2.2.Электронолитография

2.2.1. Электронолитография с управляемым пучком

Вопрос об использовании электронных пучков для экспонирования был поставлен уже в середине 60-х годов. Современные методы электронно-лучевые литографии (ЭЛЛ) позволяют достигнуть разрешения 1 нм, что на несколько порядков выше предельного оптического разрешения. Система передачи изображения путем сканирования электронным лучом позволяет получить линии шириной 0,6—0,7 мкм в интервале 2 мкм. Возможны два приема сканирования: 1) сканирование по всему растру, причем электронный пучок обегает всю площадь сканирования, включаясь только в тех местах, которые должны подвергнуться экспонированию; 2) перемещение луча и экспонирование не по всему растру, а только в тех местах, где необходимо получить рисунок.

На Рис. 2 приведена упрощенная схема экспонирования сканирующим электронным лучом для пояснения принципа работы. Подложка 2, покрытая слоем электронорезиста 3 с экспонированными участками 4, размещается на столике 1, имеющем прецизионное перемещение по осям X и У. Пучок электронов, испускаемых электронной пушкой 10, проходит через диафрагму 9, систему электродов 8, управляющих прерыванием луча, и попадает в магнитную фокусирующую линзу 6. Затем сфокусированный пучок электронов проходит через отклоняющую систему 5, с помощью которой осуществляется сканирование пучка по поверхности подложки.

Рис. 2 Схема экспонирования с помощью сканирующего электронного луча.

Сигналы управления электронным лучом (прерывания и сканирования) поступают в соответствующие узлы установки от устройства управления электронным лучом 7. Команды же на выработку тех или иных сигналов устройство управления получает от электронной вычислительной машины, в программе которой имеется закодированный рисунок интегральной микросхемы. Сканирование пучка электронов осуществляется построчно, поэтому наложение перекрывающихся строк обеспечивает последовательное экспонирование всей площади подложки.

Недостаток подобных систем заключается в том, что они работают в режиме последовательного изготовления элементов изображения. Время экспонирования растет пропорционально площади, подлежащей сканированию.

Преимуществами метода является отсутствие фотошаблонов, возможность автоматизации процесса.

2.2.1.Проекционная электрон литография

Можно также, применяя широкий, несфокусированный поток электронов, экспонировать подложку с нанесенным на нее электроночувствительным слоем через свободную металлическую маску. Однако в этом методе существует геометрическое ограничение, связанное с невозможностью воспроизведения на свободной металлической маске замкнутых кольцевых рисунков. Поэтому в ряде случаев используются катоды заданной конфигурации. На этом принципе основана система проекционной электронолитографии (Рис. 3). В этой системе основным элементом, несущим информацию о конфигурации рисунка, служит специальный трехслойный фотокатод. Его изготовляют следующим образом. На кварцевую отполированную пластину, прозрачную для ультрафиолетового света, напыляется пленка титана, на которой затем методом обычной фотолитографии создается требуемый рисунок одного из слоев ИС в масштабе 1:1.

Рис. 3. Схема устройства технологической камеры установки проекционной электронографии: 1 – отклоняющая катушка; 2 – фокусирующие катушки; 3 – ультрафиолетовые лампы осветителя; 4 – кварцевая пластина; 5 – пленка двуокиси титана; 6 – пленка палладия; 7, 8, 9 – окисленная пластина кремния с пленкой фоторезиста; 10 – траектория электронов.

Затем оставшиеся участки титановой пленки оксидируются до ТiO₂, которая хорошо поглощает ультрафиолетовые лучи на длине волны 253.7 нм. На эту пленку напыляется слой палладия толщиной около 4.0 нм, который является хорошим фотоэмиссионным материалом. При облучении ультрафиолетовыми лучами от ламп 3 этого фотошаблона со стороны подложки неэкранированные двуокисью титана участки палладия испускают электроны, энергия которых составляет десятые доли электроновольта. Далее электроны увлекаются ускоряющим электрическим полем напряженностью 10 кВ/см и направляются на покрытую электроночувствительным резистом — полиметилметакрилатом — полупроводниковую пластину. Между фотокатодом и пластиной установлено строго заданное расстояние порядка 10 мм, причем это пространство пронизывается равномерным по сечению магнитным полем напряженностью порядка 1000 Гс. Это поле создается фокусирующими катушками (А, В, С), размещенными за пределами технологической камеры, откачиваемой до разрежения 10^-4 Па.

Электроны, вылетающие из любой малой точки фотокатода под разными углами к поверхности, в результате совместного действия электрического и магнитного полей движутся по криволинейной траектории и фокусируются в точку плоскости пленки электронорезиста. Таким образом, вся геометрия структуры фотокатода одновременно воспроизводится электронными пучками на поверхности полупроводниковой пластины в масштабе, близком 1 : 1, и соответствующие участки электронорезиста экспонируются. Для полного экспонирования пластины требуется время соответственно от 10 до 1 с. Проекционная система исключает возможность механического износа маски или механического повреждения кремниевой подложки.

Минимальная ширина штриха для проекционной электронолитографии определяется разрешающей способностью системы фокусирования электронных пучков, которая в свою очередь характеризуется диаметром пятна рассеяния в плоскости электронорезиста для точечного источника электронов.