Физические основы электронно-лучевой и ионно-лучевой литографии

1. Физические основы электронно-лучевой и ионно-лучевой литографии

Физические основы
электронно-лучевой и ионнолучевой литографии

2.

Электро́нная
литогра́фия
или
электро́нно-лучева́я
литогра́фия
—
метод нанолитографии с использованием
электронного пучка.

3. Принцип метода

Электронный пучок, остросфокусированный с помощью магнитных линз
на поверхность слоя полимера (резиста), чувствительного к электронному
облучению, прорисовывает на нем изображение, которое обнаруживается
после обработки резиста в проявителе. Обработка электронным пучком
резиста меняет степень растворимости полимера в растворителе
(проявителе). Участки поверхности, с записанным на них изображением,
очищаются от резиста с помощью проявителя. Через полученные окна в
плёнке резиста производится вакуумное напыление подходящего материала,
например, нитрида титана или металлов или ионное травление. На
последнем
этапе
технологического
процесса
неэкспонированный
излучением резист также смывают другим растворителем. Перемещение
электронного пучка по поверхности осуществляется с помощью компьютера
изменением токов в отклоняющих магнитных системах. В некоторых
установках при этом меняется форма и размеры пятна электронного пучка.
На выходе многоступенчатого технологического процесса получается
фотошаблон-маска для использования в фотолитографии и других
нанотехнологических процессах, например, в технологии реактивного
ионного травления.

4. Разрешение в электронной литографии

На разрешение деталей рисунка при записи влияют как размер
электронного пучка, так и процессы взаимодействия электронного
пучка с резистом. Разрешение, определяемое свойствами
электронного пучка, имеет вид:
dg - диаметр электронного пучка
ds - сферическая аберрация
dc - хроматическая аберация
dd - разрешение системы, ограниченное дифракцией

5.

Ухудшение разрешения из-за нелинейных процессов при
взаимодействии электронного пучка с резистом. Конечное
разрешение электронной литографии определяется не
только диаметром сфокусированного пучка, а ещё
характером его взаимодействия со слоем резиста.
Соударение
электронов
первичного,
высокоэнергетического пучка электронов (красная линия) с
атомами материала резиста порождает в нём затухающую
лавину вторичных выбитых электронов (синиии линии),
вторичные электроны паразитно «засвечивают» резист. В
результате экспонированное пятно в плёнке резиста
оказывается в несколько раз больше по размеру
относительно диаметра электронного пучка.

6.

Ионно-лучевая литография (англ. ion beam
lithography) — технология изготовления
электронных
микросхем,
использующая
литографический процесс с экспонированием
(облучением) резиста ионными пучками
нанометрового сечения с длиной волны 10-200
нм.

7. Особенности

Ионно-лучевая литография появилась как результат поиска путей
преодоления ограничений электронной и рентгеновской литографий.
Применение лучей ускоренных ионов имеет ряд преимуществ. Ионы
обладают большой массой и, следовательно, в меньшей степени подвержены
рассеянию в слое резиста.
Преимуществами этого метода являются меньшее рассеивание ионов
вследствие их массы и большее разрешение по сравнению с электроннолучевой ввиду отсутствия эффекта близости, когда рассеяние
распространяется на близлежащие элементы рисунка. Генерируемые в резисте
вторичные электроны имеют очень малую энергию, и их пробег не
превосходит 10 нм. В ионном луче значительно слабее взаимное
отталкивание, чем в электронном луче.
Как и рентгеновское излучение, ионы с большой энергией не подвержены
дифракции, которая ограничивает разрешение. Все это способствует
получению топологического рисунка с размерами элементов не хуже 0,5 мкм.
Для ионно-лучевого экспонирования требуются дозы облучения во много раз
меньшие, чем в электронно-лучевой литографии.
Фокусированные ионные пучки можно использовать для экспонирования
резистов, исправления дефектов фотошаблонов, а также в безрезистной
литографии и непосредственного травления оксида кремния.