2.7.2. Литография в вуф-диапазоне
К ВУФ относят диапазон длин волн λ=10-200 нм; с коротковолновой стороны он граничит с мягким рентгеном, и граница λк*~10 нм здесь не слишком строго обозначена. Длинноволновая граница λд*~200 нм ВУФ связана с сильным поглощением излучения атмосферой, по причине которого оптический путь должен вакуумироваться. Поглощение воздухом есть следствие ионизации газов, граница которой с длинноволновой стороны задается кислородом и кислородосодержащими газами, а нижняя – водородом, затем гелием, азотом. Так что заполнение оптического пространства последними сдвигает эту границу в коротковолновую сторону, делая диапазон λ~200-100 нм относительно легкодоступным.
Что же касается оптических материалов, прозрачных в ВУФ, то их выбор сильно ограничен, а материалов, прозрачных при λ ≤ 100 нм, не существует вовсе, что и делает для традиционной оптики практически интересной только эту, довольно узкую полосу электромагнитных волн: 100-200 нм. Для рассматриваемой части ВУФ-диапазона hv cоставляет от 6,2 до 12,4 эВ. К материалам, имеющим Еg в этом диапазоне относятся лишь несколько диэлектриков. Среди них фториды LiF (11,8 эВ), MgF2 (10,8 эВ), CaF2 (10,1 эВ), SrF2 (9,7 эВ), BaF2 (9,2 эВ); оксиды Al2O3 (8,7 эВ), кварц кристаллический SiO2 (8,55 эВ), ВeO (8,1 эВ), при этом только LiF и MgF2 перекрывают почти весь диапазон. Коротковолновая граница прозрачности (при длине оптического пути L = 10 мм) составляет 105 и 114 нм для LiF и MgF2, соответственно. Для засветки в ВУФ диапазоне различные эксимерные лазеры, среди которых наиболее эффективны в выделенном нами поддиапазоне лазеры ArF, 193 нм (известны также NeF, 175 нм, и др.). Именно создание эксимерных лазеров, обладающих гигантской выходной мощностью (например, эксимерный лазер KrF, 248 нм, развивает энергию 10-1000 мДж в импульсе длительностью 5 – 20 нс, при частотах повторения до f=1000 Гц) стало существенным фактором развития ВУФ микролитографии.
Поскольку практически не существует материалов, при которых энергия фотона в ВУФ-диапазоне не превышала бы необходимой энергии разрушения химической связи, работа в ВУФ-диапазоне нивелирует разницу в фотохимической прочности органических и неорганических материалов.
Отметим следующее обстоятельство субмикронной микролитографии, где может легко возникнуть противоречие, связанное с тем, что рельеф микроэлектронной структуры оказывается глубже минимального размера элемента, который необходимо получить при ФЛ. Это создает трудноразрешимые проблемы с глубиной резкости, переменностью зазора и т.д. Вместе с тем при изотропном проявлении толщина слоя резиста h не должна быть больше минимальной разрешаемой полосы (h< ). Чтобы преодолеть это противоречие, на практике пользуются многослойными резистами различных составов. На рис. 2.27 приведен пример трехслойного резиста для ВУФ микролитографического процесса.
Первый слой здесь представляет собой планаризатор - органический материал, наносимый относительно толстым слоем и сохраняющий планарность поверхности, несмотря на рельеф сформированной ИС. Второй слой состоит из тонкого покрытия, стойкого к ионно-плазменному травлению. И лишь третий, тонкий верхний слой является собственно фоточувствительным резистом.
Рис.2.27. ВУФ-литография с применением трехслойного резиста.
Интересную идею предлагают инженеры из Беркли: для того, чтобы сфокусировать пучок УФ-излучения, применяемый при фотолитографическом способе производства микросхем, до сверхмалых площадей (около 80 нм в поперечнике), они намерены использовать плазмонные металлические линзы (рис.2.28). Плазмон - квазичастица, квант плазменных колебаний, возникает при описании электромагнитных свойств металлов, рассматриваемых как совокупность образованной ионами металла трёхмерной кристаллической решётки и заполняющего эту решётку электронной плазмы. При определённых условиях такая электронная плазма взаимодействует с падающим на металл световым (электромагнитным) потоком подобно линзе – оказывая влияние на форму пучка.
Рис. 2.28. Фрагмент серебряной плазмонной линзы. Активные участки диаметром 4 мкм из концентрических колец фокусируют падающий свет в пучок диаметром менее 100 нм (фото с сайта www.berkeley.edu)
Плазмонная фокусировка оказывается куда более точной, чем при использовании вещественных линз. Размер итогового пучка зависит от точности фокусировки, а скорректировать «форму» плазмонной линзы электронными средствами управления значительно проще, чем с той же точностью отшлифовать линзу из стекла или иного материала. В лаборатории были получены пучки, при помощи которых на поверхности образца изображались структуры с характерной толщиной линий 80 нм. Исследователи из Беркли заявляют, что уже в ближайшем будущем при помощи плазмонной нанолитографии приложении к устройствам хранения данных может обеспечить плотность записи, на 1-2 порядка превосходящую доступную на рынке в настоящее время. Сегодняшний предел разрешения, достигаемый посредством традиционной фотолитографии, составляет 32 нм. Новая методика, по заверениям разработчиков, способна за короткое время пройти путь до 5-10 нм.