5. Заключительные этапы литографического процесса

Заключительные этапы литографического процесса состоят из операций удаления фоторезиста и операций сушки подложек. Удаление фоторезиста стимулируется движением жидкости и активации процесса с помощью ультразвука. Остатки резиста удаляют растворителями или водно-щелочными растворами. Универсальным способом удаления остатков позитивного или негативного резистов является кипячение в серной кислоте или хромовых смесях.

Отмывка подложек проводится в деионизованной воде.

Введение в технологический процесс ионно-плазменных и плазмохимических методов травления позволило приблизить размеры элементов интегральных схем к размерам рисунков в фоторезистивных масках. Уменьшению последних способствуют новые направления в технике литографии - электроннолитография, рентгенолитография, ионнолитография - направленные на повышение разрешающей способности.

Другие виды литографии

6. Электроннолитография

Метод электроннолитографии основан на использовании для экспонирования резистов электронных пучков. При взаимодействии электронного пучка с резистом происходят разрывы в межатомных связях, приводящие к перестройке молекулярной структуры резиста. При малых длинах волны электрона минимально возможные размеры рисунков при экспонировании резистов определяются не дифракционным рассеянием, а условиями взаимодействия электронного пучка с системой электроннорезист - подложка.

Различают сканирующую и проекционную электроннолитографию.

На рис.5.8 представлена схема проекционной электроннолитографии.

Рис. 5.8. Схема проекционной электроннолитографии

Процесс проходит в вакууме, глубина которого определяется рабочим вакуумом источника электронов (электронной пушки). Подложки подаются под пучок через загрузочные отсеки с откачкой газа. Поток электронов находится в продольном магнитном поле индукцией ”В”. Точность совмещения достигает ~0,2 мкм. Разрешающая способность неоднозначно связана с ускоряющим напряжением пушки вследствие функциональной взаимосвязи геометрических размеров электронного луча и электрических параметров пушки. Время экспонирования “t” связано с коэффициентом чувствительности “К” резиста и плотностью тока луча ”J” соотношением:

t= K/J.

Коэффициент чувствительности электроннорезиста зависит его марки и колеблется в пределах от 10-⁶ кл/см² для негативных электроннорезистов до -10-⁸ кл/см² для позитивных. Хотя чувствительность негативных резистов выше, однако, разрешающая способность ниже.

В случае однолучевой электронной пушки с термокатодом при диаметре пучка равном 0,1 мкм может быть достигнута плотность тока J~1А/см². Время экспозиции для этих условий составит ~60мкс на один элемент. Общее время экспонирования подложки диаметром 30 мм достигает 100 часов.

Факторы, ограничивающие разрешающую способность электроннолитографии:

1) электрон - это одновременно и частица и волна. Длинна волны , соответствующая электрону определяется через постоянную Планка h, массу электрона m и его скорость V соотношением:

= h/mV

где V= 2meU;

e-заряд электрона (е=1,6х 10-¹⁹ кл);

U- ускоряющее напряжение ;

h=6,6 х10-³⁴ Дж/с; m= 9,1x10-³¹кГ.

Подставляя константы, получим: = 1,227/ U (нм).

Энергия электрона, вкладываемая в проведение процесса электроннолитографии, складывается из энергии электрона и энергии взаимодействия с веществом и определяется выражением:

Е=m_e C² + eU [Дж],

где С - скорость света;

2) разрешающая способность электроннолитографии ограничивается конечным диаметром электронного луча и рассеянием электронов в слое резиста;

3) ограничения электронной оптики, наличие сферической аберрации и теплового разброса поперечных скоростей электронов приводит к увеличению диаметра электронного пучка;

4) мощность, вкладываемая в пучок, ограничена испарением электроннорезиста;

5) яркость источников электронов конечна и имеет Гауссовское распределение в пространстве;

6) скорость прецизионного сканирования ограничена индуктивностью и емкостью электромагнитной отклоняющей системы.

Несмотря на ограничения, электроннолитография берет на себя формирование субмикронных размеров сверхбольших интегральных микросхем (СБИС) и числовых интегральных процессоров (ЧИП), высокочастотных (1 гГц) цифровых микросхем на арсениде галлия. В ряде случаев для увеличения разрешающей способности используются подкладки под подложку, отражающие электронный поток, тем самым реализуется обратная электроннолитография. Диаметр пучка для электроннолитографии может возрасти из-за дифракции или аберраций. Например, увеличение диаметра пучка из-за дифракции описывается уравнением:

D_д=7,5 /б ,

где б - угол сходимости луча, рад.

Яркость электронного пучка при электроннолитографии зависит от плотности тока эмиссии J и температуры катода T:

B= J x eU/ kT,

где К =1,38х 10²³ – постоянная Больцмана.