Elektronikus litográfia

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt hozzászólók, és jelentősen eltérhet a 2015. december 24-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 34 szerkesztést igényelnek .

Az elektronikus litográfia vagy elektronsugaras litográfia egy elektronsugarat használó nanolitográfiás módszer .

Módszer elve

Az elektronsugárzásra érzékeny polimerréteg ( resist ) felületén mágneses lencsék segítségével élesen fókuszált elektronsugár képet rajzol rá, amelyet a reziszt előhívóban történő feldolgozása után észlel. A reziszt elektronsugaras kezelése megváltoztatja a polimer oldhatóságát az oldószerben (fejlesztő). A képpel rögzített felületeket előhívó segítségével megtisztítják a rezisztenciától. Megfelelő anyag, például titán- vagy fém- nitrid vákuumleválasztását vagy ionos maratását hajtják végre a kapott ablakokon keresztül az ellenálló filmben . A technológiai folyamat utolsó szakaszában a sugárzásnak nem kitett védőréteget egy másik oldószerrel is lemossák. Az elektronsugár felszín feletti mozgását számítógép segítségével hajtják végre az eltérítő mágneses rendszerekben lévő áramok megváltoztatásával. Egyes készülékekben ez megváltoztatja az elektronnyaláb folt alakját és méretét. Egy többlépcsős technológiai folyamat eredménye egy fotomaszk maszk , amelyet fotolitográfiában és más nanotechnológiai eljárásokban, például reaktív ionmaratási technológiában használnak .

Az elektronlitográfia lehetővé teszi a rekordkísérleti elrendezések technológiai fejlődésének jelenlegi szintjén 1 nm -nél kisebb felbontású szerkezetek előállítását , ami kemény ultraibolya sugárzás esetén elérhetetlen, mivel az elektronok de Broglie-hullámhossza rövidebb a fényhez képest [1 ] (lásd Hullámmechanika ).

Az elektronikus litográfia a fő módszer a monolit mikroáramkörök [2] [3] (beleértve az ultranagy mikroáramkörök tömeggyártása során a vetítési fotolitográfiához használt maszkok ) előállításához használt fotolitográfiához használható maszkok előállításának fő módszere .

A maszkok készítésének alternatív módja a lézeres technológia [4] , de ez a technológia kisebb felbontású [5] .

Az alacsony termelékenységű elektronikus litográfiát az elektronikai alkatrészek egyedi példányainak előállítására is használják olyan esetekben, amikor nanométeres felbontás szükséges, az iparban és a tudományos kutatásban.

Felbontás az elektronikus litográfiában

A minta részleteinek felbontását a rögzítés során mind az elektronsugár mérete, mind az elektronsugár ellenállással való kölcsönhatási folyamatai befolyásolják. [6]

Az elektronsugár mérete

Az elektronnyaláb átmérőjét számos tényező befolyásolja : az elektronforrás mérete és az elektronfókuszáló rendszer léptéktényezője . Ezeket a paramétereket a következő képlet kapcsolja össze: ${\displaystyle d_{g))$ ${\displaystyle d_{v))$ $M^{-1}$

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

Az elektron hullámhossza a gyorsítópotenciáltól függ, és egyenlő nm-rel. 10 kV-os gyorsítófeszültség esetén az elektron hullámhossza 12,2 pm, és ennek megfelelően a rendszer felbontása, amelyet a diffrakció korlátoz: $L$ $V_{b}$ $L=1,2/V_{b}^{1/2}$

d_{d}=0,6 l/a

hol van a sugár fókuszszögének fele. $a$

Valós rendszerekben a mágneses lencsék szférikus és kromatikus aberrációkkal rendelkeznek. A szférikus aberráció a sugár tengelye mentén és a sugár perifériáján mozgó elektronok eltérő gyújtótávolsága miatt keletkezik. Az elektronsebesség terjedése a nyalábban kromatikus aberrációhoz vezet – a különböző kezdeti sebességű elektronok különböző távolságokra fókuszálnak. $d_{s}$ $d_{c}$

A szférikus aberráció csökkentésére a nyaláb rekesznyílás-korlátozását alkalmazzák - membránokat, amelyek levágják a perifériás elektronokat. De ha a sugár membrános, árama csökken.

Így az elektronsugár tulajdonságai által meghatározott felbontás a következőképpen alakul:

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

Az ábra a nyalábméretnek a fókuszszögtől való függését mutatja, figyelembe véve minden típusú nyalábméret-torzulást.

A felbontás romlása nemlineáris folyamatok miatt az elektronnyaláb és az ellenállás kölcsönhatásában

Az elektronlitográfia végső felbontását nemcsak a fókuszált sugár átmérője határozza meg, hanem az ellenállásréteggel való kölcsönhatás jellege is. Az elsődleges, nagyenergiájú elektronnyaláb (piros vonal) elektronjainak ütközése a reziszt anyag atomjaival a másodlagos kiütött elektronok (kék vonalak) csillapított lavináját generálja benne, a másodlagos elektronok parazita "megvilágítják" a rezisztet. Ennek eredményeként az ellenálló filmben látható folt mérete többszöröse az elektronsugár átmérőjéhez képest.

A másodlagos elektronok lavina energiájának csökkentése, és ennek megfelelően az expozíciós pont méretének csökkentése érdekében csökkenteni kell a nyaláb elektronok energiáját, azaz csökkenteni kell az elektronágyú gyorsító feszültségét . A gyorsító feszültség csökkenésével azonban a sugár fókuszálása romlik. Ezért a gyorsító feszültség kompromisszumos értékét gyakorlatilag úgy választják meg, hogy a legjobb felbontást biztosítsák az ellenálló réteg alkalmazott vastagságára és tulajdonságaira vonatkozóan.

A mintára írt minta elvei [7]

Jelenleg (2015) három lehetséges módszerrel rögzítenek látens képet a minta felületén lévő reziszt filmben:

raszteres út;
vektoros út;
a fókuszált folt változó méretű és alakú elektronsugárral történő rögzítése.

Raszteres jelölés

Ez a fajta rögzítés hasonlít egy kép TV képernyőn történő olvasásához (rögzítéséhez), ahol az elektronsugár szekvenciálisan (soronként) körbejárja a képernyő minden pontját. Ahol szükséges, a sugár szabaddá teszi az ellenállást, máshol az elektronágyú reteszelésével blokkolják az elektronsugarat, bár a pásztázás (áramváltozás az eltérítő rendszerben) folytatódik.

Vektor bejegyzés

Az elektronsugarat csak azokon a helyeken alkalmazzák, ahol expozíció szükséges, és nem táplálják be olyan helyekre, amelyek nincsenek kitéve az expozíciónak. Ezért a teljes expozíciós folyamat sokkal gyorsabban megy végbe, mint a raszteres rögzítési módszerrel.

Elektronsugaras rögzítés változó elektronsugár mérettel és alakkal

Ebben az esetben a felvétel „nagy ütéssel”, a művészek terminológiája szerint zajlik. Mivel téglalapokkal bármilyen kép rajzolható, nem kell elemi pixelekre raszterizálni , elegendő a fókuszált nyaláb alakját és méretét megváltoztatni, kis téglalapról nagyra. A rögzítés ebben az esetben még gyorsabb, mint a vektoros módszernél.

Elektron litográfiai rendszerek

A kereskedelmi alkalmazásokhoz használt elektronikus litográfiai rendszerek 4 millió dollár vagy több nagyságrendbe kerülnek. Tudományos kutatásokhoz általában elektronmikroszkópot használnak , amelyet viszonylag olcsó kiegészítő eszközökkel elektronlitográfiai rendszerré alakítanak át (egy ilyen telepítés összköltsége <100 000 USD). Ezek a módosított rendszerek az 1990-es évek óta képesek körülbelül 20 nm szélességű vonalakat rajzolni . Eközben a modern speciális berendezések lehetővé teszik a 10 nm-nél jobb felbontás elérését.

Producerek

Az elektronlitográfiát a fotolitográfiai maszkok ( fotomaszkok ) készítésére használják, hagyományosan egy elektronsugaras rendszereket használva. Hasonló rendszereket a következő cégek gyártottak: Applied Materials, Leica, Hitachi, Toshiba, JEOL , Etec [8] [9] [10] .

A 2010-es évek közepe óta több elektronlitográfiai gépgyártó kínál többsugaras fotomaszk rendszereket monolitikus mikroáramkörök előállítására [11] , miközben a gyártók azt is állítják, hogy nagyméretű hordozókra való közvetlen mintaíró gépek (maszk nélküli litográfia), pl. nagy a termelékenységük az egysugaras rendszerekhez képest, ezért versenyezhetnek a hagyományos fotolitográfiai módszerrel a kis sorozatú mikroáramkörök gyártásában [12] :

Mapper Litográfia (Hollandia)
IMS Nanofabrication AG (Bécs, Ausztria)
KLA Tencor Corp. (Milpitas, Kalifornia) – Reflective Electron Beam Lithography (REBL) technológia
Elionix, Japán

Példaként a táblázat az Elionix ELS-F125 beállítás jellemzőit mutatja [13] (tipikus beállítási paraméterek egy sugárral):

Elektronforrás - elektronágyú katód	ZrO 2 / W - fűtőelem
Az elektronnyaláb átmérője félintenzitási szélességben	1,7 nm 125 kV-on
Minimális vonalszélesség	körülbelül 5 nm 125 kV-on
Elektronsugár áram	5 pA...100 nA
gyorsító feszültség	125 kV, 100 kV, 50 kV, 25 kV
Rögzíthető terület mérete	3000 µm x 3000 µm (maximum), 100 µm x 100 µm (minimum)
Nyaláb pozicionálási pontosság	0,01 nm
Max. betétméret	20 cm (200 mm-es lemezek és 200 mm-es maszkok)

Lásd még

Irodalom

Abroyan I. A., Andronov A. N., Titov A. I. Az elektronikai és iontechnológia fizikai alapjai. - M . : Felsőiskola, 1984. - 320 p.

Elektronsugaras technológia a mikroelektronikai eszközök gyártásában / Brewer J.R. - M . : Radio and communication, 1984. - 336 p.
Valiev K. A. Mikroelektronika: eredmények és fejlesztési módok / Valiev K. A. - M . : Nauka, 1986. - 141 p.

Valiev, K. A.; Rakov, A.V. A szubmikronos litográfia fizikai alapjai a mikroelektronikában. - M. : Nauka, 1984. - 352 p.

Popov VF, Gorin Yu. N. Az elektron-ion technológia folyamatai és telepítései. - M . : Feljebb. iskola, 1988. - 255 p. — ISBN 5-06-001480-0 .

Vinogradov M.I., Maishev Yu.P. Vákuumos eljárások és berendezések ion- és elektronsugaras technológiához. - M . : Mashinostroenie, 1989. - 56 p. - ISBN 5-217-00726-5 .

Jegyzetek

↑ McCord, MA; MJ Rooks. 2 // SPIE Kézikönyv a mikrolitográfiáról, mikromegmunkálásról és mikrogyártásról . – 2000.
↑ A litográfia alapelvei, harmadik kiadás, SPIE Press, 2011 ISBN 978-0-8194-8324-9 7.4 Elektronsugaras litográfia és maszkírók "Két évtizeden át a MEBES-rendszerek voltak az elsődleges sugárírók, amelyeket fotómaszkok készítéséhez használtak"
↑ Syed Rizvi , Handbook of Photomask Manufacturing Technology (nem elérhető link) , Taylor & Francis, 2005, ISBN 978-0-8247-5374-0 . Szergej Babin 3. Maszkírók: Áttekintés, 3.1 Bevezetés. "Évtizedek óta az EBL-rendszerek egyedi jellemzői - könnyen programozható számítógépes vezérlés, nagy pontosság és viszonylag nagy áteresztőképesség - ezeket a rendszereket a kritikus maszkok gyártásának fő eszközeivé helyezték."
↑ Hwaiyu Geng Félvezető gyártási kézikönyv. ISBN 978-0-07-146965-4 , McGraw-Hill Handbooks 2005, doi:10.1036/0071445595 . 8.2.2 . szakasz Mintagenerálás ( Charles Howard , DuPont) "A másik mintagenerálási alternatíva a lézer alapú rendszer"
↑ Peter Buck (DuPont Photomasks), Optikai litográfia: A maszkgyártás jövője? (nem elérhető link) , Microlithography World, 11. kötet, 3. szám, PennWell Publishing, 2002. augusztus (22. oldal): „Az optikai maszkos litográfiai rendszerek felbontása, akárcsak az ostyalépcsők, az expozíciós hullámhossz nagyjából 3/4-ére korlátozódik. Ennek megfelelően nem mutatják a VSB /elektron litográfia/ rendszerekben lehetséges <100 nm-es felbontást.
↑ SPIE Handbook of Microlithography, Micromachining and Microfabrication 1. kötet: Microlithography, http://www.cnf.cornell.edu/cnf_spie2.html#2.2.6
↑ Syed Rizvi , Handbook of Photomask Manufacturing Technology (nem elérhető link) , Taylor & Francis, 2005, ISBN 978-0-8247-5374-0 . 3.3 Vector Scan Systems, 60–61. oldal
↑ A maszk adatformátum szabványosítása archiválva : 2015. december 22., a Wayback Machine / DuPont Photomasks, 2001
↑ Alkalmazott ráncok az ólom megtartására az e-beam fotómaszk eszközökben / EETimes, 2001-07-27
↑ SPIE kézikönyv a mikrolitográfiáról, mikromegmunkálásról és mikrogyártásról. 1. kötet: Mikrolitográfia archiválva : 2015. december 22., a Wayback Machine 2. fejezete, E Beam Lithography
↑ http://semiengineering.com/5-disruptive-mask-technologies/ "2015-ben a fotómaszkok gyártói megkezdhetik az egysugaras e-beam eszközökről a fokozatos átállást a többsugaras maszkírók új osztályára."
↑ Peter Clarke . A TSMC fogadja a Matrix 13 000 e-beam litho gépet (angol nyelven) , EETimes (2012. február 17.). Letöltve : 2014. január 10. „Legalább három lehetséges beszállítója van a maszk nélküli e-beam technológiának: IMS Nanofabrication AG (Bécs, Ausztria), KLA-Tencor Corp. (Milpitas, Kalifornia) a Reflective Electron Beam Lithography (REBL) rendszerrel és a Mapper Litográfiával.”
↑ Elektronsugaras litográfia (EBL) | ELS-F125 | ELIONIX (nem elérhető link) . Hozzáférés időpontja: 2015. december 20. Az eredetiből archiválva : 2016. február 6. (határozatlan)

Szótárak és enciklopédiák	Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	NKC : ph760839