Характеристические точки кривой дифракционного распределения интенсивности

Очевидно, что для фотошаблона с ε ² = 0 (полностью непрозрачная маска, например, фотошаблон с маскирующим покрытием на основе металлической пленки, скажем хрома) величина набега фазы φ не имеет физического смысла (φ =0). Поэтому для шаблонов такого типа может варьироваться только ширина полоски и зазор между шаблоном и фоторезистом. Кроме того, фотошаблон с ε ² = 1 и φ =0 представляет собой прозрачную пластину без геометрического рельефа и не представляет интереса для рассмотрения.

Вид конкретного дифракционного распределения интенсивности приведен на рис. 5.4. На рисунке представлена правая часть распределения интенсивности при дифракции света на одиночной маскирующей полоске (напомним, что дифракционная картина симметрична относительно проекции центра маскирующей полоски). По оси ординат отложено значение отношения интенсивностей света I(ξ )/I₀ на поверхности фоторезиста в относительных единицах (при умножении на 100 мы получим интенсивность в %). По оси x приводится значение безразмерной координаты ξ. Граница геометрической тени соответствует координате ξ =0 (точка С на графике). Маскирующая полоска расположена в области отрицательных значений безразмерной координаты (влево от точки С). В области положительных значений ξ располагается светлая область фотошаблона, не замаскированная полоской.

Рис 5.4. Дифракционное распределение интенсивности.

 

Как видно из рисунка, распределение интенсивности носит достаточно сложный характер, и имеет следующие особенности.

1. В некоторых областях геометрической тени (область фоторезиста замаскированная элементом) интенсивность отлична от нуля. В этой области вблизи от края полоски располагается дифракционный максимум распределения (точка А на графике), в котором значение интенсивности имеет определенную величину (I=0, 25 для данного примера) значительно отличающую от нуля.

2. В незамаскированной области фоторезиста распределение интенсивности также не постоянно. В этой области располагается дифракционный минимум (точка В на графике), в котором значение интенсивности может быть существенно меньше 1 (I=0, 8 для данного примера).

3. Важным параметром при формировании изображения на фоторезисте является также значение интенсивности в точке соответствующей границе полоски (точка С на графике, I=0, 2 для данного примера).

Наличие осцилляций на кривых распределения интенсивности приводит к тому, что при не правильно выбранном времени экспонирования или режиме проявления могут возникать характерные дефекты резистивной маски.

Например, при завышенном времени экспонирования экспозиция а точке А может оказаться достаточной для полного удаления фоторезиста в этой точке при проявлении. В этом случае в области тени, где требуется сохранить маскирующую пленку фоторезиста, появятся сквозные полосы обнаженной подложки, ориентированные вдоль края полоски, т. е. повторные контуры изображения или так называемый «двойной край». При заниженном времени экспонирования экспозиция в точке В может оказаться недостаточной для полного удаления фоторезиста и в освещенной области изображения вдоль края элемента сохранятся валики неудаленного при проявлении фоторезиста, т. е. образуется двойной край в элемента светлой области.

Очевидно, что разность интенсивностей главного дифракционного максимума в тени (точка А) и минимально освещенной точки светлого поля (точка В) определяет некоторый характерный интервал Δ I_р, обеспечивающий формирование изображение на слое фоторезиста без двойного края в области света и тени. С уменьшением рабочего интервала необходимо экспонировать фоторезист со все более жесткими допусками на экспозицию (допусками по времени облучения). При этом всякие случайные факторы (неоднородность освещенности рабочего поля, флуктуации яркости источника, неточность времени экспонирования и др.) все в большей мере будут снижать воспроизводимость Фотолитографического процесса и увеличивать вероятность появления брака.

Важной особенностью дифракционного распределения интенсивности оказывается размытие границ топологических элементов, приводящее к тому, что размеры реализованных элементов оказываются зависящими от экспозиции. Наклон переходной области между светлыми и темными участками изображения (краевой градиент в точке С на графике) определяет удельный уход размера на единичную ошибку экспонирования Δ α _уд=Δ ξ / Δ I.

Пусть заданы тип фоторезиста, его толщина и стабилизированы условия проявления (задан состав проявителя, время проявления, температура проявителя, объем проявителя и т. д.) Тогда темп удаления и толщина удаленного в процессе проявления слоя фоторезиста будут зависеть только от экспозиции. В этих условиях минимальная экспозиция, достаточная для полного удаления этого слоя фоторезиста в данных условиях проявления будет пороговой экспозицией Н_пор.

Предположим, что нам известна величина пороговой экспозиции в данных условиях проведения фотолитографического процесса. Обозначим I₀ интенсивность в светлых участках вдали от края геометрической тени, принятую за 100%, и t₀ – время экспонирования участков фоточувствительного слоя, освещаемых световым потоком интенсивности I₀, соответствующее Н_пор. Тогда время экспонирования t_э, необходимое для того, чтобы участки, освещаемые потоком с интенсивностью I(ξ ), набрали суммарную экспозицию, равную Н_пор, определяется из соотношения:

t_э =(I₀/ I(ξ ))*t₀

Знание распределения I(ξ ) для заданного топологического элемента и t₀ из предварительного эксперимента дает все необходимые количественные данные для расчета условий формирования изображений на слое фоторезиста. В качестве примера воспользуемся распределением интенсивности приведенном на рис. 5.4.

Для точной передачи размера элемента необходимо, чтобы за время экспонирования t_э все участки на фоторезисте, подлежащие удалению при проявлении, накопили экспозицию Н> Н_пор и, наоборот, участки, на которых фоторезист должен быть сохранен, Н< Н_пор. Очевидно, что такая ситуация реализуется, когда интенсивность под краем геометрической тени I_к (точка С на графике) за время t_э обеспечит экспозицию

Н = (I₀/I_к)*t₀ = Н_опт

Будем эту экспозицию называть оптимальной. Из рис. 5.4 определяем, что I_к = 0, 2 (20%). Тогда необходимое время экспонирования для точной передачи размера элемента

t_э = (I₀/I_к)*t₀ = (1/0, 2)* t₀ = 5* t₀

Из этого же распределения можно найти максимальное время экспонирования t_эв, превышение которого приведет к образованию двойного края в области геометрической тени:

t_эв = (I₀/I_А)*t₀ = (1/0, 25) *t₀ = 4*t₀

Точно также минимальное время экспонирования, занижение которого ведет к появлению двойного края в светлых областях:

t_эн = (I₀/I_В)*t₀ = (1/0, 8) *t₀ = 1, 25*t₀

Таким образом, мы можем оценить границы интервала Δ t_э, экспонирование внутри которого не приводит к появлению дефекта в виде двойного края. Из определения пороговой экспозиции ясно, что при налаженной методике ее измерения на основании рассчитанных распределений освещенности на поверхности фоторезиста можно судить о геометрических размерах и форме вскрытых окон в сформированной резистивной маске.

Варианты заданий

Варианты заданий приведены в табл. 5.1.

1. Рассчитать распределение интенсивности на поверхности фоторезиста при контактной фотолитографии одиночной маскирующей полоски.

2. Определить характерные точки кривой распределения интенсивности и рассчитать пороговую экспозицию и рабочий интервал экспозиции.

Таблица51.1

Варианты заданий

№ варианта	Длина волны, мкм	Ширина полоски, мкм	Зазор между пластиной и фотошаблоном, мкм	Прозрачность светлого поля шаблона, ε 2с	Прозрачность темного поля шаблона, ε 2т	Набег фазы световой волны, φ	Интенсивность источника, I0, 10-3 Вт/см2	Время достижения пороговой экспозиции, t0, с
	0.2	0.5						t0
	0.2	0.5			0, 2	π /2
	0.2	0.5			0, 2	π /4
	0.2	0.5			0, 2	Π
	0.2	0.5			0, 2	2π
	0.2	0.3
	0, 193
	0, 3
	0, 193				0, 2	π /2
	0, 157	0.3
	0, 157	0.3			0, 3	π /2

Порядок выполнения работы

1. Получить задание у преподавателя.

2. Составить программу расчета на MathCAD по предлагаемому образцу в приложении (файл Fotolit1 ).

3. Выбрать из таблицы необходимые для расчета параметры.

4. Ввести в соответствующие ячейки необходимые для расчета константы.

5. Получить график распределения интенсивности на поверхности фоторезиста.

6. По кривой определить значения интенсивности в характерных точках.

7. Рассчитать пороговую и оптимальную экспозицию.

8. Рассчитать рабочий интервал экспозиции.

Внести в отчет входные данные, полученные результаты, включая графики.

 

4. Контрольные вопросы

1. Что такое фотолитография и для чего она применяется?

2. Назовите основные этапы проведения процессов фотолитографии, материалы, химические реактивы и приспособления, применяемые при фотолитографии.

3. Что такое транспарентный фотошаблон, его основные характеристики?

4. Как выглядит распределение интенсивности света на поверхности фоторезиста при контактной фотолитографии?

5. Назовите характерные точки на кривой распределения интенсивности. На какие параметры процесса переноса изображения влияет значение интенсивности в этих точках?

 

 

Литература

1. Батенков В.А., Шипунов Б.П. Электродные потенциалы и вольтамперные характеристики сколов германия //Применение физико-химических методов в исследовании состава и свойств химических соединений. - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та. 1982. - С. 28.

2. Сысоева Л.Н., Батенков В.А., Катаев Г.А. Выбор условий обработки сотовых структур при создании барьера Шоттки электрохимическим способом // Вопр. химии. Труды ТГУ.Сер. хим. - Томск.: Изд-во Том. ун-та. 1973. Т. 240. Вып. 8. - С. 180.

3. Bardeen J. Surface States and Rectification at a Metal - Semiconductor Contact // Phys. Rev. 1947. V. 71. -P. 717.

4. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Кн. 1. - М.: Мир, 1984. 456 с.

5. Стукалова И.Н., Батенков В.А., Шипунов Б.П., Папина Т.С. Зависимость электрофизических свойств контакта металл - арсенид галлия от состава остаточного оксида // Шестое Всесоюзное совещание по исследованию арсенида галлия. - Томск.: Изд-во Том. ун-та. 1987. Т. 2.-С. 43.

6. Батенков В.А., Сысоева Л.Н. Уравнение, описывающее вольтамперные характеристики поверхностно-барьерных диодов на арсениде галлия // Вопр. химии. Труды ТГУ. Сер. хим. - Томск.: Изд-во Том. ун-та. 1973. Т. 240. Вып. 8, С.175.

7. А.с. 1415982 СССР. МКИ². Н Ol L 21/28. Способ изготовления омического контакта к арсениду и фосфиду галлия. /В.А. Батенков, Б.П. Шипунов, А.И. Любарец. Заявлено 12.07.85 г. Зарегестрировано 16.05.80 г.

8. Ефимов Е.А., Ерусалимчик И. Г. Электрохимия германия и кремния. - М.: Госхимиздат, 1963г.с.182.

9. Мямлин В.А., Плесков Ю.В. Электрохимия полупроводников. - М.: Наука, 1965. с.338.

10. Bornemann E.H., Schwarz R.F., Stickler JJ. Electrophysical Properties electroplating Metal -Germanium of Contacs // J. Appl. Phys. 1955. V. 26. P. 10-21.

11. Тутов Е.А., Павленко М.Н., Протасова И.В., Кашкаров В.М. Взаимодействие пористого кремния с водой: хемографический эффект// Письма в ЖТФ, 2002, том 28, вып. 17, С.45-48.

12. Венгер Е.Ф., Голиней Р.Ю. Матвеева Л.А. Васин А.В. Влияние водородной плазмы на спектр электроотражения и спектр электронных состояний пористого кремния // Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 1. С.105-108.

13. Шелонин Е.А., Найденкова М.В., Хорт А.М.,. Яковенко А.Г, Гвелесиани А.А., Марончук И.Е. Влияние термических отжигов и химических воздействий на фотолюминесценцию пористого кремния // Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 4, С.494-496.

14. Сресели О.М., Горячев Д.Н., Беляков Л.В., Вуль С.П., Захарова И.Б., Алексеева Е.А. // Влияние фуллерена на фотолюминесценцию пористого кремния // Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 1, С.124-128.

15. Лазарук С.К., Долбик А.В., Жагиро П.В., Лабунов В.А., Борисенко В.Е. // Быстрые экзотермические процессы в пористом кремнии // Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 8, С.917-919.

16.

17. Лазарук С.К., Долбик А.В., Жагиро П.В., Лабунов В.А., Борисенко В.Е. // Быстрые экзотермические процессы в пористом кремнии // Физика и техника полупроводников, 2005г., том 39, вып. 8, с. 917-919.

18. Булах Б.М., Корсунская Н.Е., Хоменкова Л.Ю., Старая Т.Р., Шейнкман М.К. // О влиянии процесса окисления на эффективность и спектр люминесценции пористого кремния // Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 5, С.604-620.

19. Виноградов А.Н., Ганьшина Е.А., Гущин В.С., Демидович В.М., Демидович Г.Б., Козлов С.Н., Перов Н.С. // Магнитооптические и магнитные свойства нанокомпозитов гранулированный кобальт — пористый кремний // Письма в ЖТФ, 2001, том 27, вып 13, С.84-89.

20. Куликов А.В., Перевощиков В.А., Скупов В.Д., Шенгуров В.Г. // Низкотемпературное радиационно-стимулированное геттерирование примесей и дефектов в кремнии слоями пористого кремния // Письма в ЖТФ, 1997, том.23, вып.13, С.27-31.

21. Каменев Б.В, Константинова Е.А., Кашкаров П.К., Тимошенко В.Ю. // Модификация оптоэлектронных свойств пористого кремния, приготовленного в электролите на основе тяжелой воды // Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 6, С.753-756.

22. Беляков Л.В., Макарова Т.Л., Сахаров В.И., Серенков И.Т., Сресели О.М. // Состав и пористость многокомпонентных структур: пористый кремний как трехкомпонентная система // Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, вып. 9, С.1122-1124

23. Яркин Д.Г. // Транспортные свойства и фоточувствительность структур металл/пористый кремний/c-Si // Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 2, С.211-214.

24. Горячев Д.Н., Беляков Л.В., Сресели О.М. // Формирование толстых слоев пористого кремния при недостаточной концентрации неосновных носителей // Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 6, С.729-744.

25. Каганович Э.Б., Манойлов Э.Г., Свечников С.В. // Фоточувствительные структуры на пористом кремнии // Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 3, С.327-331.

26. Беляков Л.В., Горячев Д.Н., Сресели ОМ. // ¶ Фотоответ и электролюминесценция структур кремний - (пористый кремний) – (химически осажденный металл) // Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 11, С.1386-1390.

 

 

Лабораторная работа №6
Метод получения нано-размерных островковых структур
инконгруэнтным испарением

Цель работы

Изучение метода получения нано-размерных островковых структур на основе полупроводниковых соединений, образующихся в системах с выраженным инконгруэнтным характером испарения

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: