ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Некоторые физические пределы оптического экспонирования из "Светочувствительные полимерные материалы" Ограничения разрешающей способности оптического метода формирования микроизображения определяются длиной X света, характеристиками светового излучения, такими, как когерентность, спектральный состав, а также качеством совокупной оптической системы, природой регистрирующей среды, условиями, при которых создается микроизображение (наличие турбулентной и рассеивающей среды, вибрации, температурная деформация и т. д.). [c.25] На практике зазор Хмнн Ю мкм, что отвечает разрешению около 3 мкм. В работе [28] приводятся методы точного нахождения этого зазора. [c.26] Из приведенных соотношений видно, что разрешающая способность пропорциональна Х для проекциоиного способа и для контактного способа. Очевидно, для оптического диапазона (X 0,2 0,8 мкм) разрешение не может превышать 0,2 мкм. Это ограничение оптического метода экспонирования может быть преодолено лишь при переходе в более коротковолновый, например рентгеновский, диапазон электромагнитного излучения, где X х, X, 0,5—5 нм. Однако реальные оптпческие системы, реальные условия формирования микроизображения не позволяет достичь и этих предельных значений и в настоящее время предельная разрешающая способность оптических методов не превышает 0,5—0,8 мкм, а хорошо освоенные и широко используемые процессы и системы обеспечивают разрешающую способность 1 —1,5 мкм. Кроме длины волны излучения и другие параметры ограничивают реальную разрешающую способность оптических методов и часто определяют возможность использования того или иного метода на практике. [c.26] Для проекционного метода значение имеет качество всей оптической системы, причем в настоящее время лимитирующими являются не аберрация объектива, строящего изображение, а дифракционные ограничения, определяемые волновой природой света, и явления, связанные с рассеянием света (в том числе и в толще светочувствительного материала), интерференционными эффектами и когерентностью (частичной) света [29]. При этом необходимо учитывать, что объективы, используемые в высококачественных фотолитографических системах, являются дифракционно ограниченными. [c.26] Реальную разрешающую способность контактного метода ограничивает величина зазора (от 1 до нескольких мкм) между поверхностями шаблона и резиста, которая непостоянна по всему полю экспонирования, так как указанные поверхности практически никогда не бывают плоскими. [c.27] К принципиальным недостаткам контактного метода относятся образование дефектов изображения из-за контактных нагрузок на фоторезистную пленку и несовмещаемость изображений различных слоев, также связанная с контактными деформациями искривленных поверхностей. Оптимизация условий контактного экспонирования и приводит к тому, что предельные возможности метода не реализуются на практике. Попытки снизить контактное усилие с целью устранения дефектообразований в резисте приводит к падению разрешающей способности метода и неконтролируемому уходу размеров элементов из-за образования зазоров, а также расходимости экспонирующего пучка лучей и дифракции. Расходимость (апертура) пучка лучей даже при наличии конденсорных коллимирующих систем в современных установках экспонирования составляет 3—7°, что и при небольших зазорах приводит к образованию полутени в изображении, отклонениям линейных размеров элементов и ухудшению качества края элементов. Дифракция света на краях элементов при наличии микрозазоров переменной величины по площади объекта приводит к образованию интерференционной структуры в изображении и ряду других нежелательных эффектов, например так называемому двойному краю — оконтуриванию изображения элементов вследствие осцилляции освещенности у края элементов, что связано с контрастностью и пороговыми свойствами светочувствительного материала. Могут искажаться углы элементов и даже их форма, особенно существенными эти искажения могут быть при использовании когерентного света. [c.27] Распределение интенсивности в дифракционной картине при падении плоской световой волны на полуплоскость имет вид, представленный на рис. 1.6 соответствующие аналитические выражения можно найти для непрозрачного экрана в большинстве курсов физической оптики, а для полупрозрачных экранов, какими являются некоторые покрытия, используемые в качестве маски в микроэлектронике,— в работе [30]. [c.27] Осцилляции амплитуды и интенсивности света, возникающие в слое в результате сложения прямо прошедшего через маску и ди-фрагмированного на краях элементов волновых фронтов, могут проявляться на фоторезисте при условии, если максимумы интенсивности в тени или минимумы интенсивности в прозрачных областях маски обеспечивают за время экспонирования накопление энергии в слое резиста, соответствующей пороговой экспозиции, и достаточной для удаления части слоя резиста в данных условиях обработки. [c.27] Когерентность источника излучения оказывает существенное влияние на качество оптического изображения как в контактном, так и в проекционном методе формирования микроизображения. При когерентном освещении меняются условия формирования изображения в изображении складываются амплитуды светового поля, а не интенсивности, как при некогерентном освещении возникает характерный когерентный шум , зернистость изображения. В связи с этим возможности формирования тех или иных структур в изображении оказываются зависимыми не только от качества оптической системы, но и от фазовых соотношений в объекте, взаиморасположения, размеров и формы элементов. [c.28] Аппарат ОПФ (ЧКХ) удобен для описания сложных фотолитографических систем, так как передаточная функция (результирующая ЧКХ) определяется произведением ЧКХ отдельных составляющих элементов оптической системы. [c.30] Случай полностью когерентного и некогерентного излучения встречается редко, на практике всегда наблюдается частично когерентное освещение. Оно имеет место даже при полном согласовании апертур осветительной системы и объектива, т. е. при полном заполнении входного зрачка объектива. При уменьшении степени заполнения зрачка степень когерентности б увеличивается, а при заполнении зрачка в виде точки освещение приближается к когерентному случаю. Этим приемом начинают пользоваться на практике при конструировании современной фотолитографической аппаратуры, причем стремятся выбрать оптимальное заполнение зрачка, оптимальную степень когерентности [32]. [c.30] В ряде систем проекционной литографии принято Оопт = 0,7, что, с одной стороны, повышает крутизну пограничной кривой, дает при некоторых заданных пространственных частотах большие значения ОПФ (ЧКХ), а с другой стороны, еще не приводит к значительным осцилляциям интенсивности (что может, например, дать оконтуривание изображения — двойной край ), резонансным эффектам, характерным для когерентного освещения. Учет подобных эффектов, ограничивающих возможности фотолитографии, становится особенно важным при использовании лазеров в качестве источников излучения для формирования микроизображений [33]. При использовании лазеров в качестве мощных источников монохроматического излучения основной проблемой является именно уменьшение когерентности, существенно ухудшающей ( когерентный шум ) качество изображения и приводящей к резонансным эффектам в изображении, что особенно опасно при передаче сложной конфигурации. Снижение пространственной когерентности излучения может быть осуществлено различными способами—от временного усреднения путем вращения рассеивающих компонентов или сканирования по зрачку [33] объектива до создания специальных, например эксимерных, лазеров, дающих некогерентное излучение [21, 34]. [c.30] Зависимость экспозиции и, следовательно, размеров элементов в изображении от толщины слоя фоторезиста (точнее разно-толщинности) приводит к искажению формы элементов, искривлению прямых линий, возникновению на них характерных утолщении. [c.32] Таким образом, предельное разрешение, которое может быть достигнуто в фотолитографии при оптимизации совокупной оптической системы, лежит в пределах 0,4—0 6 мкм [38] достижение этих значений возможно при использовании коротковолновой области УФ излуие ия ( у .с.тг важнейших факторов, влияющих на качество результирующего изображения. [c.33] Вернуться к основной статье