Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Июня 2015 в 11:29, реферат
Термин литография (от греческого lithos — камень, grapho — пишу) первоначально служил для обозначения способа печати, в котором в качестве печатной формы использовался шлифованный известняк. На его гидрофильную (смачиваемую водой) поверхность при помощи жирового карандаша вручную наносили рисунок. Олеофильные места изображения смачивались гидрофобной печатной краской, в то время как свободная поверхность известняка, увлажненная водой, печатную краску не воспринимала. Печатная краска с литографического камня (первой формы плоской печати) с помощью прижима переносилась на бумагу. Перед каждым нанесением краски поверхность известняка снова смачивали водой.
Системы, использующие электронное излучение, можно разделить на две большие группы: системы фокусированного сканирующего по подложке электронного пучка и проекционные системы, экспонирующие подложку целиком. Последние изучались интенсивнее, так как потенциально могут обеспечить более высокую производительность, благодаря одновременному экспонированию большего числа микросхем на подложке, по сравнению с последовательным экспонированием отдельных микросхем, даже и с относительно более коротким временем экспонирования каждой [3,4].
Сканирующие системы делятся на: 1) работающие с точечным пучком круглого сечения и Гауссовым распределением интенсивности излучения в пучке и 2) работающие с электронным пучком определенной формы в сечении .
Все сканирующие системы, вне зависимости от характера экспонирования, имеют общие черты. На рисунке 1.4 приведена упрощенная схема ЭЛУ с использованием электронного пучка, которая состоит из источника электронов (электронной пушки), оптической части (формирующей электронный пучок), механической части и ЭВМ для управления механической частью и электронным пучком.
Рисунок 1.4 – Схема ЭЛУ: 1 — программирующее устройство; 2 — управляющая ЭВМ; 3 — устройство для управления перемещением стола; 4— источник электронов; 5 — устройство для формирования пучка; 6 — отклоняющая система; 7 — вакуумная камера; 8 — слой электронорезиста; 9—металлическая фольга; 10 — кремниевая подложка; 11 — стол; 12 — устройство для перемещения стола.
Электронная оптическая колонна — важнейшая часть ЭЛУ — состоит из источника, одной или более линз (используемых для фокусировки и формирования пучка), приспособления, модулирующего пучок, диафрагмирующего ц отклоняющего устройства, последнее может с высокой точностью изменять положение пучка на экспонируемой поверхности. Предельные возможности каждого из этих устройств вместе с ограничениями, обусловленными рассеянием электронов в резисте и подложке, определяют возможности системы в целом.
Предполагаем, что экспонируется поверхность площадью а. Электронная оптическая система образует на этой площади максимальный ток i, который зависит от параметров электронной оптической колонны. ЭВМ, управляющая электронным пучком, задает частоту, с которой управляется электронный пучок. Все в целом определяет максимальное время экспонирования t. Из этих данных находят максимальную дозу DMакс, которая может быть получена резистом: DMaкс = it/a. Оптимальными параметрами по критериям экономичности обладают такие резисты, которые дозой Dмакс будут наилучшим образом экспонироваться сшиваясь (негативное изображение) или приобретая растворимость (позитивное изображение). ЭЛУ могут функционировать только с системой движения стола. В отличие от экспозиционных систем с пучком определенной формы, которые используют дискретное движение (шаг и экспонирование), в ЭЛУ с пучком круглого сечения возможно как непрерывное, так и дискретное движение подложки. Сечение негауссова пучка имеет, как правило, квадратную или прямоугольную форму. Изменением размеров и формы сечения пучка можно свести к минимуму число экспонирований, необходимых для образования данного изображения (рисунок 1.5)
Рисунок 1.5 - Схема системы, работающей с пучком электронов переменного сечения и размеров:
1 — формирующая сечение маска ; 2, 5 — линзы; 3 — устройство, отклоняющее пучок для вторичного формирования; 4 — экспозиционная маска; 6 ̶ устройство, отклоняющее пучок при экспонировании; 7 — экспонируемая поверхность (слой резиста). [5]
При рентгенолитографии изображение на полупроводниковую подложку переносится с шаблона, называемого рентгеношаблоном, с помощью мягкого рентгеновского излучения, длина волны которого X = 0,5- 2 нм. Разрешающая способность рентгенолитографии 0,2 — 0,3 мкм.
В настоящее время рентгенолитография не нашла широкого применения в серийном производстве полупроводниковых приборов и ИМС из-за сложности технологии и используемого оборудования. Для реализации рентгенолитографии необходимы:
При рентгенолитографии используют два способа переноса изображения с рентгеношаблона на рабочую площадь подложек: полностью и мультипликацией.
В обоих случаях совмещение выполняют по специальным меткам на рентгеношаблоне и подложках при освещении монохроматическим излучением видимого диапазона, а экспонирование — рентгеновским.
Плотность потока рентгеновский лучей, падающих на подложку, обратно пропорциональна расстоянию от их источника. Поэтому это расстояние, чтобы уменьшить время экспонирования, с одной стороны, должно быть небольшим, а с другой, для уменьшения размытости изображения из-за расходимости рентгеновского луча — большим. Кроме того, необходимо устанавливать с высокой точностью (не хуже 0,5 мкм) зазор между поверхностями рентгеношаблона и подложки, для чего их закрепляют в специальном устройстве.
Как известно, при облучении поверхности потоком ускоренных электронов она излучает рентгеновские лучи. Для создания высокоинтенсивного потока рентгеновского излучения необходимо использовать электронные пучки высокой плотности тока. В качестве материалов, используемых для изготовления мишеней, способных излучать рентгеновские лучи требуемых длин волн, обычно служат Си, Al, Mo, Pd.
Основной характеристикой источника рентгеновского излучения является длина волны и способность материала мишени выдерживать электронный поток высокой интенсивности. Мишень при облучении мощными потока электронов сильно нагревается, плавится и испаряется, поэтому отвод теплоты является основной задачей при создании высокоинтенсивных источников излучения. Так как электроны и рентгеновские лучи достаточно легко рассеиваются в воздухе, необходимо рентгеновский источник помещать в высокий вакуум. По этой же причине систему совмещения и экспонирования также располагают в низковакуумной рабочей камере или заполняют камеру гелием.
Рентгенорезисты не являются особым классом органических соединений и не отличаются по механизму работы от электронорезистов. Особенность состоит лишь в том, что поглощение слоем резиста рентгеновского излучения меньше, чем электронного, поэтому и эффективность экспонирования рентгеновскими лучами ниже. В результате поглощения кванта энергии рентгеновского излучения в резисте возникают фотоэлектроны, которые, взаимодействуя с полимерной основой позитивных, или негативных резистов, приводят к ее деструкции или объемной полимеризации.
Кроме того, следует учитывать, что в результате поглощения рентгеновского излучения подложка также излучает электроны, которые производят дополнительное экспонирование. Именно вторичное электронное излучение ограничивает разрушающую способность рентгенолитографии.
Важной проблемой рентгенолитографии является разработка технологии изготовления рентгеношаблонов, которые должны отвечать определенным требованиям. Маска рентгеношаблона, нанесенная на тонкую мембрану, должна хорошо поглощать рентгеновское излучение, а мембрана должна обладать малым коэффициентом поглощения, достаточной механической прочностью н не давать усадок и искажений при изменении внешних условий.
Исходя из этих требований, маски формируют в виде тонких пленок Au, Pt, W, Mo, а мембраны изготовляют в виде тонких слоев Be, Si, Si02, Si3N4, A1203, их сочетаний или специальных безусадочных полимерных пленок.
Как правило, рентгеношаблоны выполняют на жестком каркасе (обычно — это селективно вытравленные кремниевые подложки), на который наносят мембрану. Изображения элементов на рентгеношаблоне создают электронолитографией.
При рентгенолитографии следует учитывать также радиационные дефекты, которые возникают как в экспонируемых полупроводниковых подложках, так и в рентгеношаблонах. Дефекты, возникающие в формируемых в подложках транзисторных структурах, устраняют термическим отжигом. Высокие дозы рентгеновского излучения приводят к тому, что сроки использования рентгеношаблонов невелики.
Одним из достоинств рентгенолитографии является возможность получения структур субмикронных размеров с низким уровнем дефектности. Это объясняется тем, что загрязняющие частицы, как правило органические, существенно не ослабляют рентгеновское излучение при экспонировании, вследствие чего дефекты рентгеношаблона не переносятся на слой рентгенорезиста на подложке.
Рентгенолитографию следует рассматривать как один из наиболее перспективных методов литографии при изготовлении сверхбыстродействующих полупроводниковых приборов и ИМС. [6]
Упрощенная схема экспонирования при рентгенолитографии показана на рисунке 1.6.
Рисунок 1.6- Схема экспонирования рентгенолитографии: 1 ̶ поток рентгеновских лучей, 2 ̶ канал совмещения, 3 ̶ опорная рамка рентгеношаблона, 4 ̶ область экспонирования (окно в опорной рамке), 5 ̶ рисунок на слое, непрозрачном для рентгеновских лучей, 6 ̶ окно для совмещения рентгеношаблона и подложки, 7 ̶ пленка, несущая рисунок и прозрачная для рентгеновских лучей, 8 ̶ метка совмещения на подложке, 9 - слой рентгенорезиста, 10 ̶ подложка
Ионная литография — перспективный метод получения структур с субмикрометровыми размерами элементов. По сравнению с другими методами микролитографии она имеет ряд преимуществ. Разрешающая способность ионной литографии выше, чем у электронной. Дифракционные ограничения практически отсутствуют, так как длина волны де Бройля для ионов при сравнимых энергиях значительно меньше, чем для электронов и, тем более, фотонов. Для ионной литографии не существует эффекта близости. Боковое рассеяние ионов при их проникновении в вещество незначительно, вторичные электроны обладают малой энергией и тормозятся на расстояниях, меньших сотой доли микрометра [7]. И, наконец, резисты обладают значительно большей чувствительностью к ионам, чем к электронам, так как удельные потери энергии ионов в десятки раз больше [8].
Как и в электронной литографии, существует два способа создания рисунка: обработка резиста управляемым остро сфокусированным ионным зондом и проекционный перенос изображения с ласки на пластину, покрытую резистом. В ионной литографии требования к источникам аналогичны требованиям, предъявляемым к источникам в электронной литографии. Известны три типа ионных источников, пригодных для ионной литографии: дуоплазмотронный, жидкометаллический и газофазный с полевой ионизацией. Работа первого из них основана на извлечении ионов из плазмы газового разряда, а второго и третьего — на явлении отрыва ионов жидкого металла или сорбированного газа с острия анода под действием сильного электрического поля.
Ускоренные ионы например Ga3+, Ве2+, In3+, Sn2+ и другие при прохождении через вещество могут вызвать химические реакции подобно ускоренным электронам. Однако, поскольку рассеяние ионов (с энергией 1—3 МэВ) существенно меньше рассеяния электронов, существует возможность при помощи ионной литографии достигать высоких степеней разрешения [9]. Фокусированный пучок ионов можно сканировать подобно потоку электронов, что может быть использовано для непосредственного образования структур с высокой плотностью элементов в разных полимерных материалах, например в ПММА [12]. Разрешение определяется рассеянием ионов и возникающих вторичных электронов.
Возможности ионной литографии интенсивно изучаются, однако к ее технологическому использованию ведет еще долгий путь. На рисунке 1.7 изображены два возможных исполнения ионного источника: триодное (источник, экстрактор и первый ускоритель) с чеканными электростатическими линзами (рисунок 1.7, а) и тетродное (рисунок 1.7,б).
Рисунок 1.7 - Схема ионного источника в (а) и тетродном {б) исполнении:
1 — ионный источник (жидкий металл); 2—экстрактор; 3 — электростатические линзы; 4—триодная область; 5 — ускорители.
Разработана система
Выводы: в данном разделе рассмотрены основные виды литографии.
Процесс литографии состоит из двух основных стадий: формирования необходимого рисунка элементов в слое актиночувствительного вещества (резиста) его экспонированием и проявлением; травления нижележащего технологического слоя (диэлектрика, металла). Широкое применение литографии обусловлено высокой воспроизводимостью результатов и гибкостью технологии. Все виды литографии различаются длиной волны используемого излучения.
Фоторезисты — это светочувствительные материалы с изменяющейся по действием света растворимостью, устойчивые к воздействию травителей и применяемые для переноса изображения на подложку.