Гл.4 Перспективы развития литографических процеессов.

Литографию можно характеризовать, минимальной толщиной линий (раздельно воспроизводимых параллельных отверстий в маске) в сравнении с длиной волны излучения, используемого для экспонирования. Первоначально в качестве источников наиболее широко применялись ртутные лампы. Толщина линий, формируемых при помощи такого процесса, была больше, чем длина волны излучения. В последние годы стандартными стали так называемые линия g и линия i в спектре ртути с длинами волны 435 и 365 нм соответственно. При помощи источника излучения с длиной волны 365 нм вычерчиваются линии толщиной до 0,35 микрон, что почти соответствует длине волны. Затем благодаря переходу на источники, действующие в спектре глубокого УФ-излучения (ртутные лампы, или эксимерные лазеры [excimer laser], которые в последнее время применяются чаще) с длиной волны 248 нм, стало возможным вычерчивать 0,25-микронные линии, т.е. опять же соответствующие длине волны. Сейчас полупроводниковая промышленность переходит на 0,18-микронную литографию: на данном этапе впервые удалось реализовать возможность вычерчивания линий с толщиной, меньшей длины волны излучения, при помощи которого происходит засветка. В дальнейшем необходимо развивать это достижение и/или далее уменьшать длину волны, возможно за счет применения принципиально новых источников.

Вычерчивание линий с толщиной, меньшей длины волны источника излучения, серьезно затрудняется дифракцией света. Следовательно, для совершенствования литографического процесса критически важно разработать методики коррекции эффектов, возникающих при приближении источника к пластине. Переход на размеры, меньшие длины волны, стал возможным благодаря различным специальным методикам, таким как внеосевое освещение (off-axis illumination) и маскирование с фазовым сдвигом (phase-shift masking). Однако их применение требует более сложных и дорогих в изготовлении масок, а также может налагать определенные конструктивные ограничения. В теории возможно формирование линий с толщиной, вдвое меньшей по сравнению с длиной волны. Для достижения высокой разрешающей способности литографии также очень важны свойства светочувствительного полимера, подвергаемого облучению.

Достижение топологических размеров в 100 нм и меньше, таким образом, по-видимому, потребует уменьшения длины волны излучения. Индустрия готовится к переходу от длины волны 248 нм (эксимерные KrF-лазеры) к 193 нм (эксимерные ArF-лазеры). Дальнейшие перспективы не ясны. Возможно, следующим шагом станет длина волны 157 нм (эксимерные F-лазеры). Однако лишь немногие материалы обладают достаточной прозрачностью для использования в рефракционных линзах или масках. Основные кандидаты обладают коэффициентом теплового расширения, в десятки раз большим, чем у кварца, поэтому искажений избежать будет очень трудно. Для масок можно было бы применять особые виды кварца, но приемлемые фоторезистивные материалы для излучения с подобной длиной волны пока еще не найдены.

Изучается возможность применения неоптических методов литографии. В частности, очень маленькие элементы позволяет формировать электроннолучевая литография, так как длина волны электронов составляет всего около 0,01 нм. Электроннолучевая литография давно используется для изготовления масок и низкоскоростного экспонирования. Однако изготовление сложных схем с применением электроннолучевой литографии потребует гораздо большей скорости экспонирования. Изучаются возможности достижения достаточной скорости за счет использования толстых электронных пучков с блокирующими масками и электрооптическими уменьшающими линзами. К подобным проектам относятся, в частности, PREVAIL и SCALPEL.

Сейчас большинство кристаллов производятся с помощью ультрафиолетовых лучей с длиной волны 0,248 мкм. Для создания ряда кристаллов разработана литографическая технология, обеспечивающая длину волны 0,193 мкм. Однако когда фотолитография перешагнула границу 0,2 мкм, возникли серьезные проблемы, которые впервые за историю этой технологии поставили под сомнение возможность ее дальнейшего использования. Например, при длине волны меньше 0,2 мкм слишком много света поглощается светочувствительным слоем, поэтому усложняется и замедляется процесс передачи шаблона схемы на процессор. Подобные проблемы побуждают исследователей и производителей искать альтернативы традиционной литографической технологии. Например, возможность замены ультрафиолетовых лучей рентгеновскими исследуется в научных лабораториях уже более двух десятилетий.

Выход найден(EUV литография)

Одна из технологий, названная EUV (Extreme Ultra Violet) и объединившая вокруг себя несколько известных компаний, нацелена на улучшение процесса фотолитографии при производстве микросхем. Ожидается, что тактовая частота процессоров, которые будут изготовлены с использованием новой технологии, достигнет 10 ГГц в 2005-2006 гг.

Современные установки для шагового мультиплицирования на пластину с применением глубокого ультрафиолетового излучения (Deep Ultra Violet, DUV) - машины, которые печатают схемы на кремниевых подложках, используют источники света с длиной волны 248 нм. Длина волны EUV-излучения около 13 нм, т. е. примерно в 20 раз меньше. Переход с DUV- на EUV-литографию обеспечивает более чем 10-кратное уменьшение длины волны и переход в диапазон, где она сопоставима с размерами всего нескольких десятков атомов. Применяемая сейчас литографическая технология позволяет наносить шаблон с минимальной шириной проводников 0,1 мкм, в то время как EUV-литография делает возможной печать линий гораздо меньшей ширины - до 0,03 мкм. Управлять ультракоротким излучением не так просто, как кажется. Поскольку EUV-излучение хорошо поглощается стеклом, то новая технология предполагает использование серии из четырех специальных выпуклых зеркал, которые уменьшают и фокусируют изображение, полученное после применения маски. Каждое такое зеркало содержит 80 отдельных металлических слоев толщиной примерно в 12 атомов.

Чтобы сделать EUV-технологию доступной для широкого использования, предстоит еще многое в ней усовершенствовать. В частности, необходимо разработать механизм, способный захватывать невидимый свет, создать платформы для совмещения картинок на различных этапах изготовления микросхемы, систему зеркал и бездефектных масок, а также новые средства контроля и измерения.