Оптическая литография, получение наноструктур

Рассматривая возможность применения обычного литографического процесса для получения рисунков с размерами нанометрового масштаба необходимо определить критические ступени, которыми в предлагаемой схеме являются процесс экспонирования и травления.

Минимальный размер рисунка, который может быть разрешен с помощью той или иной оптической системы может быть оценен с использованием известной формулы

=k₁/NA (5)
где - разрешение, k₁ – константа зависящая от типа использованного резиста, типа литографического процесса, - длина волны света, NA – численная апертура оптической системы.

Формула показывает, что уменьшение длины волны и (или) увеличение численной апертуры позволяет реализовать более высокое разрешение. Оптическая литография всегда развивалась по этому пути. 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. 118 -120 нм литография ориентирована на использование 157 нм F₂ лазера.

Увеличение числовой апертуры имеет определенные ограничения, связанные в первую очередь с уменьшением глубины фокуса (DOF)

В обычной фотографии мы сталкиваемся с проблемой малой глубины фокуса, когда изображения предмета и фона не находятся в фокусе одновременно. С литографической точки зрения необходимо иметь четкое изображение как рисунка 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 серьезной проблемой для получения приборов наноэлектроники.

Для толстых резистов (по сравнению с длиной волны используемого света) достижение необходимой глубины фокуса становится существенной проблемой.

Таким образом, существует ряд физических и технических проблем затрудняющих прямое использование существующего литографического процесса для создания структур наноразмерного масштаба. Однако применение более сложных оптических систем и процессов позволяет надеяться на то, что возможности традиционной литографии далеко не исчерпаны. Остановимся на некоторых разрабатываемых в этом направлении процессах подробнее.

Фазосдвигающие маски.

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 обеспечивается применением специальных фазосдвигающих покрытий при изготовлении фотошаблонов. Схема соответствующего процесса приведена на рис. 7. В некоторых случаях использование интерференции сдвинутых по фазе лучей используется для экспонирования отдельных линий, размер которых существенно меньше длины волны используемого света.

Более простым способом исключения интерференционных эффектов является экспонирование с применением внеосевого 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.

Рис. 7. Схема процесса с использованием фазосдвигающих масок. а) Шаблон без сдвига фазы. б) Шаблон с фазовым сдвигом.

Дата добавления: 2014-01-20