Оптична літографія
Оптична літографія є способом формування заданого рельєфу чи топології з допомогою пучків світла.
Оптична літографія була першим способом створення інтегральних схем. В даний час вона зберегла свої позиції основного високопродуктивного методу створення надвеликих інтегральних схем. Це сталося насамперед тому, що протягом десятиліть удосконалювалися джерела актинічного оптичного випромінювання, вдалося забезпечити точність суміщення, необхідні мінімальні оптичні зазори, розробити нові перспективні матеріали резистивних масок, забезпечити необхідну чистоту матеріалів мікровключень, а також ряд інших ноу-хау.
У сучасній оптичній літографії використовується глибоке ультрафіолетове випромінювання (λ = 0,2 мкм - 0,3 мкм), джерелом якого є ексімерні лазери або ртутно-ксенонові лампи.
Стандартні ртутно-ксенонові дугові лампи високого тиску випромінюють з малого об'єму тіла, що світиться, і мають потужність випромінювання до 2000 Вт. Більшість випромінювання посідає теплову складову. Для фотолітографії використовується одна зі смуг лінійного спектру лампи:g-лінія (435,83 нм),h-лінія (404, 65 нм) абоi-лінія (365,48 нм). У кожній з них близько двох відсотків загальної потужності енергії дугової лампи.
В основі роботи газових лазерів лежать електронні переходи ексимерних молекул (див. ч. 3). Ці молекули складаються з двох атомів інертного газу та галогену, які можуть існувати лише у збудженому стані. Найбільш широке використання отримали ексимерні молекули KrF - 248 нм, ArF - 193 нм і F * - 157 нм. Лазери цих молекулах дають імпульси тривалістю 5 - 20 нс із частотоюповторення 4 кГц та потужністю до 50 Вт.
Як фоторезист використовують матеріали, чутливі до глибокого УФ-випромінювання. Фоторезистори для ультрафіолету мають чутливість близько 100 мДж/см2і тому щільність випромінювання в процесі експонування повинна становити близько 200 мВт/см2. Лазери повністю забезпечують таку потужність випромінювання.
Операції оптичної літографії проводяться на сучасному устаткуванні, яким є встановлення проекційного перенесення зображення з одночасним поєднанням. Така установка отримала назву степпер (stepper). У її роботи лежать послідовні операції перенесення топології з шаблону на пластину кремнію в акті одиничного експонування шаблону через проекційний об'єктив. При цьому відбувається зменшення масштабу та суворо контролюються процеси суміщення міток на пластині та відповідних міток на шаблоні. Експонування здійснюється за командою мікропроцесора після крокового переміщення координатного столу з урахуванням корекції координатних помилок.
Для формування топології на пластині, крім степерів, використовуються сканери. Вони забезпечують перенесення зображення у режимі сканування після покрокового переміщення пластини. Таке перенесення здійснюється засвіткою через щілинну апертурну діафрагму при одночасному синхронізованому русі шаблону та пластини щодо проекційної системи. Швидкість переміщення пластини більша за швидкість переміщення шаблону в таке число разів, при якому забезпечується відповідне масштабування. У цій системі накладаються жорсткі вимоги щодо прецизійності під час роботи в динамічному режимі.
Степери та сканери є найскладнішими та найдорожчими з обладнання для виробництва сучасних інтегральних схем. УНині вартість степера становить у середньому5млндоларів,вартість сканера вдвічі більша. При переході на топологічні норми менше 60 нм вартість зросте до 500 млн. доларів. Продуктивність таких установок для пластин діаметром від 200 мм до 300 мм становить 70-160 шт/год.
Подальший розвиток оптичної літографії пов'язується з екстремальною ультрафіолетовою літографією (EUV – літографія). У ній використовуються ексимерні лазери на довжині випромінювання 13.5 нм, що дозволяють отримати роздільну здатність 0,1 -0,04 мкм. Як потужні джерела світла можуть використовуватися синхротрони або плазма, що розігрівається імпульсом лазера або газового розряду. На відміну від літографії на ексімерних лазерах та емерсійних середовищах, установки з EUV працюють тільки на відображенні. Наприклад, джерело – відбиття від розмірного шаблону, послідовне відбиття від двох параболічних дзеркал, що зменшують зображення розмірного шаблону, підкладка з резистом. При кожному відображенні втрачається 30%-70% потужності випромінювання.