Лабораторная работа 1 Фотолитография Цель работы- 1 Изучение процессов фотолитографии; 2 расчет мин

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Лабораторная работа № 1

Фотолитография

Цель работы: 1) Изучение процессов фотолитографии; 2) расчет минимального разрешения, для различных процессов фотолитографии.

Продолжительность работы: 4 ч.

Теоретические сведения

Литография - это процесс переноса геометрического рисунка шаблона на поверхность пластины с помощью чувствительных к излучению покрытий.

Процессы формирования изображений по принципу обеспечения локальности можно подразделить на безмасочные, осуществляемые без использования трафаретов, но по определенной программе (например, управление электронным, ионным или лазерным лучом), и масочные, выполняемые с использованием специальных шаблонов.

По типу излучения литографию делят на оптическую (фотолитографию) ( = 200 : 450 нм), рентгеновскую ( = 0,4 : 1,5 нм), ионно-лучевую ( = 0,05 : 1 нм) и электронную ( = 0,01 нм).

Контактная и бесконтактная фотолитография

Фотолитография может быть контактной (шаблон при переносе изображения приводится в плотный контакт с фоторезистом (ФР)) и бесконтактной (на микрозазоре) и проекционной ФЛ.

Операции фотолитографии многократно повторяются в процессе изготовления планарных приборов. На каждом этапе фотолитографии изображение точно совмещается с полученными ранее. Поскольку на фотошаблоне содержится 107 — 1010 элементов, минимальные размеры которых могут составлять меньше 100 нм, и что элементы всех шаблонов должны последовательно совмещаться с очень высокой точностью, то требования, предъявляемые к точности передачи изображения во время фотолитографии в планарной технологии, довольно высоки.

Таблица 1

Используемые в микроэлектронике источники света и соответствующие длины волн

Источник света	Спектральная линия	Длина волны, nm	Расположение в спектре электромагнитной радиации
Ртутная дуговая лампа	g-line	436 нм	Видимый
	h-line	405 нм	Видимый
	i-line	365 нм	ближний УФ (mUV)
	DUV	240-255 нм	глубокий УФ (DUV)
Эксимерный лазер	KrF	248	глубокий УФ (DUV)
	ArF	193	глубокий УФ (DUV)
	F2	157	вакуумный УФ (VUV)

В общем технологическом маршруте фотолитографии можно выделить три основных этапа: формирование на поверхности материала слоя фоторезиста: передача изображения с шаблона на этот слой: формирование конфигурации элементов устройств с помощью маски из фоторезиста.

Схема переноса изображения при контактной фотолитографии показана на рис. 1 а. Одним из факторов, ограничивающих разрешающую способность, является дифракция актиничного излучения при прохождении его через светлые участки (окна) в маскирующем слое фотошаблона. Перераспределение интенсивности J актиничного излучения на поверхности фоторезиста после прохождения через фотошаблон с рисунком в виде периодической решетки с прозрачными участками равной ширины b показана на рис. 1 б. При зазоре z между шаблоном и подложкой в условиях освещения параллельным пучком света минимальный размер (разрешение) bmin:

                                         (1)

где  - длина волны актиничного излучения; h - толщина слоя фоторезиста.

Обычно фоторезисты чувствительны в области длин волн примерно 0,2-0,4 мкм.

Рис. 1 Схема переноса изображения при контактной фотолитографии (а) и перераспределение интенсивности актиничного излучения на поверхности фоторезиста (б); 1 - поток актиничного излучения; 2 - фотошаблон; 3 -рисунок в маскирующем слое фотошаблона; 4 - пленка фоторезиста; 5 - подложка. I, II - зоны идеальной и фактической (например, с учетом дифракции) передачи изображения

Разрешающую способность можно увеличить, уменьшая толщину слоя фоторезиста и используя при экспонировании фоторезиста более коротковолновое излучение. В реальных условиях зазор z значительно отличается от нуля, что приводит к более сложной зависимости разрешающей способности. Так, на дифракционное перераспределение интенсивности излучения влияет размер и форма переносимого элемента.

Проекционная фотолитография

В стандартной проекционной системе, осуществляющей перенос изображения, фокус объектива f является функцией диаметра его входного зрачка D (рис. 2). Числовая апертура объектива NA в среде с показателем преломления n определяется как

                                   (2)

Разрешение bmin объектива, определяемое для двух непрозрачных объектов, которые едва различимы в диске Эйри, согласно критерию Рэлея равно

                                                 (3)

K – числовой коэффициент, равный для некогерентного света 0,61. На самом деле, в реальном процессе, этот коэффициент оказывается переменной величиной, существенно зависящей не только от степени когерентности, но и от метода регистрации изображения. К может принимать значение 0,3 для резистов, формирующих изображение в верхнем поверхностном слое, 0,5 для многослойных резистов и 1,1 для резистов на отражающей поверхности (например, на алюминии). При успешном применении некоторых технологических приёмов он может быть уменьшен до 0,2.

0,2

Рис. 2 Схема оптической системы

Таким образом, разрешение улучшается при использовании более коротковолнового экспонирующего излучения (дальний или вакуумный ультрафиолет) и объектива с большей числовой апертурой (за счет уменьшения размера экспонируемого поля). Однако с ростом NA глубина фокуса DF также уменьшается, и определение местоположения каждого кристалла при экспонировании требует дополнительного фокусирования:

                                                 (4)

Для объектива с числовой апертурой NA = 0,35 при экспонировании на длине волны 300 нм глубина фокуса DF составляет менее 1,5 мкм. В этом случае неплоскостность пластин, неровный топографический рельеф, а также сама толщина резиста могут привести к невозможности получения субмикронных структур.

Для того, чтобы скрытое изображение находилось в фокусе, используется метод формирования изображения в приповерхностном слое резистной пленки. Расфокусировка ведет к быстрому искажению изображения (особенно для близко расположенных линий), а также к уменьшению интенсивности дифрагировавшего на рисунке фотошаблона света, что требует увеличения времени экспозиции.

Коррекция оптической близости

При экспонировании микроизображения с размерами равными и меньшими предельного размера по Релею-Аббе, изображение претерпевает различного рода искажения. Это - сужение или недоэкспонирование узкой длинной линии, сокращение и округление её концов, заплывание узких зазоров и острых углов т.п.  С этими искажениями можно бороться, создавая упреждающие компенсирующие их элементы на фотошаблоне [2,3]. Один из типичных случаев на примере Т-образного элемента ИС приводится на рис. 3.

Рис. 3. Коррекция оптической близости на примере Т-образного элемента ИС.

Здесь мы видим угловые засечки для уменьшения скруглений и предотвращения укорачивания элементов рисунка, а также локальные изменения ширины линии для предотвращения её сужения. Эти элементы позволяют воспроизвести необходимую структуру микрорисунка ИС при размерах, существенно меньших, чем «релеевский», вычисленный для заданных длины волны и числовой апертуры по формуле (3). Их введение существенно усложняют фотошаблон и повышают требования к средствам их производства, но делают в конечном итоге рисунок топологического слоя приемлемым для «штатного» функционирования элемента ИС в условиях работы с размерами, переходящими дифракционный предел. Наработаны комплекты программ, позволяющих вводить в фотошаблон набор элементов, корректирующих эффекты оптической близости и моделировать результат их применения. Приёмы коррекции эффектов оптической близости стали неотъемлемой частью технологического процесса СБИС и УБИС.

Иммерсия

Иммерсирование дало мощный импульс развитию микроэлектроники и уменьшению минимального размера воспроизводимого в ИС элемента. Хотя само по себе применение иммерсии в оптических приборах отнюдь не ново и может прослеживаться ещё с 18-го века в письмах Левенгука в Британское королевское общество. Для иммерсии в фотолитографии применима вода. Вода вполне прозрачна на 193 нм и имеет при этом коэффициент преломления 1.44. Соответственно, длина волны эксимерного лазера в иммерсионной среде составит не 193 нм, а 134 нм. Числовая апертура объектива может быть сосчитана как NA = n sinα. Близкая к пределу наилучшая полученная величина числовой апертура изображающего объектива на воздухе NA0, составляет сегодня 0,95, что с водяной иммерсией даст NA = n NA0, или 1.368 Более того, нашлись иммерсионные жидкости с коэффициентом преломления, большим, чем у воды.

Лабораторное задание

Рассчитать bmin для контактной и бесконтактной фотолитографии при различных источниках актиничного излучения. Толщина фоторезиста 0,5 мкм. Зазор 1мкм. Заполнить таблицу.

	436 нм	405 нм	365 нм	240 нм	248 нм	193 нм
bmin бесконтактная фотолитография
bmin контактная фотолитография

Рассчитать bmin и DF для проекционной фотолитографии при различных источниках актиничного излучения. Числовую апертуру объектива принять равной 0,95. K – числовой коэффициент, равный для некогерентного света 0,61. Заполнить таблицу.

	436 нм	405 нм	365 нм	240 нм	248 нм	193 нм	157 нм
bmin
DF

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

•  конспект теоретической части лабораторной работы;
•  заполненную форму таблицы с результатами измерений и расчетов;
•  выводы.

Контрольные вопросы

1.  В чем преимущество бесконтактной фотолитографии по сравнению с контактной?
2.  Какова роль фотолитографии в технологии изготовления интегральных схем?
3.  Что обозначает понятие глубина фокуса?

Литература

1. Чистяков Ю.Д., Райнова Ю.П. Физико-химические основы технологии микроэлектроники. – М.: Металлургия, 1979. -408с.

2. Wolf S. Microchip manufacturing, Lattice press, California

3. Г.Н.Березин, А.В.Никитин, Р.А.Сурис Оптические основы контактной фотолитографии

1. Украинский вопрос если может быть такой вопрос решён самой историей то есть решён бесповоротно и что бы та
2. Тема 6. ОСОБЕННОСТИ ГОРОДСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
3. Какая же это сволочь сделала Вокруг него была убийственная аура которая пожирала желанием убить того к
4. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 1 по дисциплине Финансы и кредит Вариант 72 Выполнил- Федотова А
5. Детский сад 29 Александровского района Пермского края Конспект зимнего развлечения в
6. хозяйственной эффективности
7. В блоксхеме описана команда один ответ 1 цикла с предусловием 2 полного ветвления 3 цикла с пар
8. курсовая работа по теме- АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕРИАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ПРЕДПРИЯТИЯ выполнил-
9. ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ Факультет непрерывного профессион
10. Процесс исторического развития коммерческого права
11. ВВЕДЕНИЕ Спустя неделю после рождения нашей дочери Лорен мы с Бонни чувствовали себя совершенно измотанн
12. Основанием угой ответи явл
13. на тему- Фізична реабілітація при шийному остеохондрозі Студентки групи ФР ~2 вища2 рік На
14. Организация административнохозяйственной службы гостиницы 1
15. Особенности планирования, организации и оперативного управления совместным предприятием
16. тема жизненных явлений психология знакома каждому человеку
17. История как наука- этапы становления предмет методы исследования функции исторического знания
18. ий Группа-930193 подгруппа- 3 Клиническая база- Отделение- Преподаватель- Оцен
19. Реферат- Поиск и сохранение информации в сети Интернет
20. Тема заняття- Аналіз випуску продукції в загальному обсязі і асортименті

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе