Неизбежные изменения параметров процесса дают либо неприемлимые отклонения ширины линий на резисте от нормальных, либо приводят к возникновению «неразрешенных» деталей, т.е. исчезновению линий или интервалов между деталями.
Для обеспечения приемлемого выхода годных ИС используемый литографический процесс должен обеспечивать воспроизведение защитного рельефа с требуемыми геометрическими характеристиками и заданными допусками ухода этих характеристик. Основными параметрами фотолитографического процесса являются: толщина резиста и антиотражающего покрытия, расфокусировка и дозы экспозиции. Основная роль математического моделирования в этой области сводится к предварительному сужению диапазонов возможных изменений контролируемых параметров с целью минимизации всего времени, затрачиваемого на определение оптимальных значений параметров процесса.
Характеристики процесса, определяющие разрешающую способность процесса фотолитографии (в порядке возрастания)
| Теоретическое предельное разрешение метода, мкм
| Принципиальное ограничение, определяющее предельное разрешение метода
| Максимальное разрешение метода, мкм
| Рабочая площадь, на которой обеспечивается разрешение метода, мм2
| Основные преимущества метода
| Основные недостатки метода
| Минимальный размер воспроизводимой микроэлектронной структуры, получаемой на площади 2000 мм2, (диаметр 50 мм), мкм
| Факторы, ограничивающие минимальный размер воспроизводимой микроэлектронной структуры
| Основная область применения метода
|
| Трафаретное маскирование
|
| Определяется разрешением маски
| Ограничения метода создания маски. Механическая прочность материала маски
| 12,5
|
| Простота изготовления долговечныхмасок, возможность быстрой смены масок
| Необходимость в комплекте масок
|
| Разрешение метода, точность совмещения масок и рисунков на масках ипластине
| Простые тонкопленочные электронные структуры с малой степенью интеграции. Криоэлектроника
|
| Контактная фотолитография, обычный вариант
|
| 0,25 для света с λ = 0,4 мкм
| Дифракция света
| 1,25
|
| Высокое разрешение при сравнительно простой аппаратуре
| Трудность совмещения и быстрое изнашивание фотошаблонов. Необходимость в комплекте фотошаблонов
| 2–3
| Наличие зазора между фотошаблонами и между фотошаблоном и пластиной. Точность совмещения фотошаблонов и рисунков на фотошаблоне и пластине
| Получение конфигурации ИС и микроэлектронных приборов
|
| Контактная фотолитография с зазором между фотошаблонами и пластинами
|
| 2,0 для света с λ = 0,4 мкм при зазоре 20 мкм. Зависит от размера зазора
| Дифракция света
|
|
| Практически неограниченный срок службы фотошаблонов. Нет передачи мелких дефектов (до 4 мкм) с шаблона на пластину
| Ухудшение разрешения
| 15–20
| Разрешение метода
| Стадия разработки
|
| Проекционная фотолитография
|
| 0,25 для света с λ = 0,4 мкм
| Дифракция света
| 0,4 3 1
| 0,04 2000 10
| Высокое разрешение. Неограниченный срок службы шаблонов
| Сложность изготовления высокоразрешающих объектов и трудность наводки на резкость
| 1,25
| Точность перемещения координатных столов
| Создание конфигурации элементов схем
|
| Голография
|
| 0,25 для света с λ = 0,4 мкм
| Дифракция света
|
|
| Не нужны объективы
| Жесткие требования к плоскостности фотошаблонов и их бездефектности
|
|
| Стадия лабораторных исследований
|
| Последовательная электронолитография
|
| с управлением от ЭВМ
|
| Зависит от ускоряющего напряжения
| Дифракция электронов
| 0,1
|
| Субмикронное разрешение. Не нужны шаблоны
| Малая площадь сканирования. Низкая производительность
|
| Точность перемещения координатных столов
| Получение элементов с субмикронной геометрией
|
| с управлением от фотокапира
|
| Зависит от разрешения электронно-лучевой трубки
| Ограничения по созданию высокоразрешающих электронно-лучевых трубок
|
|
| Дешевизна фотокапира
| Нужны шаблоны. Низкое разрешение
| 5–10
| Разрешение метода
| Изготовление больших фотошаблонов
|
| Проекционная электронная литография
|
| Зависит от напряжения поля и энергии эмитированных фотокадом электронов
| Дифракция электронов
| 0,2
|
| Высокая производительность
| Необходимость в комплекте прецезионных шаблонов для фотокатодов
|
| Точность совмещения рисунков на фотокатоде и пластине
| Создание конфигурации элементов схем
|
| Термические электронные и лазерные пучки
|
| Зависит от материала
| Наличие тепловой зоны плавления и нарушений
| 100 (для кремния) 30 (для алюминия)
| 2000 Практически любая (с координатным столом)
| Не нужны шаблоны при управлении от ЭВМ и резист
| Большое число образующихся дефектов
|
|
| Резка, скрайбирование, пайка и сварка, сверление
|
| Ионные пучки
|
| Зависит от диаметра полного пучка с током не менее 10–4 А
| Малая яркость ионных источников
|
| Практически любая (с координатным столом)
| Не нужны шаблоны и резист. Разрешение определяется только диаметром пучка. Нет дефектов материала
| Принципиальных технологических ограничений не имеет
|
|
| Ионное травление и ионное внедрение (стадия разработки)
|
| | | | | | | | | | |
Как правило, в задачах исследования и оптимизации фотолитографических процессов [51] рассматриваются только простые элементы шаблона ИС, такие как изолированные или периодические проводящие линии, а также контактные площадки. Такие элементы обычно характеризуются одним размером, например, шириной поперечного сечения линии или контакта, воспроизведение какового размера и является основным критерием при выборе оптимальных значений технологических параметров. Однако при воспроизведении реальной топологии ИС в проявленном профиле фоторезиста могут наблюдаться искажения формы отдельных элементов, существенные с точки зрения конечных электрических характеристик, таких как сопротивление, емкость, индуктивность и т. д., создаваемых микроэлектронных устройств [51]. Основной причиной появления подобных искажений является как взаимное влияние соседних элементов шаблона (т. н. «эффект близости»), так и то обстоятельство, что размеры воспроизводимых элементов могут быть сравнимы с длиной волны излучения.
