Рентгенолитография

При точечном источнике возникает геометрическое искажение (см. Рисунок 5). Величина геометрического искажения определяется по формуле:где W - ширина (диаметр) полупроводниковой пластины. Такое искажение можно учесть при проектировании маски, если все параметры, включенные в формулу, остаются постоянными. Самое сложное - поддерживать постоянный зазор между шаблоном и пластиной.Выбор длины волны рентгеновского излучения, вещество маски шаблона, через которое экспонируется рентгеновский резист, взаимосвязаны.Выбор материала мишени, а, следовательно, и длины волны рентгеновского излучения осуществляется с учетом того, что резисты очень чувствительны к рентгеновским лучам малой энергии (длинноволновые), но такое излучение является сильно поглощается материалом шаблона. Жесткое рентгеновское излучение неэффективно поглощается резистом (менее 5%) и, кроме того, требуются более толстые слои поглощающего покрытия шаблона, что, в свою очередь, снижает возможность получения небольших изображений.Создание рентгеновской маски - серьезная проблема для этого метода литографии. Впитывающая пленка должна иметь острые края, быть тонкой и значительно ослаблять рентгеновские лучи. Для этого используются тонкие пленки из золота, платины, рения и европия. Опора шаблона (мембрана) должна быть механически прочной и пропускать как можно больше падающего излучения. В качестве мембран используются пленки из различных неорганических материалов, а также полимеры майлар и полиимид. Толщина мембраны зависит от длины волны излучения и обычно составляет несколько микрометров. При использовании источников с длиной волны менее 1,33 нм мембрана интенсивно поглощает излучение, поэтому ее толщину необходимо уменьшить до 1 мкм.Рисунок 6 – Шаблон для рентгенолитографии: 1 – пластинка кремния; 2 – эпитаксиальная пленка кремния; 3 – пленка окисла алюминия; 4 – золото с подслоем хрома.Кремниевый шаблон (см. Рисунок 6) представляет собой пластину с утоненными мембранными окнами. Мембрана и основа, на которой они сформированы, изготовлены из одного материала и, следовательно, имеют одинаковый коэффициент теплового расширения. Производство начинается с эпитаксиального роста слаболегированного слоя n-типа на сильно легированной подложке n +, на которую наносится тонкий слой Al2O3. На поверхности этого слоя методом электронно-лиографии создается впитывающая маска. Затем следует самая важная операция - медленное травление окон в подложке кремния n + (площадь окон около 1 см2).Некоторые преимущества по сравнению с масками кремния обладает масками, выполненных из тонкой полимерной пленки, натянутой на опорное кольцо из стали или алюминия.Одной из серьезных проблем рентгеновской литографии является деформация шаблона при изготовлении и эксплуатации. Деформация может быть вызвана механическими напряжениями в мембране или разными температурными коэффициентами расширения мембраны и основания шаблона.Для устранения недостатков, связанных с искажением и длительной выдержкой в ​​процессе рентгеновской литографии, предлагается использовать синхротронное излучение. Он генерируется релятивистскими электронами, движущимися по криволинейным траекториям в магнитных полях. Но по касательной к траектории движения электронов, ускоренных до I ГэВ, можно получить мощный плоскопараллельный пучок рентгеновского излучения широкого спектра. Этим методом были получены линии шириной 0,05 мкм. Недостатком процесса является использование дорогостоящего оборудования и сложность его эксплуатации.[4]Конкурент: преимущество над электронно-лучевой литографиейПрактика использования пучка электронов для создания узоров на поверхности известна как литография электронным пучком. Основное преимущество этой техники состоит в том, что это один из способов преодолеть дифракционный предел света и создать детали в субмикрометровом режиме. По состоянию на 2005 год ширина луча может составлять порядка нанометров. Эта форма литографии нашла широкое применение при изготовлении масок (для масок, используемых в фотолитографии), мелкосерийном производстве полупроводниковых компонентов, а также в исследованиях и разработках. Электронно-лучевая литография не подходит для крупносерийного производства из-за ограниченной производительности. Для формирования рисунка луч должен сканироваться по всей поверхности - создание рисунка является последовательным. Это приводит к очень медленной генерации рисунка по сравнению с параллельной техникой, такой как фотолитография (текущий стандарт), при которой вся поверхность формируется сразу (только 1X оптические степперы, 4 или 5X степперы занимают пропорционально больше времени). Например, для создания рисунка на одной пластине электронно-лучевой системе (с фиксированным гауссовым лучом) потребуется примерно десять часов (электронно-лучевые системы с векторным сканированием с профилированным лучом могут моделировать 4-дюймовые пластины менее чем за 1 час.); по сравнению с несколькими минутами, которые потребовались бы с системой фотолитографии (1x).На рисунке 7 представлена принципиальная схема электронно-лучевой литографической установки.Рисунок 7 – Схема электронно-лучевой литографической установкиВ системах электронно-лучевой литографии, используемых в коммерческих приложениях, используются специальные системы записи с использованием электронного луча, которые очень дороги (> 4 миллиона долларов США). Для исследовательских целей очень распространено преобразование электронного микроскопа в систему электронно-лучевой литографии с использованием относительно недорогих аксессуаров (нм, по крайней мере, с 1990 года, в то время как современные специализированные системы обеспечивают ширину линий порядка 10 нм или меньше. функции обычно были изолированными элементами, поскольку вложенные элементы усиливают эффект близости, в результате чего электроны от экспонирования соседнего элемента перетекают в экспонирование записанного в данный момент элемента, эффективно увеличивая его изображение и уменьшая его контраст, т. е. разницу между максимумом и минимальная интенсивность. Следовательно, разрешение вложенных признаков сложнее контролировать. Для большинства резистов трудно опускаться ниже 25 нм линий и пробелов, и было обнаружено ограничение в 20 нм линий и пробелов.С современной электронной оптикой ширина электронного луча может обычно уменьшаться до нескольких нм. Это ограничено в основном аберрациями и объемным зарядом. Однако практический предел разрешения определяется не размером пучка, а рассеянием вперед в фоторезисте и перемещением вторичных электронов в фоторезисте. Прямое рассеяние можно уменьшить, используя электроны с более высокой энергией или более тонкий фоторезист, но генерация вторичных электронов неизбежна. Расстояние перемещения вторичных электронов не является принципиально полученной физической величиной, а является статистическим параметром, который часто определяется в результате многих экспериментов или моделирования методом Монте-Карло вплоть до <1 эВ. Это необходимо, поскольку энергетическое распределение вторичных электронов имеет максимум ниже 10 эВ. Следовательно, предел разрешения обычно не упоминается как фиксированное число, как в случае системы с ограничением оптической дифракции. Воспроизводимость и контроль на практическом пределе разрешения часто требуют рассмотрения, не связанного с формированием изображения, например, проявление фоторезиста и межмолекулярные силы.Помимо вторичных электронов, первичные электроны падающего луча с энергией, достаточной для проникновения в фоторезист, могут многократно рассеиваться на большие расстояния от нижележащих пленок и / или подложки. Это приводит к экспонированию участков на значительном удалении от желаемого места экспонирования. Эти электроны называются обратно рассеянными электронами и имеют тот же эффект, что и дальнодействующие вспышки в оптических проекционных системах. Достаточно большая доза обратно рассеянных электронов может привести к полному удалению резиста в желаемой области рисунка.ЗаключениеДанная работа была направлена на изучение рентгеновской литографии или как она по-другому называется рентгенолитографии. Но прежде чем перейти к изучению вопроса об рентгенолитографии нам необходимо изучить что из себя представляет литография и какие основные этапы формирования литографии есть. Итак основные этапы литографии это:Формирование резиста на подложке;Создание маски резиста;Перенос рельефа резиста на тех. слой.Каждый этап был подробно описан выше.После того как были изучены основные принципы, мы перешли к вопросу об рентгенолитографии. На рисунке 3 была приведена схема установки для рентгеновской литографии.После мы исследовали другой метод, который является конкурентом рентгенолитографии, т.е. мы изучили метод электронно-лучевой литографией. Как и в описании к рентгенолитографии в электро-лучевой литографии мы дали описание методу и привели принципиальную схему установки.По сравнению с электронно-лучевой литографией, рентгеновская литография имеет небольшое радиационное повреждение формируемых структур и высокую производительность за счет возможности одновременной обработки больших площадей образца. Рентгеновская литография отличается большой глубиной резкости и небольшим влиянием материала подложки и ее топографии на разрешение.Список литературыМашкина Е.С., Бормонтов Е.Н. Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре физики полупроводников и микроэлектроники физического факультета Воронежского государственного университета. 2013. 37 с.Рентгеновская литография (Рентгенолитография). URL: https://intellect.icu/rentgenovskaya-litografiya-rentgenolitografiya-9639. Дата обращения: 04.04.2021.Процесс литографии. URL: https://www.eeeguide.com/lithography-process/. Дата обращения: 04.04.2021.Лапшинов Б.А. Технология литографических процессов. Учебное пособие – Московский государственный институт электроники и математики. М., 2011.–95 с.Процесс литографии. URL: https://imicromaterials.com/technical/lithography-process-overview. Дата обращения: 04.04.2021Электронно-лучевая литография. URL: https://www.chemeurope.com/en/encyclopedia/Electron_beam_lithography.html. Дата обращения:04.04.2021.Рентгеновская литография. URL: https://www.circuitstoday.com/x-ray-lithography. Дата обращения: 26.04.2021Frieder, Johannes Koch X-ray optics made by X-ray litography: Process opti mizati on and quality control / Johannes Koch Frieder. – : KIT Scientific Publishing, 2017. – 146 с.