30

Введение

Классическое определение технологии звучит следующим образом: "Совокупность приемов и способов добычи, обработки сырья, материалов, полуфабрикатов и искусство реализации промышленных процессов. В научном отношении это набор закономерностей, заимствуемых из различных наук с целью оптимизации производства".

Большая Советская энциклопедия (до сих пор одна из самых авторитетных энциклопедий мира) определяет электронику как "науку о процессах в приборах, основанных на движении электронов в вакууме, газе или полупроводнике; область технологии, занимающуюся разработкой, производством и применением этих приборов". Поэтому для осмысленной работы в области электроники и микроэлектроники необходимо изучать процессы, происходящие при взаимодействии электронов и других заряженных и нейтральных частиц с веществом, находящемся в любом из известных агрегатных состояний; основы физики твердого тела и физической химии; кристаллографию; науку о материалах в целом и материаловедение в частности; физику элементарных частиц и физику плазмы; физику газового разряда и ионизованных газов; электрохимию, коллоидную химию и химию ультрадисперсных частиц и многое другое полезное и не очень и уметь применять эти знания на практике для создания реально существующих и реально действующих приборов. Электроника и ее разделы, такие, как микро- и наноэлектроника, занимаются проблемой, что именно надо сделать, т.е. приборными, аппаратными и системными вопросами. Основное поле деятельности - это создание так называемой элементной базы.

Проблемой изготовления прибора и всей аппаратной части электроники, т.е. тем, как это сделать, как практически реализовать эту самую элементную базу  занимается технология, соответственно подразделяющаяся на технологию электроники, микро- и наноэлектроники. Собственно нанотехнология это гораздо более широкое понятие и под ним стали понимать всю технологию, связанную с наноразмерным состоянием вещества. Возникли и стали развиваться нанохимия и нанофизика, нанооптика, нанотрибология и наномеханика и т.д.

На сегодняшний день самым прецизионным и точным инструментом обработки и контроля микросхем является пучок заряженных частиц - электронов или ионов. Законы, по которым подобные пучки взаимодействуют с твердым телом, лежат в основе той области нанотехнологии, которая связана с получением поверхностных и объемных конфигураций и модификацией свойств материалов в процессе производства интегральных микросхем. В настоящее время прогресс микро- и нанотехнологии определяют два основных технологических процесса  электронная литография как метод создания рисунка и ионное легирование как метод модификации свойств материала. Изучению этих процессов, определяющих предельно достижимую разрешающую способность, и посвящено настоящее учебное пособие.

ЭЛЕКТРОННАЯ ЛИТОГРАФИЯ

Общие понятия

Впервые электронный пучок для генерации изображения применили Торнлей и Сан в 1965 г., после чего началось развитие этого универсального и уникального метода. Исходя из того, что электрон, имеющий энергию порядка 90 кэВ, сопоставим с волновой функцией с длиной волны порядка 0.4 Å, некоторые авторы полагали это значение достижимым пределом разрешающей способности, что несколько опрометчиво, так как размеры атома, по Полингу, составляют единицы ангстрем. Однако реальные успехи в области создания электронно-лучевого оборудования позволяют на серийных установках оперировать с электронными пучками диаметром 10...30 Å. Применение аналогичного оборудования для генерации рисунка на подложке привело к результатам существенно более скромным, что связано со спецификой процесса взаимодействия ускоренных электронов с системой "резист - подложка".

Для формирования электронного луча используется электронно-оптическая система, конструктивно выполненная в виде электронно-оптической колонны (рис. 1). Для создания электронного потока используются либо термоэмиссионные, либо автоэмиссионные катоды.

3

4

5

6

7

8

9

10

Рис. 1. Электронно-опти-ческая система установ-ки электронолитографии

2

Т ермоэмиссионные катоды представляют собой либо V-образную вольфрамовую проволочку 1, нагреваемую протекающим через нее электрическим током до температуры, обеспечивающей термоэмиссию электронов, либо остро заточенный стержень из специального материала (чаще всего гексаборида лантана), каким-либо способом нагреваемый до температуры эмиссии. Автоэмиссионные катоды представляют собой металлический монокристалл, выполненный в виде заостренного цилиндра, с поверхности острия которого при приложении электрического поля соответствующей напряженности осуществляется эмиссия электронов.

Формируемый электронный пучок может иметь различную форму. Самая простая - круглый с гауссовским распределением плотности тока по сечению. При перемещении пучка от точки к точке необходимо учитывать коэффициент заполнения, поэтому стараются использовать либо квадратные пучки с П-образным распределением плотности тока по сечению пучка, либо прыгающие пучки с изменяемой геометрией.

В систему катодного узла входит также управляющий электрод 2, называемый венельтом, который служит для формирования прикатодного облака электронов. Между катодом и анодом 7 прикладывается ускоряющее напряжение, с помощью которого электронный поток приобретает необходимую энергию. Ограничивающая диафрагма 3 формирует электронный луч требуемой формы (круглый или квадратный), уменьшающая линза 4 создает его уменьшенное изображение, гасящие электроды 5 осуществляют выключение электронного пучка в необходимый момент времени. Уменьшающая линза 6 и диафрагма анода 7 создают окончательное изображение луча. Проекционная линза 8 и электронно-лучевая отклоняющая система (ЭОС) 9 осуществляют развертку электронного луча по поверхности подложки 10.

При взаимодействии электронного луча с твердым телом происходят различные процессы, которые могут использоваться для идентификации реперных меток: генерация упругоотраженных, неупругоотраженных, истинно вторичных и Оже-электронов; электромагнитного излучения в видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Для идентификации реперных меток можно также пользоваться поглощением электронов в подложке и наведенным током в области p-n-перехода. Сигнал от реперной метки поступает в соответствующий детектор, обрабатывается и сравнивается с записанным в памяти ЭВМ аналогом, после чего вырабатывается сигнал рассогласования, использующийся для коррекции местоположения.

Сложность происходящих при ЭЛГ процессов, которые могут влиять на качество получаемого изображения  генерация упругоотраженных, неупругоотраженных и истинно вторичных электронов, Оже-электронов, электромагнитного излучения в видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах  приводит к необходимости разработки моделей, позволяющих с достаточной достоверностью предсказывать результат взаимодействия электронного луча с системой "резист - подложка" и использовать эти результаты для коррекции технологических режимов.