Elektroninen litografia

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 24. joulukuuta 2015 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 34 muokkausta .

Elektroninen litografia eli elektronisuihkulitografia on nanolitografiamenetelmä , jossa käytetään elektronisuihkua .

Menetelmän periaate

Elektronisäteilylle herkkä polymeerikerroksen ( resist ) pinnalle magneettisten linssien avulla terävästi fokusoitu elektronisuihku piirtää siihen kuvan, joka havaitaan sen jälkeen, kun vastus on käsitelty kehittimessä. Resistin elektronisuihkukäsittely muuttaa polymeerin liukoisuusastetta liuottimeen (kehiteaine). Pinta-alueet, joille on tallennettu kuva, puhdistetaan resististä kehittimen avulla. Sopivan materiaalin, kuten titaanin tai metallinitridin , tyhjiöpinnoitus tai ionisyövytys suoritetaan syntyvien ikkunoiden läpi estokalvoon . Teknologisen prosessin viimeisessä vaiheessa säteilylle altistumaton estopinnoite pestään pois myös toisella liuottimella. Elektronisuihkun liike pinnan yli suoritetaan tietokoneen avulla muuttamalla virtoja taipuvissa magneettijärjestelmissä. Joissakin laitteissa tämä muuttaa elektronisuihkupisteen muotoa ja kokoa. Monivaiheisen teknologisen prosessin tuotos on fotomaskimaski käytettäväksi fotolitografiassa ja muissa nanoteknologisissa prosesseissa, esimerkiksi reaktiivisessa ionietsaustekniikassa .

Elektronilitografia mahdollistaa nykyisellä teknologian kehitystasolla ennätyskokeellisissa kokoonpanoissa alle 1 nm :n erottelukyvyn rakenteita , joita ei voida saavuttaa kovalle ultraviolettisäteilylle, koska elektronien de Broglie-aallonpituus on lyhyempi kuin valossa [1 ] (katso Aaltomekaniikka ).

Elektroninen litografia on tärkein menetelmä maskien saamiseksi käytettäväksi myöhemmässä fotolitografiassa monoliittisten mikropiirien tuotannossa [ 2] [3] (mukaan lukien maskit projektiofotolitografiaan ultrasuurien mikropiirien massatuotannossa ).

Vaihtoehtoinen tapa luoda maskeja on lasertekniikka [4] , mutta tällä tekniikalla on pienempi resoluutio [5] .

Myös alhaisen tuottavuuden omaavaa elektronista litografiaa käytetään elektroniikkakomponenttien yksittäiskappaleiden valmistuksessa tapauksissa, joissa nanometriresoluutio vaaditaan, teollisuudessa ja tieteellisessä tutkimuksessa.

Resoluutio elektronisessa litografiassa

Kuvion yksityiskohtien erottelukykyyn tallennuksen aikana vaikuttavat sekä elektronisuihkun koko että elektronisuihkun ja resistin vuorovaikutusprosessit. [6]

Elektronisuihkun koko

Elektronisuihkun halkaisijaan vaikuttavat useat tekijät : elektronilähteen koko ja elektronien fokusointijärjestelmän skaalauskerroin . Nämä parametrit yhdistetään kaavalla: ${\näyttötyyli d_{g))$ ${\näyttötyyli d_{v))$ $M^{-1}$

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

Elektronin aallonpituus riippuu kiihdytyspotentiaalista ja on yhtä suuri kuin nm. 10 kV:n kiihdytysjännitteellä elektronin aallonpituus on 12,2 pm, ja vastaavasti järjestelmän resoluutio, jota rajoittaa diffraktio, on: $L$ $V_{b}$ $L=1,2/V_{b}^{1/2}$

d_{d}=0,6L/a

missä on puolet säteen tarkennuskulmasta. $a$

Todellisissa järjestelmissä magneettisissa linsseissä on pallomaisia ja kromaattisia poikkeamia. Pallopoikkeama johtuu säteen akselilla ja kehällä liikkuvien elektronien erilaisista polttovälistä. Elektronien nopeuksien leviäminen säteessä johtaa kromaattiseen aberraatioon – elektronit, joilla on eri alkunopeus, fokusoituvat eri etäisyyksille. $d_{s}$ $d_{c}$

Pallopoikkeaman vähentämiseksi käytetään säteen aukon rajoitusta - diafragmoja, jotka leikkaavat reunaelektroneja. Mutta kun säde on diafragma, sen virta pienenee.

Siten elektronisäteen ominaisuuksien määräämä resoluutio on muotoa:

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

Kuvassa näkyy säteen koon riippuvuus tarkennuskulmasta ottaen huomioon kaikki säteen koon vääristymät.

Erottelukyvyn heikkeneminen epälineaaristen prosessien vuoksi elektronisuihkun ja resistin vuorovaikutuksessa

Elektronilitografian lopullinen resoluutio määräytyy paitsi fokusoidun säteen halkaisijan, myös sen vuorovaikutuksen luonteen perusteella estokerroksen kanssa. Primaarisen, korkeaenergiaisen elektronisuihkun (punainen viiva) elektronien törmäys estomateriaalin atomien kanssa synnyttää siihen vaimennetun sekundaaristen syrjäytyneiden elektronien (sinisten viivojen) lumivyöryn, ja sekundaariset elektronit loistavat "valaisemaan" resistin. Tämän seurauksena estokalvon paljastettu piste osoittautuu kooltaan useita kertoja suuremmiksi suhteessa elektronisäteen halkaisijaan.

Toisioelektronien lumivyöryn energian vähentämiseksi ja vastaavasti valotuspisteen koon pienentämiseksi on tarpeen vähentää sädeelektronien energiaa, toisin sanoen vähentää elektronipistoolin kiihdytysjännitettä . Kuitenkin, kun kiihdytysjännite laskee, säteen tarkennus huononee. Siksi kiihdytysjännitteen kompromissiarvo valitaan käytännössä siten, että saadaan paras erotuskyky estokerroksen käytetylle paksuudelle ja sen ominaisuuksille.

Mallin kirjoittamisen periaatteet [7]

Tällä hetkellä (2015) piilevä kuva tallennetaan estokalvoon näytteen pinnalle kolmella mahdollisella menetelmällä:

rasteri tapa;
vektori tavalla;
tallennus elektronisuihkulla, jonka koko ja muoto vaihtelevat fokusoidun pisteen avulla.

Raster-merkintä

Tämän tyyppinen tallennus on samanlainen kuin kuvan lukeminen (tallennus) TV-ruudulta, jossa elektronisuihku kiertää peräkkäin (rivi riviltä) ruudun jokaisen pisteen ympäri. Paikoissa missä tarvitaan, säde paljastaa resistin, muissa kohdissa elektronisuihku estetään lukitsemalla elektronitykki, vaikka skannaus (virran muutos poikkeutusjärjestelmässä) jatkuu.

Vektorimerkintä

Elektronisuihku kohdistetaan vain paikkoihin, joissa altistuminen on välttämätöntä, eikä sitä syötetä paikkoihin, jotka eivät ole altistuneet. Siksi koko valotusprosessi suoritetaan paljon nopeammin kuin rasteritallennusmenetelmällä.

Elektronisuihkutallennus muuttuvalla elektronisäteen koon ja muodon kanssa

Tässä tapauksessa nauhoitus tapahtuu taiteilijoiden terminologiassa ”isolla vedolla”. Koska mitä tahansa kuvaa voidaan piirtää suorakulmioiden avulla, kuvaa ei tarvitse rasteroida alkeispikseleiksi , riittää, kun muutetaan tarkennetun säteen muotoa ja kokoa pienestä suorakulmiosta suureen. Tallennus on tässä tapauksessa jopa nopeampaa kuin vektorimenetelmässä.

Elektronilitografiajärjestelmät

Elektroniset litografiajärjestelmät kaupallisiin sovelluksiin maksavat noin 4 miljoonaa dollaria tai enemmän. Tieteelliseen tutkimukseen käytetään yleensä elektronimikroskooppia , joka muunnetaan elektronilitografiajärjestelmäksi suhteellisen halpojen lisälaitteiden avulla (tällaisen asennuksen kokonaiskustannukset ovat < 100 000 dollaria). Nämä modifioidut järjestelmät ovat pystyneet piirtämään viivoja, joiden leveys on noin 20 nm 1990-luvulta lähtien. Samaan aikaan nykyaikaiset erikoislaitteet mahdollistavat paremman resoluution kuin 10 nm.

Tuottajat

Elektronilitografiaa käytetään luomaan naamioita fotolitografiaa varten ( valomaskit ), perinteisesti käyttämällä yksielektronisuihkujärjestelmiä. Samanlaisia järjestelmiä valmistivat yritykset: Applied Materials, Leica, Hitachi, Toshiba, JEOL , Etec [8] [9] [10] .

2010-luvun puolivälistä lähtien useat elektronilitografiakoneiden valmistajat ovat tarjonneet monisäteisiä fotomaskijärjestelmiä monoliittisten mikropiirien tuotantoon [11] , ja valmistajat väittävät niitä myös koneiksi suoraa kuviointia varten suurille substraateille (maskiton litografia), kuten niillä on korkea tuottavuus verrattuna yksisäteisiin asennuksiin, ja siksi ne voivat kilpailla perinteisen valolitografisen menetelmän kanssa pienten mikropiirierien tuotannossa [12] :

Mapper Litography (Alankomaat)
IMS Nanofabrication AG (Wien, Itävalta)
KLA Tencor Corp. (Milpitas, Kalifornia) - Reflective Electron Beam Lithography (REBL) -tekniikka
Elionix, Japani

Esimerkkinä taulukossa on esitetty Elionix ELS-F125 -asetuksen [13] ominaisuudet (tyypilliset asetusparametrit yhdellä säteellä):

Elektronilähde - elektronitykkikatodi	ZrO 2 / W - lämmityselementti
Elektronisuihkun halkaisija puoliintensiteetin leveydellä	1,7 nm 125 kV:lla
Viivan vähimmäisleveys	noin 5 nm 125 kV jännitteellä
Elektronisuihkuvirta	5 pA...100 nA
kiihdyttävä jännite	125 kV, 100 kV, 50 kV, 25 kV
Tallennettavan alueen koko	3000 µm x 3000 µm (maksimi), 100 µm x 100 µm (minimi)
Säteen paikannustarkkuus	0,01 nm
Sisäosan enimmäiskoko	20 cm (200 mm levyt ja 200 mm maskit)

Katso myös

Kirjallisuus

Abroyan I. A., Andronov A. N., Titov A. I. Elektroniikka- ja ionitekniikan fyysiset perusteet. - M . : Higher School, 1984. - 320 s.

Elektronisuihkutekniikka mikroelektronisten laitteiden valmistuksessa / Brewer J.R. - M. : Radio and communication, 1984. - 336 s.
Valiev K. A. Mikroelektroniikka: saavutuksia ja kehitystapoja / Valiev K. A. - M . : Nauka, 1986. - 141 s.

Valiev, K.A.; Rakov, A.V. Submikronin litografian fyysiset perusteet mikroelektroniikassa. - M .: Nauka, 1984. - 352 s.

Popov VF, Gorin Yu. N. Elektroni-ionitekniikan prosessit ja asennukset. - M . : Korkeampi. koulu, 1988. - 255 s. — ISBN 5-06-001480-0 .

Vinogradov M.I., Maishev Yu.P. Tyhjiöprosessit ja laitteet ioni- ja elektronisuihkuteknologiaan. - M . : Mashinostroenie, 1989. - 56 s. - ISBN 5-217-00726-5 .

Muistiinpanot

↑ McCord, MA; MJ Rooks. 2 // SPIE Mikrolitografian, mikrotyöstön ja mikrovalmistuksen käsikirja . – 2000.
↑ Litografian periaatteet, kolmas painos, SPIE Press, 2011 ISBN 978-0-8194-8324-9 7.4 Elektronisädelitografia- ja maskikirjoittajat "Kahden vuosikymmenen ajan MEBES-järjestelmät olivat ensisijainen valonaamarikirjoittaja."
↑ Syed Rizvi , Handbook of Photomask Manufacturing Technology (linkki ei saatavilla) , Taylor & Francis, 2005, ISBN 978-0-8247-5374-0 . Sergey Babin 3. Mask Writers: Yleiskatsaus, 3.1 Johdanto. "EBL-järjestelmien ainutlaatuiset ominaisuudet - helposti ohjelmoitava tietokoneohjaus, korkea tarkkuus ja suhteellisen suuri suorituskyky - ovat vuosikymmenten ajan aseelleet nämä järjestelmät tärkeimmäksi työkaluksi kriittisten maskien valmistukseen."
↑ Hwaiyu Geng Puolijohteiden valmistuskäsikirja. ISBN 978-0-07-146965-4 , McGraw-Hill Handbooks 2005, doi: 10.1036/0071445595 . Osa 8.2.2 Kuvioiden luominen ( Charles Howard , DuPont) "Toinen kuvion luomisvaihtoehto on laserpohjainen järjestelmä"
↑ Peter Buck (DuPont Photomasks), Optinen litografia: Maskinvalmistuksen tulevaisuus? (linkki ei saatavilla) , Microlithography World, 11. numero, 3., PennWell Publishing, elokuu 2002 (s. 22): "Optisten maskien litografiajärjestelmien resoluutio on rajoitettu, aivan kuten kiekkojen stepperitkin, noin 3/4 valotusaallonpituudesta. Näin ollen ne eivät osoita <100 nm:n resoluutiota, joka on mahdollista VSB /elektronilitografia/ -järjestelmille.
↑ 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 (linkki ei saatavilla) , Taylor & Francis, 2005, ISBN 978-0-8247-5374-0 . 3.3 Vector Scan Systems, sivut 60 −61
↑ Mask Data Format Standardization Arkistoitu 22. joulukuuta 2015 Wayback Machinessa / DuPont Photomasksissa, 2001
↑ Sovelletut sekoittimet lyijyn pitämiseksi e-beam-valomaskityökaluissa / EETimes, 27.7.2001
↑ SPIE Handbook of Microlitography, Micromachining and MicroFabrication. Osa 1: Mikrolitografia Arkistoitu 22. joulukuuta 2015 Wayback Machinessa Luku 2, E Beam Lithography
↑ http://semiengineering.com/5-disruptive-mask-technologies/ "Vuonna 2015 valokuvamaskien toimittajat voivat alkaa siirtyä asteittain yksisäteisistä e-beam-työkaluista uuteen monisäteisten maskien kirjoittajien luokkaan."
↑ Peter Clarke . TSMC on asetettu vastaanottamaan Matrix 13 000 e-beam litho machine (englanniksi) , EETimes (17. helmikuuta 2012). Haettu 10. tammikuuta 2014. "Naamarittomalla e-beam-tekniikalla on ainakin kolme potentiaalista toimittajaa: IMS Nanofabrication AG (Wien, Itävalta), KLA-Tencor Corp. (Milpitas, Kalifornia) Reflective Electron Beam Lithography (REBL) -järjestelmällä ja Mapper Lithographylla."
↑ Elektronisuihkulitografia (EBL) | ELS-F125 | ELIONIX (linkki ei saatavilla) . Käyttöpäivä: 20. joulukuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 6. helmikuuta 2016. (määrätön)

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Britannica (verkossa)
Bibliografisissa luetteloissa	NKC : ph760839