Микро- и нанообработка | Принципы электронно-лучевой литографии

Преимуществом электронно-лучевой литографии является возможность изготовления компонентов с меньшими размерами элементов, чем это возможно при использовании оптических методов. Размер элемента компонента в основном ограничивается длиной волны используемой световой волны. Размер пятна электронного пучка, используемого в электронно-лучевой литографии, может составлять от нескольких нанометров до нескольких сотен нанометров в зависимости от области применения. Длина волны деБрогли электрона составляет

где Vb - ускоряющее напряжение. Большинство электронно-лучевых систем работают при напряжении свыше 1 кВ, и длина волны электронов в электронно-лучевой литографии не влияет на достигаемое разрешение.

Системы электронно-лучевой литографии широко используются для изготовления масок для фотолитографии, прототипов передовых принципов, а также для научных исследований и разработок в наномасштабе. Современные системы электронно-лучевой литографии позволяют переносить рисунки (с помощью методов снятия металла, травления или добавления цвета) с предельными размерами менее 10 нм с ультравысоким разрешением. Кроме того, такие рисунки можно обрабатывать на различных материалах, таких как полупроводники, например, Si и GaAs, плавленый кварц, аморфный алмаз, изоляторы, такие как SiO2 и SiN, и различные металлы.

Общая электронно-лучевая литография - это детерминированное сканирование поверхностей электронно-чувствительных резистов высокосфокусированным электронным пучком. В электронно-лучевой литографии могут использоваться различные положительные и отрицательные резисты. В системах литографии высокого разрешения часто используется источник эмиссии горячего поля, например, пучок электронов формируется с помощью эмиттера ZrO/W. Несколько ступеней электростатических и/или магнитных линз фокусируют электронный пучок и формируют его в электронной пушке, используя электромагнитные отклоняющие катушки для сканирования пучка по эффективному полю зрения (типичные значения от 0,1 до 1 мм с одной стороны, в зависимости от системы и параметров электронного пучка). Специализированные системы электронно-лучевой литографии обычно используются с помощью лазерного интерферометрического стола для перемещения образца во время экспонирования в различных рабочих полях зрения. Рассчитывая интерференционные полосы при перемещении интерферометрического столика, можно минимизировать ошибку сшивки или ошибку смещения между соседними диапазонами записи пучка (менее 20 нм). Также используется набор электростатических экранов пучка для отклонения электронного пучка за пределы оптического пути электронов, если это необходимо.

Компьютерная система используется для управления отклоняющей катушкой, что позволяет делать графические надписи и управлять маской, в конечном итоге позволяя регулировать количество электронного облучения, падающего на определенную квадратную апертуру. Уравнение экспозиции по площади можно записать просто как

Доза х площадь = ток электронного пучка х время пребывания = общее количество падающих электронов

Как видно из увеличения и уменьшения значений экспозиции, времени экспозиции и тока электронного луча, самым большим недостатком электронно-лучевой литографии является то, что процесс последовательного экспонирования приводит к увеличению времени травления. При токе луча высокого разрешения около 500 пА, при условии использования полиметилметакрилата (ПММА) толщиной 300 нм с температурой 495 К (около 1000 мкК/см2 при отсечке ускоряющего напряжения 50 кВ), графического генератора 25 МГц и размера отверстия 10 нм, потребуется около 5,5 ч для травления области площадью 1 см2 (50% покрытие). Если добавить время перемещения интерферометра и время "пребывания" электронного пучка, т.е. время ожидания стабилизации пучка между отклонениями, становится ясно, что травление большой площади займет особенно много времени.

Использование меток совмещения позволяет совместить рисунок электронно-лучевой литографии с существующими элементами на образце. Эти метки могут быть нарисованы или вытравлены и обычно представляют собой простые геометрические фигуры или кресты. Они должны быть изображены с помощью обратного рассеяния электронов при высоком контрасте, поэтому обычно состоят из металла (например, золота) или вытравленных поверхностных структур. Затем оператор приступает к подготовке файлов заданий, которые идентифицируют и используют существующие метки на поверхности подложки для определения и компенсации ошибок вращения, усиления и позиционирования.