7.2. Рентгенолучевая литография (рлл)

Как известно, рентгеновское излучение возникает в результате проникновения электронов в атомы материала-мишени.

Собственно рентгеновские кванты излучаются при заполнении вакансии на основных уровнях электронами с верхних уровней (например, из валентной зоны). Очевидно, что энергия таких квантов зависит от разности энергий двух состояний, между которыми и осуществляется переход, а также от природы вещества мишени, с которой взаимодействуют электроны.

Характерным для рентгеновской литографии моментом, который не встречался в описанных ранее методах ФЛ и ЭЛЛ, является возникновение фотоэлектронов в результате неупругих соударений с веществом.

Обладая энергией того же порядка, что и падающие электроны, фотоэлектроны не имеют определенного направления и поэтому вызывают размытие изображения при его переносе с шаблона. Величина этого размытия определяется длиной пробега фотоэлектронов. Последняя меняется пропорционально квадрату энергии фотоэлектронов и зависит от материала шаблона. Так, например, при использовании алюминиевой мишени длина пробега фотоэлектронов составляет 0,1 мкм. Вообще, большинство резистов поглощает до 5 % попадающих на них лучей.

Известно, что при бомбардировке мишени электронами с энергией от 10 до 20 кэВ происходит разогрев материала мишени вплоть до температур, при которых начинается испарение. Для предотвращения испарения материала мишени необходимо интенсивное вращение, а также фокусировка пучка электронов в малое пятно, чтобы избежать искажений и обеспечить достаточно плотный поток рентгеновских лучей для уменьшения времени экспозиции.

7.2.1. Особенности экспонирования в рлл

Процесс экспонирования в РЛЛ происходит по той же технологической схеме, что и обычное экспонирование. Здесь вновь имеется источник излучения, шаблон и пластина, покрытая резистом, который чувствителен к излучению. Разрешающая способность РЛЛ на несколько порядков выше, чем ФЛ, поскольку значения длин волн рентгеновского излучения находятся в пределах 0,2-5 нм. Поэтому РЛЛ заменяет ФЛ при изготовлении элементов ИС субмикронных размеров.

Рентгеновские лучи должны быть достаточно мягкими (с целью поглощения их резистом при экспозиции), но в то же время и достаточно жесткими, чтобы не поглощаться входным окном источника и пластиной шаблона.

С учетом указанных факторов для окна источника и пластин шаблонов подбираются материалы, пропускающие рентгеновские лучи данного диапазона. Создать равномерное облучение всей пластины не просто, т.к. для коллимирования рентгеновских лучей пока не существует ни зеркал, ни линз. Поэтому, чтобы обеспечить параллельность лучей, необходимо выбрать достаточно большое расстояние от источника до подложки – порядка 2050 см. Поскольку интенсивность облучения подложки обратно пропорциональна квадрату расстояния до нее, то легко найти оптимум между расхождением лучей и интенсивностью облучения.

Источник облучения не является идеально точечным. Поэтому конечность его размеров и расхождение лучей приводят к геометрическим искажениям и появлению так называемых полутеней.

Минимальная разрешающая способность системы δ при геометрических искажениях Δ есть ,а ,здесь s – расстояние между поглощающими излучение шаблоном и резистом на пластине; r – радиус сечения луча; D – расстояние между шаблоном и источником (прицельное расстояние); x – расстояние между нормалью от источника к поверхности пластины и изображением.

Геометрические искажения, возникающие из-за наличия зазора s между шаблоном и пластиной, приводят к ошибкам в передаче изображения от шаблона. В результате ошибок стенки экспонированных областей резиста получаются невертикальными, а размеры рисунка, образующегося при последующем травлении, имеют погрешность. Для большинства РЛЛ- установок пределы погрешности не превышают 0,1 мкм при размере источника ~5 мм, диаметре пластин 76 мм и расстоянии между источником и пластиной 20 см, и пластиной и шаблоном 4 мкм.

При создании многослойных структур геометрические искажения создают серьезные трудности, связанные с переходом от одного слоя к другому (следующему) из-за невозможности сохранить постоянный зазор между шаблоном и пластиной. Соответственно при изменении зазора имеем изменение геометрического искажения: . Например, на пластине диаметром 76 мм при D = 20 см dΔ = 0,1 мкм, что находится на пределе современных возможностей конструкций держателей шаблонов и пластин.

Здесь необходимо заметить, что для ИС с одним слоем рисунка ошибки изображения не оказывают заметного влияния на размеры элементов ИС. Кроме того, в РЛЛ в отличие от ЭЛЛ и ФЛ практически не сталкиваются с погрешностями, возникающими в результате дифракции.

Существующие системы РЛЛ с вращающимися алюминиевыми анодами диаметром 10 см обеспечивают мощность в 15 кВт, а с кремниевыми анодами – 25 кВт. Различие в мощности связано с различием в температуре плавления у Al и Si. При этом время экспонирования резистов при входной мощности составляет несколько минут при расстоянии от источника до пластины в 20 см.