Тема 3. Літографія в мікро- і наноелектроніці.

Останні роки характеризують надзвичайно високими темпами розвитку мікроелектроніки. Це зумовлено можливістю послідовного і безперервного зменшення мінімального характеристичного розміру елементів ІМС, який ще називають «технологічним стандартом» або «критичним розміром» - Critical Dimension (CD). Протягом усього часу існування і розвитку мікроелектроніки прогрес зменшення CD досягався винятково з застосуванням літографії. Ступінь володіння методами літограції зумовлює технічний рівень сучасної електроніки. Завдяки хвильовому характеру оптичних процесів найважливішою перевагою технологій літографічного формування зображень є можливість одночасного і паралельного перенесення зображення, що складається з багатьох мільйонів (чи мільярдів) елементарних фрагментів. Саме це є основою високої технічної та економічної ефективності методу і можливістю досягення рівня інтеграції елементів (транзисторів) на чіп. За рівнем, досягнутим методом зменшення CD, літографія подолала розмір в 100 нм і може називатись нанолітографією, а мікроелектроніка – наноелектронікою, хоча основні принципи мікроелектроніки при цьому не зазнають змін.

Літографія – технологія нанесення малюнка майбутньої мікросхеми на шар фоторезисту з допомогою літографічних масок. Найважливіша характеристика літографічного процесу є його роздільна здатність. Від неї залежить мінімальна товщина ліній, які можна нанести на фоторезисту.

В сучасному виробництві УВІМС застосовується проекційна літографія, яка забезпечує високу роздільну здатність.

В проекційній літографії використовуються лінзи або дзеркала, що дозволяють проектувати рисунок шаблона із зменшенням масштабу.

Роздільні здатність проекційної літографії визначається критерієм Релея: ,

Де довжина хвилі джерела випромінювання, числова апертура об’єктиву, а коефіцієнт, який залежить від типу фоторезисту і самого технологічного процесу. Збільшення роздільної здатності: 1.зменшення довжини хвилі або 2.збільшення числової апертури проекційної установки. Однак, збільшення числової апертури має негативний наслідок, оскільки літографічний процес характеризується і глибиною різкості, яка: . Зменшення глибини різкості вимагає більшої точності розміщення пластини в проекційній установці, щоб витримати паралельність її фокальній площині. Тому, основний спосіб – зменшення λ.

Літографія глибоко УФ діапазону.

В сучасній літографії використовується УФ випромінювання лазера з глибоке УФ випромінювання (Deep Ultraviolet) DUV.

Для покращення роздільної здатності при використанні УФ , застосовують різні технології поліпшення роздільної здатності, наприклад, маски-шаблони з фазовим зміщенням, такі шаблони (по суті – голограми) мають прозорих ділянках фазовий фільтр, який зсовує фазу прохідної хвилі на . В результаті інтерференції хвиль в протифазі відбувається взаємне їх ослаблення в області між двома експонованими лініями, що покращує контраст і підвищує роздільну здатність

Технологія EUV (Extreme Ultraviolet) – наджорсткого УФ випромінюваня з довжиною хвилі передбачала (Intel).

Однак, виникають певні проблеми:

Світло з поглинається всіма матеріалами. Тому в EUV використовують не традиційну пропускну оптику, а повністю відбивну: серія спеціальних опуклих дзеркал, які зменшують і фокусують зображення, отримане після використання маски-шаблону. Шаблони, які традиційно-пропускні, також повинні бути відбиваючими. Крім цього, вся система повинна перебувати у вакуумі, оскільки EUV хвилі поглинаються повітрям.

За такими показниками, як продуктивність, ресурс, відтворюваність, економічність EUV поступається іншим технологіям і не використовується у масовому виробництві.

Літографія м’якого рентгенівського діапазону використовує хвилі з . Роздільна здатність підвищується до стандарту , однак існують також проблеми, як у EUV. Крім цього, виникає необхідність використання надточної відбиваючої оптики: допустимі помилки форми дзеркал не перевищують 0,2 нм, а жорсткість поверхні – на атомарному рівні.

Використовують багатошарові дзеркала: «лантош-бор», «уран-бор», «молібден-кремній».

Імерсійна літографія – спосіб підвищення роздільної здатності за рахунок заповнення повітряного проміжку між останньою лінзою об’єктиву і плівкою фоторезисту рідиною з показником заломлення n > 1. Сучасні установки використовують в якості рідини високо очищену воду (CD < 45 нм) (IBM – 30 нм) при .

За допомогою імерсійної рідини можна збільшити показник заломлення простору між лінзою і об’єктом, збільшити тим самим апертуру.

Вимоги до імерсійної рідини: високий коефіцієнт заломлення; хімічна інертність до фоторезисту; відсутні температурні флуктуації, які призводять до неоднорідності, і як наслідок, розсіювання випромінювання, високий рівень фільтрації і дегазації (відсутність мікроскопічних бульбашок).