К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Вместо дифракционных картин обрабатываетоя оптическое изображение на нейтральных уровнях. Симметричные многоэлементные метки совмещения на шаблоне и пластине содержат пересекающиеся линии, которые образуют матрицу из девати квадратов. Механизм совмещения представляет собой подсистему для распознавания оптического образа в Реальном масштабе времени. Оптическая система проецирует метки совмещения на ПЗС-камеры (ПЗС— приборы с зарядовой связью). Выходные оигналы управляют столиком с пьезоэлектрическим приводом, который осуществляет позиционирование рентгеношаблона. Промышленное применение ренпенавитографии зависит от особенностей конструкции и эксплуатации рентгеношаблонов (РШ).
Технология нх изготовления достаточно сложна, прецнзионна и совершенно отличается от технологии изготовления шаблонов дяя фотолитографии. Главный конструктивный элемент РШ вЂ” тонкая опорная мембрана, на которой сформирован рисунок поглотителя. Толщина мембран зависит от требуемой прочности, стабильности механических свойств и прозрачности по отношению к видимому овету и МРИ, В качеспю матернаяа подложки РШ наиболее распространен кремний, для мем- бран - ингрид кремния, нитрид бора, монокристаллический кремний. Установлены опзгимальные требования к РШ при нх массовом изготовлении: прозрачносп, к МРИ с длиной волны 1,0 - 1,3 нм - не менее 50 %; оптическая прозрачность в видимом диапазоне (длина волны 633 нм) - не менее 50 %; коэффициент контрастности - 10; площадь мембраны - не более 5,0 х 5,0 см; погрешность толщины мембраны - 50 нм; отвлоневме от плоскостности Я 1,0 мкм; число дефектов 0; срок службы - не менее 10" экспонирований.
Стабильностытараметров РШ при высокой (5 - 10 мВт/смз) и сверхвысокой (50— 150 мВт/смт) удельной мощности МРИ явшется решающим фактором при выборе конструкции и технологии их изготовления. Длительное облучение аморфных мягериалов типа нлтрида бора или ингрида кремния при такой удельной мощности вызывает радиационные поврехщення, в результате чего изменяются механические овойства материалов и не обеспечивается дошовременная стабильность параметров РШ. При экспонировании мембран из ингрида бора в среде, содерллщей далге следы кислорода, на нх поверхностях наблюдается рост небольших кристаллитов.
Во влюкной среде такие кристаллнты приобретюот струхтуру дендрнта. Это явление связано разрушением химических связей в процессе облучения. Образующиеся "висшцие" поверхностные связи боРа РеагиРуют с окрулгающим кислородом и образуют кристаллиты оксида бора. "Висящие" связи внутри пленки образуют ловушки в запрещенной зоне, которые оказывают влияние на оптическую прозрачность. При длительном экспонировании пленки нитрида бора темнеют.
Аналогичный эффект набшодается при воздействии на стекло излучения Черенкова. Вощействие МРИ приводит также к изменению внутренних напряжений в мембранах из нитрида бора. В пленках, имеющих собственные напряжения порядка 50 МПа после облучения, напрюкения уменьшавлся до 40 МПа, что аизано с освобождением водорода из гидрогенизированной мембраны.
Неоднородное поглощение излучения вызывает градиент напряжений по толщине и площади мембраньь в результате чего возникает локальная волнистость и оталонение от ллоскоБолее вмсокой стабильностью при длительной работе обладают мембраны РШ из карбида кремния, имеющего высокие прочносп и модуль 1Онгай(00 ГПа). Мембрана из карбида кремнкг имеет достаточно хорошую оптическую прозрачносп и по сравнению с кремниевой мембраной допускает использование слоя поглотителя МРИ с более высокими внутренним н напряжениями.
Мембраны из ГИС можно изготовить более тонкими, что увеличивает контраст РШ. РЕНТГЕНОЛИТОГРАФИЯ 149 Практическое применение больше находат мембраны РШ, выполненные в виде сэндвичей $13Н4 - 51О2 - 513НФ илн 51044 Я„Ог)цг - УйзН4 общей толщиной около !,5 мкм. Толщина слоев подбирается такой, пабы компенсировать различные механические напряжения во внутреннем и внешнем шеях.
Поскольку температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) такой структуры близок к ТКЛР кремния, это обеспечивает размерную устойчивость и опеки- тельную прочность мембраны при достаточно хисоком выходе годных шаблонов. Помимо перечисленных преимуществ главное достоинство сэндвичевых шаблонов в том, что они достаточно прозрачны для видимого света и дхя их совмещения можно использовать обмчные оптические методы. Шаблон, изготовленный на основе кремния с использованием термической диффузии бора, по своим качествам (прочность, ТКЛР) не уступает сэдвичевой мембране, более прост и надежен в изготовлении. Однако такие недостатки термической диффузии, как неоднородность концентрации бора по площади (около 10 %), зависимость от дефектов исходной структуры подложек, неоднородносп фронта, плавный градиент концентрации бора ло глубине, приводят к ухудшению качества и к уменьшению выхода годных шаблонов с размерами элементов менее 1 мкм.
Увеличение выхода годных шаблонов, повышение их качества путем улучшения однородности и воспроизводимости по толщине и плошади рабочей поверхности шаблонов досппвется использованием ионной имплантации бора прн изготовлении РШ. В процессе ионной имплантации больших доз бора в результате ионнорадиационной перестройки образуется слой, обладающий высокой стойкостью к травлению, хорошими однородностью и воспроизводвмостью, по позволяет путем выбора резинов имплантапни и формирующего отжита (доза, энергия, температура, вреьи) получать однородную по толщине (от десятых долей микрометра до 10 мкм) мембрану шаблона большой площади с хорошим качеством поверхности с обеих сторон мембраны.
Однако мембраны, изготовленные на основе кремния с легнрованием бором, лишь частично прозрачны для видимого света (около 20 %), поэтому прн изготовлении многослойных структур использование обычных методов оптического совмещения свюано с рядом техничеокнх трудностей. Для их преодоления в шаблонах необходимо создавать наркерные знаки в виде отверстий заданной формы.
Такие отверспщ легко изготовлюотся в мембране кремниевого рентгеношаблона в процессе травления, если в этих участках не проводилось легирование бором. Кроме этого, для улучшения прозрачности применяют "просвепиющие" (антиотражательные) покрытия из БПЯ„О„толщиной до 100 нм. При этом прозрачность для видимого света увеличивается до 50 %, чего вполне достаточно для процесса совмещения рисунка маркерных меток.
В качестве поглотителя МРИ наиболее широко применяют Ап. Кроме того используют Та, НГ, %', Ве и другие тяжелые металлы. При использовании мощных ренпеновских источников важно, чтобы ТКЛР поглотители МРИ бьш согласован с ТКЛР мембраны. С этой точки зрения %', ТКЛР которого равен 4,510 е/К, более предпочтителен при использовании кремниевых мембран, чем Ап, ТКЛР которого равен 14,2 10 4/К. Характеристики поглощения МРИ у тт и Ап прюстически одинаковы. Кроме того, Ъ' в силу своей высокой тугоплавкости не изменяет свою структуру и внутренние напряжения в процессе экспонирования. Рисунок в тя формируется с помощью Реактивного ионного травления.
Основная проблема, связанная с использованием ЪЧ, заключается в том, что при химическом осаждении из ивовой фазы или распьшении в пленках возникают высокие напряжения (0,1- 1 МПа), что может быть причиной искажения РШ. Одним из приемов для уменьшения напряжений является имплантация кремния в пленку Гт. При этом концентрация Уй около 10ге атом/смз уменьшает растягивающие напряжения практически до нуля. Технология изготоюгения РШ достаточно слохна, многооперационна, прецизнонна и зависит от больщого числа факторов.
Наиболее часто используют субтрактивный н аддитивный процессы изготовления РШ. В обоих случаях для изготовления мембраны на кремниевую подложку наносится слой ингрида бора толщиной 3,5 - 4,5 мкм методом химического осаждения из шзовой фазы (смесь аммиака и диборана) при пониженном давлении. Эта смесь содерхит 20 % В, 5 % Нь 75 % Нз н имеет плотность 1,6 г/смз, которая меньше, чем у монолитного ВН (2,2 г/смз).
Затем ВН стравливается с одной стороны, подложка крепится к опорному кольцу из пирекса и В)Ч покрьпюется слоем полиимида. При адаптивном методе (рис. 2.5,6) на полиимид нанооят Та толщиной 15 нм, Ап (20 нм) н затем Та (35 нм), иопользуемые в качестве подслоя прн гальваническом осаждении Аи толщиной до 2,5 мюм. Для формирования топологии поглотителя МРИ используют трехслойную резистивную маску, включающую верхний слой электронорезнста, травящегося в шизме СРм промежуточный слой Та (75 нм), в который изображение верхнего слоя переносится реактивно-ионным травлением, и основной резистивный слой толщиной 1,2 — 1,5 мкм, рисунок в котором образуется ионным травлением в кислороде.
Толщина 150 Глим 2.5. РЕНТГЕНОВСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ ЛУЧИ В ЭЛЕКТРОННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ 6 7 б) 6 в) 7 г) 6 д) 6 г б) 4 6 7 йу г 5 в) 6 и) 6 4 6 7 и) 4 г 6 д) 6 в) 6 Рвс. 2.5.6. Посаедавателавосэь югетаалеввя реатцмемэблеке алюнцаемм цеэадюц а - заготовка; б - структура после формирования матах аавмещеюи, окна н нансаения трехслойного резвта; а - формирование рисунка ренэтеношаблана в слов элехтранараэиста и передача рнаунха на алой таэцмм; г - передача иэображения реютанашэблана в ннхзцш слой трехслойнато резнста; д - вскрытие золта в труктутм асновм для смолевического асэидениа золота; е - тахьюничасхае аааидение залаэв; эс — удаление нивэцто слоя трехслойного резяста; * - удаление аанавм дая гальванического асавденна золота; 1- слав тмццха талшвнай 50 нм; 2- алой золота толщиной 2,5 мхм; 3 - основа дла тэльнацнческого асазщенва из слоев тантала и золота; 4- мембрана иэ слоев лалиимила толщиной 1 мкм и нвтрлда бора таюцииай 3,5 — 4,5 мкм; 5- апарнаа рамка; б - элахтранарают; 7- слой тээпала толщиной 75 мхм; 8- елай иалиимила или реэиста тоюцннай 1,2 - 1,5 мкм; 9- верхний алая тмцала в основе талыцннческато ааэждеюи золота; 1О- тальвэняческнй слой валата; 11- нвинвй слой тангала в оанаве дха тальваннчеаката асэидеюи маскирующего покрьпня должна превьппщь толщину попютитви из Ац.
Адднтивный метод позволяет получать в конце всето технологпческото цюсла поптощающий слой злектролитнческого Ац до 1,0 — 1,5 мкм с более низким уровнем внуэренних напряжений, чем при нанесении из ивовой фазы. При изготовлении РШ по субтрактнвной технологии (рис.
2.5.7) на двухслойную мембрану также наносятся слои Та, Ап и Та толщиной соответспюнно 30, 600 и 30 нм. Ннкний слой Та служит ди улучшения аджзии Ац и остановки травлеюи; в слое Ац формируют рисунок поглотитаи; верхний слой Та слулсвт в качеспю маски при травлении Ац. Далее наносится слой Ац толщиной около 1,0 мкм распылением в смеси Аг и От, что повышает селактнвность травления Ац по отношению к Та. Рве. 2.5.7.
Песаевиательвость вэгетаелавва рсзпэцювээблеаа субтралтавюю иаэодыс а - эататавха; 8- формирование меток савмещенва в окна; а - бюрмнраьэняе рисунка ранпанавмбхана в слав золота; г - передача иэабражениа в слой танина; д — формирование рисумха в слое патлатнтела МРИ иэ запаса; е - удаление тантала; 1- слой тмпвва толщиной 50 нм; 2- слой золота толщиной 1,9 мкм; 3 - слей тангата талшннай 140 нм; 4- слой золота талщвнай О,б мхм; 5- слой тмпэла таюцинай 30 нм; б - мембрана; 7- опорное кольцо; 8- реэясг РЕНТТЕНОЛИТОГРАФИЯ 151 Таким образом, различие двух технологий состоит в методе нанесения золотого поглощающего слоя: тальваника при аддитнвной технологии и нанесение Ав из паровой фазы при субтрактивной техиолопш.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
