\х\ >-д

Рис. 8.4. Проектор с фотокатодом

После совмещения производится экспонирование подложки электронным лучом, проходящим либо через отдельные элементы маски 10, либо одновременно через всю ее поверхность.

При фокусировке изображения н регулировке его масштаба используются регулируемые блоки питания 27 ... 33. Включение н выключение источника производится через усилитель 34, связанный с бланкирующдмн электродами 2.

Наиболее производительным методом электронолитографии является репродуцирование на пластину с резистом в масштабе 1 : 1 полного рисунка шаблона. В используемых для этой цели электронно-лучевых проекторах роль шаблона выполняет фотокатод, аналогичный обычному оптическому шаблону. Топологический чертеж выполняется в слое хрома на поверхности кварцевой подложки. На хромовый слой наносится фоточувствительное покрытие, эмиттирующее электроны при облучении его ультрафиолетовым излучением.

Принципиальная схема электронно-лучевого проектора с масштабом переноса изображения 1 : 1 показана на рис. 8.4. Пластина 1 с нанесенным на нее слоем электронорезиста закрепляется на столике 2, шаблон 3-на держателе 4. Камера, в которой они располагаются, откачивается до вакуума 6,7-Ю-3 Па (5-Ю-5 мм рт. ст.). Источник 5 ультрафиолетового излучения с длиной волны 185 нм через кварцевое окно 6 освещает шаблон 3. Излучение, проходящее через кварцевую подложку шаблона и окна в маскирующем хромовом покрытии, локально воздействует на участки слоя йодистого цезия, не закрытые хромовой маской. Эмиттируемые фотокатодом электроны ускоряются электрическим по-212

лем 20 кВ, при этом пластина с резистом выполняет функции анода. Магнитные катушки 7 фокусируют поток электронов, воспроизводящий изображение фотокатода на пластине 1. Катушки 8 и 9 применяются для отклонения н коррекции этого изображения. В столике 2 выполнены отверстия, за которыми установлены детекторы 10 рентгеновского излучения, соединенные световодами 11 с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ). Максимум рентгеновского излучения соответствует моменту точного совмещения реперных знаков подложки и шаблона. Основные технические данные проектора:

Минимальный размер элемента.....0,2 мкм

Время совмещения н экспонирования . . . . 30 с

Диаметр подложки........до 100 мм

Ускоряющее напряжение.......20 кВ

Зазор между пластиной н шаблоном . . . . 5 мм

Глубина резкости изображения.....100 мкм

Тип и неплоскостность подложкодержателя . . электростатический, менее 5 мкм

8.2. УСТРОЙСТВА ИОННОЙ ЛИТОГРАФИИ

Применение в микролитографии ионных пучков нместо электронных позволяет повысить разрешающую способность процесса и уменьшить время экспонирования. Это достигается тем, что в отличие от элетронолнтографии, образование обратно рассеянных ионов незначительно. Вторичные электроны имеют низкую энергию, длина нх пробега не превышает 0,01 мкм. Кроме того, энергия ионов сильнее поглощается в слое резиста, чем энергия электронов. Поэтому при одинаковых яркостях источников экспозиция при ионной литографии может быть значительно снижена по сравнению с электронной литографией. Дополнительным преимуществом ионной литографии является возможность подбирать источники ионов в соответствии с конкретными технологическими условиями.

В ионной литографии формирование топологического рисунка может вестись двумя способами: остро сфокусированным ионным зондом и переносом с помощью ионных пучков изображения маски-шаблона.

Основными узлами установок ионной литографии являются источники ионов, электростатические линзовые системы для фокусировки пучка и построения изображения маски-шаблона, отклоняющие системы, прецизионный координатный стол, системы питания и управления. Фокусировка ионных пучков и построение с их помощью изображений при относительно небольших плотностях тока аналогичны электронным пучкам. Наиболее важным элементом установок ионно-лучевой литографии является ионный источник, во многом определяющий основные параметры оборудования.

Ионные источники должны обеспечивать максимальную яркость (плотност-вого тока в единице телесного угла), однородность состава пучка по массе н заряду ионов и стабильность пучка, минимальные разброс ионов по энергиям относительно среднего значения (моноэнергетичность) и расходимость пучка. Кроме того, источники должны быть экономичными, иметь повышенный срок службы, обеспечивать при необходимости непрерывный или импульсный режим работы.

a) s)

Рис. 8.5. Схемы ионных источников:

а - дуоплазмотрон; б - газофазный источник с полевой ионизацией; в - жндкометаллнчес-кнй капиллярный источник

В ионной литографии преимущественно применяются три типа ионных источников: дуоплазмотрониый, жидкометаллический и газофазный с полевой ионизацией.

Принцип действия дуоплазмотрона основан иа извлечении ионного потока из плазмы газового разряда. Рабочий газ или пары вещества подаются через трубку 1 (рис. 8.5,а) в рабочую камеру, в которой расположен термокатод 2. Эмиттируемые им электроны ускоряются электрическим полем к промежуточному электроду 3, при этом в области 5 при давлении 0,1 ... 1,0 Па возникает дуговой разряд. Разряд распространяется к аноду 6, являющемуся составной частью магиитопровода 4. Магнитное поле сжимает магнитный шиур до малого диаметра, что приводит к увеличению плотности плазмы. Через тугоплавкую вставку 6 с анодным отверстием 8 экстрактор 7 вытягивает иоиы в иоино-опти-ческую систему. Яркость дуоплазмотроииых источников относительно невелика (102 А-см-2-ср ,)> поэтому при их использовании возрастает время экспонирования резиста.

Газофазный полевой источник включает эмиттер ионов - анод из вольфрама или ирридия, выполненный в виде иглы 3 (рис. 8.5,6). Электрохимическим травлением радиус иглы доводится до 10 им. К острию эмиттера подается водород при давлении 1,3 Па. Как эмиттер, так и канал 1 подачи рабочего газа охлаждаются до температуры 77 К в баллоне 2 с жидким азотом. Молекулы водорода сорбируются иа аноде, мигрируют по его поверхности к острию и срываются с негосильиым электрическим полем, создаваемым между анодом и экстрактором 4. Яркость источников этого типа 109 Асм 2-ср-1 является максимальной для применения в Типолитографии.

Жидкометаллический ионный источник имеет меньшую яркость, чем газофазный, однако он проще, надежнее в эксплуатации и считается наиболее пригодным для ионолитографии. В конструкции источника, показанной на рис. 8.5,в, эмиттер ионов (аиод) выполнен в виде тонкой вольфрамовой трубки 1 с капиллярным отверстием диаметром 50 мкм, заполненным жидким металлом. Для

if. ii

Т

1 !

Рис. 8.6. Принципиальные

ческих систем:

а -с зондовым ионным пучком; б-система с шаговым экспонированием

схемы иоиио-опти-

проекционная

разогрева металла используется нагреватель 2, помещенный во внутренний стакан 6. Тепловые экраны 3, наружный стакан 6 и кожух 4 теплоизолируют нагреватель. На конце капилляра 1 под воздействием давления внутри иглы около 1 МПа и внешнего электрического поля образуется выступающий коиус жидкого металла, с которого эмиттируются ионы.

Ионно-оптические системы формируют в зависимости от типа установки лвбо тонкий иоииый зоид, либо коллимироваииый пучок большого диаметра для проецирования изображевия маски-шаблоиа. Поскольку ионы имеют иа порядок больший разброс энергии, чем электроны, во всех элементах ионио-опти-ческих систем - лиизах, масс-сепараторах, дефлекторах, -- должны применяться специальные меры для уменьшения хроматических аберраций. Кроме того, масса ионов значительно больше массы электронов, поэтому для фокусировки ионных пучков преимущественно используются электростатические линзы. Это позволяет уменьшить габариты системы, потребляемые мощности, облегчает юстировку системы и ее термостатирование.

Иоино-оптическая система для формирования ионного зонда показана иа рис. 8.6,а. Система включает жидкометаллический источник 1 иоиов гелия, экстрактор 2, диафрагму 3, электростатическую линзу 4, дефлектор 5. Диаметр ионного зоида при использовании сменных диафрагм лежит в пределах 0,1 ... .. 0,5 мкм. Электростатический дефлектор 5, управляемый- микропроцессором, отклоняет иоииый пучок в пределах 100X100 мкм.

Проекционная ионио-оптическая система, предиазиачеииая для шагового экспоиироваиия подложек, представлена иа рис. 8.6,6. Газовая система 1 подает в плазменный источник ионов 2 один из рабочих газов: водород, гелий, иеои или аргои. Поток ионов из источника проходит электростатическую коиденсориую линзу 3 и в виде коллимированного пучка падает иа маску-шаблон 5. Доза облучения контролируется детектором 4. Прошедшие шаблон иоиы ускоряются электростатическими линзами 6, уменьшающими изображение маски в плоскости заготовки 8 в 10 раз. Координатный стол 9, иа котором закреплена пластина, перемещается приводом 10 иа шаг после каждого экспоиироваиия. Датчики

>А1

Рис. 8.7. Термостабилизация маски: н7пря аЯМаМскна; б-крепленне маскн в юмннневой рамке; в-предварнтельное термо-

7 используются при совмещении реперных знаков шаблона и пластины. Лазерные интерферометры контролируют точность позиционирования координатного стола в пределах ±(0,1 ... 0,2) мкм.

Управление основными функциональными узлами системы ведется от ЭВМ 12 через промежуточные подсистемы 11.

Точность получаемого изображения во многом зависит от конструкции маски и ее термической стабилизации во время экспонирования. Маска выполняется из никелевой фольги 2 (рис. 8.7) и с помощью держателя 1 зажимается в алюминиевой рамке 3. При нагреве рамки термоэлементом 4 за счет различных коэффициентов термического расширения никеля и алюминия в маске возникает напряженное состояние. Разогрев маски во время ионной бомбардировки может лишь уменьшить ее упругое натяжение, однако поверхность маски тем не менее остается плоской.

В установках проекционной ионной литографии при энергии ионов 60 ... ... 100 кэВ размер поля изображения составляет 5 ... 10 мм, глубина резкости- не менее 1 мм, разрешающая способность 0,1 ... 0,2 мкм, погрешность совмещения ±0,05 мкм на пластинах диаметром 125 мм.

8.3. УСТАНОВКИ ДЛЯ РЕНТГЕНОЛИТОГРАФИИ

В рентгенолитографии используется мягкое рентгеновское излучение с длиной волны 0,5 ... 5 нм. Рентгеновское излучение обычно получают при бомбардировке мншенн 2, размещенной в вакуумной камере 1, сфокусированным электронным лучом из источника 7 с энергией 10 ... 20 кэВ (рис. 8.8). Мишень должна располагаться в высоком вакууме: до 1,333-Ю-4 Па (Ю-6 мм рт. ст.), поэтому окно для выхода рентгеновских лучей 3 герметизировано бериллиевой фольгой 4, слабо поглощающей рентгеновское излучение. Рентгеношаблон 5 и полупроводниковая пластина 6 размещаются в камере, заполненной гелием, который слабо поглощает рентгеновские лучи. Ввиду отсутствия лннз для фокусировки излучения со столь малой длиной волны экспонирование ведется расходящимся пучком от точечного источника. Для уменьшения повреждений рент-геношаблона между ним и пластиной при экспонировании создается микрозазор, который может приводить к искажениям формируемого рисунка (рнс. 8.9). Ширина теневого размытия 6 и смещение Л элементов слоев зависят от ряда кои-

Рис. 8.8. Принципиальная схема Рис. 8.9. Схема возникновения ис-

рентгеновской литографии кажений при рентгеновском экспо-

нировании из точечного источника

структивных параметров рентгенолитографических установок: 6 = Sd/D; A = SR/D,

где S - микрозазор между пластиной н рентгеношаблоном, d - диаметр излучающей области на мишени, D - расстояние от источника до рентгеношаблона, R - расстояние от оси источника до элемента на рентгеношаблоне.

Как следует из приведенных выражений, для уменьшения теневого размытия следует уменьшать диаметр излучающего пятна на мишени и увеличивать расстояние между источником н рентгеношаблоном. Однако в первом случае необходимо решать задачу охлаждения источника, а во втором - учитывать, что плотность мощности излучения убывает пропорционально D-2.

Значение микрозазора S также влияет на теневое размытие размеров элементов, поэтому расстояние между пластиной и рентгеношаблоном обычно не превышает 10 ... 15 мкм, возможно также экспонирование контактным способом.

Из выражения для Д видно, что изменение микрозазора при двух последовательных экспонированиях от S! до S2 (рнс. 8.9) приведет к рассовмещению элементов на величину (Si-Sz)R/D. Исходя нз этого назначается допуск на стабильность работы механизма создания микрозазора.

Структура рентгеношаблона также влияет на конструкцию ряда узлов установок рентгенолитографии. Рентгеношаблон выполняется из материала, прозрачного для мягкого рентгеновского излучения. Топологический чертеж формируется в пленке поглощающего материала (обычно золото), нанесенного на прозрачную поверхность.

Основой рентгеношаблона чаще всего является тонкая мембрана из кремния, выполненная внутри кремниевой рамки, или полиимидная пленка, закрепленная на стеклянном или металлическом кольце. При толщине основы