11.4.3. Оптическая литография

Методы оптической литографии

На рис. 11.4.6 представлены основные методы оптической литографии.

Рис. 11.4.6. Методы фотолитографии:а — контактный; б—бес­контактный; в — проекционный

В контактном методе вследствие тесного контакта между шаблоном, резистом и кремниевой пластиной легко воспроизводятся элементы размером до 1 мкм. К недостатку этого метода следует отнести наличие загрязнений, например пы­линок, на поверхности кремниевой пластины. Эти загрязнения приводят к повреждению поверхности шаблона при соприкос­новении его с пластиной. Следует отметить, что высокий уро­вень выхода годных кристаллов ИС обеспечивается при плот­ности дефектов не более одного на 1 см² для каждого лито­графического процесса.

В методе бесконтактной печати ширина зазора между шаб­лоном и пластиной находится в пределах 10—25 мкм. Перенос изображения при этом происходит в дифракционной об­ласти Френеля. Разрешение в этой области пропорционально (g)^1/2, где  — длина падающего света; g — ширина зазора между шаблоном и пластиной (составляет 2—4 мкм). Необ­ходимо отметить, что указанный зазор между шаблоном и пластиной полностью не исключает возможность поврежде­ния поверхности шаблона.

В методе проекционной платы эти повреждения полностью исключены. Высокий уровень разрешения (около 1,5 мкм) допускается с последующим его перемещением по поверхно­сти пластины.

Волновые эффекты при экспонировании

Рассматривая волновые эффекты при экспонировании сле­дует прежде всего остановиться на явлениях дифракции и интерференции.

Рис. 11.4.7. Типичная дифракционная картина для различных методов литографии

Как известно, дифракцией называется явление огибанияизлучением препятствий. Это явление приводит к проникно­вению излучения в область геометрической тени. На рис. 11.4.7 представлена типичная дифракционная картина для трех ви­дов проекционной печати. Распределение энергии падающего на фоторезист излучения пропорционально его интенсивно­сти, и, следовательно, край изображения на резисте опреде­ляется краями дифракционной картины. В идеальном случае при контактном экспонировании дифракция отсутствует, одна­ко это не всегда так. Расстояние между шаблоном и пласти­ной редко бывает менее длины волны излучения (последнее условие соответствует нахождению пластины в области гео­метрической тени). Кроме того, кремниевые пластины могут иметь волнистую поверхность; во избежание дифракционной картины при экспонировании используются проекционные си­стемы с автоматическим фокусированием при отображении каждого кристалла.

Рис. 11.4.8. Возникновение стоячей волны в пленке резиста при отражении от подложки

Локальные изменения интенсивности облучения возникают также при интерференции света из-за неравенства показа­телей преломления фоторезистивного материала и кремниевой пластины. Во время экспонирования на плоскопараллельную однородную, изотропную и прозрачную для света пленку фоторезиста (рис. 11.4.8) падает плоская монохроматическая световая волна (луч 1). Луч 2 проходит через фоторезист и лежащую Под ним пленку окиси кремния SiO₂ и отражается от поверхности кремниевой пластины (луч 3). За счет отра­жения света от поверхности кремниевой пластины и границы раздела фоторезист — пленка окиси кремния SiO₂ распрост­раняются две плоские волны. Суммирование падающей и отраженной световых волн в пленке фоторезиста приводит к образованию стоячей волны, причем огибающая функция ее интенсивности пропорциональна sin² (d*z/), где d — толщина пленки фоторезиста;  — длина волны падающего света; z— текущая координата, отсчитываемая от поверхности ре­зиста вглубь материала. Проявление позитивного резиста ус­коряется или замедляется в зависимости от достижения мак­симума или минимума интенсивности в пленке резиста (рис. 11.4.8, в). Абсолютная величина интенсивности излучения в ма­териале резиста также зависит и от тела свечения источника света, а также от отражательных характеристик оптической системы.