4.3. Электронно-лучевая литография

Электронно-лучевая литография (ЭЛЛ)  это комплекс технологических процессов для получения прецизионных рисунков на поверхности. Известны две разновидности электронно-лучевой литографии – проекционная и сканирующая. Наибольшее распространение получила сканирующая ЭЛЛ – формирование топологического рисунка в технологическом слое при помощи сфокусированного пучка электронов без применения шаблона.

Длина волны электронов с энергией 15 кэВ равна 10^–2 нм или в 50000 раз меньше длины волны средней части видимого спектра.

Собственная разрешающая способность электронного пучка примерно на четыре порядка выше светового.

Еще одно важное преимущество ЭЛЛ – большая глубина фокуса, ограничивающаяся главным образом явлением сферической аберрации. В настоящее время технически возможно получить диаметр пучка электронов менее 0,01 мкм при токе более 10^–9 А с глубиной фокуса 25  мкм, что невозможно в световых оптических системах.

Управление перемещением и включением-выключением луча осуществляется с помощью компьютера. Обычно луч отклоняется на небольшое расстояние (несколько миллиметров), а увеличение площади обработки достигается механическим перемещением координатного стола вместе с подложкой (сканирующая ЭЛЛ).

Для воспроизведения элементов с малыми размерами требуется несколько перемещений электронного луча. Если интенсивность в луче имеет гауссово распределение, то число перемещений должно быть не менее четырех, причем расстояния между максимумами интенсивности должны быть равны половине ширины линии луча.

Используется два способа сканирования: векторное и растровое. При векторном сканировании луч направляется в заданное место топологического рисунка и передвигается в пределах очертания данного элемента (возвратно-поступательные движения). Затем луч выключается, направляется на следующий элемент и вновь движется лишь в пределах этого элемента топологии. По окончании сканирования определенного участка передвижением координатного стола устанавливается новое поле сканирования. Этот способ удобен при формировании изображений небольшого числа элементов с одинаковыми размерами (например, при создании контактных окон).

При растровом сканировании луч непрерывно движется вперед и назад по полю не очень большого размера (256 мкм), а стол с пластиной перемещается под прямым углом к направлению сканирующего луча. Включение и выключение луча происходит автоматически.

В системах растрового сканирования используется менее сложная оптика, чем в системах векторного сканирования. Такие системы применяются наиболее широко при изготовлении фотошаблонов. Их производительность - один шаблон со стороной 125 мм за 60 мин.

Для совмещения при ЭЛЛ на кремниевой пластине требуется создание реперных знаков. Реперный знак может быть сформирован на поверхности пластины в слое тяжелого металла или получен рельефным травлением кремния. Когда электронный луч попадает на край знака, сигнал на детекторе отраженных электронов меняется. Информация о смещении вводится в компьютер, управляющий перемещением луча, и создаваемое изображение совмещается с уже имеющимися в подложке.

Реальная разрешающая способность ЭЛЛ во многом определяется рассеянием электронов в резисте и подложке. Большую роль играет толщина слоя резиста. Для того чтобы получить размеры линии примерно 0,5 мкм, приходится снижать толщину слоя резиста до 0,1 – 0,2 мкм. Защитные свойства тонких слоев резко ухудшаются.

К недостаткам ЭЛЛ относится низкая производительность, так как элементы топологического рисунка прорисовываются последовательно.

Электронно-лучевые установки обычно используются для научных исследований, производства фотошаблонов и экспонирования элементов субмикронных размеров в малых партиях изделий.

При экспонировании резиста падающие электроны рассеиваются по мере их проникновения или пока не покинут пластину в результате столкновений, приводящих к обратному рассеянию. Так как резист суммирует энергию от всех окружающих областей, доза экспонирования, полученная одним и тем же штрихом, воздействует на процесс экспонирования соседних штрихов. Этот эффект получил название эффекта близости. Другими словами суммарно поглощенная резистом энергия зависит от близости соседних экспонируемых областей. Поэтому при расчете необходимой дозы экспонирования необходимо вносить поправки на эффект близости. Если его не учитывать, расположенные вблизи элементы получат лишнюю дозу излучения, и их размер при проявлении уйдет от номинала.