Информационная система поддержки принятия решений при проектировании процесса ультрафиолетовой литографии (1090501), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Москва,МИРЭА, 2009, 2010, 2012 гг.);–XVМеждународнойнаучно-техническойконференции«Опто-,наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (г. Ульяновск, УлГУ,2012 г.);– IX, X Международной научно-практической конференции «Инновации наоснове информационных и коммуникационных технологий» (г. Сочи, МИЭМНИУ ВШЭ, 2012-2013 гг.);– Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодыхспециалистов (г.
Москва, МИЭМ НИУ ВШЭ, 2012-2013 гг.);– II Международной научно-практической конференции «Инновационныеинформационные технологии» (Прага, Чехия, 2013 г.);– Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодыхспециалистов (г. Москва, НИУ ВШЭ, 2014 г.);– Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодыхспециалистов (г. Москва, НИУ ВШЭ им. Е.В. Арменского, 2015 г.).По теме диссертации автором опубликованы 53 научные работы, из них 5публикаций в изданиях, входящих в перечень ВАК, в том числе 1 работа,входящая в международный перечень Scopus, 12 патентов РФ на полезныемодели, 2 свидетельства РФ об официальной регистрации программы для ЭВМ.Диссертация изложена на 205 страницах общего текста и состоит извведения, пяти глав, заключения с основными выводами и результатами, спискаиспользованных источников и приложений.11ГЛАВА 1.
ОБЗОРНО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ В ОБЛАСТИСИСТЕМПОДДЕРЖКИПРОЕКТИРОВАНИИПРИНЯТИЯПРОЦЕССАРЕШЕНИЙПРИУЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙЛИТОГРАФИИ.1.1. Обзор процесса ультрафиолетовой литографии1.1.1. Ультрафиолетовая литографияЛитографией,применяемойвпроизводствеизделиймикроинаноэлектроники, называют процесс формирования рисунка на поверхностипластины из полупроводникового материала, соответствующего топологиибудущего изделия. Иными словами литография это совокупность фото- и физикохимическихпроцессовнаправленныхнасозданиеэлементовмикроинаноэлектронных изделий с необходимыми размерами и конфигурацией.Спомощьюлитографическойтехнологииформируютсяосновныесхемотехнические элементы: электроды затвора, контактные окна, металлическиемежкомпонентные соединения и т.п.Литографическийпроцесс,использующийдлясозданиямикроинаноэлектронных изделий, излучение в диапазоне длин волн от несколькихединицдонесколькихсотеннанометровназываютультрафиолетовойлитографией.Сущность процесса ультрафиолетовой литографии можно представитьследующимобразом(рис.1.1.1).Наочищеннуюиподготовленнуюполупроводниковую пластину, покрытую слоем защитного окисла, наноситсяслойспециальногоультрафиолетовомумаскирующегоизлучению.Этоткомпонента,слойназываютчувствительногорезистнойкмаской(фоторезистом).
Изображение топологии будущей схемы формируется врезультате избирательного засвечивания определённых областей пластины12Рис. 1.1.1. Процесс ультрафиолетовой литографии13ультрафиолетовым излучением через специальный шаблон, в результате которогозасвеченные области изменяют свою растворимость в некоторых активныхсредах. Данная стадия литографического процесса называется экспонированием.Затем следует стадия проявления, где в зависимости от типа используемойрезистной маски, под действием растворителей, удаляются засвеченные областимаскирующего слоя – в этом случае литографию называют позитивной, или незасвеченные, тогда литография называется негативной.После завершения стадии проявления, изображение топологии ужесформировано в резистном слое, но для его переноса к активным слоямполупроводника необходимо провести травление защитной оксидной плёнки.Травлению подвергаются области окисла не защищённые слоем резиста, поокончании травления, дополнительно удаляется вся резистная маска.
Теперьизображение топологии перенесено в рельефный слой оксидной плёнки исформирован избирательный доступ к некоторым областям полупроводниковойподложки.На этом процесс литографии заканчивается, и на открытых участкахполупроводниковой пластины выполняются дальнейшие операции формированиятопологическогослоя:легирование,эпитаксиальноенаращиваниеиметаллизация. Функциональная схема изделия микро- и наноэлектроникисоздаётся последовательным выполнением нескольких стадий литографическогопереносаизображенияистадиймодификацииинаращиванияполупроводниковых слоёв.В зависимости от способа экспонирования выделяют три принципиальноразныхметодареализациитехнологическогопроцессаультрафиолетовойлитографии.1.Контактный метод экспонирования (рис. 1.1.2.) состоит в том, чтополупроводниковую пластину, с покрытую резистной маской, приводят в14непосредственноесоприкосновениеспластинойфотошаблона,несущейтопологию будущего изделия микро- и наноэлектроники.Рис.
1.1.2. Контактный метод экспонированияЗатемсовмещённыепластиныоблучаютколлимированымпотокомультрафиолетового излучения, охватывающим большую часть поверхностипластины. Исходя из интенсивности излучения получаемой на выходе изоптической системы литографической установки, пропускной способностипрозрачных участков фотошаблона и времени облучения рассчитывается энергияэкспонирования или доза облучения, получаемая резистом.Так как структура микроэлектронного изделия обычно содержит несколькотопологическихслоёв,тодляформированиякаждогоизнихкполупроводниковой платине прижимаются разные фотошаблоны.
Причём дляформирования каждого последующего топологического слоя помимо операций15экспонирования, травления и эпитаксии проводится операция совмещения новогофотошаблона с уже сформированной топологией в полупроводниковой подложке.Для этого обычно используется лазерное излучение и интерференционныеметки на подложке и фотошаблоне [1].Вследствие плотного контакта между фотошаблоном и полупроводниковойпластиной достигается высокая степень повторяемости размеров и точностипереноса изображения топологии с фотошаблона на поверхность резистноймаски.Данный метод ультрафиолетовой литографии позволяет воспроизводитьэлементы схемы, размером менее 1 микрометра.Тем не менее, контактный метод экспонирования связан с рядом проблем,возникающих при механическом сопряжении пластин подложки и фотошаблона.Так как сопрягаемые поверхности не удаётся до конца очистить от пылинок изагрязнений, то в процессе соприкосновения кремниевые микрочастицыоставляют следы и повреждают поверхность фотошаблона.Рис.
1.1.3. Дифракционные и интерференционные искажения на зазореПовреждённый участок шаблона, впоследствии, воспроизводит дефектнуютопологию на всех последующих пластинах, при экспонировании которых он16используется, а каждая последующая пластина оставляет свои изменения наповерхности фотошаблона.Некоторым развитием метода контактного экспонирования, решающимпроблему загрязнений является метод бесконтактного экспонирования. Основнымотличием данного метода является наличие постоянно поддерживаемого зазора,размером 10 – 25 микрометров между пластиной и фотошаблоном.При использовании бесконтактного метода экспонирования разрешающаяспособность технологического процесса ощутимо снижается, в связи с тем, чтопроходящеечерезшаблонультрафиолетовоеизлучениеподвергаетсяискажениям, связанным с дифракцией и интерференцией на зазоре (рис 1.1.3).Разрешениепропорциональноэкспонирующего излучения, аПрибесконтактномвоспроизводимых()⁄,где–длинаволны– величина зазора между шаблоном и пластиной.методеэлементовэкспонированиятопологииминимальныйсоставляет,размерпорядка1-2 микрометров.2.
Проекционный метод экспонированияВданномфоторезистомметодеудаленаэкспонированиянаполупроводниковаязначительноерасстояниеотпластинасфотошаблона(рис. 1.1.4).Ультрафиолетовое излучение, исходящее от источника, фокусируетсясистемой конденсорных линз на фотошаблоне. Затем изображение фотошаблона,формируемое проходящим излучением, попадает в проекционный объектив, гдепроисходит уменьшение изображения в несколько раз, а затем фокусировкауменьшенногоизображенияфотошаблонанаопределённыйучастокполупроводниковой пластины.Экспонированию подвергается небольшой участок пластины, так каксоздание без аберрационной оптической системы, проецирующей изображениефотошаблона на всю поверхность полупроводниковой пластины на данном этаперазвития техники крайне затруднительно.17Для экспонирования всей площади пластины производится её пошаговоеперемещение.
Другим способом является сканирование определённой полосы напластине,путёмодновременногоперемещенияфотошаблонаиполупроводниковой пластины через узкий поток сфокусированного излучения.Источник излучения, конденсор и проекционный объектив при этомостаются неподвижными.Рис. 1.1.4. Проекционный метод экспонированияСовмещение, сформированных технологических слоёв, с экспонируемойобластью осуществляется прецизионными сервоприводами. Информация орассовмещении регистрируется специальными интерференционными метками на18полупроводниковой пластине и фотошаблоне и передаётся в детектор,непосредственно через оптику объектива.Удаление фотошаблона от полупроводниковой пластины, в проекционномметодеэкспонирования,позволяетполностьюисключитьвозникновениеконтактных дефектов и увеличить время жизни фотошаблона, а использованиепроекционного объектива и уменьшающей оптики позволило снизить требованияк фотошаблону, так как при уменьшении его изображения эффект от воздействиячасти дефектов уменьшается соразмерно кратности уменьшения.
В случаеэкспонирования сканированием также частично компенсируются аберрацииоптической системы, так как каждый элемент фотошаблона проецируется черезразные участки линз.Стоит отметить, что производительность экспонирования пластин зависитот степени уменьшения изображения фотошаблона в объективе и в общем случаеейобратнопропорциональна.Такеслиприуменьшениив4раза,производительность экспонирования составит 30 пластин в час, то придвукратном уменьшении производительность возрастёт до 60 пластин в час.Основным преимуществом проекционного метода экспонирования вультрафиолетовой литографии является высокая разрешающая способность.Минимально достижимое расстояние между сформированными линиями, наполупроводниковой подложке составляет несколько десятков нанометров.Экспонирующее ультрафиолетовое излучение, лежит в диапазоне отближнего ультрафиолета (300-400нм) до коротковолнового ультрафиолетовогоизлучения с длинами волн (150-200нм).Для фокусировки такого излучения используются высокоточные объективыиз кварца высокой очистки (SiO2), сапфира (Al2O3) и флюорита кальция (CaF2).Вкачествеисточниковизлучениядляближнегоультрафиолета,используются ртутные газоразрядные лампы, коротковолновое ультрафиолетовое19излучение для систем с высоким разрешением генерируется эксимернымилазерами на основе криптон-фтора (248нм) и аргон-фтора (193нм).Основнымнедостаткомпроекционногометодаэкспонированиявультрафиолетовой литографии, является высокая сложность прецизионногопроекционного объектива и литографической установки в целом.Относительно низкой является энергетическая эффективность установки,вызванная трудностью передачи и трансформации ультрафиолетового излучения,в связи с потерями на отражение, дифракцию и рассеяние излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
