Оптическая Оптическая литографиялитография

Передача изображения шаблона оптической Передача изображения шаблона оптической системой.системой.

МодуляционнаяМодуляционная передаточнаяпередаточная функцияфункция

ν=1/(а+b)ν=1/(а+b) - - ппространственная ространственная

частотачастота

max min max min( ) /MПФ const I I I I 1/ 22

2( ) arccos 1

o o o

МПФ

Основные параметры проекционных линз.Основные параметры проекционных линз.

.. По По критерию Релея разрешение объективакритерию Релея разрешение объектива kk≥ 3 для резистов , формирующих изображение в верхнем ≥ 3 для резистов , формирующих изображение в верхнем

поверхстностном слое ;поверхстностном слое ; k≥ 0.5 для многослойных резистов ;k≥ 0.5 для многослойных резистов ; k≥ 0.75 для однослойных резистов ;k≥ 0.75 для однослойных резистов ; k≥ 1.1 для резистов на отражающей поверхности (например на k≥ 1.1 для резистов на отражающей поверхности (например на

Al) ;Al) ; Практическим разрешением считается Практическим разрешением считается WWпрактпракт=1.83λ/NA=1.83λ/NA

ff - фокусное- фокусное расстояниерасстояниеD — диаметр апертурыD — диаметр апертуры -- апертурный уголапертурный уголn – n – показатель преломленияпоказатель преломленияЧисловая апертура Числовая апертура NA = nsinα=D/2fNA = nsinα=D/2f Глубина резкостиГлубина резкостиΔf=± λ/(2(NA) ) Δf=± λ/(2(NA) ) 22

При При λ=300нмλ=300нм,, NA=0,35 NA=0,35 Δf<1.5 мкмΔf<1.5 мкм

W =kλ/NA

Когерентный источникКогерентный источникиз условия дифракциииз условия дифракцииn(a+b)sinΘ=Nλ, n(a+b)sinΘ=Nλ, при при N=1N=1 nsinΘ/v = λnsinΘ/v = λ

v=nsinΘ/λ,v=nsinΘ/λ,еслиесли Θ= Θ= , то , то

vvmaxmax=nsin=nsin /λ=NA/λ=v/λ=NA/λ=v00

Некогерентный источникНекогерентный источник

n(a+b)(sinn(a+b)(sin + sinΘ)=λ,+ sinΘ)=λ, если если , , ≤≤ , то , то

vvmax max =(2nsin=(2nsin )/ λ =2v)/ λ =2v00

Влияние типа источника излучения на МПФВлияние типа источника излучения на МПФ

шаблоншаблон

шаблоншаблон

ii

Поглощение в резистеПоглощение в резисте

ССоставостав

СпектрыСпектрыизлучение излучение ртутно-дуговой ртутно-дуговой лампылампы

поглощение поглощение резистарезиста

Характеристи-Характеристи-ческаяческая кривая кривая

КонтрКонтр11d/dd/d

00

EE11 EE00

КонтрастностьКонтрастность

γ=(lg Eγ=(lg E11 / / EE00))

-1-1

1

0.8A

dинг C N

NS

E t dM H

Светочувствительность

Поглощение света по закону Бугера-Поглощение света по закону Бугера-Ламберта:Ламберта:

где α- коэффициент поглощения где α- коэффициент поглощения ;;

Изменение концентрации М(x,t) ингибитора по Изменение концентрации М(x,t) ингибитора по глубине резиста x при экспонировании глубине резиста x при экспонировании

где С-светочувствительность где С-светочувствительность резистарезиста

I(x,t) I(x,t) αx

α AM(x,t) B

MI(x,t) M(x,t) C

t

Распределение ингибитора в резисте по глубине при разных энергиях экспонирования

Резист AZ1350j A=0.86 мкм-1 B=0.07 мкм-1

C=0.018 cм-1\мДж λ=404,7нм

Формирование скрытого изображения в резистеФормирование скрытого изображения в резисте

При нормальном падении для При нормальном падении для световой волны с единичной световой волны с единичной амплитудойамплитудой

EE22(x)=E(x)=E22 sin(wt – kx+f) sin(wt – kx+f)

ааммпплитуда отраженной волны литуда отраженной волны EE33 (x) = E (x) = E22 sin[wt – k(2d-x)+f+π] sin[wt – k(2d-x)+f+π] ддля стоячей волны ля стоячей волны

EE2323(x) = 2 E(x) = 2 E22 sin[k(d-x)]cos(wt- kd+f) sin[k(d-x)]cos(wt- kd+f) Огибающая функция для Огибающая функция для

интенсивности стоячей волны интенсивности стоячей волны II2323 =4I =4I22sinsin22[k (d-x)]. [k (d-x)]. Расположение экстремумов при Расположение экстремумов при

измерении от подложки :измерении от подложки :

Интерференция.Интерференция.

12 13( ) ; ;....

4 4 4

Nn d x

1; ;...;2 2

n d x N

1 0,1,2...N min

max

Картина стоячих волн при Картина стоячих волн при интерференцииинтерференции

УвеличениеУвеличение 20000х.С20000х.С разрешения M.Narishima разрешения M.Narishima IBMIBM

Профили резистаПрофили резиста

Профиль резистаПрофиль резиста , ,гдегде

--определяетсяопределяется режимомрежимом

проявленияпроявления

определяется оптической системойопределяется оптической системойСкорость поглощения Скорость поглощения

Доза экпонирования Доза экпонирования

dy dy dE

dx dE dx

0

dy

dE E

22

21

f NAdE NAk

dx

x x

dE hc dI

dt dx

. .хим превр

hcQ I x t H

Механизм проявления.Механизм проявления.• По закону Фика уравнение По закону Фика уравнение

растворения массы полимера dm растворения массы полимера dm за время dt с поверхности Sза время dt с поверхности S

• D- коэффициент диффузии D- коэффициент диффузии молекул полимера молекул полимера

• А- молекулярная масса полимера.А- молекулярная масса полимера.• Прирост концентрации dN Прирост концентрации dN

растворенного полимерарастворенного полимера

• где V-объем жидкостигде V-объем жидкости. .

• Скорость проявленияСкорость проявления

exps

A c c

dx N A D DStR

dt N h Vh

RTD

0s

c A

N N Adm D S dt

h N

ANdN dmA V

0ln s

s c

N N DSt

N V h

После интегрирования

с уменьшением на основе с уменьшением на основе преломляющей оптикипреломляющей оптики

Схема сканирующего Схема сканирующего литографического литографического

устройстваустройства

1- ртутная лампа 1- ртутная лампа 2-щель2-щель3-фильтр 3-фильтр 4-шаблон 4-шаблон 5-пластина5-пластина6-первное зеркало 6-первное зеркало 7-второе зеркало7-второе зеркало

1- направление 1- направление перемещения шаблона перемещения шаблона 2-шаблон в масштабе 1:12-шаблон в масштабе 1:13-источник света 3-источник света 4-стигматическое поле4-стигматическое поле 5-спец.щелевой 5-спец.щелевой конденсаторконденсатор6-первное зеркало 6-первное зеркало 7-второе зеркало7-второе зеркало8-направление 8-направление перемещения пластиныперемещения пластины9-пластина9-пластина

ОптическаяОптическая схемасхема располоржениярасполоржения зеркалзеркал

Установки проекционной печати Установки проекционной печати

Выводы...Выводы......существует 2 типа фотолитографии :...существует 2 типа фотолитографии :

теневого экспонирования.теневого экспонирования.

проекционные с преломляющей оптикой проекционные с преломляющей оптикой

и отражающей оптикой.и отражающей оптикой.

При теневом экпонировании главными недостатками При теневом экпонировании главными недостатками

являются повреждение фотошаблона и органическая являются повреждение фотошаблона и органическая

совмещаемость. совмещаемость.

В проекционных системах исп. линзы или зеркала, позволяющие проецировать рисунок В проекционных системах исп. линзы или зеркала, позволяющие проецировать рисунок фотошаблона на квадратное поле 20*20 мм или на полоску(1.5 мм) которая затем сканируется на фотошаблона на квадратное поле 20*20 мм или на полоску(1.5 мм) которая затем сканируется на пластике.пластике.

Пять ключевых требований к пошаговым системам экспонирования:Пять ключевых требований к пошаговым системам экспонирования:

хорошее совмещение отдельных кристаллов ;хорошее совмещение отдельных кристаллов ;

точный лазерный координатный стол ;точный лазерный координатный стол ;

возможность изменения координатной сетки ;возможность изменения координатной сетки ;

малая площадь, занимаемая установкой экспонирования в чистой комнате;малая площадь, занимаемая установкой экспонирования в чистой комнате;

производительность около 40(250-мм) пластин в час.производительность около 40(250-мм) пластин в час.

Разрешение улучшается при использовании более коротковолнового излучения(ДУФ) и объектива Разрешение улучшается при использовании более коротковолнового излучения(ДУФ) и объектива с большим NA .К сожалению глубина фокуса также уменьшается с увеличением NA и определение с большим NA .К сожалению глубина фокуса также уменьшается с увеличением NA и определение местоположения каждого кристалла требует дополнительной фокусировки.местоположения каждого кристалла требует дополнительной фокусировки.

В этом случае неплоскостность пластин, неровный топографический рельеф, а также сама В этом случае неплоскостность пластин, неровный топографический рельеф, а также сама толщина резиста могут привести к невозможности получения субмикронных структур. Для того, толщина резиста могут привести к невозможности получения субмикронных структур. Для того, чтобы скрытое изображение находилось в фокусе , необходимо использовать метод формирования чтобы скрытое изображение находилось в фокусе , необходимо использовать метод формирования изображения в поверхностном слое резистной пленки. Расфокусировка ведет к быстрому изображения в поверхностном слое резистной пленки. Расфокусировка ведет к быстрому искажению изображения , а также к уменьшению интенсивности дифрагированного на рисунке искажению изображения , а также к уменьшению интенсивности дифрагированного на рисунке фотошаблона света , что требует увеличения времени экспозиции.фотошаблона света , что требует увеличения времени экспозиции.