7.2.2. Технология рентгенолитографических процессов

Рассмотрим подробнее технологический цикл рентгенолитографических процессов. Он включает в себя следующие этапы: изготовление шаблонов, нанесение резистов, совмещение рисунка отдельных слоев ИС и шаблона, экспонирование, травление.

Изготовление шаблонов для РЛЛ – сложная задача, решение которой затрагивает тот же круг вопросов, что и при ФЛ. Подложка шаблона должна пропускать рентгеновские лучи, а пленка, образующая рисунок ИС, – задерживать их. Для формирования шаблонов используются как неорганические, так и органические материалы. При этом последние намного

стабильнее сохраняют свои параметры при изменении температуры, влажности и механических воздействиях, но изготовление шаблонов из органических материалов намного сложнее вследствие их хрупкости.

Рис.7.1. Зависимость поглощения от длины волны

в РЛЛ для различных материалов

Ослабление рентгеновского излучения в типичных материалах подложки шаблона составляет 0,1-10 дБ/мкм для рассматриваемого интервала длин волн, что соответствует толщинам подложки 0,5-5 мкм. Поэтому наиболее перспективно использовать полиамидные мембраны, т.к. они подходят для всего интервала длин волн при соответствующей толщине. Тем не менее, для создания в поглощающем слое методом РЛЛ рисунка с очень высоким разрешением необходимо применять особо тонкие мембраны из нитрида кремния, оксида алюминия и т.п., поскольку в тонких подложках из материалов на основе элементов с малой относительной атомной массой обратное рассеяние рентгеновских лучей относительно мало. При РЛЛ элементов с размерами до 1 мкм толщина слоя поглощения должна быть не менее 1 мкм. Следует понимать, что поглощение рентгеновских лучей веществом сильно зависит от длины волны, что наглядно демонстрирует рис. 7.1. При длине волны, например, 0,4 нм поглощение настолько мало, что подходящего материала для создания поглощающего слоя практически нет, а при длине волны более 5 нм поглощение настолько велико, что нет подходящего материала для основы подложки.

Рисунок шаблона создается следующим образом. На подложку из органической пленки наносится тонкая пленка хрома, обеспечивающая адгезию золота, которое осаждается на хромовую пленку. Толщина Au зависит от длины волны поглощаемого рентгеновского излучения. Сформировать рисунок поглощающего слоя золота на шаблоне можно разными способами в зависимости от толщины слоя. Для этого применяют комбинацию литографии с электролитическим осаждением золота, либо ионно-плазменное травление сплошного слоя золота через маску. Рельеф резиста создают с помощью ЭЛЛ.

Сформированный в тонкой пленке золота рисунок репродуцируют, экспонируя длинноволновым рентгеновским излучением (1,33 нм). В итоге получается шаблон на более толстой подложке, для которой непосредственное электронно-лучевое экспонирование неприемлемо из-за сильного обратного рассеяния электронов.

Важной характеристикой процесса является контрастность, обеспечиваемая материалом поглощающего слоя. Даже для поглощения рентгеновского излучения с длиной волны менее 5 нм требуется приемлемая прозрачность шаблона. Поэтому подложка шаблона должна быть очень тонкой – от 1 до 10 мкм.

Разрешающая способность шаблона ограничивается длиной волны рентгеновского излучения и контрастностью применяемого резиста. Поскольку основным требованием является стабильность размеров шаблона, то материалы и технология их изготовления выбираются с учетом анализа причин появления погрешностей.

Например, если совмещение рисунков ИС должно проводиться с точностью до 0,1 мкм, то стабильность размеров шаблонов должна быть лучше 0,05 мкм для типичных размеров элементов рисунка. Это значение соизмеримо с коэффициентом термического расширения стекол.

Технология изготовления органических шаблонов для РЛЛ отличается от технологии ФЛ. В данном случае пленка органического материала шаблона наносится на совершенно плоскую поверхность промежуточной подложки из кремния или стекла SiO₂, затем промежуточная подложка в нужных местах стравливается.

Таким образом, современный технологический процесс литографии должен включать в себя все ее разновидности: фотолитографию, электронную литографию, рентгенолитографию.