В. И. Смирнов (987304), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Уменьшению диаметра электронного луча мешает кулоновское взаимодействие электронов в пучке. Малый диаметр можетбыть получен лишь при малом токе, а это увеличивает время экспонирования иснижает производительность. Например, при диаметре пластины 100 мм времяее экспонирования составляет более 500 мин.Эффекты рассеяния электронов в слое резиста также являются серьезнойпроблемой в электронолитографии. Падающий электронный луч претерпевает59некоторое рассеяние в слое резиста и попадает в кремний, создавая поток вторичных электронов. Вторичные электроны входят в слой резиста с нижней стороны и попадают в участки, прилегающие к экспонируемым.
Все это приводитк «размытию» рисунка, который вычерчивается электронным лучом.Эффективным способом уменьшить негативное влияние эффектов рассеяния является увеличение энергии падающих на резистивный слой электронов. Кроме этого, используют метод формирования многослойного резиста, прикотором на слой резиста, контактирующего с поверхностью подложки, наносится тонкий промежуточный слой, препятствующий рассеянию электронов, ана него − слой рабочего электронорезиста.В проекционной электронолитографии используют шаблоны из тонкихмембран, которые прозрачны для электронов и служат основой для формирования на них соответствующих масок.
Материал мембраны должен обеспечиватьпрохождение электронов с минимальным рассеянием и обладать необходимоймеханической прочностью. В качестве мембран для масок используют в основном кремний и его соединения, а в качестве маскирующих покрытий – золото,платину и некоторые другие металлы.Шаблон для проекционной электронолитографии можно сформировать непосредственно на фотокатоде, эмитирующемпоток электронов под воздействием облучения его ультрафиолетом. На рис. 3.17изображена упрощенная схема установкидля проекционной электронолитографии.На рисунке обозначены: 1 – кварцевоестекло; 2 – металлическая маска, непрозрачнаядляультрафиолета;3 − фоточувствительный слой; 4 – слойэлектронорезиста;5 – подложка;6–Рис. 3.17.
Схема установки для проекподложкодержатель; 7 – соленоид.ционной электронолитографииВоздействиеультрафиолетана фоточувствительный слой вызывает эмиссию электронов с участков шаблона, не покрытых маской. Электроны ускоряются электрическим полеми экспонируют резистивный слой, нанесенный на поверхность подложки,в качестве которой обычно используют кремниевую пластину. Так осуществляется перенос рисунка маски на резистивный слой. Чтобы исключить расходимость электронного пучка, вызывающую искажение рисунка, шаблонс подложкой помещают в соленоид, создающий продольное магнитное поле.Ионно-лучевая литографияВ основе ионно-лучевой литографии лежат эффекты, возникающиепри взаимодействии пучка ускоренных ионов с поверхностью подложки,в качестве которой могут выступать пластина кремния, слои оксида или нитри60да кремния, а также тонкие металлические пленки (Ni, Mo, Al, Au).
Если прифотолитографии и рентгенолитографии необходим как шаблон, так и резист, апри электронолитографии можно обойтись без шаблона, то ионно-лучевая литографияпозволяетполучатьизображениетопологическогослояна поверхности подложки как без шаблона, так и без резистивного слоя.
В этомслучае изображение формируется непосредственной микрогравировкой, то естьвычерчиванием ионным лучом рисункана поверхности подложки.Так, например, воздействие пучкаионов водорода (протонов) на слой SiO2приводит к возникновению радиационных дефектов, способствующих ускоренному жидкостному травлению облученных участков в определенных травителях. Зависимость увеличения скоростиРис. 3.18.
Зависимость увеличениятравления К от дозы ионного пучка Qскорости травления от дозы ионовпредставлена на рис. 3.18. Данная зависимость имеет пороговое значение дозы пучка ионов, ниже которого эффектувеличения скорости травления не проявляется. При дозах, превышающихпримерно 2⋅1017 см-2, увеличение скорости травления принимает постоянноезначение (около 5). Данный эффект может быть использован для формированиямаски из оксидного слоя на поверхности кремниевой пластины.
Последовательность операций формирования маски изображена на рис. 3.19а.Рис.3.19. Процессы формирования масок с помощью ионно-лучевойлитографии в слое SiO2 (а), кремнии (б) и металлической пленке (в)Вначале пучком легких ионов водорода, дейтерия или гелия избирательно облучаются участки оксидного слоя кремния, после чего производится травление поверхности подложки. В результате облученные участки стравливаются,а необлученные остаются на поверхности, тем самым образуется маска, котораяможет быть использована для последующей обработки поверхности подложки.Если поверхность кремниевой пластины обработать пучком ионов кремния (рис. 3.19б), то облученные участки будут иметь повышенную скорость61термического окисления. Проведя окисление и удалив затем слой оксида путемтравления, можно получить маску, соответствующую негативному изображению рисунка топологического слоя.
Если вместо ионов кремния использоватьионы азота, то возникнет обратный эффект. Облученная ионами азота поверхность кремния будет иметь пониженную скорость термического окисления. Этодает возможность формировать позитивный рисунок топологического слоя.Воздействие пучка ионов на металлические пленки из Ni или Mo(рис. 3.19 в) повышает скорость травления облученных участков. Таким способом можно сформировать маску из металлической пленки и перенести ее нанижележащий слой (например, оксид кремния). Следует отметить, что разрешающая способность ионно-лучевой литографии по своей природе очень высока, поскольку вторичные электроны, выбиваемые ионным пучком в подложке,имеют малую энергию и, соответственно, малый пробег.Кроме сканирования ионного пучка по поверхности подложки заданнымобразом под управлением компьютера, возможно экспонирование поверхностиподложки через шаблон.
Серьезной проблемой такого проекционного методаионно-лучевой литографии является изготовление шаблона, так как проникающая способность ионов очень мала. Шаблон может быть изготовлен на основетонких мембран из кремния. Схема установки для проекционной ионнолучевой литографии представлена на рис. 3.20.На поверхности кремниевой пластины сориентацией (110) формируется рисунок из тонкойпленки золота с адгезионным подслоем из хрома.Травлением обратной стороны пластины формируется тонкая мембрана толщиной 3 − 6 мкм. Еслипучок ионов совпадает с кристаллографическимнаправлением (110), то за счет эффекта каналирования ионы способны пройти через мембрану иэкспонировать резистивный слой, нанесенный наподложку.
Однако часть ионов, падающих на тонРис. 3.20.Схема проекционной кую пленку золота, испытывают рассеяние и вхоионно-лучевой литографиидят в кремниевую мембрану под углом, исключающим эффект каналирования. Таким образом,через участки мембраны, покрытые золотой пленкой, ионы не пройдут.Тем самым осуществляется избирательность экспонирования резистивногослоя на подложке.Голографическая литографияСуть метода голографической литографии заключается в том, чтона поверхности подложки с нанесенным на ней слоем фоторезиста формируется интерференционная картина, образующаяся в результате наложения двух когерентных волн оптического или рентгеновского диапазона.
После экспонирования, проявления и последующей обработки резистивной маски на поверхно62сти подложки получается рисунок топологического слоя, имеющий периодическую или квазипериодическую структуру.Пусть на поверхность подложки,покрытую слоем фоторезиста, падаютдве встречные плоские световые волныЕ1 и Е2, излучаемые парой когерентныхисточников, например, двумя лазерами(рис. 3.21).
Углы падения обеих волн, отсчитываемые от нормали к поверхности Рис.3.21. Формирование маскив голографической литографииодинаковы и равны ϕ. Будем считать, чтоамплитуды и начальные фазы обеих волн одинаковы.В результате интерференции двух волн распределение интенсивности I(x)по поверхности подложки в направлении оси х будет определяться выражениемI(x ) = 2A 2 (1 + cos(2kx ⋅ sinϕ)),(3.27)где А – амплитуда волны; k – волновое число, определяемое соотношением2π,λгде λ − длина волны.Из выражения (3.27) видно, что распределение интенсивности светапо поверхности подложки имеет периодический характер. Максимумы интенсивности определяются из условияk=2kx ⋅ sinϕ = 2 π m(m = 0, 1, 2...).Расстояние между соседними максимумами L определяется выражением2ππλ==.(3.28)2k ⋅ sinϕ 2π sinϕ 2sinϕλПри ϕ → 90° величина L стремится к λ/2.
Учитывая, что показатель преломления фоторезиста отличен от единицы (n ≈ 1,6), правую часть выражения(3.28) необходимо разделить на n.Таким образом, голографическая литография позволяет получать периодические структуры с периодом около λ/2. При использовании видимого светабыло получено разрешение на уровне 103 линий/мм. Если для полученияинтерференционной картины используется синхротронное рентгеновское излучение от разных сегментов орбиты электронов, то можно получить разрешениена уровне 1,5⋅105 линий/мм. Полученные таким способом решетки находятприменение в качестве дифракционных или фокусирующих элементов дляL=63электромагнитного излучения рентгеновского диапазона. Кроме этого, они могут быть использованы для изготовления элементов приборов наноэлектроники.
Главное ограничение метода – возможность получения структур толькопростой геометрической формы.3.9. ТравлениеТравление представляет собой процесс удаления поверхностного слояобъекта немеханическим способом. Данная технологическая операция применяется для получения максимально ровной бездефектной поверхности полупроводниковых пластин (химической полировки); удаления с поверхности пластин различных пленок (например, слоя SiO2 или металлизации); локальногоудаления исходного материала с отдельных участков поверхности подложки;выявления структурных дефектов на поверхности монокристаллических пластин; формирования на поверхности подложек маскирующих покрытий.При всем многообразии методов травления их можно разделить на двебольшие группы: жидкостное (химическое) травление и сухое (ионноплазменное) травление. В основе жидкостного травления обычно лежит химическая реакция жидкого травителя и твердого тела, в результате которой образуется растворимое соединение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
