способ получения изображения и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, в котором создают на поверхности чувствительного к используемому излучению материала пятна засветки с помощью матрицы излучателей или составной матрицы излучателей, содержащей N матриц излучателей, где N2, причем размеры матрицы излучателей или составной матрицы излучателей равны или превышают размеры заданного изображения на чувствительном к используемому излучению материале, а диаметр d потока излучения на выходе из каждого излучателя составляет менее 100 нм, и получают заданное изображение путем пошагового перемещения матрицы или составной матрицы излучателей и/или чувствительного к используемому излучению материала в плоскости, параллельной поверхности чувствительного к используемому излучению материала, в одном направлении или в двух взаимно перпендикулярных направлениях с шагом, меньшим d, на расстояния, не превышающие максимального расстояния между осями соседних излучателей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пошаговое перемещение осуществляют с шагом 0,01-1 нм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что диаметр d потока излучения на выходе каждого из излучателей составляет 10-50 нм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения заданного изображения управляют величиной потока излучения, выходящего из каждого излучателя.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечивают требуемые размеры пятен засветки на поверхности чувствительного к используемому излучению материала за счет установки матрицы или составной матрицы излучателей на заданном расстоянии z от поверхности чувствительного к используемому излучению материала путем пошагового перемещения матрицы или составной матрицы излучателей и/или чувствительного к используемому излучению материала в направлении, перпендикулярном поверхности чувствительного к используемому излучению материала с шагом, меньшим d.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что пошаговое перемещение осуществляют с шагом 0,01-1 нм.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что осуществляют перемещение матрицы или составной матрицы излучателей и/или чувствительного к используемому излучению материала в направлении, перпендикулярном поверхности чувствительного к используемому излучению материала, до заданной степени перекрытия формируемых соседними излучателями пятен засветки.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что расстояние z между матрицей излучателей и чувствительным к используемому излучению материалом составляет 1-5000 нм.

9. Способ по п.5, отличающийся тем, что расстояние z между матрицей излучателей и чувствительным к используемому излучению материалом составляет от 1 нм до d.

10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что в качестве каждой из матриц излучателей используют матрицу световодов, соединенных с источником или источниками излучения и выполненных из оптоволоконных световодов с утоненными концами, на которые нанесено покрытие, отражающее проходящее излучение.

11. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что в качестве каждой из матриц излучателей используют матрицу световодов, соединенных с источником или источниками излучения и выполненных в виде микроконусов из материала, прозрачного для используемого излучения, причем радиус закругления при вершине микроконусов, направленных в сторону чувствительного к используемому излучению материала равен половине диаметра d потока излучения на выходе каждого из излучателей, а на микроконусы нанесено покрытие, отражающее проходящее излучение.

12. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что в качестве каждой из матриц излучателей используют матрицу автоэмиссионных эмиттеров, соединенных с источником или источниками тока.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что матрицу автоэмиссионных эмиттеров и чувствительный к используемому излучению материал размещают в магнитном поле, направленном вдоль продольных осей автоэмиссионных эмиттеров.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что расстояние z между матрицей излучателей и чувствительным к используемому излучению материалом не превышает расстояния, на котором созданное магнитное поле обеспечивает ларморовский радиус пучка эмитированных электронов на поверхности чувствительного к используемому излучению материала, не превышающий заданный радиус пятна засветки на поверхности чувствительного к используемому излучению материала.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение в плоскости, параллельной поверхности чувствительного к используемому излучению материала, осуществляют путем перемещения матрицы или составной матрицы излучателей и чувствительного к используемому излучению материала навстречу друг другу.

16. Устройство для получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, содержащее матрицу излучателей или составную матрицу излучателей, содержащую N матриц излучателей, где N2, причем размеры матрицы излучателей или составной матрицы излучателей равны или превышают размеры заданного изображения на чувствительном к используемому излучению материале, а диаметр d потока излучения на выходе каждого из излучателей составляет менее 100 нм, при этом устройство выполнено с возможностью получения заданного изображения путем пошагового перемещения матрицы или составной матрицы излучателей и/или чувствительного к используемому излучению материала в плоскости, параллельной поверхности чувствительного к используемому излучению материала, с шагом, меньшим d, в одном направлении или в двух взаимно перпендикулярных направлениях на расстояния, не превышающие максимального расстояния между осями соседних излучателей.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что шаг перемещения составляет 0,01-1 нм.

18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что диаметр d потока излучения на выходе каждого из излучателей составляет 10-50 нм.

19. Устройство по п.16, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью управления величиной потока излучения, выходящего из каждого излучателя.

20. Устройство по п.16, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью изменения величины шага перемещения.

21. Устройство по п.16, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью установки матрицы или составной матрицы излучателей на заданном расстоянии z от поверхности чувствительного к используемому излучению материала путем перемещения матрицы или составной матрицу излучателей и/или чувствительного к используемому излучению материала в направлении, перпендикулярном поверхности чувствительного к используемому излучению материала с шагом от 0,01 нм до d.

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью изменения величины шага перемещения.

23. Устройство по п.21, отличающееся тем, что расстояние z между матрицей или составной матрицей излучателей и чувствительным к используемому излучению материалом составляет 1-5000 нм.

24. Устройство по п.21, отличающееся тем, что расстояние z между матрицей или составной матрицей излучателей и чувствительным к используемому излучению материалом составляет от 1 нм до d.

25. Устройство по любому из пп.16-24, отличающееся тем, что каждая матрица излучателей выполнена в виде матрицы световодов, соединенных с источником или источниками излучения и выполненных из оптоволоконных световодов с утоненными концами, на которые нанесено покрытие, отражающее проходящее излучение.

26. Устройство по любому из пп.16-24, отличающееся тем, что каждая матрица излучателей выполнена в виде матрицы световодов, соединенных с источником или источниками излучения и выполненных в виде микроконусов из материала, прозрачного для используемого излучения, причем радиус закругления при вершине микроконусов, направленных в сторону чувствительного к используемому излучению материала, равен половине диаметра d потока излучения на выходе каждого из излучателей, а на микроконусы нанесено покрытие, отражающее проходящее излучение.

27. Устройство по любому из пп. 16-22, отличающееся тем, что каждая матрица излучателей выполнена в виде матрицы автоэмиссионных эмиттеров, соединенных с источником или источниками тока.

28. Устройство по п.27, отличающееся тем, что матрица или составная матрица автоэмиссионных эмиттеров и чувствительный к используемому излучению материал размещены в магнитном поле, направленном вдоль продольных осей автоэмиссионных эмиттеров.

29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что расстояние z между матрицей автоэмиссионных эмиттеров и чувствительным к используемому излучению материалом не превышает расстояния, на котором созданное магнитное поле обеспечивает ларморовский радиус пучка эмитированных электронов на поверхности чувствительного к используемому излучению материала, не превышающий заданный радиус пятна засветки на поверхности чувствительного к используемому излучению материала.

30. Устройство по п.16, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью перемещения матрицы или составной матрицы излучателей и/или чувствительного к используемому излучению материала в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области микролитографии (в частности, фотолитографии) и может быть промышленно реализовано, например, при изготовлении интегральных схем или структур со сформированным по заданной программе рельефом с субмикронным разрешением. Создание интегральных схем с характерным размером элементов 0.1-0.01 мкм является важнейшим перспективным направлением развития современной микроэлектроники. Технология высокоточного (с субмикронными и микронными допусками) изготовления прецизионных форм с трехмерным рельефом может быть промышленно использована, например, и при создании массовой технологии изготовления деталей микророботов, высокоразрешающих элементов дифракционной и Френелевской оптики, а также в других областях техники, где тоже необходимо получение в функциональном слое изделия трехмерного рисунка заданной глубины с высоким разрешением его структур, например, при создании печатных форм для изготовления денежных знаков и иных ценных бумаг.

От разрешающей способности процесса микролитографии, определяющей уровень развития большинства отраслей современной науки и техники, в решающей степени зависит дальнейшее развитие современной микроэлектроники. Микролитография включает нанесение на поверхность твердого тела (обычно подложки из полупроводникового материала) слоя материала, чувствительного к воздействию используемого потока излучения, в том числе электронных пучков, в качестве которого наиболее часто используется слой фоторезиста. Экспонирование фоторезиста через фотошаблон, обычно называемый маской, позволяет создать на фоторезисте рисунок, соответствующий заданной топологии, например, топологии слоя создаваемой интегральной схемы.

Известен способ получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, в котором создают на поверхности чувствительного к используемому излучению материала пятна засветки с помощью высокоинтенсивного источника коротковолнового излучения и высокоточного проекционного объектива с большой апертурой, проецирующего на поверхность чувствительного к используемому излучению материала множественное изображение позиционируемого объекта-маски (Presentation by Sunlin Chow on Intel Developers Forum San Jose, USA, September 2002).

Известно устройство для получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, в качестве которого используется слой фоторезиста, состоящее из высокоинтенсивного источника коротковолнового излучения, объекта-маски, изображение которой будет спроецировано на фоторезист, устройства для позиционирования объекта-маски, высокоточного проекционного объектива с большой апертурой и устройства для перемещения подложки с фоторезистом, на который проецируется множественное изображение позиционируемого объекта, чтобы максимально использовать всю поверхность подложки из полупроводникового материала, покрытую светочувствительным слоем - фоторезистом (Presentation by Sunlin Chow on Intel Developers Forum San Jose, USA, September 2002).

Точность позиционирования лучших проекционных сканирующих систем (степперов), производимых мировым лидером в этой области технологического оборудования для микроэлектроники голландской фирмой ASM-Lithography достигает 80 нм, что явно не достаточно для создания СБИС с характерным размером элементов 20-30 нм. Отставание возможностей степперов от нужд промышленности естественно, т.к. разработка степпера для субмикронных технологий требует трех-пяти лет, а стоимость его при серийном выпуске составляет 10-15 миллионов долларов, не говоря уж о стоимости разработки, составляющей сотни миллионов долларов.

В настоящее время в промышленности наиболее распространена фотомикролитография (или фотолитография). Обеспечиваемое ею разрешение х определяется длиной волны используемого излучения и апертурой А проекционной системы x=k₁ /2A. Такая зависимость, естественно, стимулировала у разработчиков стремление к использованию все более коротковолновых источников излучения и все более широкоапертурных проекционных систем. В результате за последние 40 лет в промышленной проекционной фотолитографии произошел переход от ртутных ламп с характерной длиной волны 330-400 нм к эксимерным лазерам с длиной волны 193 и даже 157 нм. Проекционные объективы современных степперов достигли диаметра 600-700 мм (необходимость увеличения апертуры А). Все это и обусловливает столь высокую стоимость степперов.

К сожалению, за увеличение разрешения приходится расплачиваться еще и резким уменьшением глубины фокусировки F, т.к. F=k₂ /А², что приводит к уменьшению производительности и радикальному усложнению системы фокусировки гигантских проекционных объективов, а значит опять-таки к росту стоимости степперов. К тому же, краевые эффекты ограничивают возможность использования апертуры такого объектива при работе с предельным разрешением, обеспечиваемым объективом.

В процессе развития проекционной фотолитографии минимальный размер проецируемых деталей уменьшался в среднем на 30% каждые 2 года, что позволяло каждые 18 месяцев удваивать число транзисторов на интегральных схемах (закон Мура). В настоящее время в промышленности используется “0.13-микронная технология”, позволяющая печатать детали с разрешением -100 нм, в то время как следующим рубежом, по мнению экспертов, является создание проекционных систем и источников излучения, обеспечивающих уверенное разрешение на уровне 20-30 нм. Это потребует перехода к источникам экстремального ультрафиолета (EUV-источникам) или даже перехода к мягкому рентгеновскому излучению. В настоящее время интенсивно ведутся эксперименты с микролитографией на =13,4 нм. Первая такая установка, как сообщалось на форуме разработчиков компании INTEL (ведущего мирового производителя СБИС), была создана и в 2002 году на ней были получены транзисторы с характерным размером 50 нм. Однако стоимость такого степпера даже при серийном производстве будет достигать, по оценке экспертов, 60-ти миллионов долларов, а для отладки технологии серийного производства микропроцессоров с характерным размеров элементов на уровне 30 нм потребуется, по самым оптимистическим оценкам, 5-7 лет.

Одним из наиболее существенных ограничений применения фотолитографии является ограничение, связанное с дифракцией от края маски (дифракция от края экрана), используемой для получения желаемого проекционного изображения на поверхности фоторезиста. Это явление по мере уменьшения длины волны используемого излучения приводит ко все более заметному ухудшению качества получаемого изображения вследствие появления дифракционных максимумов, располагающихся на расстояниях порядка от центра проектируемой линии. Если учесть, что в настоящее время ведущими производителями используется излучение с длиной волны =193 нм и даже (в экспериментах!) еще меньшей, то становится очевидным, насколько существенным может быть ограничение по разрешению, вносимое дифракцией на краю маски.

Таким образом, существующие проекционные устройства для создания изображения на светочувствительном слое имеют ряд существенных недостатков:

1) принципиальные трудности совмещения в одном устройстве высокого разрешения и большой глубины резкости;

2) существенное усложнение конструкции и технологии проецирующего устройства при уменьшении длины волны излучения, используемого при проецировании изображения на фоторезист;

3) радикальное усложнение оптической системы и технологии изготовления проецируемого объекта - маски по мере уменьшения длины волны, используемой при проецировании;

4) резкое удорожание технологии и оборудования по мере роста степени интеграции производимой продукции;

5) чрезвычайно низкая технологическая гибкость производственного процесса и очень высокая стоимость его перестройки;

6) принципиальная невозможность создания диверсифицированного производства, т.е. производства различных интегральных схем на одной подложке в едином технологическом процессе.

Известен способ получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, являющийся ближайшим аналогом, в котором создают на поверхности чувствительного к используемому излучению материала пятна засветки с помощью матрицы излучателей, выполненных в виде матрицы автоэмиссионных эмиттеров, и получают заданное изображение путем перемещения чувствительного к используемому излучению материала в плоскости, параллельной поверхности чувствительного к используемому излучению материала, в одном направлении или в двух взаимно перпендикулярных направлениях (WO 00/60632, опубл. 12.10.2000).

Известно устройство для получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, являющееся ближайшим аналогом и содержащее матрицу излучателей, выполненных в виде матрицы автоэмиссионных эмиттеров, при этом устройство выполнено с возможностью получения заданного изображения путем перемещения чувствительного к используемому излучению материала в плоскости, параллельной поверхности чувствительного к используемому излучению материала (WO 00/60632, опубл. 12.10.2000).

Однако в известных способе и устройстве для получения заданного изображения на всей подложке необходимо осуществлять перемещение чувствительного к излучению материала на значительные расстояния, что приводит к усложнению конструкции устройства, а также к снижению разрешения получаемого изображения и увеличению времени изготовления изображения на фоторезисте.

Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, является принципиальное упрощение технологического процесса создания высокоразрешающих изображений на чувствительном к используемому излучению материале и упрощение конструкции используемого оборудования, а также повышение разрешения при формировании получаемого изображения. Кроме того, использование матрицы ближнеполевых световодов или автоэмиссионных эмиттеров позволяет избежать ограничений, связанных при использовании масок с существованием дифракционного предела, и перейти к формированию высокоразрешающих изображений без использования масок, что существенно удешевляет процесс разработки новых СБИС и упрощает процесс серийного производства СБИС. Устранение необходимости использования масок позволяет принципиально диверсифицировать производство СБИС за счет реализации процесса производства СБИС с различной топологией на одной подложке. Например, можно на одной подложке выполнить все СБИС, используемые в ПК.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, в котором создают на поверхности чувствительного к используемому излучению материала пятна засветки с помощью матрицы излучателей или составной матрицы излучателей, содержащей N матриц излучателей, где N>2, причем размеры матрицы излучателей или составной матрицы излучателей равны или превышают размеры заданного изображения на чувствительном к используемому излучению материале, а диаметр d потока излучения на выходе из каждого излучателя составляет менее 100 нм, и получают заданное изображение путем пошагового перемещения матрицы или составной матрицы излучателей и/или чувствительного к используемому излучению материала в плоскости, параллельной поверхности чувствительного к используемому излучению материала, в одном направлении или в двух взаимно перпендикулярных направлениях с шагом, меньшим d, на расстояния, не превышающие максимального расстояния между осями соседних излучателей вдоль указанных направлений.

Причем к соседним излучателям относятся и излучатели, расположенные в крайних рядах соседних матриц, входящих в составную матрицу, а за ось излучателя обычно принимают ось симметрии излучателя, которая обычно совпадает с осью потока излучения, выходящего из излучателя. При этом под размерами матрицы или составной матрицы обычно понимают расстояния между осями крайних, наиболее удаленных друг от друга излучателей матрицы или составной матрицы в двух взаимно перпендикулярных направлениях, совпадающих с направлениями возможного перемещения матрицы или чувствительного к используемому излучению материала. Кроме того, любая из матриц может быть выполнена двумерной, т.е. в виде матрицы, в которой излучатели расположены в несколько рядов, по несколько излучателей в каждом ряду.

Указанный технический результат достигается также за счет того, что в устройстве для получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, содержащем матрицу излучателей или составную матрицу излучателей, содержащую N матриц излучателей, где N>2, размеры матрицы излучателей или составной матрицы излучателей равны или превышают размеры заданного изображения на чувствительном к используемому излучению материале, а диаметр d потока излучения на выходе каждого из излучателей составляет менее 100 нм, при этом устройство выполнено с возможностью получения заданного изображения путем пошагового перемещения матрицы или составной матрицы излучателей и/или чувствительного к используемому излучению материала в плоскости, параллельной поверхности чувствительного к используемому излучению материала, с шагом, меньшим d, в одном направлении или в двух взаимно перпендикулярных направлениях на расстояния, не превышающие максимального расстояния между осями соседних излучателей.

Причем как при реализации предлагаемого способа, так и в предлагаемом устройстве для повышения точности получаемого изображения пошаговое перемещение наиболее целесообразно осуществлять с шагом от 0,01 до 1 нм, а диаметр d потока излучения на выходе каждого из излучателей может составлять от 10 до 50 нм. Однако в том случае, если позволяет заданная точность изображения, шаг может быть и больше, что позволяет уменьшить время получения изображения. В общем случае размер шага определяется требуемой степенью перекрытия пятен засветки при получении сплошного изображения, так как от степени перекрытия зависит точность выполнения края сплошного изображения или линии, его “волнистость”.

Кроме того, как при реализации способа, так и в устройстве каждая из матриц излучателей, т.е. матрица излучателей, если она используется одна, или каждая из матриц излучателей, содержащихся в составной матрице, может быть выполнена в виде матрицы световодов, соединенных с источником или источниками излучения и выполненных из оптоволоконных световодов с утоненными концами (ближнеполевых световодов), на которые нанесено покрытие, отражающее проходящее излучение, причем диаметр утоненных концов оптоволоконных световодов равен диаметру d потока излучения на выходе каждого из излучателей. Поэтому диаметры утоненных концов оптоволоконных световодов, направленных в сторону чувствительного к используемому излучению материала, имеют размер менее 100 нм, а наиболее предпочтительно - от 10 до 50 нм.

Такие утоненные световоды могут быть изготовлены с помощью известной технологии, например, описанной в (E.Betzig, J.K.Trautman al., Science, 251, р.1468, 1991), авторы которой впервые использовали покрытие наружной поверхности утоненной части световодов отражающим излучение слоем, создав ближнеполевой световод.

Помимо этого, как при реализации способа, так и в устройстве в качестве каждой из матриц излучателей может быть использована матрица световодов, соединенных с источником или источниками излучения и выполненных в виде микроконусов, также являющихся ближнеполевыми световодами, из материала, прозрачного для используемого излучения, причем радиус закругления при вершине микроконусов, направленных в сторону чувствительного к используемому излучению материала, равен половине диаметра d потока излучения на выходе каждого из излучателей. В связи с этим радиусы закругления при вершине микроконусов, направленных в сторону чувствительного к используемому излучению материала, имеют размер менее 50 нм, а предпочтительно - от 5 до 25 нм. Микроконусы могут быть изготовлены из полупроводникового материала, например из кремния или соединений типа А_IIIВ_V или A_IIB_VI , покрытых снаружи слоем материала, отражающего проходящее излучение. Такие матрицы из микроконусов могут создаваться с помощью обычной технологии, используемой при производстве микроэлектронных чипов (Ю.Д.Чистяков. Ю.П.Райнова. “Физико-химические основы технологии микроэлектроники”. Москва. 1979 г., Е.И.Гиваргизов, “Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара”, издательство “Наука” ГИФМЛ, Москва 1977). На их основании с помощью технологий, существующих в современной микроэлектронике (Charles Lieber, CERN Courier, May 2003), могут быть выполнены твердотельные нанолазеры или светодиоды, генерирующие излучение заданной длины волны, или на их основании могут быть выполнены индивидуально коммутируемые затворные устройства, регулирующие доступ излучения в микроконус.

При этом каждый световод может быть присоединен к отдельному источнику излучения, который выполнен с возможностью управления интенсивностью его излучения. Кроме того, световоды могут быть объединены в несколько групп, каждая из которых соединена со своим источником излучения, но при этом между источником излучения и каждым из световодов вводится управляемый модулятор или затворное устройство, выполненное с возможностью управления интенсивностью излучения, выходящего из соответствующего световода. Или все световоды могут быть соединены с одним источником излучения, но между источником излучения и каждым из световодов также вводится управляемый модулятор или затворное устройство, выполненное с возможностью управления интенсивностью излучения, выходящего из соответствующего световода.

Кроме того, как при реализации способа, так и в устройстве микроконусы из диэлектрического или полупроводникового материала могут быть выполнены на поверхности планарного световода, прозрачного для заданного излучения, при этом на основании микроконусов могут быть выполнены индивидуально коммутируемые затворные устройства, регулирующие доступ излучения в микроконусы.

Помимо матриц, содержащих световоды, для получения изображения на материале, чувствительном к используемому излучению, как при реализации способа, так и в устройстве в качестве каждой из матриц излучателей может быть использована матрица автоэмиссионных эмиттеров, соединенных с источником или источниками тока.

Причем оптимальный результат может быть получен в том случае, когда матрицу автоэмиссионных эмиттеров и чувствительный к используемому излучению материал размещают в магнитном поле, направленном вдоль продольных осей автоэмиссионных эмиттеров, так как под воздействием однородного аксиального (по отношению к пучку) магнитного поля удается избежать расходимости эмитируемых каждым острием электронных пучков и обеспечить радикальное улучшение разрешения, достигаемого при взаимодействии такого пучка с материалом, чувствительным к используемому излучению.

При этом, как уже указывалось выше, как при реализации способа, так и в устройстве для получения заданного изображения желательно управлять величиной потока излучения, выходящего из каждого излучателя.

Кроме того, помимо перемещения в плоскости, параллельной поверхности чувствительного к используемому излучению материала, осуществляют перемещение матрицы или составной матрицы излучателей и/или чувствительного к используемому излучению материала в направлении, перпендикулярном поверхности чувствительного к используемому излучению материала с шагом от 0,01 нм до d для установки матрицы или составной матрицы излучателей на заданном расстоянии z от поверхности чувствительного к используемому излучению материала. Возможность точного перемещения в указанном направлении обеспечивает получение требуемых размеров пятен засветки на поверхности чувствительного к используемому излучению материала, в том числе можно обеспечить с необходимой точностью заранее заданное перекрытие формируемых соседними излучателями пятен засветки. При этом расстояние z между матрицей излучателей и чувствительным к используемому излучению материалом может составлять в том числе от 1 до 5000 нм. Причем для обеспечения отсутствия дифракционных искажений за счет работы в условиях ближнего поля расстояние z между матрицей излучателей и чувствительным к используемому излучению материалом может составлять в том числе от 1 нм до d.

При этом в случае выполнения матрицы излучателей в виде матрицы или составной матрицы автоэмиссионных эмиттеров, которые вместе с чувствительным к используемому излучению материалом размещены в магнитном поле, направленном вдоль продольных осей автоэмиссионных эмиттеров, расстояние z между матрицей излучателей и чувствительным к используемому излучению материалом может быть выбрано значительно большим, например, расстояние z может иметь размер в несколько сантиметров и даже больше. При этом для сохранения заданного разрешения расстояние z не должно превышать расстояния, на котором созданное магнитное поле обеспечивает ларморовский радиус пучка эмитированных электронов на поверхности чувствительного к используемому излучению материала, не превышающий заранее заданный радиус пятна засветки на поверхности чувствительного к используемому излучению материала.

Для осуществления указанных перемещений как при реализации способа, так и в устройстве возможны различные выполнения соответствующих приводов для перемещения чувствительного материала и/или матрицы или составной матрицы излучателей, а также различные их сочетания. При этом устройство может быть выполнено с возможностью перемещения матрицы или составной матрицы излучателей и/или чувствительного к используемому излучению материала в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Причем наиболее целесообразно взаимное позиционирование материала, чувствительного к используемому излучению (фоторезиста), и матрицы или составной матрицы осуществлять с помощью прецизионного XYZ-нанопозиционера. Причем XYZ-нанопозиционером может быть снабжена подложка с чувствительным материалом или матрица, или составная матрица излучателей. Однако наиболее целесообразно, чтобы подложка с чувствительным материалом была соединена с первым XYZ-нанопозиционером, а матрица или составная матрица излучателей - со вторым XYZ-нанопозиционером. В этом случае создание требуемой топологии при засветке фоторезиста производится путем перемещения матрицы или составной матрицы излучателей и чувствительного к используемому излучению материала навстречу друг другу.

На фиг.1 представлен вариант выполнения устройства для получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале с матрицей, выполненной из световодов в виде микроконусов.

На фиг.2 представлен вариант выполнения устройства для получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале с матрицей, выполненной из автоэмиссионных эмиттеров.

Устройство (фиг.1) для получения изображения на чувствительном к используемому излучению материале, который может представлять собой, например, фоторезист, содержит подложку 1 с нанесенным на нее слоем фоторезиста 2 и матрицу излучателей 3, расположенную на планарном световоде и установленную на схематически показанном на фиг.1 устройстве 4 для установки и перемещения этой матрицы. Представленная на фиг.1 в качестве примера матрица излучателей выполнена в виде матрицы световодов, соединенных с источником или источниками излучения (не показаны). Световоды выполнены в виде микроконусов из диэлектрического или полупроводникового материала, прозрачного для используемого излучения, которые покрыты отражающим это излучение покрытием и по сути представляют собой ближнеполевые световоды. Они расположены на поверхности планарного световода 5, подводящего излучение к основаниям ближнеполевых световодов, которыми являются микроконусы.

На основании микроконусов могут быть расположены индивидуально коммутируемые устройства 6, выполненные, например, в виде затворов, регулирующих доступ излучения в микроконусы. В случае выполнения излучателей в виде оптоволоконных световодов с утоненными концами индивидуальные коммутирующие устройства (затворы) располагают между источником излучения и входом соответствующего световода. Источники излучения могут быть выполнены в виде нанолазеров или светодиодов, генерирующих излучение определенной длины волны и расположенных в основании микроконусов, являющихся все теми же ближнеполевыми световодами. На фиг.1 в соответствии с одним из возможных предпочтительных выполнений системы приводов матрица излучателей 3 установлена с возможностью перемещения в трех взаимно перпендикулярных направлениях XYZ (на фиг.1 показаны стрелками). Величина шага перемещения и число шагов при перемещении в плоскости XY, параллельной поверхности фоторезиста, определяется требуемым разрешением для получаемого изображения. При перемещении в направлении Z, перпендикулярном поверхности фоторезиста, величина шага определяется:

1) желаемым размером пятен засветки, т.е. желаемой расходимостью пучка/пучков излучения 7, засвечивающего/засвечивающих фоторезист 2, и

2) точностью задания размера пятна/пятен засветки, зависящей от расстояния 8 между матрицей источников излучения и фоторезистом.

Ввиду того, что размеры оснований световодов (микроконусов) в плоскости XY могут существенно превосходить размеры пятен засветки, создаваемых такими световодами, то непрерывная (сплошная) засветка, например, позволяющая получить сплошную линию, обеспечивается перемещением матрицы световодов на расстояние, необходимое для создания требуемого изображения. В случае, если размеры матрицы таковы, что она имеет по каждой из осей в плоскости XY размер 9, равный или несколько больший, чем размер создаваемого изображения, для создания такого изображения необходимо обеспечить смещение матрицы лишь на расстояние, равное максимальному расстоянию 10 между осями соседних острий (микроконусов) вдоль каждой из осей в плоскости XY (на фиг.1 это расстояние показано только вдоль оси X).

Световоды могут образовывать двумерную матрицу из нескольких рядов, по несколько световодов в каждом ряду (фиг.1), причем размер матрицы определяется расстояниями 9 между осями крайних, наиболее удаленных друг от друга световодов по осям Х и Y (на фиг.1 указан размер матрицы только вдоль оси X).

Световоды могут быть сгруппированы в несколько двумерных матриц, расположенных в несколько рядов по несколько таких матриц в каждом ряду, причем каждая из матриц состоит из нескольких рядов световодов по несколько световодов в каждом ряду. Шаг расположения излучателей, т.е. расстояние между осями соседних излучателей в каждом из двух взаимно перпендикулярных направлений целесообразно использовать одинаковый, однако он может быть и разным. При этом указанный шаг в, по крайней мере, одной из матриц, входящих в составную матрицу, может отличаться от шага излучателей в любой другой матрице. В этом случае, если такая составная матрица имеет общий (суммарный) размер 9 вдоль каждой из осей в плоскости XY, равный или несколько превосходящий размер заданного изображения или всей подложки с фоторезистом вдоль каждой из осей в плоскости XY, то смещение такой матрицы для получения необходимой засветки фоторезиста должно совершаться вдоль каждой из осей в плоскости XY на расстояние, не превышающее максимальное расстояние 10 между осями соседних световодов (микроконусов) вдоль каждой из осей в пределах этой составной матрицы. При этом шаг каждого смещения при такой засветке фоторезиста определяется заданной степенью перекрытия соседних пятен засветки, а размер пятна засветки определяется (при заданном разрешении, минимальное значение которого определяется параметрами ближнеполевого световода, каковым является микроконус) расстоянием от поверхности фоторезиста до вершин световодов и расходимостью такого ближнеполевого пучка излучения. Коммутируя отдельные световоды матрицы, можно сформировать на светочувствительном слое (фоторезисте), расположенном в непосредственной близости от матрицы, рисунок с требуемой топологией.

При использовании идеального точечного источника излучения, находящегося от фоторезиста на расстоянии, меньшем характерного размера d используемого ближнеполевого световода, на поверхности фоторезиста образуется световое пятно (пятно засветки). При этом на краю светового пятна отсутствуют какие-либо дифракционные максимумы. Таким идеальным точечным источником может быть излучатель, выполненный, например, в виде утоненного световода, вытянутого из стекловолокна таким образом, что у его конца диаметр световода d составит примерно 10 нм, или в виде микроконуса с радиусом закругления при вершине примерно 5 нм. Но, как известно, диаметр светового пятна на расстоянии z d (где d - диаметр конца световода) также будет близок к d. Поэтому, используя матрицу из подобных световодов, расположенных друг относительно друга таким образом, чтобы на поверхности фоторезиста или любого другого, чувствительного к используемому излучению материала формировались световые пятна (пятна засветки), создаваемые этими практически идеальными точечными источниками, можно создать на фоторезисте, находящемся на расстоянии z d, плоское изображение. Коммутируя отдельные световоды матрицы, можно создавать ряды световых линий или совокупность различным образом расположенных световых точек, очертания которых повторяют очертания, создаваемые пятнами засветки, ближнеполевых световодов матрицы. Если на конце каждого световода разместить источник излучения, эмитирующий необходимую длину волны, или затворное устройство, пропускающее излучение в такой световод, то, коммутируя эти источники или затворные устройства, можно создать на поверхности светочувствительного слоя (фоторезиста), расположенного на расстоянии порядка d, практически любое плоское изображение с разрешением x d. Такая коммутация может осуществляться как коммутацией источников излучения, так и быстродействующих затворов на торцах световодов, на которые подается излучение, с помощью которого осуществляется экспозиция фоторезиста.

Для обеспечения минимального числа шагов перемещения и, тем самым, повышения скорости получения заданного изображения расстояние между осями излучателей должно быть минимальным. Однако уменьшение указанных расстояний ограничивается возможными размерами излучателей, а именно внешним диаметром неутоненной части оптоволоконных световодов, диаметром основания световодов в виде микроконусов в месте их контакта (соединения) с подложкой или планарным световодом, размерами оснований острий автоэмиссионных эмиттеров и т.д. В настоящее время технология изготовления указанных излучателей позволяет обеспечить минимальный размер внешнего диаметра неутоненной части оптоволоконных световодов ~ 10-20 мкм, минимальный размер диаметра основания световодов, выполненных в виде микроконусов ~ 1-3 мкм, а минимальный размер (диаметр) оснований острий автоэмиссионных эмиттеров ~ 1-3 мкм. Все эти размеры значительно превышают желаемый диаметр потока излучения на выходе излучателей, требуемый для обеспечения необходимого разрешения, что и вынуждает использовать пошаговое перемещение излучателей с шагом, заметно меньшим и, конечно, не превышающим расстояния между осями соседних излучателей.

В связи с этим расположение излучателей как ближнеполевых световодов, так и автоэмиссионных эмиттеров может осуществляться так, чтобы пятна засветки на поверхности фоторезиста образовывали плоское изображение заранее выбранной формы, которое может состоять из отдельных пятен засветки или их групп. При этом создание требуемой топологии при засветке фоторезиста производится путем последовательного позиционирования подложки с фоторезистом под матрицей или составной матрицей во время контролируемого перемещения с помощью прецизионного XYZ-нанопозиционера, позволяющего осуществлять позиционирование фоторезиста с минимальным шагом вплоть до 0,01 нм. Коммутация излучателей и прецизионное позиционирование матрицы осуществляется с линейным разрешением, значительно превосходящим разрешение, обеспечиваемое расположением излучателей в матрице, и равным характерному размеру d. Размер пятна засветки, создаваемый каждым излучателем, позволяет экспонировать на поверхности фоторезиста любую заранее заданную топологию с разрешением, определяемым характерным размером пятна засветки. Важно отметить, что в этом случае позиционирование осуществляется в пределах хода точной ступени нанопозиционера, т.к. расстояние между осями излучателей, осуществляющих засветку, может составлять приблизительно 1-100 мкм. При этом могут использоваться любые прецизионные позиционеры, обладающие необходимым разрешением ( х, y<d) и необходимой базой перемещения, которая должна превышать максимальное расстояние между осями соседних излучателей. В том случае, если матрица состоит из N матриц и при этом N равно числу СБИС, получаемых на кремниевой пластине, то расстояние между проекциями топологии СБИС на фоторезисте выбирается заведомо большим, чем максимальное смещение единичной матрицы при экспозиции, обеспечивающей создание заданной топологии единичной СБИС на фоторезисте для того, чтобы при смещении единичной матрицы, прорисовывающей одну СБИС, она не заезжала на место расположения другой СБИС. При этом все СБИС могут быть одинаковыми, однако за счет управления каждым отдельным источником излучения в каждой матрице можно производить и разные СБИС, в том числе и СБИС, имеющие как различные топологии, так и различные размеры.

При этом, используя коммутацию излучения каждого излучателя в каждой матрице, входящей в состав составной матрицы, которая по размерам больше или равна кремниевой или иной полупроводниковой подложке, и прецизионное перемещение на расстояние, не превышающее максимальные расстояния между осями соседних излучателей с шагом, позволяющим создать топологию засветки с разрешением, определяемым характерным размером пятна засветки и заданной степенью их перекрытия, можно в процессе засветки одной такой подложки создавать на ней СБИС с различной топологией, что создает практически неоценимые преимущества для разработки и создания заказных схем и радикального удешевления самого процесса разработки новых СБИС.

Предлагаемые устройства, комплектуемые прецизионными XYZ-нанопозиционерами, могут заменить собой степперы.

Такие устройства позволяют осуществлять параллельную засветку всей подложки, что существенно повышает производительность. А предварительная оценка позволяет заключить, что стоимость такого устройства при серийном производстве может оказаться ниже стоимости известных степперов в 40-50 раз. Это может служить решающим аргументом в пользу создания и применения такого рода устройств, т.к. стоимость современных степперов может достигать 20 и более миллионов долларов.

Естественным развитием предлагаемой матричной технологии фотолитографии является использование автоэмиссионных острийных матриц. На фиг.2 условно показан вариант выполнения устройства, в котором матрица излучателей 3 выполнена в виде автоэмиссионных эмиттеров, расположенных на подложке 4 и эмитирующих электронные пучки 11 под воздействием вытягивающего поля диафрагм 12. Эти пучки создают пятна засветки на фоторезисте 2, нанесенном на подложку 1, выполненную из полупроводникового материала. Использование автоэмиссионных многоострийных матриц позволяет перейти от малопроизводительной электронной литографии, в случае которой сканирующий электронный пучок, перемещаясь последовательно, создает на соответствующем фоторезисте заданную топологию, к многопучковой планарной электронной литографии, позволяющей добиться радикально большей производительности.

Использование автоэмиссионных острийных матриц с индивидуально управляемыми остриями (аналогичных автоэмиссионным матрицам, применяемым в автоэмиссионных дисплеях), позволяет:

1) осуществлять параллельную высокопроизводительную засветку фоторезиста с чрезвычайно высоким пространственным разрешением;

2) в случае, когда пятна засветки, создаваемые отдельными остриями, не перекрываются, смещение автоэмиссионной матрицы на расстояния, не превышающие максимальные расстояния 13 между осями соседних острий, позволяет (как и в случае световодных матриц) осуществлять (там, где это требуется) непрерывную засветку в пределах площади фоторезиста. При этом полностью устраняется дисторсия, наблюдающаяся обычно при отклонении электронного пучка на углы, отличающиеся от параксиальных;

3) осуществляя коммутацию острий в сочетании со смещением автоэмиссионной матрицы, создать любое изображение на поверхности фоторезиста в пределах площади его засветки.

Благодаря использованию предлагаемых способа и устройства наряду с огромным увеличением производительности можно осуществлять на одной подложке одновременное изготовление совершенно различных СБИС. В принципе, можно осуществить изготовление всех СБИС, из которых состоит компьютер или какое-либо другое устройство, на одной подложке. Использование многоострийных автоэмиссионных матриц позволяет получать чрезвычайно высокоразрешающие изображения на фоторезисте со значительно более высокой производительностью, чем обычная электронная литография, при практически полном устранении дисторсионных искажений и устранении трудностей получения высокоразрешенных сплошных изображений линий благодаря возможности контролируемого высокоточного относительного смещения фоторезиста и автоэмиссионной матрицы друг относительно друга.

При этом использование аксиального (по отношению к остриям) магнитного поля 14 позволяет избежать расходимости эмитируемых каждым острием электронных пучков и обеспечить радикальное улучшение разрешения, достигаемого при взаимодействии такого пучка с фоторезистом. Причем расстояние от вершин эмиттеров (острий) автоэмиссионной матрицы до поверхности фоторезиста может достигать десятков миллиметров без потери разрешения и интенсивности при приложении соответствующего магнитного поля. А это, кроме всего, полностью снимает и любые ограничения, связанные с глубиной фокуса (DOF).

Наконец, создание такого рода световодных и автоэмиссионных матричных устройств радикально упрощает технологию, позволяя перейти от индустриальной эры производства СБИС, в которой мы живем сегодня, к постиндустриальной технологии производства, когда разработкой и изготовлением СБИС смогут заниматься малые коллективы, т.е. когда эта технология станет доступной не только гигантским современным заводам стоимостью 2-4 миллиарда долларов, но и огромному числу небольших групп ученых и инженеров.