традиционной проекционной фотолитогра*фии и предназначена для изготовления микропроцессорныхИМС сверхвысокого уровня интеграции — до 108–1010 эле*ментов на кристалле, что на 1–2 порядка выше современ*ного уровня.Принцип действия ЭУФнанолитографа. Нанолито*граф работает по принципу степпер*сканера. Производит*ся пошаговое экспонирование чипов при помощи проек*ционной отражательной оптической системы. Схема на*нолитографа приведена на рис. 8.10.Нанолитограф состоит из четырех главных блоков.1.
Источник ЭУФизлучения — 50–100*микронноеоблачко вещества мишени (квазиточечный источник 6 нарис. 8.10) в плазменном состоянии при температуре ~106 К,ионизованное до 10–20 крат (квазиточечный источник).Плазма создается импульсным лазерным излучением1 при его взаимодействии с мишенью. В эксперименталь*ных ЭУФ*нанолитографах применяют сверхзвуковые струитяжелого инертного газа Xe. Используется излучениеXe10+ на длине волны 13,4 нм. Ведутся разработки по ис*пользованию олова в качестве мишени.2. Узел маски (3 на рис. 8.10).
Поверхность шаблона —плоское зеркало с брэгговским покрытием (см. ниже). Наего поверхность наносится поглощающий слой (W, Ta, Cr),в котором гравируется увеличенный рисунок ИМС.Часть 3. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ2233. Оптическая система.Состоит из конденсора 2 и объектива 4. Конденсор 2 (зеркальный, верхнее зеркало —коллекторное) направляет излучение на шаблон 3. Объектив переносит уменьшенноеизображение рисунка маскишаблона на поверхность пластины 5, покрытой резистом.Зеркала конденсора и объекРис. 8.10тива имеют расчетную кривизПринципиальная схеману и брэгговские покрытия,ЭУФнанолитографасостоящие из нескольких десятков чередующихся слоев молибдена и кремния толщиной l/4. Покрытия обеспечивают высокий коэффициентотражения, максимум которого достигается на длине волны 13,4 нм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
