8

§ 3.4. Методы повышения качества формирования изображения

в производстве полупроводниковых приборов и ИМС

Повышение разрешающей способности оптической фото­литографии с одновременным увеличением диаметра рабочего поля является одной из важнейших задач современной тех­нологии. В оптическом диапазоне длин волн даже при использовании самых совершенных безаберрационных объек­тивов разрешение метода не лучше 0,50 мкм, что во многих случаях уже не удовлетворяет требованиям технологов при производстве БИС. Методы формирования изображения в раз­личных регистрирующих материалах развиваются главным образом в трех направлениях: проекционная фотолитография, рентгенолитография, электронолитография.

Проекционная фотолитография является одним из наиболее перспективных методов. Преимущества его заклю­чаются прежде всего в отсутствии механического контакта фотошаблона со слоем фоторезиста на подложке: повреждения фотошаблона не происходит, и срок его службы значительно увеличивается.

Проекционную фотолитографию осуществляют:

- одновременной передачей всех элементов изображения фото­шаблона на фоторезист (рис. 3.13);

- поэлементным (шаговым) переносом изображения;

- вычерчиванием изображения на слое фоторезиста сфокусированным лучом УФ-света.

В этом случае очень жесткие требования предъявляются к объективу проектора, который должен обеспечивать высокое разрешение на всем рабочем поле подложки. Трудности создания таких объективов и препятствуют широкому внедрению метода проекционной фотолитографии в промышленность. В настоящее время наилучшее разрешение (0,4 мкм) может быть получено только на площади не более 2x2 мм. При проецировании изображения фотошаблона на поле плас­тины диаметром 75 мм лучшие образцы зарубежных и оте­чественных объективов обеспечивают разрешение ~2 мкм.

Рис. 3.13.Схема проекционного совмещения (а) экспонирования (б): 1 - микроскоп; 2 - источник света; 3 - кон­денсор; 4 - светофильтр; 5 - фотошаблон; 6 - про­екционный объектив; 7 - фоторезист; 8 - пластина полупроводника

Минимальная ширина линии, которую можно воспроизвести методом проекционной фотолитографии,

где f,D – фокусное расстояние и диаметр входной линзы объектива соответственно; λ - длина волны света; М = 1, 2, 3, ..., п — коэффициент уменьшения (масштаб).

Метод экспонирования на микрозазоре обычно сочетает в себе достоинства контактного и проекционного методов фотолитографии. Сущность его заключается в том, что между пластиной и фотошаблоном с помощью специальных приспособлений устанавливается контролируемый зазор ~ 10-20 мкм, достаточно большой, чтобы свести к минимуму нежелательное явление френелевской дифракции, и в то же время достаточно малый, чтобы можно было пренебречь нелинейными искажениями в зазоре при передаче изображения. Отсутствие механического контакта с подложкой, как и в методе проекционной литографии, обеспечивает большой срок службы фотошаблона.

Рентгенолитография (рис. 3.14) — метод, позволяющий повысить разрешение за счет уменьшения дифракционного рассеяния (при использовании более коротких волн). B диапазоне рентгеновских длин волн наличие зазора между шаблоном и резистом при контактной печати практически не оказывает влияния на разрешение.

Пластину 1, покрытую слоем полиметилметакрилата 2, чувствительного к рентгеновскому излучению, помещают на небольшом расстоянии S под шаблоном 4, выполненным из кремния методом глубокого травления. Рисунок на шаблоне создается гравировкой по тонкому слою золота 3, сильно поглощающего рентгеновское излучение в диапазоне длин волн 0,5 - 0,6 нм. Рентгеновское излучение получают под действием пучка электронов 5 в трубках с анодом 6, изготовленных из молибдена (λ = 0,54 нм), алюминия (λ = 0,83 нм), меди (λ = 1,33 нм) и т. д. Экспонирование производят расходящимся пучком 7. Схема экспонирования подобна схеме фотолитографии на микрозазоре. Отсутствие дифракции позволяет получить минимальный размер линии 0,25 мкм при зазоре S = 50 - 60 мкм. Наличие зазора необходимо из-за малой механической прочности шаблона (рис. 3.15).

Технология изготовления шаблона состоит в следующем. В пластину кремния, ориентированную в плоскости (100), проводят диффузию бора на глубину 3 - 5 мкм, что должно соответствовать толщине маски, прозрачной для рентгеновских лучей. На легированной бором стороне формируют рисунок в слое золота. Затем с обратной стороны кремний травят в анизотропном травителе - этилендиамин-пирокатехине, ко­торый быстро растворяет нелегированный кремний и практи­чески не растворяет легированный материал. Процесс травле­ния прекращается на границе с диффузионным слоем. Оста­ющаяся тонкая перемычка обладает достаточной прочностью на площади 2,5 х 2,5 мм.

Рентгенолитография обладает рядом преимуществ:

1. Высокая разрешающая способность. Ограничение разрешающей способности связано с конечными размерами источника рентгеновского излучения и с появлением оже- и фото-электронов при взаимодействии излучения с резистом. Первый эффект описывается формулой (см. рис. 3.14)

где δ - размытие края изображения; S - зазор между шаблоном и резистом; d - размер излучающего пятна на анти­катоде рентгеновской трубки; D - расстояние от антикатода до резиста.

Для систем, которые используют на практике, размытие края изображения δ = 0,1 мкм.