SHADOW / LIT_OB

Введение

По мнению специалистов фирмы Finle Technologies (США) и консорциума SEMATECH, в ближайшие 5-10 лет фотолитография сохранит лидирующее положение среди различных способов создания рисунка ИС.

Одним из факторов, способствующих сохранению лидирую-щего положения фотолитографии среди различных способов фор-мирования рисунка ИС, являются наличие у изготовителей необхо-димых установок фотолитографии и большой опыт работы с ними.

Как в любом секторе полупроводниковой промышленности, всё большее беспокойство специалистов в области литографии вызывает рост стоимости каждого следующего поколения техно-логического оборудования и материалов, тем более что на долю операции литографии приходится 1/3 затрат на изготовление полу-проводникового прибора в целом. По прогнозу, в период 1992-1996 гг. среднегодовые темпы прироста средней цены установок последовательного шагового экспонирования составят 12%.

Ведущим поставшиком литографического оборудования с 1987 г. и до настоящего времени является фирма Nikon, на долю которой приходится 49% мирового объёма продаж оборудования этого типа (в 2 раза больше, чем у фирмы Canon - второго по величине поставщика ).

В США объём продаж установок последовательного шагово-го экспонирования увеличился с 301 млн. долл. в 1992 г. до 402 млн. долл. в 1996 г. При этом изменилась структура рынка: за рас-сматриваемый период доля установок с источником излучения на G-линии (436 нм), до сих пор занимающих прочное положение на рынке, в общем объёме продаж сократилась с 41 до 11%. Самым высоким будет спрос на установки с источником излучения с длин-ной волны 365 нм (I-линия ). Если в 1991 г. на долю систем такого типа приходилось 58% общего объёма продаж оборудования фотолитографии, то к 1996 г. она увеличилась до 70%.

Одной из первых производство установок последовательного шагового экспонирования с источником излучения с длинной вол-ны 365 нм (I-линия ) освоила фирма Nikon. В 1991 г. системы тако-го типа составляли 70% объма поставок на мировой рынок. Фото-литографическая установка такого типа модели NSR-200518A фирмы Nikon стоит 2 млн. долл. Максимальный размер прямо-угольного поля изображения равен 20x20 мм, точность совмеще-ния не превышает 0,11 мкм. В настоящее время она используется при производстве схем СОЗУ ёмкостью 256К, 1М и 4М бит с 0.5-мкм топологическими нормами.

Фирма Canon в июне 1992 г. на ежегодной выставке Semicon демонстрировала новые установки последовательного шагового экспонирования моделей FPA-2500 i2 и i3 с источником излучения с длинной волны 365 нм. Оборудование предназначено для изготовления схем с 0,5-мкм топологическими нормами. Оптическая система установки i2 (i3) имеет следующие параметры: макси-мальный размер прямоугольного поля изображения 22x22 мм (20x20 мм), числовая апертура 0,54 (0,6), разрешающая способ-ность 0,45 мкм (0,4 мкм). Установки предназначены для работы с пластинами диаметром до 200 мм.

В настоящее время усилия крупнейших японских поставщи-ков литографического оборудования - фирмы Nikon и Canon направлены на разработку методов улучшения освещённости в установках фотолитографии, что позволит увеличить разрешаю-щую способность установок с источником освещения на I-линии. Так, специалисты Центральной научно-исследовательской лабора-тории фирмы Hitachi предложили новый метод увеличения разре-шающей способности фотолитографии, получивший название FLEX, суть которого заключается в применении специального входного фильтра для проекционных линз. Это устройство пред-ставляет собой выравнивающий пространтвенный ВЧ-фильтр, обеспечивающий оптимизированный уровень освещенности по всему полю. Фильтр имеет плоскую ровную частотную характерис-тику, что необходимо для точного воспроизведения рисунка шаб-лона и обеспечения однородности изображения. На практике FLEX-метод позволяет достигать высокую разрешающую способность системы при формировании неповторяющихся рисунков.

Расширение сферы применения фотолитографии способст-вует также изобретение в 1990 г. фотошаблонов со сдвигом фаз. Такие шаблоны позволяют значительно увеличить объём разме-щаемой информации. Особенно продуктивно применение таких шаблонов при изготовлении схем с повторяющимися элементами рисунка, например, схем ОЗУ. Многие специалисты быстро оцени-ли потенциальные возможности нового метода, но недооценивали сложность применения этой технологии в промышленных услови-ях. Лишь летом 1992 г. появились сообщения о первых успехах в области создания шаблонов со сдвигом фазы, достигнутых на фирмах Hoya, Toppan Printing и Dai Nippon Printing.

Предложен и комбинированный метод применения FLEX-фильтров с шаблонами со сдвигом фазы, получивший название SuperFLEX. На практике с помощью SuperFLEX - метода разре-шающая способность фотолитографии при формировании повто-ряющихся рисунков может составить 0,2 мкм при одновременном увеличении глубины фокуса ( рис. 1 ).

Была установлена корреляция между практически достигае-мой разрешающей способностью установки фотолитографии и применяемыми фоторезистами с одной стороны и предложенными недавно методами улучшения качества изображения - с другой. Например, для таких методов четырехстороннего освещения, как QUEST фирмы Canon и SHRING фирмы Nikon, целесообразно применять систему фоторезистов, обеспечивающую контрастность изображения более 70%, тогда как в случае использования FLEX-метода лучше выбирать фоторезисты, обеспечивающие контраст-ность изображения 60%.

Повышенное внимание уделяется разработке установок для УФ- фотолитографии, разрешающая способность которых может достигать 0,2-0,15 мкм. Однако в первую очередь экономические факторыбудут определять целесообразность замены источников излучения, работающих на I-линии, на источники УФ-излучения. Ожидается, что на долю установок УФ- фотолитографии в 1996 г. будет приходиться 19% общего мирового объёма продаж оборудо-вания фотолитографии (1% в 1991 г.). Во всех современных моде-лях будут применятся линзы с максимально возможным размером поля изображения. Однако более широкое использование таких установок пока сдерживает высокая стоимость фоторезиста для УФ-фотолитографии. Кроме того, сейчас позитивные резисты такого типа отличаются нестабильностью характеристик.

Фирма IBM разработала химически усиливаемый позитивный резист для УФ-фотолитографии. Поскольку такие резисты чувстви-тельны к состоянию окружающей среды, в настоящее время на фирме работают над созданием специальной системы воздушных потоков и фильтров для чистых комнат, которая позволила бы уве-личить срок стабильного состояния резиста. Правда, это в свою очередь увеличит и стоимость чистых комнат.

В 1992 г. в традиционный ежегодный список 15 лучших изде-лий, впервые представленных на мировом рынке полупроводнико-вой техники, публикуемый в журнале Semiconductor International, включён новый тип позитивного фоторезиста CAMP-6 фирмы OCG Microelectronic Materials, предназначенный для экспонирования излучения в глубокой УФ-области спектра. Материал, разработан-ный совместно с ученными фирмы AT&T, обеспечивает разрешаю-щую способность 0,25 мкм, глубину фокуса 1,0 мкм и пригоден для изготовления ИС с 0,35-мкм топологическими нормами. Это было продемонстрировано на установке последовательного шагового экспонирования XLS фирмы GCA (линзы с числовой апертурой 0,48 ). В качестве источника излучения применялся эксимерный лазер KrF.

Установки фотолитографии, работающие в глубокой УФ-области спектра, удовлетворяют требованиям изготовителей схем с неповторяющимся рисунком (например, заказных и полузаказных ИС, а также микропроцессоров ), т.е. в тех случаях, когда трудно использовать, проверять и ремонтировать шаблоны со сдвигом фазы.

В перспективе технически возможным считается применение систем фотолитографии с источником излучения в глубокой УФ-области спектра для формирования рисунка с минимальными раз-мерами элементов 0,15-0,20 мкм. Однако стоимость процесса фо-толитографии в этом случае будет значительно выше, чем у тра-диционного. Остаётся пока не ясным, сможет ли тогда фотолито-графия составить конкуренцию другим способам формирования рисунка. Сейчас никто не знает, наступит ли вообще такой мо-мент, когда затраты на проведение наиболее известных неоптических методов литографии (рентгенолитографии с макрозазором и проекционной рентгенолитографии ) станут сопоставимы с затратами на фотолитографию.

К настоящему времени разработка методов рентгенолитогра-фии позволила получить огромную сумму знаний, необходимых для развития литографии в целом, особенно для совершенствова-ния процессов изготовления шаблонов. Все это потребовало ко-лоссальных капиталовлажений. Сейчас практически ни один изго-товитель ИС не готов отказаться от фотолитографии в пользу не-оптических методов.

Недооценка значимости неоптических методов литографии, которые могли бы заменить системы с источником излучения на I-линии, может привести к снижению темпов развития этих методов.

Может оказаться, что тщательно разрабатываемая в настоя-щее время технология с применением фоторезиста для глубокой УФ-области спектра будет очень сложной, дорогостоящей и на её разработку уйдёт много времени.

Конечно, всегда будет существовать необходимость совер-шенствования технологии литографии. При этом возникает и осно-вополагающий вопрос, который рано или поздно потребует реше-ния: отвечает ли постоянный процесс уменьшения геометрических размеров элементов экономическим интересам полупроводнико-вой промышленности.

Например, на изготовление каждого следующего поколения ДОЗУ затрачивается больше средств, чем на изготовление пре-дыдущего. Всё труднее становится получать прибыль при произ-водстве схем ёмкостью более 256К бит. Вполне вероятно, что целесообразнее пойти по другому пути: не стремиться к уменьше-нию топологических норм,а улучшать схемотехнические и функ-циональные характеристики изделий.