Меню Главная Случайная статья Настройки Электронная литография Материал из https://ru.wikipedia.org Электронно-лучевая литография — метод нанолитографии с использованием электронного пучка. Содержание 1 Принцип метода 2 Разрешение в электронной литографии 2.1 Размер электронного пучка 2.2 Ухудшение разрешения из-за нелинейных процессов при взаимодействии электронного пучка с резистом 3 Принципы записи рисунка на образце[7] 4 Системы для электронной литографии 5 Производители 6 См. также 7 Литература 8 Примечания Принцип метода Электронный пучок, остросфокусированный с помощью магнитных линз на поверхность слоя полимера (резиста), чувствительного к электронному облучению, прорисовывает на нем скрытое изображение, которое обнаруживается после обработки резиста в проявителе. Облучение потоком электронов резиста меняет степень растворимости полимера в растворителе (проявителе). Экспонированные участки резиста с записанным на них изображением, смываются с помощью проявителя. Через полученные окна в плёнке резиста производится вакуумное напыление подходящего материала, например, нитрида титана или металлов, или ионное травление. Позднее в технологическом процессе неэкспонированный резист также смывают другим растворителем. Перемещение электронного пучка по поверхности осуществляется изменением токов в отклоняющих магнитных системах, управление токами производится компьютером. В некоторых установках также меняется форма и размеры пятна электронного пучка. После многоступенчатого технологического процесса получается фотошаблон-маска для использования в фотолитографии и других нанотехнологических процессах, например, в технологии реактивного ионного травления. Электронная литография позволяет на нынешнем уровне развития технологии в рекордных экспериментальных установках получать структуры с разрешением менее 1 нм, недостижимое для жесткого ультрафиолетового излучения, благодаря более короткой де-Бройлевской длине волны электронов по сравнению со светом[1] (см. Волновая механика). Электронная литография является основным методом получения масок для использования в последующей фотолитографии при производстве монолитных микросхем[2][3] (в том числе масок для проекционной фотолитографии при массовом производстве сверхбольших микросхем). Альтернативным способом создания масок является лазерная технология[4], однако эта технология имеет меньшее разрешение[5]. Также электронная литография, имеющая невысокую производительность, используется при производстве единичных экземпляров электронных компонентов с нанометровым разрешением в промышленности и в научных исследованиях. Разрешение в электронной литографии На разрешение деталей рисунка при записи влияют как размер электронного пучка, так и процессы взаимодействия электронного пучка с резистом[6]. Размер электронного пучка На диаметр электронного пучка ${\displaystyle d_{g}}$ влияют несколько факторов: размер источника электронов ${\displaystyle d_{v}}$ и коэффициент масштабирования электронной фокусирующей системы ${\displaystyle M^{-1}}$. Эти параметры связаны между собой формулой: ${\displaystyle d_{q}=d_{v}/M^{-1}}$. Длина волны электрона ${\displaystyle L}$ зависит от ускоряющего потенциала ${\displaystyle V_{b}}$ и равна ${\displaystyle L=1,2/V_{b}^{1/2}}$ нм. Для ускоряющего напряжения 10 кВ длина волны электрона составляет 12,2 пм, и, соответственно, разрешение системы, ограниченное дифракцией, равно: ${\displaystyle d_{d}=0,6L/a}$, где ${\displaystyle a}$ — половина угла фокусировки пучка. В реальных системах магнитные линзы имеют сферическую ${\displaystyle d_{s}}$ и хроматическую ${\displaystyle d_{c}}$ аберрации. Сферическая аберрация возникает вследствие различия фокусного расстояния для электронов движущих по оси и на периферии пучка. Разброс скоростей электронов в пучке приводит к хроматической аберрации — электроны с разной начальной скоростью фокусируются на разных расстояниях. Для уменьшения сферической аберрации применяют апертурное ограничение пучка — диафрагмы, обрезающие периферийные электроны. Но при диафрагмировании пучка уменьшается его ток. Таким образом, разрешение, определяемое свойствами электронного пучка, имеет вид: ${\displaystyle d=(d_{g}^{2}+d_{s}^{2}+d_{c}^{2}+d_{d}^{2})^{1/2}}$. На рисунке показана зависимость размера пучка от угла фокусировки с учётом всех видов искажения размеров пучка. Ухудшение разрешения из-за нелинейных процессов при взаимодействии электронного пучка с резистом Конечное разрешение электронной литографии определяется не только диаметром сфокусированного пучка, а ещё характером его взаимодействия со слоем резиста. Соударение электронов первичного, высокоэнергетического пучка электронов (красная линия) с атомами материала резиста порождает в нём затухающую лавину вторичных выбитых электронов (синии линии), вторичные электроны паразитно «засвечивают» резист. В результате экспонированное пятно в плёнке резиста оказывается в несколько раз больше по размеру относительно диаметра электронного пучка. Для снижения энергии лавины вторичных электронов, и, соответственно, уменьшения размера экспозиционного пятна, необходимо уменьшать энергию электронов пучка, то есть — снижать ускоряющее напряжение электронной пушки. Но при снижении ускоряющего напряжения ухудшается фокусировка пучка. Поэтому практически выбирают компромиссную величину ускоряющего напряжения — для обеспечения наилучшего разрешения при применённой толщине слоя резиста и его свойствах. Принципы записи рисунка на образце[7] В настоящее время (2015 г.) запись скрытого изображения в плёнке резиста на поверхности образца может осуществляться тремя возможными методами: растровым способом; векторным способом; записью электронным пучком с изменяющимся размером и формой сфокусированного пятна. Растровая запись Этот вид записи аналогичен считыванию (записи) изображения на экране телевизора, где электронный луч последовательно (построчно) обегает каждую точку экрана. В местах где необходимо, луч экспонирует резист, остальных точках пучок электронов блокируется запиранием электронной пушки, хотя сканирование (изменение тока в системе отклонения) продолжается. Векторная запись Электронный луч подаётся только на те места, где необходимо экспонирование, и не подаётся в места, не подлежащие экспозиции. Поэтому весь процесс экспозиции осуществляется значительно быстрее, чем при растровом способе записи. Запись электронным пучком с изменяющимся размером и формой электронного пучка В этом случае запись происходит «большим мазком», — по терминологии художников. Так как любой рисунок можно нарисовать с помощью прямоугольников, то нет необходимости растеризовать рисунок на элементарные пикселы, достаточно изменять форму и размер сфокусированного пучка, от маленького прямоугольника до большого. Запись при этом происходит ещё быстрее, чем в векторном способе. Системы для электронной литографии Системы электронной литографии для коммерческих применений имеют стоимость порядка $4 млн и выше. Для научных исследований обычно используют электронный микроскоп, переделанный в систему электронной литографии при помощи относительно дешевых дополнительных устройств (общая стоимость такой установки <100 тыс. долларов США). Эти модифицированные системы позволяли прорисовывать линии с шириной около 20 нм уже с 1990-х годах. Между тем, современное специализированное оборудование позволят получать разрешение лучше 10 нм. Производители Электронная литография применяется для создания масок для фотолитографии (фотошаблонов), при этом традиционно используются системы с одним электронным пучком. Подобные системы производили компании: Applied Materials, Leica, Hitachi, Toshiba, JEOL, Etec[англ.][8][9][10]. Несколько производителей установок электронной литографии с середины 2010-х предлагают многопучковые системы создания фотошаблонов для производства монолитных микросхем[11], при этом производители также предлагают их в качестве установок для непосредственной записи рисунка на больших подложках (безмасочная литография), так как они имеют большую производительность по сравнению с однопучковыми установками, и поэтому могут конкурировать с традиционным фотолитографическим методом при выпуске малых партий микросхем[12]: Mapper Lithography (Нидерланды); IMS Nanofabrication AG (Vienna, Austria); KLA-Tencor Corp. (Milpitas, California) — технология Reflective Electron Beam Lithography (REBL); Elionix, Япония. В таблице в качестве примера приведены характеристики установки фирмы Elionix ELS-F125[13] (типичные параметры установки с одним пучком): Источник электронов — катод электронной пушки ZrO2/W — нагревательный элемент Диаметр электронного пучка на ширине полуинтесивности 1,7 нм при 125 кВ Минимальная ширина линии около 5 нм при 125 кВ Ток электронного пучка 5 пА...100 нА Ускоряющее напряжение 125 кВ, 100 кВ, 50 кВ, 25 кВ Размер записываемой площадки 3000 мкм x 3000 мкм (максимально), 100 мкм x 100 мкм (минимально) Точность позиционирования пучка 0,01 нм Максимальный размер обрабатываемой пластины 20 см (200-мм пластины и 200-мм маски) См. также Фотолитография Ионно-лучевая литография Нанопечатная литография Литература Аброян И. А., Андронов А. Н., Титов А. И. Физические основы электронной и ионной технологии. — М.: Высшая школа, 1984. — 320 с. Примечания Principles of Lithography, Third Edition, SPIE Press, 2011 ISBN 978-0-8194-8324-9. 7.4 Electron-beam lithography and mask writers «For two decades, the MEBES systems were the primary beam writers used to make photomasks» Syed Rizvi, Handbook of Photomask Manufacturing Technology (недоступная ссылка), Taylor & Francis, 2005, ISBN 978-0-8247-5374-0. Sergey Babin 3. Mask Writers: An Overview, 3.1 Introduction. «For decades, the unique features of EBL systems — easily programmable computer control, high accuracy, and relatively high throughput — have positioned these systems as the main tools to fabricate critical masks.» Hwaiyu Geng Semiconductor manufacturing handbook. ISBN 978-0-07-146965-4, McGraw-Hill Handbooks 2005, doi:10.1036/0071445595. Раздел 8.2.2 Pattern generation (Charles Howard, DuPont) «The other pattern generation alternative is a laser-based system» Peter Buck (DuPont Photomasks), Optical lithography: The future of mask manufacturing? (недоступная ссылка), Microlithography World volume 11 issue 3, PennWell Publishing, Aug 2002 (p 22): «Optical mask lithography systems are restricted in resolution, just like wafer steppers, to roughly 3/4 of the exposure wavelength. Accordingly, they do not exhibit the <100nm resolution possible for VSB /electron lithography/ systems.» SPIE Handbook of Microlithography, Micromachining and Microfabrication Volume 1: Microlithography, http://www.cnf.cornell.edu/cnf_spie2.html#2.2.6 Архивная копия от 18 августа 2019 на Wayback Machine Syed Rizvi, Handbook of Photomask Manufacturing Technology (недоступная ссылка), Taylor & Francis, 2005, ISBN 978-0-8247-5374-0. 3.3 Vector Scan Systems, pages 60 61 Mask Data Format Standardization Архивная копия от 22 декабря 2015 на Wayback Machine / DuPont Photomasks, 2001 Applied scrambles to hold lead in e-beam photomask tools Архивная копия от 3 июля 2017 на Wayback Machine / EETimes, 2001-07-27 SPIE Handbook of Microlithography, Micromachining and Microfabrication. Volume 1: Microlithography Архивная копия от 22 декабря 2015 на Wayback Machine Chapter 2, E Beam Lithography http://semiengineering.com/5-disruptive-mask-technologies/ Архивная копия от 18 мая 2021 на Wayback Machine «In 2015, photomask vendors could begin to make a gradual transition from single-beam e-beam tools to a new class of multi-beam mask writers.» Electron Beam Lithography (EBL) | ELS-F125 | ELIONIX  (неопр.). Дата обращения: 20 декабря 2015. Архивировано из оригинала 6 февраля 2016 года.