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

пределения напряженности светового поля в плоскости маски. Под одним из двух соседних отверстий маски находится дополнительный слой прозрачного вещества (фазосдвигающего

покрытия) с оптической длиной пути λ/2. В результате световые колебания, выходящие из левого отверстия, отстают по

фазе на π от колебаний, выходящих из правого отверстия.

Рис. 4.2. Применение маски с оптической коррекцией:

а - обычная маска, б - полученный (искаженный) отпечаток на пластине, в - маска с оптической коррекцией, г - соответствующий (скорректированный) отпечаток на пластине

Рис. 4.3. Принцип действия фазосдвигающей маски

35

На рис. 4.3 ж,з приведены распределения напряженности Е и интенсивности светового поля в плоскости пластины соответственно. На рис. 4.3 з видно, что в этом случае изображения отверстий в маске раздельны. Так в методе фазосдвигающих масок достигается разрешение линий, ширина которых существенно меньше длины волны используемого излучения. Этим методом, например, было получено разрешение amin - 90 нм на длине волны 193 нм.

Иммерсионный метод. Возможности традиционной фотолитографии расширяет интенсивно разрабатываемая идея использования иммерсии. Эффект иммерсии заключается в

уменьшении длины волны λ и увеличении числовой апертуры

nsinθ с увеличением показателя преломления среды, заполняющей пространство между объективом и пластиной (см. рис. 4.1). Если, например, в это пространство ввести воду (п =

1,43 при λ = 193 нм), что не ухудшает качества воспроизводи-

мого рисунка, то λ уменьшится в 1,43 раза (193/1,43, λи - длина волны в иммерсионной среде), а числовая апертура увеличится в 1,43 раза. В итоге разрешающая способность (amin) увеличится в два раза (см. формулу 4.2).

Над усовершенствованием иммерсионной литографии работают ведущие компании. Так, компания IBM ещё в 2006 г. объявила о получении матрицы линий шириной 29,9 нм. Использовалось излучение с длиной волны 193 нм и иммерсионная жидкость с п = 1,6.

Нанолитография в экстремально дальнем вакуумном ультрафиолете (ЭУФ). Излучение ЭУФ лежит в диапазоне 1050 нм, что граничит с мягким рентгеновским излучением (0,5- 10 нм). ЭУФ-нанолитография представляет собой развитие традиционной проекционной фотолитографии и предназначена для изготовления микропроцессорных ИМС сверхвысокого уровня интеграции - до 108-1010 элементов на кристалле.

36

Рис. 4.4. Принципиальная схема ЭУФ-нанолитографа

Принцип действия ЭУФ нанолитографа. Нанолитограф работает по принципу степпер-сканера. Производится пошаговое экспонирование чипов при помощи проекционной отражательной оптической системы. Схема нанолитографа приведена на рис. 4.4.

Нанолитограф состоит из четырех главных блоков.

Источник ЭУФ-излучения - 50-100-микронное облачко вещества мишени (квазиточечный источник 6 на рис. 4.4) в плазменном состоянии при температуре ~106 К, ионизованное до 10-20 крат (квазиточечный источник). Плазма создается импульсным лазерным излучением 1 при его взаимодействии с мишенью. В экспериментальных ЭУФ-нанолитографах применяют сверхзвуковые струи тяжелого инертного газа Хе. Используется излучение Хе10+ на длине волны 13,4 нм. Ведутся разработки по использованию олова в качестве мишени.

Узел маски (3 на рис. 4.4). Поверхность шаблона - плоское зеркало с брэгговским покрытием (см. ниже). На его поверхность наносится поглощающий слой (W, Та, Сг), в котором вытравливается увеличенный рисунок ИМС.

37

Оптическая система.

Состоит из конденсора 2 и объектива 4. Конденсор 2 (зеркальный, верхнее зеркало - коллекторное) направляет излучение на шаблон 3. Объектив переносит уменьшенное изображение рисунка маски шаблона на поверхность пластины 5, покрытой резистом.

Зеркала конденсора и объектива имеют расчетную кривизну и брэгговские покрытия, состоящие из нескольких десятков чередующихся слоев молибдена и кремния толщиной

λ/4. Покрытия обеспечивают высокий коэффициент отражения, максимум которого достигается на длине волны 13,4 нм. Все разработки используют эту длину волны. Зеркальная оптическая система не может иметь высокую числовую апертуру. Увеличение апертуры достигается за счет уменьшения поля изображения. Поэтому ЭУФнанолитограф должен работать по принципу степпер-сканера. Числовую апертуру можно увеличить также за счет увеличения количества зеркал объектива. Перспективный 8-зеркальный промышленный ЭУФлитограф по оценкам сможет обеспечить апертуру ~0,4 и разрешение ~20 нм.

Образец с нанесенным резистом (5 на рис. 4.4). В ЭУФ-

литографии необходимы специальные резисты с высоким контрастом и чувствительностью, например, кремний-водородные (силановые) полимеры, неорганический резист AsSe.

Метод ЭУФ рассчитан на промышленное применение и в настоящее время успешно развивается. Презентация первой ЭУФ-установки проведена в 2001 г. консорциумом по нанесению рисунков на чипы. Установка позволяла получить amin ~

80 нм. Компании Intel, Odvanced Micro Devices и другие вло-

жили 250 млн долларов в создание прототипа ЭУФустановки. Чтобы довести ЭУФ-установку до промышленного производства, потребовалось еще 2,5 млрд долларов.

В настоящее время достигнуто разрешение ~30 нм. Ожидается, что к 2014-2016 гг. промышленные ЭУФ-на- нолито-

38

графы дадут разрешение ~20 нм, а в последующие годы - до 10 нм.

Таким образом, фотолитография еще не исчерпала своих возможностей. Объем рынка электроники, основанной на кремнии, составляет несколько триллионов долларов в год. Поэтому, по крайней мере в ближайшее десятилетие, полупроводниковая промышленность будет продолжать идти по пути усовершенствования высокоэффективной фотолитографии.

4.2. Электронно-лучевая литография

Электронно-лучевая литография (ЭЛЛ) - промышленная технология, имеющая высокую разрешающую способность. Основные области применения: 1- технология ИМС с размерами элементов менее 100 нм; 2- изготовление шаблонов для рентгенолитографии и фотолитографии в дальнем ультрафиолете. Принципы и основные этапы электронолитографии и фотолитографии аналогичны, различие в том, что в ЭЛЛ вместо световых потоков для экспонирования используются пучки электронов, ускоренных электрическим полем.

Электронно-лучевая литография в настоящее время рассматривается как один из альтернативных методов нанолитографии, поэтому интенсивно ведутся разработки по усовершенствованию и увеличению разрешающей способности ЭЛЛ.

Важнейшее достоинство метода - отсутствие дифракционных ограничений на разрешающую способность. Для экспонирования используются высоковольтные пучки (ускоряющее напряжение составляет 10-200 кВ) и низковольтные пучки (ускоряющее напряжение равняется 1- 10 В). В первом случае процесс проводится на специальных установках или с помощью пучков сканирующих электронных микроскопов. Во втором случае используются пучки сканирующих туннельных микроскопов. Длина волны де Бройля электронов, движущихся со скоростью v равна:

39