Литографические методы формирования наноструктур

Критерий Рэлея

Литография представляет собой метод плоской печати. В микроэлектронике под литографией понимают совокупность фотои физико-химических процессов, используемых для послойного формирования топологического рисунка элементов интегральных схем, а также элементов наноструктур.

В микроэлектронике литографические методы определяют сложность технологического маршрута производства планарных интегральных структур. Все методы литографии в микроэлектронике основаны на создании изображений тех или иных элементов или компонентов транзисторных структур и линий межсоединений.

Из общей физики известно, что при формировании изображения решающее значение имеет разрешающая способность оптической системы. Под разрешающей способностью будем понимать способность приборов, формирующих изображение, давать раздельное изображение двух максимально близких точек исходного объекта.

Еще в 1879 г. Дж. У. Релей, исходя из дифракционной теории света, сформулировал критерий, названный его именем, в соответствии с которым изображение двух точек можно видеть раздельно, если центр дифракционного пятна каждого из них пересекается с краем темного кольца другого (рис. 4.16).

Расстояние между центрами дифракционных пятен или, что-то же, между максимумами освещенности определяется критерием Рэлея.

где X — длина волны излучения; D — апертурная диафрагма системы.

Если оптическая система имеет фокусное расстояние /, то линейная величина предела разрешения 8 определится как.

где k_{ называют коэффициентом Релея.

Разрешающая способность растет с уменьшением длины волны излучения X и увеличения апертуры D.

В процессах литографии большое значение имеет величина /г, называемая глубиной резкости, определяемая как.

Безразмерные коэффициенты k_{ и k₂ играют существенную роль в литографических процессах. Так, уменьшение значения позволяет повысить разрешающую способность системы, работая в области дифракционных ограничений объектива. В современных степперах путем совершенствования объективов, фоторезисторов, процессов экспонирования и проявления удается достичь значения k = 0,25-Ю, 35.

В зависимости от длины волны излучения и способов получения излучения различают оптическую фотолитографию, электронную, ионную и рентгеновскую литографию.

Именно технические параметры процессов литографии, производительность литографических процессов и их экономичность определяют сегодня стоимость изделий микроэлектроники, а завтра будут определять эффективность производства изделий наноэлектроники (конечно, при условии использования литографических процессов не только в планарной технологии, но и в создании объемных наноструктур при групповой технологии производства).

В современном микроэлектронном производстве работают высокопроизводительные (-100 пластин/час) степперы-сканеры с пошаговым экспонированием изображения на чип. В них используется оптическое излучение в области глубокого ультрафиолета.