Технологические методы создания интегральных микросхем

Просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ)

Электрон, ускоренный в поле высокого напряжения, может рассматриваться в качестве волны, длина которой намного меньше длины волны видимого света и её можно легко фокусировать, используя осесимметричные электрические или магнитные поля. На этом принципе и основано действие просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ), конструкция которого похожа на схему обычного оптического микроскопа, где вместо лучей света используются электроны (т.е. соответствующие им волны). Первое устройство такого типа было создано в 1932 году немецкими учёными М. Кноллом и Е. Русска.

В таком микроскопе источник света заменён электронной пушкой (источником электронов), показанной на рисунке 3.1 Испускаемые пушкой электроны проходят через электронную линзу-конденсор (регулирующую интенсивность потока излучения и освещаемую площадь поверхности исследуемого образца), а затем через линзу-объектив проектируются на люминесцентный экран, под которым располагается фотокамера, позволяющая переводить получаемую на экране картину в привычное фотографическое изображение. По всей траектории прохождения электронов в установке поддерживается высокий вакуум, поскольку поток электронов энергично взаимодействует со всеми веществами.

Изображение

Существует много конструкций источников высокоэнергетических электронов, наиболее простой и надёжной из которых является раскалённая вольфрамовая проволока. В сложных электронных микроскопах с высоким разрешением излучение создаётся потоком электронов, испускаемых поверхностью кремниевого чипа (кристалла) под воздействием сильного электрического поля (так называемая эмиссия под воздействием поля).

Исследуемые в ПЭМ образцы должны быть очень тонкими, поскольку именно их толщина определяет размер деталей на изображении. Требуемые сверхтонкие пластины вырезают по довольно сложным методикам («ионное фрезерование» и т.п.

Электронный луч, «просвечивая» тонкий слой вещества, позволяет получать прямое изображение дефектов или неоднородностей кристаллической структуры во внутренней части образца. Анализ дифракционных картин даёт возможность установить периодичность атомных структур, а также ориентацию кристаллов. Разрешающая способность новейших ПЭМ составляет около 0, 2 нм, что позволяет получить фотографии отдельных атомов и молекул.

Методы получения информации о структуре вещества в нанометровом диапазоне с помощью СЗМ

Существует широкий набор методов для исследования поверхностей. По степени взаимодействия зонда с поверхностью различают: контактные, бесконтактные и полуконтактные режимы работы. По типу взаимодействия зонда с поверхностью различают режимы: туннельный, атомно-силовой, электро-силовой, магнито-силовой, ближнепольной оптической, конфокальной микроскопии, метод зонда Кельвина и др. Эти методы подробно рассмотрены в публикациях фирмы NT-MDT и по материалам публикаций описаны в пособии [2]. Основными методами СТМ являются методы постоянного тока и постоянной высоты для получения данных о рельефе, дополняемые методами спектроскопических измерений для получения распределений «работы выхода», «высоты барьера», локальной плотности состо-яний.

СТМ – метод постоянного тока (МПТ)

СТМ - метод постоянного тока (МПТ) предполагает поддержание в процессе сканирования постоянной величины туннельного тока с помощью системы обратной связи. При этом вертикальное смещение сканера (сигнал обратной связи) отражает рельеф поверхности. Скорость сканирования в МПТ ограничивается исполь-зованием системы обратной связи. Большие скорости сканирования могут быть достигнуты при использовании метода постоянной высоты (МПВ), однако МПТ позволяет исследовать образцы с развитым рельефом.

СТМ – метод постоянной высоты (МПВ)

При использовании СТМ – метода постоянной высоты (МПВ) сканер СТМ перемещает зонд только в плоскости сканирования, так, что изменения тока между остриём зонда и поверхностью образца отражают рельеф поверхности. Поскольку по этому методу нет необходимости отслеживать зондом расстояние до поверхности образца, скорости сканирования могут быть более высокими. МПВ может быть применён к образцам с очень ровной поверхностью, поскольку неоднородности поверхности выше 5-10 будут приводить к разрушению

а) схема измерений

кончика зонда.

Режим спектроскопии

Режим спектроскопии может быть использован не только в качестве инструмента для получения рельефа поверхности, но также и для картирования ряда других характеристик и материальных свойств образца: зарядовой плотности, адгезии и упругости. Режим спектроскопии может быть использован в качестве инструмента силовой спектроскопии – для измерений зависимости сил от расстояний. Для колеблющегося кантилевера сила взаимодействия зонд-поверхность может оказывать влияние также и на некоторые другие характеристики – амплитуду, частоту, фазу, добротность. Соответствующие зависимости этих характеристик от расстояния могут также рассматриваться как спектроскопические данные.

Спектроскопические измерения локальной высоты барьера (ЛВБ-спектроскопия) позволяют получать информацию о пространственном распределении микроскопической работы выхода поверхности, как описывается ниже. Туннельный ток в СТМ экспоненциально затухает с расстоянием зонд-образец как , где константа затухания определяется выражением , где - масса, - расстояние. При отображении ЛВБ мы измеряем чувствительность туннельного тока к вариациям расстояния зонд-образец в каждом пикселе СТМ изображения. Получаемая по этому методу ЛВБ, является видимой высотой барьера. Величина обычно сравнивается со средней работой выхода , где и являются работами выхода материала зонда и образца соответственно. Во многих случаях экспериментальная величина не равна в точности , но является меньшей величиной. Тем не менее, известно, что величина близка к локальному поверхностному потенциалу (локальной работе выхода) и является хорошей его мерой.

3.14 СТМ - - спектроскопия

СТМ - - спектроскопия измеряет туннельный ток в зависимости от рас-стояния зонд-образец в каждой точке СТМ изображения. Резкая зависимость помогает определить качество острия зонда в соответствии с рисунком 3.10. Как установлено эмпирически, если туннельный ток падает в два раза при 3 , то остриё рассматривается как очень хорошее, если при , то использование острия возможно для получения атомарного разрешения на поверхности высокоориентированного пиролитического графита. Если же ток спадает в два раза при , то этот зонд не может быть использован и должен быть заменён.

3.15 CТМ - спектроскопия

CТМ - спектроскопия предполагает одновременное получение обычного изображения рельефа при фиксированных значениях тока и напряжения смещения в соответствии с рисунком 3.11. В каждой точке изображения обратная связь разрывается, и напряжение смещения проходит ряд значений , при этом записываются значения тока . Затем напряжение возвращается к и обратная связь включается снова.

Каждая кривая может быть получена за несколько миллисекунд, так что дрейф положения зонда не оказывает существенного влияния. Эта процедура генерирует полное токовое изображение для каждого значения напряжения в дополнение изображения рельефа . Эта методика может быть использована, например, в сверхвысоком вакууме для отображения заполненных состояний атомов или ненасыщенных связей для реконструкций кремния.

АСМ – метод постоянной силы

При использовании АСМ – метода постоянной силы величина изгиба кантилевера поддерживается в процессе сканирования постоянной при помощи системы обратной связи в соответствии с рисунком 3.13. Вертикальные смещения сканера отражают рельеф поверхности исследуемого образца.

Основным достоинством метода постоянной силы является возможность наряду с измерениями рельефа поверхности проводить измерения и других характеристик – сил трения, сопротивления растекания и др.

АСМ – метод латеральных сил

АСМ – метод латеральных сил позволяет различать области с различными коэффициентами трения, а также подчёркивать особенности рельефа поверхности. Эти возможности могут быть использованы одновременно с получением рельефа поверхности для полной характеристики исследуемого образца в соответствии с рисунком 3.15. При сканировании гладкой поверхности с участками с различными коэффициентами трения угол скручивания меняется на каждом участке. Это позволяет проводить измерения локальной силы трения. Если же поверхность не гладкая, то такая интерпретация затруднена.

Для того чтобы различить участки с различными коэффициентами трения и неоднородности рельефа, необходимо использовать второй проход в противоположном направлении. Кроме того, измерения латеральных сил позволяют относительно просто достигать атомарного разрешения на слюде и других слоистых материалах.

Метод латеральных сил имеет большое значение при исследованиях полупроводников, полимеров, плёночных покрытий, запоминающих сред, при изучении поверхностных загрязнений, химических особенностей и фрикционных характеристик, а также в постоянно растущем ряду новых применений. Физические основы метода латеральных сил заключаются в следующем. При сканировании по методу постоянной силы перпендикулярно продольной оси происходиттакже его

торсионный изгиб. Он обусловлен моментом силы, действующей на зонд. Для малых отклонений угол закручивания пропорционален поперечной (латеральной силе). Торсионное закручивание кантилевера измеряется оптической следящей системой микроскопа.

АСМ

АСМ – метод модуляции силы

В процессе реализации метода модуляции силы одновременно со сканированием образца в соответствии с методом постоянной силы сканер (или образец) совершает вертикальные периодические колебания. При периодическом движении кантилевер «чувствует» поверхность образца. При этом давление зонда на поверхность образца не остаётся постоянным, но содержит периодическую (обычно синусоидальную) компоненту. В соответствии с локальной жесткостью образца величина соответствующих вмятин будет изменяться в процессе сканирования. На жестких участках поверхности образца вмятины будут мельче, а на мягких участках – глубже. Отслеживание рельефа поверхности образца проводится с использованием усреднённого изгиба кантилевера в системе обратной связи. Если известны величины вертикального смещения сканера «Dz», верти-кального смещения зонда «D» и жесткость кантилевера «kc», то можно определить локальную жесткость исследуемого образца «ks»

В свою очередь, при известной локальной жесткости можно определить модуль упругости образца. Это может быть сделано с использованием калибровочных измерений или с использованием модели Герца, метода модуляции при исследованиях полимеров, полупроводников, биообъектов, в особенности при исследованиях композитов.

3.24 АСМ – полуконтактные методы

АСМ – полуконтактные методы основаны на использовании колеблющегося кантилевера. В сканирующей силовой микроскопии были предложены Биннигом. Он показал влияние градиентов сил на сдвиг резонансной частоты кантилевера и возможность бесконтактного сканирования поверхности образца. Была найдена возможность сканирования поверхности образца не только в притягивающих, но и в отталкивающих силах. Относительно слабый сдвиг частоты колебаний под влиянием отталкивающих сил означает, что контакт зонда с поверхностью образца в процессе колебаний не является постоянным.

Только в течение короткой части периода колебаний зонд «ощущает» контактные отталкивающие силы, Особенно это касается колебаний с большой амплитудой. Сканирование поверхности образца с колеблющимся таким образом кантилевером является не бесконтактным, а скорее прерывисто-контактным. Соответствующий метод сканирующей силовой микроскопии (прерывисто-контактный, или полуконтактный) довольно часто используется на практике.

Полуконтактный метод обладает определёнными преимуществами по сравнению с контактными методами. Прежде всего, при использовании этого метода давление кантилевера на поверхность образца существенно меньше, что позволяет работать с более мягкими и легко разрушающимися материалами, такими, как полимеры и биоматериалы. Полуконтактный метод более чувствителен к различным взаимодействиям с поверхностью, что даёт возможность получить ряд характеристик поверхности – распределение вязкости и упругости, электрических и магнитных доменов.

АСМ-метод отображения фазы

АСМ-метод отображения фазы это – когда в процессе колебания кончик зонда касается поверхности образца и испытывает воздействие не только отталкивающих, но и адгезионных, капиллярных и других сил.

В результате взаимодействия зонда с поверхностью образца происходит сдвиг фазы колебаний. Если поверхность образца является неоднородной по своим свойствам, соответствующим будет и фазовый сдвиг. Распределение фазового сдвига по поверхности будет отражать распределение характеристик материала образца. Это позволяет получать информацию в широкой области применений: для исследований биологических объектов, образцов с магнитными и электрическими характеристиками.

Широко используемый полуконтактный метод обладает определёнными недостатками, связанными с использованием системы обратной связи. В результате правильного подбора коэффициента усиления обратной связи этот недостаток может быть устранён. Также возможна настройка для оптимального отображения пологих и незначительных изменений рельефа.

АСМ-бесконтактные методы

Отсутствие сил отталкивания в бесконтактных методах позволяет использовать их в исследованиях мягких образцов, при этом в отличие от СТМ, не требуется наличия проводящих образцов. АСМ-бесконтактные методы используют принцип определения модуляции амплитуды.

Соответствующая измерительная схема использует изменения амплитуды колебания кантилевера, обусловленные взаимодействием зонда с образцом. Работа по бесконтактному методу может быть описана в терминах градиентно-силовой модели. В соответствии с этой моделью в пределе малых колебаний кантилевера при приближении кантилевера к образцу резонансная частота кантилевера сдвигается на величину к своему новому значению в соответствии с выражением где - новое значение резонансной частоты кантилевера с номинальной жесткостью , а - значение градиента силы взаимодействия кантилевера с образцом. Величина представляет эффективный зазор зонд-образец. Для случая сил притяжения величина отрицательна.

Если возбуждающая частота колебаний кантилевера , то сдвиг резонансной частоты в сторону меньших значений приводит к уменьшению амплитуды колебаний кантилевера с частотой при приближении к образцу. Эти изменения амплитуды используются в качестве входного сигнала в системе обратной связи. Для получения сканированного изображения по бесконтактному методу необходимо, прежде всего, выбрать амплитуду колебаний кантилевера, когда кантилевер находится вдали от поверхности образца. Система обратной связи подводит кантилевер ближе к поверхности образца, пока его мгновенная амплитуда не станет равной амплитуде при заданной частоте возбуждения колебаний .

Начиная с этой точки, может начаться сканирование образца в x-y плоскости с удержанием системой обратной связи постоянной амплитуды колебаний кантилевера для получения АСМ-бесконтактного изображения. Система обратной связи подводит кантилевер ближе к образцу, если амплитуда колебаний кантилевера уменьшается в какой-либо точке, и отодвигает кантилевер от образца, если амплитуда колебаний кантилевера увеличивается. В пределах малых амплитуд колебаний кантилевера сканированное изображение может рассматриваться как рельеф постоянного градиента силы взаимодействия зонд-образец. АСМ-бесконтактный метод обладает тем преимуществом, что зонд не контактирует с образцом и поэтому не разрушает его и не искажает его изображение.

Метод зонда Кельвина

Метод зонда Кельвина был предложен для измерения контактной разности потенциалов между зондом и образцом. Применяемый в настоящее время метод зонда Кельвина основывается на двухпроходной методике. В первом проходе определяется рельеф поверхности образца с использованием прерывисто-контактного метода (колебания кантилевера возбуждаются механически.) На втором проходе этот рельеф отслеживается при прохождении над образцом на некоторой высоте для определения поверхностного электрического потенциала. В течение второго прохода колебания кантилевера возбуждаются не механически, а электрически, путём приложения к зонду напряжения смещения, содержащего статическую и динамическую компоненты. В результате распределение

будет отражать распределение поверхностного потенциала по поверхности образца. Если на зонд не подаётся постоянное смещение, то это распределение представляет распределение контактной разности потенциалов.

Технологические методы создания интегральных микросхем

2.1 Классическая литография [2]

Массовое производство микроэлектронной аппаратуры с элементами достаточно малых размеров стало возможно во второй половине ХХ века благодаря применению и развитию фотолитографии. В этом методе изображение элемента или схемы выполняется в виде рисунка на металлической плёнке, нанесённой на прозрачную подложку. Такой рисунок называется маской или фотошаблоном. Затем рисунок с помощью потока света переносится на полупроводниковую пластину, в которой слой за слоем формируется физическая структура интегральной схемы. Таким образом, фотолитография – это процесс переноса изображения с фотошаблона на полупроводниковую подложку. Для этого на поверхности подложки создаётся плёночное покрытие из светочувствительного полимерного материала; покрытие облучают через фотошаблон с изображением элементов схемы, и затем покрытие проявляют (травят в растворителе), так что изображение схемы перено-сится на подложку. Этапы фотолитографии иллюстрирует рисунок 2.1.

Многие годы для проведения травления использовались различные влажные химические процессы. Но необходимость непрерывного повышения степени интеграции и информационной ёмкости микросхем привела к тому, что влажные процессы уже не могли обеспечить необходимого разрешения.

При использовании обычных литографических процессов, применяемых в микроэлектронике, для получения рисунков с нанометровыми размерами определяют предельные возможности процессов экспонирования и травления. Минимальный размер рисунка , который может быть разрешен с помощью оптической системы, оценивается с использованием известной формулы для определения дифракционного предела согласно критерию Рэлея,

(2.1)

где - константа, зависящая от типа используемого резиста и типа литографического процесса;

- длина волны света;

- числовая апертура оптической системы.

Формула (2.1) показывает, что для реализации высокого разрешения необходимо уменьшать длину волны и увеличивать числовую апертуру. Числовая апертура равна

, (2.2)

где - угол между крайними лучами конического светового пучка,

- показатель преломления среды, в которой находится объект.

Так как числовая апертура пропорциональна , то для её увеличения рассматриваемые предметы часто помещают в жидкость с большим , так называемую иммерсионную жидкость.

Для производства микросхем с 350 нм рисунками использовалась 360 нм дуговая ртутная лампа. Дальнейшее увеличение степени интеграции микросхем обусловлено переходом литографических систем в область глубокого ультра-фиолета (deep UV). Для транзисторов с 250 нм рисунками используют эксимерные лазеры KrF с длиной световой волны 248 нм. Литография со 180 нм рисунками реализуется с использованием эксимерного лазера ArF с излучением 198 нм. Литография со 118 нм рисунками ориентирована на использование 157 нм F2 лазе-ра. Эксимерные лазеры – это газовые лазеры, в которых активной средой служат эксимеры – молекулы, существующие только в возбуждённом состоянии. В качестве активной среды в эксимерных газовых лазерах используются галогениды инертных газов. Активную среду в эксимерных газовых лазерах возбуждают газовым разрядом, пучком быстрых электронов, оптической накачкой или комбинацией этих методов. Эксимерные газовые лазеры излучают в ультрафиолетовой области спектра [6].

Увеличение числовой апертуры имеет ограничение, связанное с уменьше-нием глубины фокуса DOF

DOF= , (2.3)

где - константа, зависящая от типа литографического процесса.

В литографической системе необходимо иметь чёткое изображение, как на вершине слоя резиста, так и в глубине. Применение систем с высокой апертурой и короткой длиной волны снижает глубину фокуса до недопустимых пределов даже для субмикронного разрешения и становится серьёзной проблемой при разработке наноэлектронных приборов.

Наноэлектронные конструкции должны иметь высокое отношение высоты линии Н к её ширине В, называемое аспектным отношением (aspekt ratio).

Для толстых резистов по сравнению с длиной волны используемого света достижение необходимой глубины фокуса становится существенной проблемой [2]. Таким образом, существуют физические и технические проблемы, затрудняющие прямое использование микроэлектронных технологических процессов для создания структур наноразмерного масштаба.

Расширение возможностей традиционной литографии достигается, в частности, использованием фазосдвигающих масок и многослойных резистов. При экспонировании близкорасположенных линий световые лучи имеют приблизительно одинаковые фазы. Это приводит к тому, что в области между линиями наблюдается интерференция хвостов световых потоков, экспонирующих различные линии. Это приводит к резкому снижению разрешения при работе в режиме, близком к дифракционному пределу. Ситуацию можно исправить, если обеспечить экспонирование соседних линий лучами с противоположными фазами. Сдвиг фаз достигается применением специальных фазосдвигающих покрытий при изготовлении фотошаблонов.

В некоторых случаях использование интерференции сдвинутых по фазе лучей применяется для экспонирования отдельных линий, размер которых существенно меньше длины волны используемого света. Перспективным способом исключения интерференционных эффектов является экспонирование с применением внеосево-го освещения. В этом случае фазовый сдвиг обеспечивается тем, что угол падения света на резист выбирается таким образом, чтобы соседние линии освещались лучами с противоположными фазами.

Увеличить разрешение литографических процессов позволяет применение многослойных резистов. В этом случае перед нанесением фоточувствительного резистивного слоя на подложку наносится специальное антиотражающее покрытие. Этот дополнительный слой выполняет различные функции. Он является дополнительным слоем, который сглаживает сложную топологию уже организованного на поверхности рельефа. Кроме того, он поглощает отражённые от поверхности подложки обратно рассеянные лучи, которые могут существенно исказить получаемую картину. Высокочувствительный слой верхнего резиста может иметь малую толщину, что положительно влияет на допустимую глубину фокуса процесса. Применение сложных оптических систем, новых источников экспонирования (в частности лазеров F2), многослойных резистов позволяет перешагнуть рубеж в 100 нм. Для получения структур с разрешением ниже 100 нм необходима разработка новых технологических режимов: высокопроизводительных литографических систем, использующих предельный или экстремальный ультрафиолет (Extrum UV Lithography - EUVL), электронную проекционную литографию (SKALPEL), ионную литографию (Ion Beam Lithography), рентгеновскую литографию (X – Ray Lithography) [2]. Рассмотрим эти технологии подробнее.

2.2 Литография экстремальным ультрафиолетом (EUVL) [2]

EUVL является обычной оптической литографией, но с использованием излучения с длиной волны 11-14 нм и отражательными оптикой и фотошаблонами. Источниками излучения в EUVL на первом этапе развития подобных систем служило синхротронное излучение. Синхротронное излучение – излучение электромагнитных волн, заряженных частицами, движущимися с релятивистскими скоростями в однородном магнитном поле. Используется в ультрафиолетовой области спектра и «мягкого рентгеновского излучения». Релятивистская скорость – скорость, близкая к скорости света. [7] Позже был разработан малогабаритный источник предельного ультрафиолета, принцип работы которого основан на использовании излучения из лазерной плазмы. Излучение стандартного Nd: YAG лазера фокусируется на импульсной газовой струе Xe кластеров. Образующаяся лазерная плазма содержит широкую спектральную полосу предельного ультрафио-лета с . Один из вариантов оптической системы содержит набор зеркал между источником излучения и фотошаблоном. Набор зеркал между фотошаб-лоном и подложкой с резистивным слоем обеспечивает уменьшение размера в четыре раза. Схема установки соответствует приведённой на рисунке 2.3. Все отражательные оптические системы должны быть асферическими с размером неоднородностей 10 . Эти зеркала представляют собой сложные плёночные покрытия: от 40 до 80 двухслойных плёнок с толщиной каждого слоя порядка . Такое же сложное строение имеет маска для EUV – литографии, которая схематично представлена на рисунке 2.4. Подобный литографический процесс позволяет рисовать линии с разрешением до 50 нм. Однако большой проблемой подобных систем является малое поле зрения оптической схемы, что не позволяет экспонировать всю поверхность кремниевой подложки. Подобные системы требуют применения системы сканирования изображения фотошаблона по поверхности подложки. Если принять во внимание многократное снижение длины волны (от 248 до 20 нм), что позволяет снизить значение числовой апертуры и увеличить тем самым глубину фокуса и поле зрения оптических схем, то переход к EUV литографии позволит перейти 100 нм рубеж, оставаясь в рамках традиционной фотолитографии. Однако сложная зеркальная оптика и дорогостоящая технология изготовления фотошаблонов, делают такой подход исключительно затратным и оставляют место для разработки литографических процессов, основанных на иных физических принципах.

В последние годы в США интенсивно ведутся работы по применению в литографии жесткого ультрафиолетового излучения (EUV) с длиной волны около 13, 5 нм. Это примерно в 18 раз короче, чем длина волны 248 нм «глубокого ультрафиолета» (DUV), используемая в DUV-литографии. Переход с DUV на EUV-литографию обеспечивает более чем 10-кратное уменьшение длины волны и переход в диапазон, где она сопоставима с размерами нескольких десятков атомов.

Применение EUV-литографии делает возможной печать линий шириной до

30 нм и формирование элементов структуры размером менее 45 нм. Поскольку EUV-излучение хорошо поглощается стеклом, то новая технология предполагает использование систем из четырёх специальных выпуклых зеркал, которые уменьшают и фокусируют изображение, полученное после применения маски. Каждое такое зеркало представляет собой наногетероструктуру и содержит 40... 80 отдельных металлических слоёв толщиной примерно 12 атомов, благодаря чему оно не поглощает, а отражает жесткое ультрафиолетовое излучение. Ожидается, что применение EUV-литографии позволит создать микропроцессоры, работающие в 30 раз быстрее, чем самые распространённые процессоры PentiumRPro, выпускаемые кампанией Intel с 2001 года.

2.3 Электронно-лучевая литография [2]

Электронно-лучевая литография (ЭЛЛ) – перспективный способ создания наноструктур, при котором используются литографические процессы, основанные на прямом рисовании рисунка на поверхности резиста. Подобный способ экспонирования хорош для научных целей и в производстве фотошаблонов. Низкая производительность процесса не позволяет рассчитывать на широкое внедрение этого процесса в производство. Попытки разработать эффективную систему высокопроизводительной проекционной ЭЛЛ долгое время не давали положительного результата по двум главным причинам. Вопервых, работа маски, основанная на разной поглощающей способности отдельных участков рисунка, приводила к нагреву маски в результате поглощения большой дозы излучения. Всё это ограничивало ускоряющее напряжение проекционных электронных литографов. Вторая причина заключалась в том, что применение допустимых энергий электронов не допускало применение малых числовых апертур, что приводило к снижению глубины фокуса и поля зрения магнитных фокусирующих систем. Далее, большие токи луча, обеспечивающего высокую производительность системы, разрушали высокое разрешение по причине влияния пространственного заряда. Понимание ограничений адсорбционной ЭЛЛ привело к появлению новых проекционных ЭЛЛ систем, одна из которых получила название SKALPEL. Главное отличие новых систем от предыдущих заключается в использовании нового типа масок. Маска системы SKALPEL представляет собой набор мембран, изготовленных из лёгких элементов, с высокой проницаемостью для электронов. Сам рисунок образован материалом с высокой отражательной способностью к электронам. Принцип работы системы SKALPEL поясняет рисунок 2.5.

Электроны, проходящие через мембраны, рассеиваются на малые углы, тогда как рисунок рассеивает электроны на большие углы. Апертура, расположенная в обратной фокальной плоскости полевой оптической системы, пропускает элект-роны, рассеянные на малые углы и не пропускает электроны, рассеянные на большие углы, что приводит к формированию на подложке высококонтрастного изображения. При этом в маске не происходит значительного поглощения электронного потока, что минимизирует тепловую нестабильность маски. Существует две разновидности ЭЛЛ – сканирующая и проекционная. При использовании сканирующей системы резист экспонируется фокусированным потоком электронов. Если в оптической литографии все детали рисунка экспонируются одновременно, то в сканирующей электронно-лучевой литографии электронный луч перемещается в плоскости рисунка и производит его последовательное экспонирование (сканирование). Информация для управления электронным лучом хранится в памяти управляющего компьютера, поэтому не нужно применять какие-либо шаблоны. Однако последовательное сканирование всего рисунка приводит к увеличению времени экспонирования.

В проекционной системе широкий несфокусированный поток электронов можно использовать для получения всего рисунка в течение одной экспозиции. В электронной проекционной системе фотокатод расположен на поверхности оптической маски с заданным рисунком. Ультрафиолетовые лучи облучают фотокатодный слой через маску, что вызывает эмиссию электронов с фотокатода в облучённых местах рисунка. Эти электроны проецируются на поверхность резиста с помощью однородных электростатических и магнитных полей. В результате на всей площади подложки рисунок создаётся за одну экспозицию.

2.4 Ионная литография [2]

12 3 4 5 6 Следующая ⇒