«НАНОЛИТОГРАФИЯ» Стефанович Г.Б.

Одним из определяющих технологических процессов в микроэлектронике в течение более 40 лет продолжает оставаться литография. Литография или микролитография, а сейчас может быть уместно, говорить о нанолитографии, предназначена для создания топологического рисунка на поверхности монокристаллической кремниевой пластины. Основным литографическим процессом в современной микроэлектронике является фотолитография.

10 ступеней литографического процесса. 1. Подготовка поверхности (промывка и сушка) 2. Нанесение резиста (тонкая пленка полимера наносится ценрифугированием) 3. Сушка (удаление растворителя и перевод резиста в твердую растворимую фазу) 4. Совмещение фотошаблона и экспонирование (положительный резист под действием света переходит в нерастворимую фазу ) 5. Проявление резиста (промывка в растворителе, удаляющем неэкспонированный резист)

6. Стабилизирующий отжиг (удаление остатков растворителя) 7. Контроль и исправление дефектов. 8. Травление (Непосредственный перенос рисунка маски на поверхность полупроводниковой структуры) 9. Удаление фоторезиста Финишный контроль.

ПРИМЕНЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ ЛИТОГРАФИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУР НАНОРАЗМЕРНОГО МАСШТАБА. Минимальный размер рисунка, который может быть разрешен с помощью той или иной оптической системы может быть оценен с использованием известной формулы: Для производства микросхем с 350 нм рисунками использовалась 360 нм дуговая ртутная лампа (i линия). Дальнейшее увеличение степени интеграции микросхем привело к переходу литографических систем в область так называемого глубокого ультрафиолета (deep UV). 250 нм транзисторы рисуются с использованием 248 нм KrF эксимерного лазера, 180 нм литография оперирует с излучением 198 нм ArF эксимерного лазера. Будущая нм литография ориентирована на использование 157 нм F2 лазера.

Фазосдвигающее маски. а) Шаблон без сдвига фазы. б) Шаблон с фазовым сдвигом.

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭКСПОНИРОВАНИЯ. Для получения структур с разрешением ниже 100 нм становится обоснованным использование принципиально новых способов экспонирования. Принимая во внимание необходимость разработки высокопроизводительных литографических систем можно выделить следующие 4 основные направления: предельный или экстремальный ультрафиолет (extreme UV lithography – EUVL), электронная проекционная литография (SCALPEL), рентгеновская литография (Х- ray lithography), ионная литография (ion beam lithography).

ЛИТОГРАФИЯ С ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ УЛЬТРАФИОЛЕТОМ. EUVL является обычной оптической литографией, но с использованием излучения с длиной волны нм и отражательными оптикой и фотошаблонами. Источниками излучения в EUVL на первом этапе развития подобных систем служило синхротронное излучение. Однако позже был разработан малогабаритный источник предельного ультрафиолета, принцип работы которого основан на использовании излучении из лазерной плазмы. Излучение стандартного Nd:YAG лазера (1063 нм длина волны, 40 Вт мощность, 100 Гц частота, 5 нс длительность) фокусируется на импульсной газовой струе Xe кластеров.

Схема EUV литографии.

Схема маски для EUV литографии.

ПРОЕКЦИОННАЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ЛИТОГРАФИЯ. ОГРАНИЧЕНИЯ ПРОЕКЦИОННОЙ ЭЛЛ: 1.Термический нагрев маски. 2. Большие числовые апертуры. Понимание ограничений адсорбционной ЭЛЛ привело к появлению новых проекционных ЭЛЛ систем, одна из которых получила название SCALPEL. Главное отличие новых систем от предыдущих заключается в использовании нового типа масок. Маска системы SCALPEL представляет собой набор мембран, изготовленных из легких элементов, с высокой проницаемостью для электронов. Рисунок создается пленками из тяжелых элементов с большой отражательной способностью.

Принцип работы системы SCALPEL:

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 электроны, 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.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ОПТИКА = 1060 nm 1 mJ/sm2 = 560 nm 0,5 mJ/sm2 = 118 nm 16 mJ/sm2 ЭЛ ЭКСПОНИРОВАНИЕ U = 50 kV 15 C/sm2 U = 5 kV 10 Кл/sm2 РАЗРЕШЕНИЕ Меньше 100 nm для ЭЛ. U = 50 kV and doses C/sm2 КЛЮЧЕВЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЗИСТА

Линии субмикронного масштаба, выполненные на Si методоми электронно-лучевой литографии и плазмохимического травления с применением оксидно-ванадиевого резиста.