Материал: Специальные вопросы микро- и нанотехнологий. Стогней О.В., Трегубов И.М

цией масок литографический процесс проводится по принципу степпер-сканера. Предельная разрешающая способность метода - 35 нм. Она ограничена взаимодействием электронов в пучке, приводящим к его «размазыванию». По производительности SCALPEL-литография сравнима с фотолитографией, но имеет более высокую разрешающую способность.

Рассмотрим принципиальные особенности проекционной системы, конструкции масок и методики экспонирования

SCALPEL.

Проекционная система. Схема проекционной системы приведена на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Схема проекционной системы SCALPEL

Пучок электронов 1, ускоренный разностью потенциалов 100 кВ, падает на маску 2. На рисунке маска схематически представлена как чередование участков - прозрачных (мембрана) и непрозрачных (рисунок). Рисунок выполнен из материала, сильно рассеивающего электроны. Масштаб рисунка маски - 4:1 относительно масштаба изображения. Маска расположена в фокальной плоскости электронной линзы Л1. Диа-

45

фрагма 3, расположенная в фокальной плоскости линзы Л2, задерживает основную часть рассеянных электронов (линзы JI1 и Л2 - магнитные). Таким образом, основная часть энергии падающего пучка поглощается не маской, а диафрагмой. Маска не поглощает, а рассеивает электроны пучка - в этом ее отл и- чие от обычных фотошаблонов. Электроны, прошедшие через диафрагму, формируют высококонтрастное изображение 4 на пластине 5. Функции создания контраста и поглощения энергии разделены между маской и диафрагмой.

Конструкция масок. Изображение маски с ее поперечным сечением приведено на рис. 4.8. Мембраны масок SCALPEL обычно представляют собой пленки из нитрида кремния толщиной 100 нм. Они практически прозрачны для электронов пучка с энергией 100 кВ.

Рис. 4.8. Маска для метода SCALPEL

Однако маски на столь тонкой мембране не могут быть плоскопараллельными на большой площади. Поэтому используются специальные поддерживающие структуры, предотвращающие прогиб маски, - опорные решетки. Маска располагается на решетке из кремния (рис. 4.8), рисунок маски состоит из сегментов - участков между соседними полосками (опорами). Расстояние между соседними опорами ~1 мм, толщина опоры ~0,2 мм, длина одного сегмента ~3 мм. Решетка опор

46

формируется литографическим способом. Рассеивающие элементы рисунка также наносятся литографически и состоят из двух слоев, например, 10 нм - слой хрома и 50 нм - слой вольфрама.

При переносе рисунка на пластину соседние сегменты рисунка должны быть непрерывным образом соединены друг с другом, а изображения опор исключены. Экспонирование производится пошаговым методом, т. е. по сегментам. Схема экспонирования показана на рис. 4.9.

Рис. 4.9. Схема экспонирования со сканированием электронного луча методом SCALPEL: а - поперечное сечение луча в пределах первого и второго сегментов; б - распределение дозы облучения поперек сегментов 1 и 2; в - сегменты 1 и 2 после совмещения; г - результирующее распределение дозы облучения в пределах двух совмещенных сегментов.

На рис. 4.9 а вертикальные стрелки указывают направление сканирования электронного луча, горизонтальная (пунктирная) стрелка - направление механического сканирования маски. Когда весь сегмент проэкспонирован, производится смещение маски так, чтобы луч попал на следующий сегмент

47

(рис. 4.9 а). На время смещения маски сканирование луча прерывается.

На рис. 4.9 показано, как при помощи специальной формы поперечного сечения луча создается распределение полученной дозы излучения в виде трапеции. В налагающихся краевых областях соседних сегментов, отмеченных пунктиром и однократной штриховкой (например, 3 и 1' на рис. 4.9 а), рисунок маски точно повторяется. Эти области перекрываются при смещении маски и экспонируются, хотя и не полно, но дважды (см. рис. 4.9 в - дважды заштрихованная полоса 3, 1'). В итоге (см. рис. 4.9 г) распределение дозы облучения резиста поперек экспонированных сегментов оказывается равномерным, а рисунки соседних сегментов - «сшитыми».

Технология SCALPEL - сложная и дорогостоящая, но она значительно превосходит по производительности сканирующую электронно-лучевую литографию, основанную на использовании сфокусированного луча. В настоящем пособии SCALPEL-технологии уделено внимание потому, что она иллюстрирует те технические усложнения, на которые идут разработчики новых методов литографии, чтобы продвинуться в область наномасштабов.

4.3. Рентгенолитография

Принципы и основные этапы рентгенолитографии и фотолитографии одинаковы, но в рентгенолитографии для экспонирования резистов используется рентгеновское излучение. Рентгенолитография используется для изготовления наноструктур, но из-за сложности и дороговизны оборудования и технологии пока не применяется в серийном производстве.

Достоинства рентгенолитографии - высокая разрешающая способность и высокая производительность, обусловленная малым временем экспонирования и возможностью получения изображения на больших площадях. Кроме того, рентгеновское излучение обладает уникальным свойством - поглощаться

48

без рассеяния. Это обеспечивает вертикальность профиля изображения в резисте, отсутствие эффекта близости.

Диапазон длин волн, используемых для экспонирования - 0,5-5 нм. Верхняя граница обусловлена необходимостью осла-

бить влияние дифракции. Жесткое рентгеновское излучение (λ < 0,5 нм) вызывает возникновение фотоэлектронов в подложках и их проникновение обратно в резист. При поглощении излучения в резисте также возникают фотоэлектроны, которые производят дополнительное экспонирование.

Электронные эффекты и дифракция сказываются при размерах деталей маски менее 20 нм. Этими размерами и определяется разрешающая способность рентгенолитографии.

Источниками рентгеновского излучения являются либо мишень, бомбардируемая пучком электронов, либо синхротрон (циклический ускоритель элементарных частиц), в котором по круговым траекториям движутся электроны с околосветовыми скоростями. Интенсивность рентгеновского синхротронного излучения в тысячи раз превосходит интенсивность излучения мишени.

Расходящиеся пучки излучения мишеней имеют малую интенсивность в плоскости подложки. Резисты высокого разрешения, например ПММА, имеют низкую чувствительность. Поэтому необходима длительная экспозиция, что снижает производительность. С другой стороны, стоимость синхротронов очень велика.

Серьезной проблемой в рентгенолитографии является технология изготовления шаблонов, которая еще продолжает разрабатываться. Проблемы контактной литографии связаны с искажением размеров, смещением элементов рисунка из-за расходимости пучка и трудностями изготовления масок, с достаточной точностью прилегающих к поверхности пластины.

В проекционной рентгеновской литографии необходима зеркальная оптика. Поверхности соответствующих зеркал должны соответствовать расчетной кривизне в пределах

49