Литография высокого разрешения в технологии полупроводников (стр. 1 из 9)
КАЛУЖСКИЙ ФИЛИАЛ МОСКОВСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО
УНИВЕРСИТЕТА ИМЕНИ Н.И. БАУМАНА
Р Е Ф Е Р А Т
по НИРС
ЛИТОГРАФИЯ ВЫСОКОГО
РАЗРЕШЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Выполнил : Тимофеев А.
гр. ФТМ-61
Руководитель: Головатый Ю.П.
г. Калуга, 1996 г.
Содержание.
стр.
1. Фотолитография. 3
1.1 Ведение. 3
1.2 Основы оптики. 5
1.3 Контактная печать и печать с зазором. 8
1.4 Проекционная печать. 10
1.5 Совмещение. 12
1.6 Фотошаблоны. 13
1.7 Перспективы развития фотолитографии. 14
2. Электронно-лучевое экспонирование. 15
2.1 Введение. 15
2.2 Характеристики электронно-лучевых установок. 17
2.3 Поглощение излучения высоких энергий. 20
2.4 Производительность систем ЭЛ экспонирования. 20
2.5 Радиационные резисты. 22
2.6 Оборудование для ЭЛ экспонирования. 23
2.7 Совмещение. 27
2.8 Эффекты близости. 28
2.9 Радиационные повреждения приборов. 30
2.10 Перспективы. 31
3. Рентгеновское и ионно-лучевое экспонирование. 31
3.1 Рентгеновское излучение. 31
3.2 Ионные пучки. 33
4. Заключение. 35
5. Список литературы. 38
Фотолитография.
Введение.
Оптическая литография объединяет в себе такие области науки, как оптика, механика и фотохимия. При любом типе печати ухудшается резкость края (рис. 1). Проецирование двумерного рисунка схемы ведет к уменьшению крутизны края, поэтому нужен специальный резист, в котором под воздействием синусоидально модулированной интенсивности пучка будет формироваться прямоугольная маска для последующего переноса изображения травлением или взрывной литографией.
Если две щели размещены на некотором расстоянии друг от друга, то неэкспонируемый участок частично экспонируется по следующим причинам:
1) дифракция;
2) глубина фокуса объектива;
3) низкоконтрастный резист;
4) стоячие волны (отражение от подложки);
5) преломление света в резисте.
Рис. 1. Профили распределения интенсивности в изображения для случаев контактной печати, печати с зазором и проекционной литографии.
Изображение неточечного источника в фокальной плоскости идеального объектива никогда не бывает истинной точкой, а распределяется в дифракционную картину диска Эйри. Таким образом, неэкспонируемый промежуток частично экспонируется дифрагировавшим и отраженным от подложки излучением. Из-за ограниченной селективности последующего процесса сухого травления резиста и подложки требуется получение рисунка с круглым профилем в относительно толстой
пленке. Вследствие внутреннего эффекта близости (дифракционные потери) изолированные экспонируемые линии облучаются недостаточно и должны экспонироваться с большей дозой (ведет к искажению изображений линий размером более 3 мкм или неэкспонируемых промежутков размером менее 3 мкм) или проявляться с потерей толщины резиста в неэкспонируемых промежутках.
Таким образом, задача фотолитографии заключается в том, чтобы обеспечить совмещение и воспроизвести в резисте двумерный рисунок фотошаблона с точностью в пределах ±15% от номинального размера его элементов и с 5%-ным допуском на требуемый наклон краев. Послойное совмещение приборных структур должно осуществляться с точностью не хуже ±25% от размера минимального элемента. Оценка влияния проекционной оптики и системы совмещения определяется суммой среднеквадратичных ошибок переноса изображения и совмещения. Ширина минимально воспроизводимых линий при этом считается равной 4-кратной точности совмещения.
Используемые в фотолитографии источники экспонирующего излучения бывают как точечными (лазеры), так и протяженными (ртутные лампы). Спектр излучения этих источников лежит в трех основных спектральных диапазонах:
- Дальний УФ от 100 до 200-300 нм;
- Средний УФ 300-360 нм;
- Ближний УФ от 360-450.
Существует 3 типа фотолитографических устройств:
1) теневого экспонирования;
2) проекционные с преломляющей оптикой;
3) проекционные с отражательной оптикой.
При теневом экспонировании шаблон, выполненный в масштабе 1: 1, находится в физическом контакте с подложкой или отдален от нее на несколько микрометров в случае печати с зазором. Главными недостатками контактной печати являются повреждения шаблона и ограниченная совместимость.
В проекционных системах используются линзы или зеркала, позволяющие проецировать рисунок фотошаблона (масштаб 10:1, 5:1 или 1:1) на квадратное поле (20х20) или полоску (1,5 мм), которая затем сканируется по пластине.
В стандартной проекционной системе, осуществляющей перенос изображения, фокус объектива (f) является функцией диаметра его входного зрачка (D). Числовая апертура объектива (NA) в среде с показателем преломления n определяется как
NA=n sin q= D / 2f. (1)
Разрешение (W) объектива, определяемое для двух непрозрачных объектов, которые едва различимы в диске Эйри, согласно критерию Рэлея, равно
W=K l / NA (2).
Практическим разрешением считается 3- кратное значение разрешения, определенного по Рэлею, на длине волны экспонирования l :
W=1.83 l / NA (3).
Таким образом, разрешение улучшается при использовании более коротковолнового экспонирующего излучения (ДУФ) и объектива с большей числовой апертурой (за счет уменьшения размера экспонируемого поля). К сожалению, глубина фокуса (DF) также уменьшается с ростом NA, и определение место положения каждого кристалла требует дополнительного фокусирования:
DF=±l / 2 ( NA )2. (4)
Рис. 2. Зависимость числовой апертуры объектива от размера поля изображения.
Для объектива с числовой апертурой NA=0.35 при экспонировании на длине волны 300 нм глубина фокуса DF составляет менее 1.5 мкм. В этом случае неплоскостность пластин, неровный топографический рельеф, а также сама толщина резиста могут привести к невозможности получения субмикронных структур. Увеличение апертуры, к сожалению, ведет к уменьшению поля изображения, в этом случае за одну экспозицию возможно формирование лишь одного кристалла (рис. 2).
Основы оптики.
Размер скрытого изображения и величина краевого градиента резистных профилей ограничивается следующими основными физическими свойствами света:
1) когерентность;
2) дифракция;
3)интерференция;
4) астигматизм;
5) хроматические аберрации.
В случае когерентного излучения цуги световых волн распространяются так, что их гребни и впадины согласованы по фазе друг с другом. Монохроматические световые волны, распространяющиеся случайным образом так, что их гребни и впадины не сфазированы (частично сфазированы), называют некогерентным (частично когерентным) светом.
Если освещение изменяется от когерентного к частично когерентному, то контраст в передаваемом объективом изображении, эффективное разрешение и глубина фокуса изображения уменьшаются. В проекционной системе с осветителем келеровского типа источник экспонирующего излучения проецируется во входной зрачок проекционного объектива и это изображение становится эффективным размером источника. Если размер источника во входном зрачке увеличивается, то в случае протяженного источника фазовая корреляция излучения в плоскости объекта ослабевает, а дифракционные порядки идущего от предмета света увеличиваются в размере (рис.3).
Рис. 3. Частично когерентное освещение и результирующее распределение интенсивности. Дифракционные порядки рассеянного на объекте света увеличиваются в размере.
Техническое определение разрешающей способности объектива исходит из возможности объектива разрешать последовательность одинаковых прозрачных и непрозрачных полос (дифракционную решетку). Модуляционная передаточная функция (МПФ) выражает связь между объектом М1 и изображением М2:
МПФ=М1 / М2=( Макс - Мин) /
( Макс+Мин ). (5)
Коль скоро МПФ объектива определена, то могут быть сделаны предположения относительно размера функции рассеяния точки (диска Эйри),
контроля ширины линии и чувствительности к условиям экспозиции. Модуляция в 60% соответствует Iмакс=80% и Iмин=20% интенсивности света, пропущенного дифракционными элементами объектива (рис.4). При минимальной МПФ »0.60 допускается 20%-ое недоэкспонирование резиста. МПФ проекционной системы, имеющий дифракционные ограничения и некогерентный источник, идентично преобразованию Фурье круглого входного зрачка объектива:
МПФ= 2 / p [ ( f / 2 fc - f / p fc )(1 - ( f / 2 fc )2 )1/2] . (6)
где fc - (когерентная) пространственная частота отсечки:
fc=[М / ( 1 + M ) ] 1 / l ( tg arcsin NA), (7)
где М - увеличение системы, l - длина световой волны.
Рис. 4. Модуляционная передаточная функция.
Толщина резиста учитывается посредством усреднения МПФ системы в фокусе на поверхности резиста (t=0) и вне фокуса на дне резиста (t). Дефокусировка рассматривается как аберрация. Дефокусированная МПФ есть произведение сфокусированной МПФ и фурье-преобразования диска Эйри:
F( f )=( 1 / p R f ) J ( 2 p R f ), (8)
где R- радиус диска, J- функция Бесселя первого порядка. Таким
образом, для резиста заданной толщины t (рис.5):
МПФt=[(1+F)/2]МПФ0. (9)
МПФ оптических приборов резко спадает на пространственной частоте, которая ограничивает диапазон пространственных частот изображаемого предмета. При увеличении NA и уменьшении l улучшается качество передачи изображения (рис. 6). Расфокусировка может рассматриваться как аберрация. Таким образом, использование тонких пленок в многослойном резисте или резисте с поверхностным переносом изображения позволяет увеличить разрешение, особенно в случае близко расположенных линий или элементов.
Рис. 5. МПФ при толщине резиста: 0.4 (А), 0.8 (В) и 1.2мкм (С).