8.2 Повышение разрешающей способности фотолитографии

8.2.1 Фазосдвигающие маски

При экспонировании близкорасположенных линий световые лучи имеют приблизительно одинаковые фазы. В области между соседними линиями происходит интерференция «хвостов» экспонирующих эти линии световых потоков. При работе в режиме близком к дифракционному пределу это приводит к резкому снижению разрешающей способности (см. рис. 8.8) [6]. Применение специальных фазосдвигающих покрытий при изготовлении фотошаблонов обеспечивает экспонирование соседних линий лучами с противоположными фазами, что позволяет повысить разрешение.

Более простым способом исключения интерференционных эффектов является экспонирование с применением так называемого внеосевого освещения. В этом случае угол падения света на резист выбирается так, чтобы соседние линии освещались лучами с противоположными фазами.

Рисунок 8.8 - Экспонирование резиста с использованием

шаблона без сдвига фазы (слева) и с фазовым сдвигом (справа):

1 - кварцевое стекло, 2 - фотомаска, 3 - фазосдвигающее покрытие;

а) фаза монохроматического излучения над фоторезистом;

б) энергия излучения в фоторезисте с учетом интерференции;

в) рабочий эффект излучения

8.2.2 Многослойные резисты

Уже существующий на поверхности пластины сложный рельеф перед очередным нанесением фоторезиста можно «выровнять» (планаризовать) путем нанесения специального антиотражающего покрытия (см. рис. 8.9) [6, 11]. Помимо планаризации поверхности, этот дополнительный слой поглощает излучение, отраженное от поверхности подложки.

Рисунок 8.9 - Применение двухслойного резиста с антиотражающим покрытием: а) нанесение на подложку (1) антиотражающего покрытия (2) и резиста (3); б) экспонирование; в) проявление

Обычно в качестве антиотражающего покрытия используются различные низкочувствительные к излучению органические композиции. Они должны пропускать свет в том же спектральном диапазоне, что и резист, обладать хорошей адгезией к подложке и резисту, проявляться и удаляться тем же процессом, что и резист. Высокочувствительный слой верхнего резиста может иметь малую толщину, что положительно влияет на допустимую глубину фокуса и, соответственно, качество изображения.

На рис. 8.10 показана схема процесса, который может быть назван литографией с двухслойным резистом различной полярности [6, 11]. На первом этапе на подложку с ранее организованным сложным рельефом наносится толстый слой позитивного резита. Его толщина выбирается из условия достижения максимальной планаризации поверхности пластины. Затем наносится тонкий слой резиста другой полярности. Его толщина выбирается из условия получения оптимальной глубины фокуса и достижения наивысшего разрешения для данной оптической системы. После экспонирования и проявления тонкого верхнего резистивного слоя он играет роль маски при глубоком экспонировании толстого нижележащего резиста.

Рисунок 8.10 - Схема литографического процесса с двойным

резистом разной полярности: а) исходная структура; б) нанесение

слоя первого (позитивного) резиста; в) нанесение, экспонирование и проявление слоя второго (негативного) резиста; г) экспонирование и проявление первого резиста, травление рельефа

Существует и др. варианты использования двухслойного резиста. Один из них получил название «lift-off» процесс³² и часто используется для получения металлических линий нанометрового масштаба (см. рис. 8.11) [6]. Рельеф фотрезиста в этом процессе можно рассматривать как трафарет, абсолютно плотно совмещенный с подложкой. Последующие операции состоят в осаждении рабочей пленки и стравливании рельефа фоторезиста. При этом вместе с резистом удаляются и те участки рабочей пленки, которые нанесены на его поверхность.

Рисунок 8.11 - «Lift –off» процесс, основанный на применении двухслойного резиста: 1 - подложка, 2 - первый резист, 3 - второй резист, 4 - металл;

а) проявление двухслойного резиста; б) осаждение металла;

в) удаление резистивного слоя