Литография является ключевым технологическим процессом при производстве полупроводниковых устройств. Она обеспечивает перенос рисунка электрических цепей на подложку с высокой точностью и разрешением. Основная цель литографии — создание шаблона (маски) на слое светочувствительного материала, который затем используется для селективного удаления или модификации материала подложки.
1. Оптическая литография
Наиболее распространённый метод. Использует свет для экспонирования фоточувствительного слоя (фоторезиста) на подложке. Основные параметры процесса:
2. Элетронно-лучевая литография (EBL)
Использует сфокусированный пучок электронов для записи изображения напрямую на фоторезист. Отличается высокой точностью (до единиц нанометров), но низкой производительностью из-за последовательного сканирования. Используется преимущественно для создания масок и прототипирования новых структур.
3. Ионно-лучевая литография
Похож на электронно-лучевую, но вместо электронов применяются ионы (например, Ga+). Позволяет создавать структуры с высокой глубиной резки и минимальным рассеянием. Часто используется для микроэлектромеханических систем (MEMS).
4. Наноимпринтная литография
Метод механического переноса структуры с шаблона на полимерный слой. Отличается высокой плотностью размещения элементов и низкой стоимостью при массовом производстве, но требует точного совмещения слоёв и минимизации дефектов.
1. Подготовка подложки
Подложка (кремний или другой полупроводник) очищается и обезжиривается, на неё наносится тонкий слой фоторезиста с помощью центрифугирования. Толщина слоя подбирается в зависимости от типа резиста и разрешения процесса.
2. Экспонирование
Используется свет или пучок частиц для передачи рисунка маски на фоторезист. В оптической литографии критическим является контроль:
Эти параметры влияют на точность переноса рисунка и формирование боковых стенок структур.
3. Проявление
После экспонирования фоторезист подвергается химическому проявлению, при котором избирательно удаляются либо экспонированные, либо неэкспонированные участки. Результатом является формирование точного рисунка на поверхности подложки.
4. Травление и дополонительные процессы
Формированный шаблон служит маской для травления подложки или осаждения материалов. Травление может быть:
После травления фоторезист удаляется, оставляя на подложке готовую структуру.
1. Разрешение
Максимальное разрешение ограничено длиной волны света и дифракционными эффектами. Для оптической литографии используется правило Аббе:
$$ R = \frac{\lambda}{2 \cdot NA} $$
где λ — длина волны, NA — числовая апертура объектива. Для уменьшения размеров структур применяют иммерсионную литографию и оптические коррекции.
2. Совмещение слоёв (alignment)
Многослойные интегральные схемы требуют точного совмещения рисунков. Ошибки совмещения приводят к снижению производительности и увеличению дефектов.
3. Дефекты и загрязнения
Пылинки, дефекты резиста и нестабильность дозы экспонирования могут вызвать разрывы или короткие замыкания. Контроль чистоты и стабильности процесса является критическим для современных технологий.
Литография определяет минимальные размеры элементов и плотность интеграции, напрямую влияя на скорость, энергоэффективность и стоимость производства полупроводниковых устройств. Развитие литографии стимулирует инновации в материалах, оптических системах и методах контроля качества. Она остаётся фундаментальной технологией в создании микропроцессоров, памяти, сенсоров и MEMS-устройств.