[11] Методы Выращивания Кристаллов В Электронной Технике (987513), страница 19

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 19)

Рис. 11.4.4. Влияние излучения на свойства резистов: а — оптические свойства резистов;

б — изображение резиста после проявления

Размеры областей, свободных от резиста, зависят от вре­мени облучения. При длительном облучении из-за процессов дифракции происходит уменьшение областей, покрытых резистом, по сравнению с их размерами на фотошаблоне.

Допустимые отклонения размеров элементов топологии в литографии

Д
аже самая простая ИС изготавливается с применением нескольких литографических прессов. Элементы топологии по­следовательных уровней шаблонов требуют при этом их жесткой пространственной увязки.

Рис. 11.4.5. Топология п—р—n-транзистора

Элементарные области должны располагаться внутри базовых областей, элементы металли­зации должны точно перекрывать контактные окна. На рис. 11.4.5 приведен пример совмещения положений, используемых при изготовлении транзисторов.

Соблюдение жестких допусков на размеры элементов, абсолютных отклонений линейных размеров является одной из основных проблем технологии изготовления ИС. Точность ручного совмещения изображений рисунка шаблона и сфор­мированного на пластине изображения находится в пределах 0,5 мкм. Автоматизация этого процесса не приводит к пол­ному исключению ошибок совмещения. Во время термических обработок кремниевой пластины, например диффузии, проис­ходит боковое (в плане) проникновение атомов диффузанта, что также приводит к размытию профилей распределения ле­гирующих примесей. В технологии изготовления ИС допуски литографического процесса обычно составляют ±0,6 мкм, что и определяет минимальный размер элементов изображения. В настоящее время проводятся работы в направлении созда­ния методов измерения размеров элементов топологии фото­шаблонов и самих кремниевых пластин с помощью оптичес­кой сканирующей электронной микроскопии. Однако точность этих измерений не превышает пока 0,5 мкм.

11.4.3. Оптическая литография

Методы оптической литографии

На рис. 11.4.6 представлены основные методы оптической литографии.

Р
ис. 11.4.6. Методы фотолитографии: а — контактный; б—бес­контактный; в — проекционный

В контактном методе вследствие тесного контакта между шаблоном, резистом и кремниевой пластиной легко воспроизводятся элементы размером до 1 мкм. К недостатку этого метода следует отнести наличие загрязнений, например пы­линок, на поверхности кремниевой пластины. Эти загрязнения приводят к повреждению поверхности шаблона при соприкос­новении его с пластиной. Следует отметить, что высокий уро­вень выхода годных кристаллов ИС обеспечивается при плот­ности дефектов не более одного на 1 см² для каждого лито­графического процесса.

В методе бесконтактной печати ширина зазора между шаб­лоном и пластиной находится в пределах 10—25 мкм. Перенос изображения при этом происходит в дифракционной об­ласти Френеля. Разрешение в этой области пропорционально (g)^1/2, где  — длина падающего света; g — ширина зазора между шаблоном и пластиной (составляет 2—4 мкм). Необ­ходимо отметить, что указанный зазор между шаблоном и пластиной полностью не исключает возможность поврежде­ния поверхности шаблона.

В методе проекционной платы эти повреждения полностью исключены. Высокий уровень разрешения (около 1,5 мкм) допускается с последующим его перемещением по поверхно­сти пластины.

Волновые эффекты при экспонировании

Рассматривая волновые эффекты при экспонировании сле­дует прежде всего остановиться на явлениях дифракции и интерференции.

Р
ис. 11.4.7. Типичная дифракционная картина для различных методов литографии

К
ак известно, дифракцией называется явление огибания излучением препятствий. Это явление приводит к проникно­вению излучения в область геометрической тени. На рис. 11.4.7 представлена типичная дифракционная картина для трех ви­дов проекционной печати. Распределение энергии падающего на фоторезист излучения пропорционально его интенсивно­сти, и, следовательно, край изображения на резисте опреде­ляется краями дифракционной картины. В идеальном случае при контактном экспонировании дифракция отсутствует, одна­ко это не всегда так. Расстояние между шаблоном и пласти­ной редко бывает менее длины волны излучения (последнее условие соответствует нахождению пластины в области гео­метрической тени). Кроме того, кремниевые пластины могут иметь волнистую поверхность; во избежание дифракционной картины при экспонировании используются проекционные си­стемы с автоматическим фокусированием при отображении каждого кристалла.

Рис. 11.4.8. Возникновение стоячей волны в пленке резиста при отражении от подложки

Локальные изменения интенсивности облучения возникают также при интерференции света из-за неравенства показа­телей преломления фоторезистивного материала и кремниевой пластины. Во время экспонирования на плоскопараллельную однородную, изотропную и прозрачную для света пленку фоторезиста (рис. 11.4.8) падает плоская монохроматическая световая волна (луч 1). Луч 2 проходит через фоторезист и лежащую Под ним пленку окиси кремния SiO₂ и отражается от поверхности кремниевой пластины (луч 3). За счет отра­жения света от поверхности кремниевой пластины и границы раздела фоторезист — пленка окиси кремния SiO₂ распрост­раняются две плоские волны. Суммирование падающей и отраженной световых волн в пленке фоторезиста приводит к образованию стоячей волны, причем огибающая функция ее интенсивности пропорциональна sin² (d*z/), где d — толщина пленки фоторезиста;  — длина волны падающего света; z— текущая координата, отсчитываемая от поверхности ре­зиста вглубь материала. Проявление позитивного резиста ус­коряется или замедляется в зависимости от достижения мак­симума или минимума интенсивности в пленке резиста (рис. 11.4.8, в). Абсолютная величина интенсивности излучения в ма­териале резиста также зависит и от тела свечения источника света, а также от отражательных характеристик оптической системы.

11.4.4. Электронно-лучевая литография

Общие положения

Размеры элементов в фотолитографическом процессе прин­ципиально ограничены длиной волны используемого излуче­ния. Для дальнейшего уменьшения элементов ИС необходимо применение электронно-лучевой и рентгеновской литографии.

Применение электронно-лучевой литографии позволяет:

а) получать элементы рисунка с размерами менее или равными 0,01 мкм (для фотолитографии не менее 0,5 мкм);

б) с высокой точностью контролировать дозу электронно­го пучка, падающего на резист и подложку;

в) легко отклонять и модулировать электронный пучок с высокой точностью электрическими и магнитными полями;

г) формировать в ряде случаев топологию схемы непо­средственно на пластине;

д) автоматизировать технологию создания топологическо­го рисунка;

е) профилировать электронный пучок.

Существенным недостатком электронно-лучевой литогра­фии является ее малая производительность по сравнению с оптической.

Создание субмикронной топологии требует фокусировки электронного луча в пятно диаметром около 0,01 мкм. При таких линейных размерах элементов топологии сканирование и прерывание электронного луча можно проводить только при использовании ЭВМ. Система управления при этом работает на частотах в несколько мегагерц.

Р
ис. 11.4.9..Принципиальная схема электронно-лучевой лито­графической установки

Уменьшение диаметра электронного пучка до указанных размеров требует использования термоэлектронных пушек с плотностью тока более 10⁴ А/м² и электронно-оптических не­магнитных линз. Угловое сканирование электронного луча при этом ограничивается, т. е. ограничивается площадь, ко­торую можно обработать, не меняя позицию пластины до величины порядка 10 мм. Пластина при электронно-лучевой литографии помещается обычно под электронным лучом на координатном столике (рис. 11.4.9). Для совмещения с тополо­гическим рисунком предыдущего уровня обычно использу­ются знаки совмещения, вытравленные предварительно в под­ложке. Положение этих знаков определяется по вторичным и обратно рассеянным электронам.

Электронные резисты. Взаимодействие электронов с резистом и материалом подложки

К резистам, применяемым в электронно-лучевой литогра­фии, предъявляются такие же требования, как к фоторезис­там в фотолитографии. В электронных резистах обычно происходят процессы расщепления цепочки в молекулах поли­мера под действием ионизирующего излучения (электронного пучка). При этом происходит уменьшение молекулярного веса полимера и он становится растворимым в специальном рас­творителе, не действующем на высокомолекулярный материал. Такие полимеры называются позитивными электронными резистами. В негативных электронных резистах под действием облучения электронами происходят процессы образования поперечных связей в молекулах полимера и формирования сложной трехмерной структуры. Необлученные участки полимера при этом имеют значительно меньший молекулярный вес по сравнению с облученными и удаляются путем растворения. При проникновении электронного луча В резист и подложку происходит взаимодействие электронов с веществом, их упругое и неупругое рассеяние (рис. 11.4.10).

Р
ис. 11.4.10. Основные виды взаимодействия электронов с ве­ществом

Таким образом, доза экспонирования одного участка пластины воздействует на процесс экспонирования соседних областей, что приводит к размытию профиля распределения энергии экспонирования. Это явление в электронно-лучевой литографии получило на­звание эффекта близости.

Технологические операции процесса электронно-лучевой литографии

Формирование элементов топологии заданных размеров, как правило, требует нескольких перемещений электронного луча, при этом промежутки между двумя соседними положе­ниями луча равны половине ширины луча. Луч в электронно­лучевой литографии имеет обычно гауссово распределение интенсивности. Различают два основных метода формирова­ния электронным лучом топологии ИС — векторное и растро­вое сканирование.

При векторном сканировании луч направляется в задан­ное по программе место на схеме, он включается и выклю­чается. После окончания сканирования одного участка плас­тины происходит перемещение координатного столика в пло­скости XY так, чтобы в поле действия электронного луча по­пал следующий участок. В системе векторного сканирования необходимо использование сложной электронной оптики, поз­воляющей с субмикронной точностью осуществлять переме­щение электронного пучка.

Растровое сканирование, наоборот, требует прецизионного перемещения координатного столика, поскольку в этом ме­тоде электронный луч непрерывно сканирует по полю малого размера (обычно несколько десятков микрон).

Векторная сканирующая система позволяет формировать топологию ИС при помощи электронного луча изменяемой формы. Электронному лучу, проходящему через апертуру, придается определенная форма. Вторая апертура, встречаю­щаяся на пути луча, формирует электронный пучок опреде­ленной геометрической формы в плоскости его сечения. Этот способ позволяет значительно увеличить производительность метода электронно-лучевой литографии и довести время фор­мирования изображения на пластине диаметром 125 мкм до нескольких минут, т. е. увеличить его на порядок. Повышение производительности может быть достигнуто с помощью одно­временной обработки пластин несколькими электронными лучами.

Характеристики

Список файлов учебной работы