Электронно-лучевая литография

1. Электронно-лучевая литография

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
(ТУСУР)
Электронно-лучевая
литография
1

2. Сканирующая электронная лучевая литография

1. Нанесение электронного
резиста (PMMA)
2. Экспонирование резиста
электронным пучком
3. Проявление резиста
4. Осаждение плёнки металла
5. «Взрыв» резиста
2

3.

Время экспонирования
t n tопт tл
где n - полное число приходящихся на данный участок элементов разложения;
tопт - оптимальное время экспонирования элемента разложения;
∑tл - время перемещения луча.
3

4.

Длина волны электрона:
Плотность тока пятна :
eU 0 2
jк 1
sin
kTк
h / 2 m e U 0
jmax
где h - постоянная Планка;
m, e - масса и заряд электрона;
U0 - ускоряющее напряжение.
где k - постоянная Больцмана;
ТK - температура катода.
Яркость источника:
1 e jк U
B
k Tк
4

5.

«Гауссовский» диаметр пятна
1/2
1 4k Tк I 0
dG
e jк U 0
1/2
1 I0
3, 08 B
где I0 – ток луча.
Яркость различных источников:
Термокатод W:
B 5 104 А / (см2 ср)
Термокатод LaB6:
B 1 106 А / (см2 ср)
Термополевой катод:
B 1 108 А / (см2 ср)
5

6.

Сферическая аберрация
Фокус для периферийных
электронов
Кружок наименьшего
рассеяния
(минимальный диаметр)
Фокус для электронов,
движущихся вблизи
оси луча
Диаметр кружка наименьшего рассеяния, возникающего вследствие сферической
аберрации:
1
3
d s Cs ,
2
где Cs - коэффициент сферической аберрации, связанный с фокусным расстоянием линзы f.
Cs K s f , где 0,5 Ks 1,5.
6

7.

Хроматическая аберрация
Плоскость линзы
Фокус для медленных электронов
Кружок
рассеяния
Фокус для быстрых
электронов
Диаметр кружка наименьшего рассеяния, возникающего вследствие хроматической
аберрации:
dc Cc U / U ,
где CС = Kc
f [ Kc 0,75 1].
d c Cc (2 H / H U / U ).
колебания магнитного поля
разброс энергий электронов
7

8.

2
dM
dG2 d s2 dc2 d d2
Дифракция:
dd
0, 6
h
2m e U
0.1
0.01
Оптимальный угол сходимости:
I
1/8
0
opt
2
2,31
B
C
s
Dmin( a)
Ds ( a)
Dc( a)
3
1 10
Dd( a)
Dg( a)
4
1 10
Диаметр пятна при αopt:
d min 0, 79 ( I 0 / B)3/8 Cs1/4
5
1 10
4
1 10
1 10
3
0.01
0
a
Плотность тока луча при αopt:
2/3
j 1,94 d min
B / Cs2/3
При токе пучка электронов 600 пА и ускоряющем
напряжении 100 кВ может быть получен диаметр
пучка на уровне 3 нм.
8

9. Взаимодействие электронов с твердым телом

средний угол рассеяния
электронов
Траектории движения электронов:
1 – рассеивающихся в резисте;
2 – претерпевших неупругое отражение на границе раздела;
3 – вернувшихся в объем пленки резиста .
9

10. Основные формулы:

Объемная удельная энергия:
Q
dE 1 где dE/dx - потери энергии электронами.
jt ,
dx e
Зная, что удельная энергия и плотность тока являются функциями глубины:
dE j ( x) j0t dE j0t
Q( x )
,
dx j0 e dx эф e
dE j ( x)
dE
- эффективные энергетические потери электронов.
dx
dx
j0
эф
где
E0
dE
dx эф RВ -Т
x
1
RВ -Т
5
4
Z 8 x
4 RВ -Т
3 2e
,
где Z - атомный номер атома подложки.
10

11.

Вклад упругого рассеяния:
y1 h .
Проекционный пробег электронов
по формуле Виддингтона-Томсона:
RВ -Т
E02
( b1 )
где b1 - экспериментально определенная
постоянная;
ρ – плотность резиста.
Уширение за счет
вторичных электронов:
yотр h
E0 Q0
1,
Eh Qпор
где Eh - энергия электронов, прошедших
резист толщиной h;
η - коэффициент неупругого отражения
электронов.
11

12. Примеры структур

12

13. Примеры структур: наностолбики

13

14. Примеры структур: нанорешётки

14

15. Установки электронной литографии

The LEO 1550VP
Ultra-high resolution in high vacuum - 1nm at 20kV, 2.1nm at 1kV
Superior resolution in VP mode, 2.0nm at 30kV
Optimum secondary electron imaging in all modes
Minimal specimen preparation for imaging and X-ray analysis
Raith150
Beam size ≤ 2nm @ 20 keV
Beam energy 100eV - 30 keV
Minimum line width 20 nm
Import file format GDSII, DXF, CIF, ASCII, BMP
15

16. Электронная проекционная литография

Электронный пучок
Шаблон
(пошаговое
перемещение)
Электростат. линзы
(уменьшение 4:1)
Подложка
(пошаговое
смещение)
Вакуумная камера
16