4.1. Оптические методы литографии Контактная фотолитография с использованием гибких фотошаблонов

Впроцессе контактной фотолитографии сложность получения эле­ментов размерами менее 2 мкм обусловлена вредными дифракционными явлениями (см. главу 3). дифракционные искажения вызваны наличием неконтролируемого зазора между фотошаблоном и слоем фоторезиста при высокой когерентности и монохроматичности падающего излуче­ния. Результатом дифракционных искажений является "клин засветки" нерезкий переход между областью света и тени. Ширина клина про­порциональна величине зоны Френеля: , где λ - длина волны света, a L - величина зазора между фотошаблоном и подложкой.

Применение гибких фотошаблонов позволяет исключить зазор, а следовательно, и клин засветки, что дает возможность получить профиль на фоторезисте с вертикальными стенками. Схемы экспониронания для жесткого и гибкого фотошаблонов показанц на рис. 4.2,а,б. В случав гибкого фотошаблона делание дифракции бу­дет иметь место только в толще фоторезиста. Гибкие фотошаблрвн легко прогибаются в соответствии с профилем рабочей пластины, по­этому величина зазора пренебрежимо мала во всех точках рабочего поля, за исключением участков о дефектом поверхности (параметры роста или ..глинки). Гибкий шаблон прижимается к пластине о по­мощью специальной вакуушой рамки. Применение этого метода позво­ляет получать элементы размером около 0,5 мкм. Эластичные фото­шаблоны позволяют проводить многократное совмещение (до 100 раз) и,кроме того, имеют низкую стоимость.

К недостаткам данного метода следует отнести сложность конструкций устройств совмещения гибкого фотошаблона с подложкой и повышение требования к обеспыленности окружающей среды.

Фотолитография с использованием глубокой ультрафиолетовой области спектра.

Разрешающей способноетью или разрешающей силой называется способность оптической системы раздельно передавать две точки изображений.

Согласно числу Рэлея в качестве предела разрешающей способ­ности принято считать расстояние между двумя точками изображения, при котором первый максимум дифракционной картины одной точки совпадает с первым минимумом дифракционной картины другой точки. При этом наименьший разрешаемый отрезок равен

(4.1)

где R - разрешающая способность, линия/мм; λ - длина волны света, мм; A - числовая апертура объектива; n - показатель преломления сре­ды; U - половина угла раствора объектива или апертурный угол. Для фотографических объективов

(4.2)

где 2а - диамзтр входного зрачка обьектива; / - фокусное расстоя­ние.

Но даже для хоропшх репродукционных объективов, откорректиро­ванных по кривизне поля,

(4.3)

где D_раб - диаметр поля, занятого изображением высокого качества, т.е. размер поля очень невелик.

Из выражзний (4.1) и (4.2) видно, что повышение разрешающих способностей требует применения объективов с большой числовой апертурой, но тогда глубина резкости обьектива мала.Отсюда можно заключить, что исключительно трудно получить объек­тив с высоким разрешением я большим рабочим полем.

Поскольку sin U I, то величина числовой апертуры не может превысить 0,95 у обычных и 1,6 у иммерсионных (монобромнафталин) объективов. Таким образом, для излучения длиной волны 400 нм ми­нимальная ширина линии на изображении составит 0,2 мкм для обыч­ного и 0,125 мкм для иммерсионного объективов, при этом очень сильно уменьшаются рабочие поля (рис.4.3 и 4.4) и глубина рез­кости падает до значений,меньших 0,5 мкм.

Поэтому наиболее реальным путем увеличения разрешающей способности фотолитографического процесса является смещение волны ультрафиолетового излучения в область более коротких длин волн.Однако эта возможность ограничивается целым рядом факторов, связанных с созданием компактных источников излучения в диапазоне 200 - 300 нм, разработкой новых фоторезистов ( известные фото­лаки и фоторезисты чувствительны к длинам волн не более 300 нм), заменой стеклянной оптики (в этом диапазоне длин волн стекло очень сильно поглощает свет).

Для получения субмикронных размеров с помощью ГУФ в качестве источника можно использовать дуговые ломпн с Хе-Нg наполнителем ( λ = 200 - 260 нм), а также дейтериевые лампы мощностью I кВт. В качестве фоторезиста чаще других используется полиметилметакри-лат (ПММК). Перспективно применение фоторезиста на основе полиме-тилизопропенилкетона, чувствительность которого к излучению с 300 нм в несколько раз выше, чем чувствительность ПММК.

Фотошаблонные заготовки для такой фотолитографии изготовляются не из стекла, а из кварца или сапфира, на поверхность которых на­носится слой непрозрачного металла ( Сr , Аl ).

Несмотря на все существующие технические сложности, связанные с реализацией фотолитографии на ТУФ, специалисты считают этот путь наиболее вероятным в достижении субмикронных размеров элементов в ближайшее время.