Для сравнения на (рис. 13) показан зависимости краевого контраста от

ширины линии в случаях экспонирования электронным лучем и УФ излучением

(254 и 400 нм). Для того чтобы ширину краевого спада интенсивности, а,

следовательно, и точность совмещения поддерживать на уровне четверти

минимальной ширины линии, краевой контраст должен быть выше 70 % для

электронно-лучевого и 83 % для оптического экспонирования.

Изображение такого же качества, какое обеспечивается при экспонировании 1

мкм лучом с постоянной или переменной формой сечения, можно получить лишь в

системах экспонирования с когерентным источником ДУФ излучения (с учетом

эффектов стоячих волн).

Для негативных резистов, слабо зависящих от скорости (длительности)

появления, важен только краевой контраст поглощенной энергии; зависимость

скорости проявления R от глубины Z, определяющая в конечном итоге профиль

изображения, для позитивного резиста имеет вид:

dR/dZ=(dR/dE)(dE/dZ). (22)

Первый сомножитель правой части выражения (22) отражает взаимосвязь

скорости растворения и поглощенной энергии E, а второй влияние краевого

распределения E. Лишь при больших дозах, соответствующих максимальным

значениям МПФ, влияние проявителя, зависящее от контраста и нелинейности

резиста, мало. При умеренных же и малых дозах, проявитель существенно

определяет форму профиля проявленного изображения. В случае тонкого резиста

распределение поглощенной энергии можно считать однородным по глубине , но

для резистных пленок толщиной более 1.5 мкм такое допущение неправомерно. В

этом случае необходимо учитывать влияние процесса проявления, поскольку

распределение поглощенной энергии в близи подложки определяет размеры

проявленного элемента изображения. Сочетание низкоконтрастного резиста ((=1-

3) и электронного пучка с крутым краевым спадом интенсивности способно при

умеренных дозах обеспечить такой же профиль изображения, как и

высококонтрастный резист, при условии, что осуществляется очень жесткий

контроль процесса.

[pic]

Рис. 14. МПФ для ЭЛ-экспонирования на тонкой и толстой подложках.

Устранение подложки (рис. 14) позволит избавиться от обратнорассеянных

электронов, поскольку именно они снижают краевой контраст. С другой

стороны, использование тонких резистных слоев, подобных тем, которые

применяются в многослойных резистах, повышают МПФ и увеличивают разрешение

ЭЛ систем. Применение многослойных резистов наиболее приемлемый способ

ослабления эффектов близости и повышения разрешения.

Другие технологические параметры ЭЛ-экспонирования, такие, как энергия

экспонирования (кэВ), толщина резиста, температура сушки и тип проявителя,

могут влиять на разрешающую способность и чувствительность позитивного

резиста. В зависимости от дозы профиль стенок формируемого изображения

может быть пологим или крутым. При больших дозах форма профиля изображения

определяется пространственным распределением поглощенной дозы, тогда как

при малых дозах формируется более пологий профиль, что обусловлено степенью

активности проявителя в экспонированных и неэкспонированных областях.

Поглощение излучения высоких энергий.

Поглощение излучения высоких энергий происходит в результате взаимодействия

падающих лучей с электронами в атомах резиста или при столкновениях ядер в

случае ионно-лучевого экспонирования. Электроны и рентгеновское излучение

теряют энергию под действием фотоэффекта путем возбуждения атомных

электронов. Электроны выбиваются из молекул резиста с кинетической энергией

Е:

E=h(-Q (23)

где Q- энергия связи электрона на его орбитали. Энергия кванта

ионизирующего излучения h( обычно превышает Q.

Электрон выбивается с орбитали с образованием положительного иона:

АВ(АВ++е (24)

При поглощении электронных пучков потери энергии электронов на торможение в

твердом теле описываются соотношением Бете, полученным в приближении

непрерывных потерь:

-dЕ/dS=7.9*104Z/E*ln(2E/j) [кэВ/см] (25),

где Z- средний атомный номер, j- средний потенциал ионизации и S- длина

пробега электрона, которая для обратно рассеянных электронов с энергией > 1

кэВ может иметь величину порядка несколько микрометров. Поскольку больная

часть падающих электронов остается в подложке, то чувствительность резиста

и форма профиля изображения зависят от материала подложки.

Производительность систем ЭЛ экспонирования.

Наряду с высоким разрешением достигнута приемлемая производитель-ность

систем ЭЛ экспонирования. Важнейшие факторы, определяющие ее, приведены в

табл 2. Стоимость ЭЛ экспонирования одной пластины по сравнению с

оптическими оказывается примерно на порядок выше, что, однако,

оправдывается возможностью перенастройки (поскольку не требуются фото

шаблоны) и в тех случаях, когда для изготовления кристалла ИС необходимо

многократное экспонирование.

Таблица 2. Факторы, определяющие производи-

тельность ЭЛ-экспонирования.

| Сечение луча (круглое, квадратное, переменной формы) |

| Плотность тока луча и его диаметр |

| Чувствительность резиста |

| Коррекция эффектов близости (доза, размер пятен) |

| Ожидание (перемещение и совмещение) |

| Размер кристалла и пластины |

| Плотность топологии |

| Тип сканирования (растровая либо векторная) |

| Нижний предел дозы, определяемый шумами (статический предел дозы) |

Из-за аберраций и электрон-электронных взаимодействий, ток луча приходится

понижать при экспонировании наименьших пятен (рис. 15), что ведет к

увеличению времени экспонирования изображений с субмикронными элементами.

Время экспонирования t определяется выражением:

t=D/I[A/cm2], (23)

где доза D, требующаяся для экспонирования, находится в пределах от 1

мКл/см2 до 1 мкКл/см2.

[pic]

Рис. 15. Зависимость между током электронного пучка и его диаметром.

Время экспонирования единич-ного пятна от нескольких микро-секунд до 0.1 с

типичны для систем с катодами как из вольфрама, так и гексаборида лантана

(плотность тока эмиссии 0.1-50 А/см2). В автоэмиссионных катодах можно

достичь плотность тока 106 А/см2, но они не достаточно стабильны.

Электронно-оптические аберрации и эффекты объемного заряда не позволяют

сфокусировать в пятно нанометрового размера весь ток источника (106 А/см2),

вынуждая экспонировать пятна, площадь которых в 102-104 раз больше.

В пятне как 1 мкм, так и 1 нм размера поддерживается примерно одинаковая

плотность тока (1-100 А/см2) и соответственно требуется приблизительно

равное время экспонирования пятна.

Нанолитография сталкивается со статическими проблемами при формировании

дозы в нанометровом пятне. К примеру, располагая лучем (пятном) диаметром

100 нм, для повышения производительности желательно было бы использовать

более чувствительный резист, а для увеличения разрешения сделать его по

возможности тонким (порядка 100 нм).

Вследствие статической природы явления электронной эмиссии минимальное

число электронов Nm, необходимое для экспонирования пятна, ограничено снизу

пределом допустимого дробового шума (рис. 16) и составляет примерно 200

электронов. Лимитирующая доза определяется выражением

D= Nme/(линейный размер)2 (26)

[pic]

Рис. 16. Статический шумовой предел дозы ЭЛ-экспонирования, необходимой для

формирования элементов нанометровых размеров.

Повышенные дозы, требуемые в нанолитографии, приводят к непомерно большому

времени экспонирования, если не использовать автоэмиссионные катод либо

резисты способные к усилению изображения, чувстви-тельностью около 0.01

мкКл/см2. К тому же в электронной оптике, схематехнике, в позиционирова-нии

пучка и т.д. существуют фундаментальные физические ограничения на размер

экспонируемой области, дозу, время облучения, рабочее поле.

Эти факторы наряду с упомянутыми выше требованиями к интенсивности пучка и

его краевому спаду устанавливают производительность на уровне 1-10 пластин

в час (100-150 - мм пластины) для наиболее быстродействующих ЭЛ установок с

лучем переменной формы.

Радиационные резисты.

Главные задачи взаимодействия резиста с экспонирующим оборудованием состоят

в обеспечении:

1) высокой чувствительности для приемлемой производительности;

2) высокого разрешения для формирования субмикронных изображений.

Кроме выполнения этих первоочередных задач, резистная маска должна иметь

хорошую стойкость на этапе переноса изображения.

Снижение требуемой дозы при использовании источников излучения высокой

энергии с уменьшением размера изображения (пятна или сечения пучка)

приводит к дилемме статистического характера. Поскольку источник испускает

частицы с высокой энергией из эмиттера случайным образом, то число

электронов или других частиц, попавших на элемент изображения нанометрового

размера, может оказаться недостаточным для формирования изображения. Если

на 1 см2 падает 6*1011 электронов, то в пятно размером 0.1(0.1 мкм2

попадает только 60 электронов с неопределенностью дробового шума (N) в

интервале ((N)1/2 . Разрешение, согласно статистике Пуассона, есть простая

функция дозы:

Предел разрешения = Доза-1/2

Чтобы достичь нанометрового разрешения, для малых элементов изображения

требуется большая доза, соответствующая паспортной чувствительности

резиста, но экспонирование излучением высокой энергии требует более

чувствительных резистов для достижения хотя бы минимально приемлемого

выхода продукции. При малых дозах (меньше 1 мкКл/см2) размер

экспонированных элементов (пятен) настолько мал, что полимер не

проявляется. Для изолированных линий недостает обратно рассеянных

электронов, и для компенсации этого дефицита (внутреннего эффекта близости)

требуется избыточная доза. Для полимерных резистов, в которых нужно

экспонировать только поверхностный слой (как в случае ПММА, обрабатываемого

мономером), а не всю толщу резиста, ряд ограничений, обусловленных дробовым

шумом, может быть снят, поскольку образующиеся при экспонировании

захваченные радикалы служат инициаторами изотропной поверхностной

полимеризации.

Из трех видов экспонирования (ЭЛ, рентгеновское и ионно-лучевое) ионный

пучек имеет самую высокую эффективность, поскольку большая часть его

энергии (90 %) может поглотиться пленкой толщиной 1 мкм без искажений,

обусловленных обратным рассеянием, которое свойственно ЭЛ-экспонированию.

При электронном или рентгеновском экспонировании пленка поглощает только 1-

10 % падающей дозы.

Оборудование для ЭЛ экспонирования.

К любой литографической системе предъявляются следующие принципиальные

требования:

1) контроль критического размера;

2) точность совмещения;

3) эффективность затрат;

4) технологическая гибкость;

5) совместимость с другими экспонирующими системами.

Существует несколько вариантов построения сканирующих установок ЭЛ

экспонирования:

1. Гауссов пучек либо пучек переменной формы.

2. Пошаговое либо непрерывное перемещение столика.

3. Источник электронов: вольфрамовая нить, эмиттер из гексаборида лантана,

полевой эмиссионный катод (острие), простой либо составной источник.

4. Коррекция эффектов близости варьированием дозы, размеров экспонируемых

областей либо и того и другого.

5. Ускоряющее напряжение (5-10 кэВ).

Главные элементы экспонирующей ЭЛ системы- источник электронов, системы

фокусировки и бланкирования луча, устройство контроля совмещения и

отклонения, электромеханический стол и компьютерный интерфейс.

1. Блок бланкирования электростатического либо электронно-магнитного типа,

который “выключает” электронный луч, отклоняя его за пределы отверстия

коллимирующей диафрагмы.

2. Блок отклонения- либо совмещенный с оконечной линзой, либо помешенный

после нее. Блоки отклонения тоже делятся на электронно-статические и

электронно-магнитные, но предпочтение, обычно, отдается последним (по

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7