Введение к работе
Данная диссертационная работа посвящена вопросам комплексного подхода к использованию явления обращения волнового фронта при переносе изображений с высоким разрешением в масштабе 1:1. Одна из основных областей применения результатов работы — высокоразрешающая проекционная литография при произведете изделий микроэлектроники с высокой степенью интеграции.
Актуальность проблемы.
Объективный процесс информатизации деятельности человека, сопровождающий развитие общества, характеризуется перераспределением занятости людей в информационную сферу. Происходит изменение методов и средств информационной технологии. Технической основой информационно-вычислительных средств и телекоммуникационных систем являются изделия микроэлектроники.
Основной проблемой на пути развития производства СБИС является высокоразрешающая микролитография. Среди различных литографических процессов в ближайшем будущем фотолитография сохранится как основной метод в серийном производстве БИС. Никакие системы экспонирования не могут сравниться с оптическими в производительности, высокой стабильности шаблонов, отработанности подсистем производства и относительно низкой себестоимости производства. Важным аргументом в пользу оптической литографии является накопленный опыт в создании оборудования, материаловедении и технолопш обработки резистов, позволяющий значительно снизить временные и ресурсные затраты на разработку новых методов субмикронной фотолитографии.
Основные задачи повышения эффективности фотолитографического процесса на современном этапе: увеличение прецизионности, снижение уровня вносимой дефектности при одновременном переходе к диапазону субмикронных топологических размеров с минимальным увеличением числа ступеней и без применения особенно сложного оборудования. Именно решение вышеуказанных проблем позволит производить конкурентоспособные на мировом рынке изделия микроэлектроники.
Цель работы. Целью диссертационной работы является формирование комплексного подхода к разработке новых методов микролитографии и использование его для высокоразрешающей фотолитографии в масштабе 1:1 на основе явления обращения волнового фронта с последующим включением ее в единый технологический цикл. Положения, выносимые на защиту:
- формирование комплексного подхода к разработке новых методов микролитографии на
основе использования методики оценки технологического оборудования и экспертных
предпочтений, j
технико-экономическое обоснование проекционной литографии в масштабе 1:1 по сравнению с литографией в масштабе 5:1,
возможность применения явления обращения волнового фронта в литографии с достижением результата высокого разрешения,
технологические признаки метода фотолитографии на основе явления обращения волнового фронта.
математическое моделирование зависимости основных характеристик прилагаемой установки для проекционной литографии в масштабе 1:1 от взаимной конфигурации ее элементов.
- оптимизация взаимной конфигурации элементов установки.
алгоритм для подбора параметров установки в зависимости от требований к ее характеристикам, реализованный на языке Си.
Научная новизна.
Предлагается новый способ переноса малых, вплоть до субмикронных изображений высоким разрешением в масштабе 1:1 и низким уровнем дефектности, разработанный і основе комплексного подхода к разработке новых методов микролитографи базирующимся на использовании методики оценки технологического оборудования экспертных предпочтений.
Прямого прототипа предлагаемого метода нет. Аналогом можно считать спос< микролитографии, предложенной М. Левенсоном с коллегами из IBM.
Признаки аналога. ;
1. Использование метода обращения волнового фронта (ОВФ) с помощь
четырехволнового смешения (ЧВС) в фоторефрактивном кристалле.
2. Использование кубической делительной призмы для разделения пучков.
В предлагаемом изобретении также существенно используется метод ОВФ.
В аналоге не был достигнут требуемый технический результат в силу следующі причин:
а) сложность получения накачки и ее контроля;
б) существенная дефектность, вносимая делителем пучка;
в) необходимость вырезать из фотошаблона рабочий модуль.
Характерные признаки, отличающие предложенный метод1 от аналога:
1. Отсутствие волн накачки. ^.
При ОВФ с помощью ЧВС накладываются жесткие требования к пространственн временной структуре опорных волн. При ЧВС возможна потеря тонких пространственш и временных деталей сигнала, связанных с неоднородностью опорных волн и углов) селективностью голограммы в зеркале, а также из-за самофокусировки опорных вол Позднее Дж. Фрейберг обнаружил эффект ОВФ в фоторефрактивных кристаллах б использования накачки. Процесс ОВФ выходил на стационарный режим через 20 эффективностью 60%. Качество изображения, созданного по данному методу, буд гораздо лучше, чем при традиционном ОВФ. Об этом можно судить по многочисленнь экспериментам Фрейберга. Для получения обращенного пучка необходим только криста. с достаточно большим коэффициентом Поккельса. Интенсивность падающего све определяет только скорость развития процесса.
2. Двухслойное полупрозрачное зеркало.
Значительно уменьшает оптический путь излучения в среде по сравнению кубическим делителем. Представляет собой две одинаковые стеклянные пластинки полупрозрачным слоем между ними. Двухслойность обеспечивает отсутствие ухо, размеров из-за преломления лучей, падающих на зеркало под разными углами.
3. Использование острого угла между плоскостями подложки и шаблона.
Уменьшается оптический путь лучей. Система становится динамичной, т.
появляется возможность передвигать шаблон (с целью выбора бездефектного модуля) подложку (для проведения мультипликации) независимо друг от друга в широких пределг что позволяет включить данную систему в существующий технологический ци (исключается резка шаблона).
При разработке и исследовании предлагаемого метода широко применяла вычислительная техника и современное программное обеспечение, предназначенное д научных исследований.
Научная и практическая ценность.
Предложен метод переноса субмикронных изображений с высоким разрешением в масштабе 1:1 и низким уровнем дефектности для использования в микролитографии для бесконтактного формирования на подложке изображения маски. При этом минимальный размер элемента изображения сравним с длиной волны экспонируемого излучения. Предложенная проекционная схема имеет значительную апертуру и глубин;, резкости. обеспечивается высокая разрешающая способность, ограниченная практически только дифракцией пучка. Точность совмещения 0.2 мкм будет достигнута путем использовании топографических решеток. При этом компенсируются статические и динамические аберрации и возмущения среды лазера, устраняется спекл-эффект и исключается контакт с подложкой. Дорогостоящий линзовый объектив заменяется другим функциональным элементом — относительно дешевым фоторефрактивным кристаллом. Двухслойность полупрозрачного зеркала обеспечивает отсутствие ухода размеров из-за преломления лучей, падающих на зеркало под разными углами. Благодаря острому углу между плоскостями подложки и шаблона система является динамичной, что позволяет передвигать шаблон и подложку независимо друг от друга в широких предела\, а это, в свою очередь, позволяет включить данную систему в существующий технологический цикл (исключается резка шаблона). Технический результат достигается вследствие сущности явления ОВФ, при котором падающая на'ОВФ-зеркало и отраженная им волны имеют в точности совпадающие поверхности волнового фронта в любой плоскости в канале распространения и распространяются точно навстречу друг другу. При обратном прохождении той же среды ее неоднородности компенсируют те искажения, которые были внесены ими во время прохождения волны к ОВФ-зеркалу. В данной схеме обращенный пучок отклоняется полупрозрачным зеркалом, в результате чего плоскости образа и прообраза разделяются в пространстве. В силу равенства расстояний от полупрозрачного зеркала до подложки и до шаблона распределение интенсивности практически не меняется.
Разработана методика оценки технологического оборудования на примере микролитографии.
Выполнено технико-экономическое обоснование проекционной литографии в масштабе 1:1 по сравнению с литографией в масштабе 5:1.
Исследованы перспективы использования экспертных систем при принятии решений в микроэлектронике и для обеспечения гибкого производства изделий электронной техники.
Показаны преимущества ОВФ-метода по сравнению с адаптивной оптикой при использовании их в микролитографии.
Показана экономическая перспективность проекта."
Данный способ предполагается использовать в едином технологичес-.<м цикле производства изделий микроэлектроники на основе методики оценки технологического оборудования и экспертных предпочтений на примере микролитографии.
Была сделана попытка тесно связать материал с основными тенденциями и прогнозами в микроэлектронной промышленности.
Проведена подготовка к практической реализации метода, включающая в себя математическое моделирование предлагаемой установки, исследование математической модели и оптимизацию ее конфигурационных параметров.
Разработан и реализован на языке Си алгоритм для определения оптимальных параметров установки для осуществления предлагемого метода. Программа может быть использована для разработки систем автоматического проектирования устанорог данного назначения.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Росснйскс научно-технической конференции "Новые материалы и технологии" (г. Москва, нояб] 1995 г.) и на научных семинарах кафедры МПСЭиЭ МГАТУ и Факультета аэрофизики космических исследований МФТИ. По результатам выполненных исследовані опубликовано 9 работ: две статьи и тезисы 7 докладов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и спца литературы, включающего 77 источников, а также приложений на 16 страницах. Рабо изложена на 90 страницах формата А4.
