4 Электронно-лучевая литография

В основе электронно-лучевой литографии лежит избирательное экспонирование чувствительного маскирующего покрытия (электронорезиста) потоком электронов. Длина волны электронов изменяется от 0,01 до 0,1 нм. Электронорезисты позволяют изготовлять элементы с минимальным размером 0,05 мкм. При достаточной энергии электроны способны разрывать межатомные и межмолекулярные связи в позитивном резисте или их объединять в негативном. В электронолитографии используются те же резисты, что и в рентгенолитографии. Электронные пучки управляются магнитными и электрическими полями. Отсюда следует возможность избирательного экспонирования резиста без использования шаблонов, что обусловливает высокую разрешающую способность.

Существует три варианта электронной литографии: проекционная, сканирующая растровая, сканирующая векторная.

При проекционной электронолитографии используется вакуумная камера, внутри которой расположена электронная пушка. Электронная пушка представляет собою трехслойный фотокатод. Основу фотокатода составляет кварцевая пластина, которая прозрачна для ультрафиолетовых лучей. На поверхности кварцевой пластины в масштабе 1:1 образован рисунок из слоя, непрозрачного для ультрафиолетового излучения (хрома, диоксида титана). Поверх этого слоя нанесена пленка материала с высокой фотоэмиссией (палладий, иодид цезия). Фотокатод со стороны кварцевой пластины облучают ультрафиолетом, вследствие чего с участков противоположной стороны, не покрытых маскирующей пленкой, излучаются фотоэлектроны. Далее они ускоряются электрическим полем и с помощью фокусирующей системы проецируют изображение фотокатода на слой электронорезиста. Возможно проекционное экспонирование с уменьшением. При уменьшении размеров элементов возрастает время экспонирования, так как луч небольшого сечения возможно получить только при маленьких токах луча.

Сканирующая электронная литография осуществляется сфокусированным электронным лучом. Теоретически возможно получить луч диаметром около 1 нм, но из-за несовершенства фокусирующих систем, его диаметр значительно больше.

При растровом сканировании луч перемещается по всей поверхности кадра. Он включается и выключается в нужных местах в зависимости от запрограммированной топологии.

Более производительным является метод векторного сканирования: луч перемещается, включается и выключается только в местах, соответствующих элементу топологии.

Основными преимуществами методов сканирующей электронной литографии является: высокая разрешающая способность (0,2...0,3 мкм), которая ограничена свойствами электронорезистов; точность совмещения 0,05 мкм, возможность корректировки эффектов, вызванных искривлением пластин.

Основной недостаток этих методов – низкая производительность вследствие большого времени экспонирования. При уменьшении диаметра луча необходимо снижать его ток и увеличивать количество строк сканирования.

5 Ионно-лучевая литография

Ионно-лучевая литография имеет много преимуществ. Ионы имеют большую массу и меньше рассеиваются в слое резиста. Вторичные электроны имеют небольшую энергию и длину свободного пробега (не более 10 нм). В ионном луче слабее силы взаимоотталкивания по сравнению с электронным пучком и поэтому луч может иметь значительно меньший диаметр. Для ионной литографии отсутствуют проблемы, связанные с дифракцией. Для экспонирования нужны дозы облучения значительно (в 10...100 раз) меньшие, чем в электронолитографии. Это объясняет высокую производительность ионной литографии.

В ионной литографии используются те же самые резисты, что и для электронной литографии, а шаблоны по конструкции аналогичны рентгеновским шаблонам.

Применяют сканирующую и проекционную ионную литографию. Сканирующая ионная литография осуществляется сфокусированным лучом и отличается более точным управлением. Она предназначена для изготовления элементов топологии с размерами топологии от 0,03 до 0,3 мкм.

При проекционной ионной литографии применяется коллимированный, т.е параллельный, ионный пучок, который через шаблон облучает резист. Шаблон находится на некотором расстоянии от подложки, покрытой резистом. Эмитированный пучок ионов проходит через фокусирующую систему и формирует уменьшенное изображение на поверхности обрабатываемой пластины. Этот метод дает возможность создавать линии шириной меньше 0,5 мкм.

Преимущества метода ионной литографии – высокая разрешающая способность (до 0,03 мкм), полная совместимость с основными операциями изготовления микросхем – ионным травлением и легированием, большая производительность процесса вследствие высокой чувствительности резистов к ионному облучению.

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