В. И. Смирнов (987304), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Резистивный слой облучают через специальный шаблонмягким рентгеновским излучением с длиной волны около 1 нм. После экспонирования производят обычные операции: проявление, сушку, задубливание и такдалее. Однако использование рентгеновского излучения создает ряд проблем,отсутствующих в фотолитографии.Во-первых, для рентгеновского диапазона не существует линз или зеркал,которые позволили бы сформировать пучок параллельных лучей. Следовательно, источник рентгеновских лучей должен находиться на максимальном расстоянии от фотошаблона с тем, чтобы расходимость пучка была как можноменьше.
Минимальные размеры элементов ∆ можно в этом случае оценить поформулеd∆=s ,Dгде s – величина зазора между шаблоном и подложкой с резистом; d – диаметристочника излучения; D – расстояние от источника до шаблона. Однако увеличение D имеет и негативную сторону, а именно, значительно снижается плотность потока излучения, падающего на резистивный слой, и увеличиваетсявремя его экспонирования.Во-вторых, обычные фотошаблоны на стеклянной основе не могут бытьиспользованы, поскольку рентгеновские лучи в них будут практически полностью поглощаться. Уменьшить толщину до уровня несколько десятков микрометров невозможно из-за недостаточной механической прочности. Рассмотримвозможные решения этих проблем подробнее.Рентгеновское излучение очень широко используется в науке и технике.Обычно в качестве источников рентгеновских лучей используют специальныерентгеновские трубки (рис.
3.15 а), принцип действия которых заключаетсяв следующем. Электроны, испускаемые катодом К, ускоряются электрическимполем и бомбардируют анод А. В результате торможения возникает электромагнитное излучение рентгеновского диапазона (тормозное рентгеновское излучение), имеющее непрерывный спектр. Если энергия электронов достаточнадля того, чтобы выбить электроны из внутренних оболочек атомов материалаанода, то вместе с тормозным излучением испускается так называемое характеристическое излучение, имеющее дискретный спектр.56Рис. 3.15. Формирование рентгеновского излученияс помощью рентгеновской трубки (а) и синхротрона (б)Получение рентгеновских лучей путем электронной бомбардировки анода – малоэффективный процесс, так как большая часть энергии электронов идетна нагревание анода (поэтому трубки имеют водяное охлаждение). Лишь незначительная часть всей энергии, подводимой к трубке от источника питания,испускается в виде рентгеновских квантов.
При этом испускание квантов осуществляется в пределах телесного угла 2π. Именно поэтому удаление подложкиот рентгеновской трубки резко снижает плотность потока, падающего на резистивный слой.Значительно более эффективно использование для рентгенолитографиисинхротронного излучения (рис. 3.15 б), которое генерируется в специальныхнакопительных кольцах релятивистскими электронами, движущимисяпод воздействием магнитного поля по окружности. Известно, что движущиесяс ускорением заряженные частицы испускают электромагнитные кванты, энергия которых тем выше, чем больше ускорение.
Ускорение электрона, движущегося по окружности, определяется его скоростью и радиусом траектории R. Такнапример, при энергии электронов 3,5 ГэВ и радиусе траектории около 13 мполная мощность излучения составляет величину свыше 100 кВт, что в десяткии сотни тысяч раз превышает аналогичный показатель для обычных рентгеновских трубок.Отличительной особенностью синхротронного излучения является такжемалая расходимость пучка, составляющая величину несколько миллирадиан.Малая расходимость пучка и высокая плотность потока в пучке дают возможность размещать подложку на расстоянии в несколько метров от источника и,тем самым, формировать практически параллельный пучок рентгеновскихквантов.Другой проблемой рентгенолитографии является проблема изготовленияшаблонов, которые обеспечивают необходимую контрастность изображениятопологического рисунка на резистивном слое.
Это означает, что шаблон дол57жен хорошо пропускать рентгеновские лучи через прозрачные участки(не покрытые металлической пленкой) и максимально полно поглощать в техучастках, на которых имеется непрозрачный слой металлизации. Кроме этого,шаблон должен обладать достаточной механической прочностью.Существуютразличныевариантыизготовленияшаблоновдля рентгенолитографии. В качестве основы используют кремний, оксид илинитрид кремния, полиамид и так далее. Для примера рассмотрим процесс изготовления шаблона из кремниевой пластины.
В слаболегированную кремниевуюпластину с кристаллографической ориентацией (100) с помощью диффузиивводят в большом количестве бор на глубину примерно 3 − 5 мкм (рис. 3.16а).На этой же стороне формируют рисунок соответствующего топологическогослоя из золота с подслоем хрома (рис. 3.16 б). Золото хорошо поглощает рентгеновские лучи, а подслой хрома обеспечивает нужную адгезию золота к кремнию. На противоположной стороне пластины с помощью фотолитографии формируют маску из SiO2. После этого проводяттравление пластины в специальном травителе (этилендиамин-пирокатехин), у которого скорость травления нелегированногокремния значительно выше, чем кремния,легированного бором. Это позволяет создавать по центру пластины тонкую мембранус нанесенным на ней рисунком из Au/CrРис. 3.16.
Процесс изготовления(рис. 3.16 в). Толстая периферийная частьрентгеновского шаблонапластины обеспечивает шаблону необходимую жесткость. Вместо тонкого слоя кремния, легированного бором, могутбыть использованы пленки из SiO2, Si3N4 или их комбинации.ЭлектронолитографияВ основе электронолитографии лежит избирательное экспонированиеслоя электронорезиста остросфокусированным потоком электронов.
При достаточной энергии электроны способны разрывать межатомные связи в электронорезисте и создавать условия для перестройки структуры. В процессе проявления селективно удаляются экспонированные (для позитивных резистов) или неэкспонированные (для негативных резистов) участки резистивного слоя.
Сформированный из резиста рельеф (топологический рисунок) и является маскойдля различных технологических воздействий.Основное достоинство электронолитографии – возможность избирательно экспонировать резистивный слой без использования шаблона при достижении высокого разрешения. Высокое разрешение обусловлено тем, что длинаволны электронов, ускоренных напряжением порядка 10 − 20 кэВ, менее 0,1 нм.Поэтому дифракционные эффекты, ограничивающие разрешающую возмож58ность фотолитографии, в данном методе не имеют сколько-нибудь существенного значения.Другим важным преимуществом электронолитографии является большаяглубина резкости передаваемого изображения. Поэтому практическине происходит искажение рисунка микросхемы при увеличении глубины рельефа многослойных структур и неплоскостности поверхности подложки.Существуют три основные области применения электронолитографии:изготовление эталонных фотошаблонов с размерами элементов более 2 мкм;изготовление микросхем большой степени интеграции с размерами элементовменее 1 мкм путем непосредственной микрогравировки; изготовление высокоточных фотошаблонов для рентгено- и фотолитографии глубокого ультрафиолета.В зависимости от способа обработки слоя электронорезиста существуютдве разновидности электронолитографии: сканирующая и проекционная.В первом случае электронный луч, управляемый компьютером, перемещаетсязаданным образом по поверхности подложки с нанесенным на ней слоем резиста.
Во втором случае экспонирование резистивного слоя осуществляется черезмаску.В сканирующей электронолитографии обработка поверхности осуществляется остросфокусированным лучом. Обеспечить одинаково хорошую фокусировку луча для всей поверхности пластины большого диаметра практическиневозможно. Поэтому применяют пошаговое экспонирование, когда электронный луч по очереди вычерчивает рисунки отдельных схем на пластине. Послеэкспонирования очередного участка (кадра) рабочий стол с пластиной перемещается, производится автоматическое совмещение начального положения лучас пластиной и экспонируется очередной кадр.
Совмещение осуществляется сточностью на уровне 0,1 мкм путем регистрации вторичных электронов, испускаемых металлическими метками совмещения на пластине при попадании наних электронного луча.Сканирование луча может быть растровым или векторным.При растровом сканировании луч перемещается по поверхности строчказа строчкой, включаясь и выключаясь в нужные моменты времени.При векторном сканировании электронный луч прорисовывает элементза элементом, выключаясь лишь при переходе от одного элемента к другому.Разрешающая способность находится на уровне 0,1 − 0,2 мкм. Она ограничена диаметром электронного луча и эффектами, обусловленными рассеянием электронов в слое резиста.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
