1 Литография Подготовил: студент группы Дудко Михаил

2 Тенденции развития: уменьшение размера элемента (топологической нормы) L g - длина затвора X j - толщина легированных областей X ox - толщина подзатворного диэлектрика Топологическая норма - полуширина линии и пространства между линиями в регулярных плотно упакованных полосчатых структурах. Разрешение для изолированных элементов, например затворов транзисторов, может быть в 1,4–1,8 раз меньше топологической нормы. bmin - топологическая норма

3 Тенденции развития: увеличение степени интеграции 1 – ранняя стадия выпуска ИС (удвоение количества транзисторов каждые 12 месяцев) 2 – микропроцессоры компании Intel (удвоение каждые 24 месяца) (коррекция закона Мура) 3 – схемы оперативной памяти (удвоение каждые 18 месяцев) Закон Мура: Количество транзисторов в интегральной схеме за год увеличивается примерно в два раза.

4 Проекционная литография Осветитель Лазер Фотошаблон Проекционные линзы Окружающая среда (коэффициент преломления n) Подложка Линзы конденсора Предельное разрешение оптической литографии: где k 1 – технологический параметр, λ – длина волны экспонирующего излучения, NA – числовая апертура проекционных линз где n – это показатель преломления среды над фоторезистом, θ – это полуугол сбора лучей на подложке где k 2 – коэффициент пропорциональности Глубина фокуса

5 Параметр k 1 Параметр k 1 был уменьшен с 0.8 в 1980 году до 0.4 сегодня. Величина k 1 = 0.3 ожидается в ближайшие годы. Этот прогресс связан с внедрением: внеосевого освещения (распределения интенсивности освещения по поверхности не однородно и имеет специальную форму) фазо-сдвигающих фотошаблонов (осуществляется управление не только амплитудой проходящего излучения, но и его фазой, что позволят за счёт интерференции получать необходимое изображение в резисте) коррекции эффекта близости.

6 Фазосдвигающий шаблон Фазосдвигающие шаблоны, в которых сдвиг фазы световой волны на 180 градусов: а - реализуется за счёт осаждения прозрачной плёнки; б - за счёт травления материала фотошаблона Толщина плёнки: n f – показатель преломления материала плёнки Глубина травления: ng – показатель преломления материала шаблона

7 Принцип действия фазосдвигающего шаблона Фазосдвигающий шаблон Обычный шаблон

8 Рисунок в шаблоне Шаблон с коррекцией Рисунок в фоторезисте Коррекция эффекта близости Для того чтобы в фоторезистивной маске создать необходимый рисунок приходится усложнять рисунок фотошаблона, вводя туда специальные элементы коррекции изображения. Резкие углы рисунка шаблона теряются в результате дифракции.

9 Длина волны экспонирующего излучения Эволюция источников экспонирующего излучения: Ртутные дуговые лампы ( = 436 (g-line), 405 нм (h-line), 365 нм (i-line)) Hg дуговые лампы ( 250 нм, глубокий УФ) KrF лазер ( = 248 нм, глубокий УФ, b min = 350 – 130 нм) ArF лазер ( = 193 нм, глубокий УФ, b min = 90 – 45 нм, 32 нм) F 2 лазер ( = 157 нм, вакуумный УФ) Импульсные источники (лазерная плазма) ( = 13 нм, экстремальный УФ) Рентгеновское синхротронное излучение ( 1 нм)

10 Длина волны освещения и топологическая норма По мере уменьшения топологической нормы происходит и уменьшение длины волны света, используемого в литографических установках для экспонирования фоторезиста через фотошаблон. После ArF лазера c длиной волны 193 нм, возможно будет лазер на F 2 c длиной волны 157 нм, а затем и новые импульсные источники некогерентного света на длину волны 13 нм. Нет источников света на промежуточные длины волн. Год Длина волны экспонирующего излучения Топологическая норма Топологическая норма, мкм меньше топологической нормы порядка топологической нормы больше топологической нормы

11 Иммерсионная литография: увеличение числовой апертуры (NA) NA = n sing, где n – коэффициент преломления среды между линзой и фоторезистивной маской (для воздуха n = 1), θ – наибольший угол сбора лучей с поверхности резиста и определяется размером линзы. NA выросла за счёт разработки новых линз от 0.5 (1990 г.) до 0.8 (2004 г.) и предполагается её рост до 1 и более в будущем. На пути совершенствования линз есть большие сложности (вес проекционных линз, уменьшающих рисунок шаблона, составляет более 1000 кг). Более простой путь – это увеличение n за счёт замены воздуха на жидкую среду с большим n, например, на DI воду (n = на = 193 нм и 21.5 С, рост NA на 44%). Это иммерсионная литография, первые установки будут использованы в промышленности в 2007 году.

12 Установка иммерсионной литографии Проекционные линзы Подача воды Подложка Возврат воды Вода Сканирование ArF лазер Проекционные линзы Вода Микроскопические изображения резистивных масок, полученных с помощью иммерсионной литографии с полушириной линия-промежуток равной 65 нм (а), 50 (b) и 45 нм (c)

13 Экстремальная ультрафиолетовая литография ИК лазер Пучок Xe Xe плазма, эмитирующая экстремальный УФ Отражательный конденсор Шаблон Система зеркал уменьшающая изображение Подложка с резистом Длина волны излучения на уровне 10 нм обеспечивает прекрасное разрешение Оптика - отражательная Источник света – лазерная плазма

14 Источник импульсной лазерной плазмы EUV / 13.5nm CO 2 лазер (основной импульс) Nd:YAG лазер (пред-импульс) Камера с мишенью светоделительная пластина Собирающее зеркало Xe мишень из капельной струи

15 Импринтинг Импринтинг – это метод литографии, когда трёхмерный рисунок в резисте получается посредством вдавливания в него штампа, на поверхности которого заранее сформирован необходимый рельефный рисунок. Метод не предполагает использования света для передачи изображения в резист. Запатентованное название: Step and Flash Imprint Lithography (S-FIL)

16 Оптическая литография столкнётся с техническими ограничениями, когда топологическая норма станет меньше 45 нм. Экстремальная фотолитография (длина волны 13 нм) сложна технически и дорога. Растущая стоимость фотолитографического оборудования может сделать производство кристаллов убыточным. Импринтинг может прийти на замену фотолитографии Стоимость оборудования Стоимостной барьер Технологический барьер Сверхбольшой NA, сверхмалый k 1 Иммерсионная литография Низкая стоимость Высокое качество Перекрывает несколько топологических норм и работает вплоть до 20 нм Импринтинг

17 Импринтинг: S-FIL технология

18 Импринтинг: технология 2-D рисунок 1-D рисунок Дифракционная микролинза

19 Обращенный импринтинг (S-FIL/R process) S-FIL/R процесс: после формирования отпечатка, поверхность покрывается планаризирующим слоем (6), который травится до вскрытия слоя, по которому делался импринтинг (7), и затем, используя селективную маску планаризирующего материала, делается РИТ, формирующее обращённую маску с большим аспектным отношением (8).

20 Преимущества импринтинга Низкая стоимость оборудования и технологии, так как не используется дорогая оптика, источники излучения и фотошаблоны; Низкая стоимость оборудования и технологии, так как не используется дорогая оптика, источники излучения и фотошаблоны; Широкий спектр размеров, которые можно реализовать данным методом; Широкий спектр размеров, которые можно реализовать данным методом; Не чувствительность к изменению плотности рисунка; Не чувствительность к изменению плотности рисунка; Нет сложностей характерных для оптической литографии, например, не нужна коррекция эффекта близости; Нет сложностей характерных для оптической литографии, например, не нужна коррекция эффекта близости; Гладкие края формируемых линий, высокий рельеф маски; Гладкие края формируемых линий, высокий рельеф маски; Возможность реализации позитивного и негативного процессов. Возможность реализации позитивного и негативного процессов.

21 Применение импринтинга