Разрешающая способность.

Из общей физики известно, что при формировании изображения определяющим является разрешающая способность оптической системы. Под разрешающей способностью будем понимать способность приборов, формирующих изображение, давать раздельное изобра­жение двух максимально близких точек исходного объекта.

Еще в 1879 году Дж. У. Релей, исходя из дифракционной теории света, сформулировал критерий (получивший его имя), в соответст­вии с которым изображение двух точек можно видеть раздельно, ес­ли центр дифракционного пятна каждого из них пересекается с кра­ем темного кольца другого (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Распределение освещенности Е в изобра­жении двух точечных источников света.

Источники света расположены так, что угловое расстояние меж­ду максимумами освещенности Δφ равно угловой величине радиуса центрального дифракционного пятна Δθ. В этом случае критерий Релея запишется в виде

Угловое расстояние между центрами дифракционных пятен, или, что тоже, между максимумами освещенности, определяется выражением

где λ - длина волны излучения, D — апертурная диафрагма системы (для линзы –диаметр окна через которое проникает свет).

Если оп­тическая система имеет фокусное расстоя­ние f, то линейная величина предела раз­решения δ определится как

где К ₁ называют коэффициентом Релея.

Разрешающая способность растет с уменьшением длины волны излучения λ и с увеличением апертуры D.

В процессах литографии большое значение играет величина, на­зываемая глубиной резкости h, определяемая как

Расстояние вдоль оптической оси в зоне объекта в пределах которого все выглядит резко.

Безразмерные коэффициенты К₁ и К₂ играют существенную роль в литографических процессах. Так уменьшение значения К₁ позволяет повысить разрешающую способность системы, работая в области дифракционных ограничений объектива.

В современных степперах путем совершенствования объективов, фоторезисторов, процессов экспонирования и проявления удается достичь значения К₂ = 0,25 - 0,35.

В зависимости от длины волны излучения и способов получения излучения различают оптическую фотолитографию, электронную литографию, ионную литографию и рентгеновскую литографию. Именно технические параметры процессов литографии, производи­тельность литографических процессов и их экономичность опреде­ляют сегодня стоимость изделий микроэлектроники, а завтра будут определять эффективность производства изделий наноэлектрони­ки — конечно же, при условии использования литографических процессов не только в планарной технологии, но и в создании объ­емных наноструктур при групповой технологии производства.

В современном микроэлектронном производстве работают высо­копроизводительные (~ 100 пластин/час) степперы-сканеры с по­шаговым экспонированием изображения на чип. В них используется оптическое излучение в области глубокого ультрафиолета.

4.3.2. Оптическая литография.

Оптическая литография явля­ется способом формирования заданного рельефа или топологии с помощью пучков света.

Оптическая литография была первым методом создания интег­ральных схем. В настоящее время она сохранила свои позиции основ­ного высокопроизводительного метода создания сверхбольших интег­ральных схем. Это произошло прежде всего потому, что на протяже­нии десятилетий совершенствовались источники актиничного оптического излучения, удалось обеспечить точность совмещения, не­обходимые минимальные оптические зазоры, разработать новые пер­спективные материалы резистивных масок, обеспечить необходимую чистоту материалов от микровключений, а также ряд других ноу-хау.

В современной оптической литографии используется глубокое ультрафиолетовое излучение (λ= 0,2 мкм - 0,3 мкм), источником кото­рого служат эксимерные лазеры или ртутно-ксеноновые лампы.

Стандартные ртутно-ксеноновые дуговые лампы высокого давле­ния излучают из малого объема светящегося тела и имеют мощность излучения до 2000 Вт. Большая часть излучения приходится на теп­ловую составляющую. Для фотолитографии используется одна из полос линейчатого спектра лампы: g -линия (435,83 нм), h -линия (404,65 нм) или i -линия (365,48 нм). В каждой из них находится около двух процентов общей мощности энергии дуговой лампы.

В основе работы эксимерных газовых лазеров лежат электронные переходы эксимерных молекул (см. ч. 3). Эти молекулы состоят из двух атомов инертного газа и галогена, которые могут существовать только в возбужденном состоянии. Наиболее широкое использование получили эксимерные молекулы KrF* — 248 нм, ArF* — 193 нм и F* — 157 нм. Лазеры на этих молекулах дают импульсы длительно­стью 5 - 20 нс с частотой повторения 4 кГц и мощностью до 50 Вт.

В качестве фоторезистов используют материалы, чувствитель­ные к глубокому УФ-излучению. Фоторезисторы для ультрафиолета имеют чувствительность порядка 100 мДж/см ² и поэтому плот­ность излучения в процессе экспонирования должна составлять порядка 200 мВт/см ². Лазеры вполне обеспечивают такую мощ­ность излучения.

Операции оптической литографии проводятся на современном оборудовании, каким является установка проекционного переноса изображения с одновременным совмещением. Такая установка по­лучила название степпер (stepper). В основе ее работы лежат после­довательные операции переноса топологии с шаблона на пластину кремния в акте единичного экспонирования шаблона через проекци­онный объектив. При этом происходит уменьшение масштаба и строго контролируются процессы совмещения меток на пластине и соответствующих меток на шаблоне. Экспонирование осуществляет­ся по команде микропроцессора после шагового перемещения коор­динатного стола с учетом коррекции координатных ошибок.

Для формирования топологии на пластине помимо степперов ис­пользуются сканеры. Они обеспечивают перенос изображения в режиме сканирования после пошагового перемещения пластины. Та­кой перенос осуществляется засветкой через щелевую апертурную диафрагму при одновременном синхронизированном движении шаб­лона и пластины относительно проекционной системы. Скорость пе­ремещения пластины больше скорости перемещения шаблона в та­кое число раз, при котором обеспечивается соответствующее масш­табирование. В этой системе накладываются жесткие требования по прецизионности при работе в динамическом режиме.

Степперы и сканеры являются самыми сложными и дорогостоя­щими из оборудования для производства современных интегральных схем. В настоящее время стоимость степпера составляет в среднем 5 млн долларов, стоимость сканера вдвое больше. При переходе на топологические нормы меньше 60 нм стоимость возрастет до 500 млн долларов. Производительность таких установок для пластин диаметром от 200 мм до 300 мм составляет 70 - 160 шт/час.

Дальнейшее развитие оптической литографии связывается с экс­тремальной ультрафиолетовой литографией (EUV — литография). В ней используются эксимерные лазеры на длине излучения 13.5 нм, позволяющие получить разрешение 0,1 -0,04 мкм. В качестве мощных источников света могут использоваться синхротроны или плазма, разогреваемая импульсом лазера или газового разряда. В отличии от литографии на эксимерных лазерах и эмерсионных средах установки с EUV работают только на отражении. Например, источник – отражение от размерного шаблона, последовательное отражение от двух параболических зеркал, уменьшающих изображение размерного шаблона, подложка с резистом. При каждом отражении теряется 30 % -70 % мощности излучения.

---

Дата добавления: 2015-10-28