2. Оптическая литография.

Оптическая литография явля­ется способом формирования заданного рельефа или топологии с помощью пучков света.

Оптическая литография была первым методом создания интег­ральных схем. В настоящее время она сохранила свои позиции основ­ного высокопроизводительного метода создания сверхбольших интег­ральных схем. Это произошло прежде всего потому, что на протяже­нии десятилетий совершенствовались источники актиничного оптического излучения, удалось обеспечить точность совмещения, не­обходимые минимальные оптические зазоры, разработать новые пер­спективные материалы резистивных масок, обеспечить необходимую чистоту материалов от микровключений, а также ряд других ноу-хау.

В современной оптической литографии используется глубокое ультрафиолетовое излучение (λ= 0,2 мкм - 0,3 мкм), источником кото­рого служат эксимерные лазеры или ртутно-ксеноновые лампы.

Стандартные ртутно-ксеноновые дуговые лампы высокого давле­ния излучают из малого объема светящегося тела и имеют мощность излучения до 2000 Вт. Большая часть излучения приходится на теп­ловую составляющую. Для фотолитографии используется одна из полос линейчатого спектра лампы: g-линия (435,83 нм), h-линия (404,65 нм) или i-линия (365,48 нм). В каждой из них находится около двух процентов общей мощности энергии дуговой лампы.

В основе работы эксимерных газовых лазеров лежат электронные переходы эксимерных молекул (см. ч. 3). Эти молекулы состоят из двух атомов инертного газа и галогена, которые могут существовать только в возбужденном состоянии. Наиболее широкое использование получили эксимерные молекулы KrF* — 248 нм, ArF* — 193 нм и F* — 157 нм. Лазеры на этих молекулах дают импульсы длительно­стью 5 - 20 нс с частотой повторения 4 кГц и мощностью до 50 Вт.

В качестве фоторезистов используют материалы, чувствитель­ные к глубокому УФ-излучению. Фоторезисторы для ультрафиолета имеют чувствительность порядка 100 мДж/см² и поэтому плот­ность излучения в процессе экспонирования должна составлять порядка 200 мВт/см². Лазеры вполне обеспечивают такую мощ­ность излучения.

Операции оптической литографии проводятся на современном оборудовании, каким является установка проекционного переноса изображения с одновременным совмещением. Такая установка по­лучила название степпер (stepper). В основе ее работы лежат после­довательные операции переноса топологии с шаблона на пластину кремния в акте единичного экспонирования шаблона через проекци­онный объектив. При этом происходит уменьшение масштаба и строго контролируются процессы совмещения меток на пластине и соответствующих меток на шаблоне. Экспонирование осуществляет­ся по команде микропроцессора после шагового перемещения коор­динатного стола с учетом коррекции координатных ошибок.

Для формирования топологии на пластине помимо степперов ис­пользуются сканеры. Они обеспечивают перенос изображения в режиме сканирования после пошагового перемещения пластины. Та­кой перенос осуществляется засветкой через щелевую апертурную диафрагму при одновременном синхронизированном движении шаб­лона и пластины относительно проекционной системы. Скорость пе­ремещения пластины больше скорости перемещения шаблона в та­кое число раз, при котором обеспечивается соответствующее масш­табирование. В этой системе накладываются жесткие требования по прецизионности при работе в динамическом режиме.

Степперы и сканеры являются самыми сложными и дорогостоя­щими из оборудования для производства современных интегральных схем. В настоящее время стоимость степпера составляет в среднем 5 млн долларов, стоимость сканера вдвое больше. При переходе на топологические нормы меньше 60 нм стоимость возрастет до 500 млн долларов. Производительность таких установок для пластин диаметром от 200 мм до 300 мм составляет 70 - 160 шт/час.

Дальнейшее развитие оптической литографии связывается с экс­тремальной ультрафиолетовой литографией (EUV — литография). В ней используются эксимерные лазеры на длине излучения 13.5 нм, позволяющие получить разрешение 0,1 -0,04 мкм. В качестве мощных источников света могут использоваться синхротроны или плазма, разогреваемая импульсом лазера или газового разряда. В отличии от литографии на эксимерных лазерах и эмерсионных средах установки с EUV работают только на отражении. Например, источник – отражение от размерного шаблона, последовательное отражение от двух параболических зеркал, уменьшающих изображение размерного шаблона, подложка с резистом. При каждом отражении теряется 30 % -70 % мощности излучения.