Литография высокого разрешения в технологии полупроводников (стр. 7 из 9)
Существенное ослабление влияния эффектов обратного рассеивания особенно в нанометровой литографии в случае применения как позитивных, так и негативных резистов может быть достигнуто при использовании в качестве подложки мембраны в 5-10 раз более тонкой, чем наименьший размер элементов формируемого изображения. Коррекция эффектов близости, которая сводится к разбиению фигур рисунка на части, со своей дозой в каждой, либо к изменению размеров элементов рисунка, для некоторых топологий может быть формализована.
Рис. 22. Влияние толщины резиста на величину взаимного эффекта близости в периодической структуре из линий и промежутков шириной 1.0 мкм (кремниевая подложка, позитивный резист, энергия пучка 25 кэВ).
Поскольку проявление эффекта близости возрастает почти прямо пропорционально с толщиной резиста как однослойного, так и многослойного (рис. 22), то уменьшение толщины ослабляет эффект близости. Многослойные резисты - практическое решение проблемы эффекта близости.
Радиационные повреждения приборов.
Пучки электронов , рентгеновское излучение и ионы высокой энер-гии проникают в активные облас-ти кремниевых приборов на глу-бину 5-10 мкм.
Нарушение работы МОП прибо-ров обусловлено генерацией элект-ронно-дырочных пар, поверхност-
ных состояний на границе раздела Si-SiO2 и дополнительными нейтральными ловушками в окисле.
Если положительный заряд оксида и поверхностные состояния на границе раздела Si-SiO2 можно ликвидировать отжигом при температуре от 300 до 450 0С, то от радиционно-индуцированных нейтральных ловушек избавиться таким способом нельзя.
Поскольку степень радиционных повреждений пропорциональна поглощенной дозе, то использование резистов большей чувствительности и пучков низкой энергии (< 10 кэВ) позволило бы ее снизить. Применение позитивного ЭЛ резиста и удаление металла посредством травления ( а не взрывным способом) на этапе формирования металлизации будет ослаблять прямое облучение критических областей прибора.
Другой проблемой ЭЛ- экспонирования (особенно с кварцевым шаблоном) является нагрев резиста, вызывающий искажение изображения, газовыделение из резиста, загрязняющее катод из LaB6, и появление пузырьков в резисте над метками совмещения, искажающих сигнал совмещения. Степень ЭЛ-нагрева кремниевых и стеклянных подложек зависит от мгновенной мощности пучка, теплопроводности резиста и подложки. Для снижения дозы и уменьшения нагрева нужны чувствительные (1 мкКл/см2) резисты. Нагрев способных к деструкции резистов, таких, как полисульфоны и полиальдегид, может вызвать повышение чувствительности, но всегда с риском появления искажений на углах рисунка и периодических структурах (линия+промежуток) с шагом менее 2 мкм.
Перспективы.
При изготовлении малых партий (большой номенклатуры) заказных логических схем из базового кристалла прямое рисование электронным лучем экономичнее, чем фотопечать через шаблон. Благодаря высокой разрешающей способности ЭЛ-литография будет и дальше использоваться при изготовлении шаблонов для световых, рентгеновских и ионных пучков. Кроме того, точность совмещения на каждом кристалле при ЭЛ-экспонировании составляет ±0.1 мкм, что является решающим преимуществом перед всеми остальными видами экспонирования.
Рентгеновское и ионно-лучевое экспонирование.
Рентгеновское излучение.
В простейшем случае в рентгеновской (рис. 23) и ионно-лучевой литографии используется теневой шаблон. Недостатки такой схемы связаны с возникновением полутени, обусловленной размерами (неточностью) источника и зазором между шаблоном и пластиной; аналогичные эффекты наблюдаются при использовании диффузного оптического источника в фотолитографии.
Качественная печать обеспечивается при наличии четырех составляющих:
1) высокоинтенсивного коллимированного источника;
2) механического, электрического, оптического или ЭЛ совмещения шаблона с заданной точностью;
3) прецизионного контроля зазора;
4) недорогого мембранного либо трафаретного шаблона.
Искажение, возникающие при облучении шаблона расходящимся пучком (рис. 23), равно Dr/r=Dd/l, где l расстояние между шаблоном и источником, Dd зазор между пластиной и шаблоном (рис. 24). Субмикронная печать обеспечивается при зазоре шаблон пластина порядка 1 мкм. Искривления пластины, возникающие в ходе многих стандартных технологических процессов, делает такой зазор трудно достижимым.
.
Рис. 23. Эффект полутени в рентгеновской теневой печати, обусловленный недостаточной коллимацией пучка,
Ошибки, связанные с зазором, можно отчасти устранить, если перейти к пошаговому экспонированию либо повысить чувствительность резиста до 1 мДж/см2, что позволит удалить источник излучения от пластины. Главные трудности связаны с термостабильностью шаблона, так как нагрев шаблона экспонирующем излучением приводит к изменению размеров элементов в плане и ошибкам совмещения.
Из-за малого поглощения время рентгеновского экспонирования чрезвычайно велико. Первыми шагами к совершенствованию рентгеновской печати (с зазором) является создание:
1) высокочувствительных резистов;
2) интенсивного источника;
3) точной и надежной системы совмещения;
4) прозрачного и стабильного шаблонов.
Рис. 24. Зависимость ширины проявленной линии от расстояния между поверхностью резиста и рентгеновским шаблоном.
В рентгеновской литографии шаблон при совмещении помещается над пластиной с зазором 10 мкм для увеличения его срока службы. Поскольку длина волны рентгеновского излучения мала, можно пренебречь дифракционными эффектами и оперировать простыми геометрическими представлениями при формировании рисунка на шаблоне. Непрозрачные участки шаблона затеняют пластину под шаблоном, но край тени получается не совсем резким из-за конечных размеров (S) источника рентгеновского излучения (диаметр пятна сфокусированных на аноде электронов),
находящегося на расстоянии D от шаблона. Если зазор между шаблоном и пластиной обозначить через g, то ширина области полутени равна :
s=g(S/D) (29)
Типичные значения: g=20 мкм, S=3 мм, D=30 см. При этом разрешающая способность определяется (1) шириной области полутени s, (2) минимально возможной шириной линии на шаблоне и (3) контрастностью резиста. В высококонтрастных резистах края изображения могут быть существенно более резкими, чем это задается значением s. При увеличении зазора между шаблоном и пластиной уход размера изображения на пластине и время экспонирования возрастают. Чтобы уменьшить боковые искажения в случае точечного источника, использовался шаблон с наклоненными к его центру поглощающими элементами. Мощность обычных источников сравнительно мала:
Источники обычного типа 0.1-1.0 мВт/см2
Импульсные 10-100 мВт/см2
Синхротрон 100-1000 мВт/см2
Поскольку в качестве шаблона используется сплошная полупрозрачная мембрана, то, по крайней мере, 50% излучения поглощается шаблоном. Для сбалансированности между контрастностью проходящего пучка и временем экспонирования (интенсивность) лишь малая часть рентгеновского излучения должна проходить сквозь непрозрачные участки шаблона. Минимальный контраст между прозрачным и непрозрачным участками шаблона для экспонирования резиста составляет 4:1 (модуляция 60%). Вторичные электроны, испускаемые поглощающими элементами из золота, могут вызывать “размывание” края изображения. Для ослабления эмиссии вторичных электронов применяется покрытие из полиимида поверх золотого рисунка, поглощающее выбитые фотоэлектроны, иначе уход размера может достигать 0.2-0.4 мкм. При взаимодействии рентгеновского излучения с подложкой вторичные фотоэлектроны, имеющие небольшую длину пробега, рассеиваются в обратном направлении, что может вызывать уширение основания изображения в позитивном резисте.
Для того чтобы рентгеновская литография стала технологичной, нужно решить ряд важных проблем. Для достижения хотя бы минимальной приемлемой производительности 2-5 пластин диаметром 125 мм в час требуется резист с чувствительностью не хуже 1 мДж/ см2 для обычных (возбуждаемых электронным пучком) рентгеновских источников.
Ионные пучки.
Литографическое применение ионных пучков возможно: в установках пошаговой печати; в системах, использующих фокусированные пучки протонов, ионов Si+, В, Р.
Главным достоинством ионных пучков по сравнению с электронными является малое обратное рассеяние и, следовательно, минимальный эффект близости.
В ионно-лучевой литографии используются шаблоны типа металл на кремний или трафаретные. В случае применения последних произвольный рисунок можно воспроизвести, используя взаимодополняющие трафаретные шаблоны.
Для того чтобы ионная литография могла конкурировать с рентгеновской литографией, необходимо создать компактный источник ионов. Здесь пригодны схемы совмещения, разработанные для установок рентгеновской литографии. Из-за эффектов полутени и коробления пластины следует избегать экспонирования больших областей.
Фокусированные ионные пучки можно использовать для экспонирования резистов, исправления дефектов фотошаблонов, а также в безрезистной литографии и непосредственного травления оксида кремния.