150

Явление рассеяния ограничивает минимальную воспроизводимую ширину линий. Поскольку обратнорассеянные электроны могут проходить большие расстояния перед повторным внедрением в пленку резиста, их некоторое количество внесет вклад в экспонирование областей резиста, расположенных в окрестности сформированного изображения. Другими словами, суммарная поглощенная резистом энергия зависит от близости соседних экспонируемых областей.

Итак, недостатками электронно-лучевой литографии являются:

малая производительность по сравнению с оптической;

сложность изготовления шаблонов;

сложность и высокая стоимость оборудования.

Внастоящее время электронное экспонирование применяется при изготовлении фотооригиналов, фото- и рентгеношаблонов; шаблонов для проекционной электронолитографии, а также полупроводниковых сверхбольших ИМ с размерами элементов менее 1 мкм.

10.2. Рентгеновская литография

Рентгеновская литография (РЛГ) является частным случаем оптической печати с длиной волны экспонирующего облучения в пределах 0,4…5 нм. Проявление дифракционных эффектов в этом методе за счет малой величины длины волны рентгеновского излучения сведено до минимума, загрязнения шаблона не приводят к появлению дефектов, т.к. они в этом диапазоне прозрачны.

Основы рентгеновской литографии. Рентгеновское излучение (РИ)

получают путем облучения мишени потоком ускоренных электронов. В зависимости от характера взаимодействия ускоренных электронов с атомами облучаемого вещества могут возникать два вида РИ: белое или характеристическое. Белое излучение вызывается торможением электронов при их взаимодействии с электронами внешних оболочек; характеристическое излучение вызывается взаимодействием с электронами внутренних оболочек атомов облучаемого вещества, в результате чего последние с внутренних оболочек переходят на внешние или покидают атом. Переходы электронов на освободившиеся внутренние оболочки атомов сопровождаются характеристическим рентгеновским излучением. Разность кинетических энергий электронов различных внутренних оболочек существенно больше, чем внешних, поэтому характеристическое излучение по сравнению с белым имеет существенно меньшую длину волны.

При поглощении РИ в слое рентгенорезиста образуются фотоэлектроны, которые осуществляют перестройку его структуры. Структурирование и деструкция под действием фотоэлектронов аналогичны процессам, происходящим в электронорезистах при облучении ускоренными электронами. Этим объясняется применение для РЛГ электронорезистов.

Чувствительность рентгенорезистов – энергия РИ, поглощенная единицей площади, достаточная для проявления слоя рентгенорезиста на всю глубину.

151

На практике применяют резисты на основе ПММА и ПБС с разрешающей способностью 0,1 и 0,5 мкм и чувствительностью 1000 и 100 мДж/см2 соответственно. Большую разрешающую способность имеют негативные резисты, в молекулы которых введены сильно поглощающие атомы хлора, но, негативные резисты не обеспечивают высокого разрешения из-за набухания при жидкостном проявления. В настоящее время получены и продолжают исследоваться резисты, проявляемые в кислородной плазме.

Источники рентгеновского излучения. Стандартные источники РИ – металлическую мишень, бомбардируемую ускоренными до 10... 20 кэВ электронами. Меньшее фоновое излучение, ухудшающее контрастность экспонирования, имеют мишени из материала с малым атомным номером. Материалов с длиной волны РИ 0,4…5 нм весьма мало (табл. 10.1).

Идеальным источником для РЛГ с высоким разрешением является синхротрон, однако он слишком велик и дорог. Поэтому целесообразнее применять синхротронное излучение от накопительного кольца или плазменные источники.

Шаблоны для РЛГ. РШ должны быть изготовлены на достаточно прозрачной для применяемого рентгеновского излучения основе, чтобы время экспонирования было небольшим. Материал пленочного рисунка должен быть непрозрачен. Основа должна сохранять стабильные размеры, быть прочной при многократном использовании и прозрачной для видимого света, если применяется оптическое совмещение. Выбор материала для изготовления шаблона затруднен, так как при λ<0,4 нм поглощение РИ слишком мало и нет оптимального материала для маскирующего слоя шаблона, а при λ>5,5 нм все материалы настолько сильно поглощают РИ, что не найти подходящего для основы шаблона. Сильное поглощение материалами РИ обусловливает λмакс волны для экспонирования 5 нм и малые толщины основы шаблонов 1...10 мкм. В качестве маскирующего слоя шаблона обычно применяют Au. Для основы шаблона применяют материалы, приведенные в табл. 10.2.

При выборе материалов для РШ необходимо согласование спектров мишени, основы и маскирующего слоя. Например, при использовании характеристического РИ излучения Al мишени (λ=0,83 нм) для основы шаблона применяют Si, а для непрозрачного рисунка – Au.

152

Технология производства шаблонов. На кремниевой сильнолегированной пластине наращивают слаболегированный слой Si толщиной около 3 мкм. Поверх этого слоя наносят пленки SiO2 или Al2O3, Cr

и Au (рис. 10.9).

Рис. 10.9. Схема процесса изготовления кремниевых рентгеношаблонов:

а – эпитаксиальное наращивание слоя п- Si, нанесение пленок SiO2 или Al2O3, Cr и Au; б – формирование рисунка шаблона;

в – локальное травление п+ Si

Затем в двойном слое Cr – Au формируют рисунок с помощью ЭЛГ в сочетании с сухим травлением. После этого, используя контактную маску из SiO2, сильно легированный Si удаляют травлением, не действующим на слаболегированный слой. Чтобы получить плоский негнущийся шаблон большой площади, травление ведут не по всей поверхности, а локально, удаляя кремний в областях, соответствующих расположению рисунка каждой ИМ. Таким образом, исходная пластина кремния служит конструктивной основой, придающей шаблону жесткость; роль собственно шаблона выполняет тонкий слой – мембрана из слаболегированного кремния с нанесенным на него рисунком из золота.

Рентгеновское экспонирование. Поскольку создать оптические системы для длин волн рентгеновского диапазона не представляется возможным, экспонирование выполняется только теневым способом с масштабом рисунка на шаблоне 1:1. В вакуумной камере установки (рис.