Фотолитография. Разрешающая способность.

После термического окисления следующим шагом является литография. На 95% проектная норма определяется совершенствованием методов литографии. По стоимости литография составляет 40% от цены, так как проводится много процессов литографии – до 40 раз.

Рисунок делается в маске из оксида кремния.

Этапы (обратной) фотолитографии:

1) подготовка поверхности (планарна, очищена, с хорошей адгезией);

2) нанесение фоторезиста (фоточувствительный слой, обычно органический);

3) экспонирование;

4) проявление фоторезиста (используется как маска для дальнейшего травления);

5) обработка поверхности;

6) удаление фоторезиста.

Фоторезист:

· адгезия;

· фоточувствительна;

· стойкий к травлению.

Фоторезист

· Позитивный: проэкспонированные области становятся растворимыми и после проявления разрушаются, позволяют получать более высокие разрешения, чем негативные.

· Негативный: проэкспонированные области полимеризуются и становятся нерастворимыми, обладают более высокой адгезией и более устойчивы к травлению, чем позитивные.

Толщина порядка 1 мкм. Нельзя сделать тоньше, потому что они не будут стойкими и не выдержат этап травления.

Нанесения фоторезиста чаще всего производится методом центрифугирования.

После нанесения фоторезиста происходит сушка. Затем экспонирование (засветка) – основной этап литографии. Источник – параллельный пучок лучей.

Методы:

1) Контактный. Прижимают фотошаблон (кварцевое стекло). Проектная норма порядка длины волны. Этот метод не может использоваться широко, так как фотошаблон очень дорогая вещь (точность шаблона должна быть на порядок выше). При таком методе печати он быстро разрушается (около 100 операций).

2) С зазором. Появляется дифракционная картина. Проектная норма зависит не только от длины волны, но и от зазора между фотошаблоном и фоторезистом и толщины фоторезиста. Этот метод используется для достаточно больших изображений. Разрешающая способность порядка 1 мкм. Для фотошаблона нет ограничений по сроку годности.

3) Проекционный. Шаблон выполнен в увеличенном масштабе: в 10 раз больше, чем рисунок. Сложная фокусирующая система. Разрешающая способность зависит от числовойапертуры. Проекционная пошаговая система – степпер. За одну операцию засвечивается один чип. Порядка 100 пластин в час.

Для уменьшения проектной нормы нужно уменьшать длину волны. Можно увеличивать числовую апертуру, но она ограничена синусом.

Эксимерный лазер. Эксимер – нестационарная молекула (квазимолекула), которая не существует в стабильном состоянии (существует только в возбужденном состоянии). Экстремальный ультрафиолет.

Увеличения разрешающей способности фотолитографии:

· Источник – уменьшение длины волны света (ртутная лампа – эксимерный лазер – EUV);

· Иммерсионные среды(жидкость) – уменьшение длины волны света в среде над фоторезистом (увеличение показателя преломления);

· Шаблоны – фазосдвигающие маски;

· Технологические приемы – двойного экспонирования и двойное паттерирование.;

· Фоторезисты – многослойные фоторезисты.

Перспективные методы оптической литографии. Фазосдвигаюшие шаблоны.

Неволновой метод –наноимпринт

· Хорошее разрешение (<10нм), но нужно создать штамп с точностью лучше на 1 нм (1:100).

· Нет шаблона – штамп (должен быть достаточно твердый, без адгезии).

Методы:

· Термический

· УФ

Штамп быстро изнашивается → появляются дефекты.

ВУФ литография.

Литография в экстремальном ультрафиолете 10-100 нм.

• Уменьшение длины волны, меньше, чем в эксимерных лазерах.

• Длина волны больше на 2 порядка, чем в рентгеновском.

• Большая энергия квантов.

• Такие длины волн не отражаются металлами, поглощаются.

Проблемы

- Нет оптики.

- Как сделать отражательные и многослойные шаблоны?

- Какие фоточувствительные материалы есть?

- Совмещение

Источники: лазерная плазма, газовые источники.

Рентгенолитография.

· Использовали уже в прошлом веке.

· Разрешение хуже, чем в фотолитографии (>100 нм).

Проблемы:

- Отсутствие оптики: нельзя сделать какие-либо оптические системы, так как рентгеновские лучи не преломляются и не отражаются.

На дифракционных решетках делали брэгговскую сетку.

► Для жесткого УФ будет картина.

► Для рентгеновских лучей не получили желаемого результата.

Работаем с исходными точечными источниками. Будем иметь размытие из-за неточности источника. Нужен каллимированный источник – параллельные лучи.

- Все материалы очень сильно поглощают рентгеновские лучи. Фотошаблоны делают из тяжелых металлов: хром, золото.

Оптимальнее использовать глубокий/экстремальный УФ.