Elektronická litografie

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 24. prosince 2015; kontroly vyžadují 34 úprav .

Elektronická litografie neboli elektronová litografie je metoda nanolitografie využívající elektronový paprsek .

Princip metody

Elektronový paprsek ostře zaostřený pomocí magnetických čoček na povrch polymerní vrstvy ( rezistu ), citlivého na elektronové záření, na něj vykreslí obraz, který je detekován po zpracování rezistu ve vývojce. Úprava rezistu elektronovým paprskem mění stupeň rozpustnosti polymeru v rozpouštědle (vývojář). Oblasti povrchu, na kterých je zaznamenán obraz, se očistí od rezistu pomocí vývojky. Přes výsledná okna ve filmu rezistu se provádí vakuové nanášení vhodného materiálu, jako je titan nebo nitrid kovu , nebo iontové leptání. V poslední fázi technologického procesu se odolný rezist také smyje dalším rozpouštědlem. Pohyb elektronového paprsku po povrchu se provádí pomocí počítače změnou proudů ve vychylovacích magnetických systémech. U některých zařízení se tím mění tvar a velikost bodu elektronového paprsku. Výstupem vícestupňového technologického procesu je fotomasková maska pro použití ve fotolitografii a dalších nanotechnologických procesech, např. v technologii reaktivního iontového leptání .

Elektronová litografie umožňuje na současné úrovni technologického vývoje v rekordních experimentálních sestavách získat struktury s rozlišením menším než 1 nm , což je pro tvrdé ultrafialové záření nedosažitelné, kvůli kratší de Broglieho vlnové délce elektronů ve srovnání se světlem [1 ] (viz Vlnová mechanika ).

Elektronická litografie je hlavní metodou získávání masek pro použití v následné fotolitografii při výrobě monolitických mikroobvodů [2] [3] (včetně masek pro projekční fotolitografii při hromadné výrobě ultravelkých mikroobvodů ).

Alternativním způsobem vytváření masek je laserová technologie [4] , tato technologie má však nižší rozlišení [5] .

Také elektronická litografie, která má nízkou produktivitu, se používá při výrobě jednotlivých kopií elektronických součástek v případech, kdy je vyžadováno rozlišení nanometrů, v průmyslu a ve vědeckém výzkumu.

Rozlišení v elektronické litografii

Rozlišení detailů vzoru při záznamu je ovlivněno jak velikostí elektronového paprsku, tak procesy interakce elektronového paprsku s rezistem. [6]

Velikost elektronového paprsku

Průměr elektronového paprsku ovlivňuje několik faktorů : velikost zdroje elektronů a faktor měřítka systému zaostřování elektronů . Tyto parametry jsou vzájemně propojeny vzorcem: ${\displaystyle d_{g))$ ${\displaystyle d_{v))$ $M^{-1}$

{\displaystyle d_{q}=d_{v}/M^{-1))

Vlnová délka elektronu závisí na urychlovacím potenciálu a je rovna nm. Pro urychlovací napětí 10 kV je vlnová délka elektronu 12,2 pm, a proto je rozlišení systému omezené difrakcí: $L$ $V_{b}$ $L=1,2/V_{b}^{1/2}$

d_{d}=0,6 l/a

kde je polovina úhlu zaostření paprsku. $A$

V reálných systémech mají magnetické čočky sférické a chromatické aberace. Sférická aberace vzniká v důsledku různých ohniskových vzdáleností pro elektrony pohybující se podél osy a na okraji paprsku. Šíření rychlostí elektronů ve svazku vede k chromatické aberaci – elektrony s různými počátečními rychlostmi jsou zaostřeny na různé vzdálenosti. $d_{s}$ $d_{c}$

Pro snížení sférické aberace se používá aperturní omezení paprsku - clony, které odřezávají periferní elektrony. Ale když je paprsek diafragmovaný, jeho proud klesá.

Rozlišení určené vlastnostmi elektronového paprsku má tedy tvar:

{\displaystyle d=(d_{g}^{2}+d_{s}^{2}+d_{c}^{2}+d_{d}^{2})^{1/2))

Obrázek ukazuje závislost velikosti paprsku na úhlu ostření s přihlédnutím ke všem typům zkreslení velikosti paprsku.

Zhoršení rozlišení v důsledku nelineárních procesů při interakci elektronového paprsku s rezistem

Konečné rozlišení elektronové litografie je určeno nejen průměrem fokusovaného paprsku, ale také povahou jeho interakce s vrstvou rezistu. Srážka elektronů primárního, vysokoenergetického elektronového paprsku (červená čára) s atomy materiálu rezistu v něm generuje tlumenou lavinu sekundárních vyražených elektronů (modré čáry), sekundární elektrony parazitní rezist "osvětlují". Výsledkem je, že exponované místo ve filmu rezistu má několiknásobně větší velikost vzhledem k průměru elektronového paprsku.

Ke snížení energie laviny sekundárních elektronů, a tedy ke zmenšení velikosti expozičního bodu, je nutné snížit energii elektronů paprsku, to znamená snížit urychlovací napětí elektronového děla . S klesajícím urychlovacím napětím se však zaostřování paprsku zhoršuje. Proto je prakticky zvolena kompromisní hodnota urychlovacího napětí, aby bylo zajištěno nejlepší rozlišení pro aplikovanou tloušťku rezistové vrstvy a její vlastnosti.

Principy zápisu vzoru na vzorek [7]

V současnosti (2015) se latentní obraz zaznamenává do rezistového filmu na povrchu vzorku třemi možnými způsoby:

rastrový způsob;
vektorový způsob;
záznam elektronovým paprskem s proměnnou velikostí a tvarem zaostřené skvrny.

Rastrový zápis

Tento typ záznamu je podobný čtení (záznamu) obrazu na televizní obrazovce, kde elektronový paprsek postupně (řádek po řádku) obchází každý bod obrazovky. V místech, kde je to nutné, paprsek obnaží rezist, v ostatních bodech je elektronový paprsek blokován uzamčením elektronového děla, i když skenování (změna proudu ve vychylovacím systému) pokračuje.

Vektorový vstup

Elektronový paprsek je aplikován pouze na místa, kde je expozice nezbytná, a není přiváděn do míst, která nejsou vystavena expozici. Celý expoziční proces proto probíhá mnohem rychleji než u rastrové metody záznamu.

Záznam elektronového paprsku s proměnnou velikostí a tvarem elektronového paprsku

Nahrávání v tomto případě probíhá „velkým tahem“, řečeno terminologií umělců. Vzhledem k tomu, že pomocí obdélníků lze nakreslit jakýkoli obrázek, není třeba obrázek rastrovat na elementární pixely , stačí změnit tvar a velikost zaostřeného paprsku z malého obdélníku na velký. Záznam je v tomto případě ještě rychlejší než u vektorové metody.

Systémy pro elektronovou litografii

Systémy elektronické litografie pro komerční aplikace stojí v řádu 4 milionů dolarů nebo více. Pro vědecký výzkum se obvykle používá elektronový mikroskop přeměněný na systém elektronové litografie pomocí relativně levných přídavných zařízení (celkové náklady na takovou instalaci jsou < 100 000 USD). Tyto upravené systémy dokážou od 90. let 20. století kreslit čáry o šířce cca 20 nm . Mezitím moderní specializované vybavení umožní získat rozlišení lepší než 10 nm.

Výrobci

Elektronová litografie se používá k vytvoření masek pro fotolitografii ( fotomasky ), tradičně využívající systémy s jedním elektronovým paprskem. Podobné systémy vyráběly firmy: Applied Materials, Leica, Hitachi, Toshiba, JEOL , Etec [8] [9] [10] .

Od poloviny 2010 nabízí několik výrobců strojů pro elektronovou litografii vícepaprskové systémy fotomasky pro výrobu monolitických mikroobvodů [11] , přičemž výrobci je také prohlašují jako stroje pro přímé psaní vzorů na velké substráty (bezmasková litografie), as mají vysokou produktivitu ve srovnání s jednopaprskovými instalacemi, a proto mohou konkurovat tradiční fotolitografické metodě při výrobě malých sérií mikroobvodů [12] :

Mapper Lithography (Nizozemsko)
IMS Nanofabrication AG (Vídeň, Rakousko)
Společnost KLA Tencor Corp. (Milpitas, Kalifornie) - Technologie reflexní elektronové litografie (REBL).
Elionix, Japonsko

Tabulka ukazuje jako příklad charakteristiky nastavení Elionix ELS-F125 [13] (typické parametry nastavení s jedním paprskem):

Zdroj elektronů - katoda elektronového děla	ZrO 2 / W - topné těleso
Průměr elektronového paprsku v šířce poloviční intenzity	1,7 nm při 125 kV
Minimální šířka čáry	asi 5 nm při 125 kV
Proud elektronového paprsku	5 pA...100 nA
urychlovací napětí	125 kV, 100 kV, 50 kV, 25 kV
Velikost zapisovatelné oblasti	3000 µm x 3000 µm (maximum), 100 µm x 100 µm (minimum)
Přesnost polohování paprsku	0,01 nm
Maximální velikost vložky	20 cm (200 mm desky a 200 mm masky)

Viz také

Literatura

Abroyan I. A., Andronov A. N., Titov A. I. Fyzikální základy elektronické a iontové technologie. - M . : Vyšší škola, 1984. - 320 s.

Technologie elektronového paprsku při výrobě mikroelektronických zařízení / Brewer J. R. - M . : Radio and communication, 1984. - 336 s.
Valijev K. A. Mikroelektronika: úspěchy a způsoby rozvoje / Valijev K. A. - M . : Nauka, 1986. - 141 s.

Valijev, K.A.; Rakov, A.V. Fyzikální základy submikronové litografie v mikroelektronice. - M. : Nauka, 1984. - 352 s.

Popov VF, Gorin Yu. N. Procesy a instalace elektron-iontové technologie. - M .: Vyšší. škola, 1988. - 255 s. — ISBN 5-06-001480-0 .

Vinogradov M.I., Maishev Yu.P. Vakuové procesy a zařízení pro technologii iontového a elektronového svazku. - M .: Mashinostroenie, 1989. - 56 s. - ISBN 5-217-00726-5 .

Poznámky

↑ McCord, MA; MJ Rooks. 2 // SPIE Handbook of Microlitography, Micromachining and Microfabrication . — 2000.
↑ Principles of Lithography, Third Edition, SPIE Press, 2011 ISBN 978-0-8194-8324-9 7.4 Elektronová litografie a zapisovače masek „Po dvě desetiletí byly systémy MEBES primárními zapisovači paprsků používanými k výrobě fotomasek“
↑ Syed Rizvi , Handbook of Photomask Manufacturing Technology (nedostupný odkaz) , Taylor & Francis, 2005, ISBN 978-0-8247-5374-0 . Sergey Babin 3. Autoři masek: Přehled, 3.1 Úvod. "Po celá desetiletí jedinečné vlastnosti systémů EBL - snadno programovatelné počítačové řízení, vysoká přesnost a relativně vysoká propustnost - umístily tyto systémy jako hlavní nástroje pro výrobu kritických masek."
↑ Příručka výroby polovodičů Hwaiyu Geng . ISBN 978-0-07-146965-4 , McGraw-Hill Handbooks 2005, doi:10.1036/0071445595 . Sekce 8.2.2 Generování vzoru ( Charles Howard , DuPont) "Další alternativou generování vzoru je laserový systém"
↑ Peter Buck (DuPont Photomasks), Optická litografie: Budoucnost výroby masek? (nedostupný odkaz) , Microlithography World svazek 11 číslo 3, PennWell Publishing, srpen 2002 (str. 22): „Litografické systémy optických masek jsou omezeny v rozlišení, stejně jako wafer steppers, na zhruba 3/4 vlnové délky expozice. V souladu s tím nevykazují rozlišení <100nm možné pro systémy VSB /elektronová litografie/."
↑ SPIE Handbook of Microlithography, Micromachining and Microfabrication Volume 1: Microlithography, http://www.cnf.cornell.edu/cnf_spie2.html#2.2.6
↑ Syed Rizvi , Handbook of Photomask Manufacturing Technology (nedostupný odkaz) , Taylor & Francis, 2005, ISBN 978-0-8247-5374-0 . 3.3 Systémy vektorového skenování, strany 60 −61
↑ Standardizace formátu dat masky Archivováno 22. prosince 2015 na Wayback Machine / DuPont Photomasks, 2001
↑ Aplikované scrambles pro udržení olova v nástrojích pro fotomasky s e-paprskem / EETimes, 2001-07-27
↑ SPIE Handbook of Microlitography, Micromachining and Microfabrication. Svazek 1: Mikrolitografie Archivováno 22. prosince 2015 ve Wayback Machine Kapitola 2, E Beam Lithography
↑ http://semiengineering.com/5-disruptive-mask-technologies/ "V roce 2015 by mohli dodavatelé fotomasek začít postupně přecházet od jednopaprskových e-beam nástrojů k nové třídě multipaprskových zapisovačů masek."
↑ Peter Clarke . TSMC je připraveno přijímat Matrix 13 000 e-beam litho machine (anglicky) , EETimes (17. února 2012). Získáno 10. ledna 2014. „Existují nejméně tři potenciální dodavatelé technologie bezmaskového e-paprsku: IMS Nanofabrication AG (Vídeň, Rakousko), KLA-Tencor Corp. (Milpitas, Kalifornie) se systémem reflexní elektronové litografie (REBL) a mapovací litografie.“
↑ Elektronová litografie (EBL) | ELS-F125 | ELIONIX (nedostupný odkaz) . Datum přístupu: 20. prosince 2015. Archivováno z originálu 6. února 2016. (neurčitý)

Slovníky a encyklopedie	Britannica (online)
V bibliografických katalozích	NKC : ph760839