طرح‌نگار الکترونی: تفاوت میان نسخه‌ها

ابزارهای پرتو الکترونی ‏

 

 

لکترون ها ذرات بسیار ریز باردار هستند. جرم کم آنها و نسبت جرم به بار بالا به آنها این امکان را می دهد ‏که به وسیله میدان ها ضعیف الکتریکی و مغناطیسی کانونی و هدایت شوند. جرم کم همچنین به آنها این ‏اجازه را می دهد که در لایه های ضخیم ماده بدون جابجاکردن اتم ها و یا به جا گذاشتن اتم های خارجی ‏نفوذ کنند. آنها فقط وارد می شوند انرژي خود را منتقل می کنند و سپس به قسمتی از ویفر که به زمین ‏متصل شده وارد می شوند و از آن طریق از محیط خارج می شوند و زیرلایه ای تمیز و بدون هیچ نوع ‏آشفتگی از خود به جا می گذارند. بیشتر لیتوگرافی هایی که انجام می شود از نور ماورای بنفش استفاده می ‏کنند که یک نوع فوتون است. وقتی الکترون ها را با فوتون مقایسه می کنیم، به خاطر خاصیت پراکندگی ‏الکترون ها آنها برای لیتوگرافی جذاب به نظر می رسند. گستره طول موج فوتون هایی که در سیستم های ‏لیتوگرافی نوری حال حاضر استفاده می شوند 193-436 نانومتر است. آثار ناشی از پراکندگی از دیدن اندازه ‏های ریزتر از این توسط نور جلوگیری می کند. در مقابل طول موج یک الکترون با 100کیلو الکترون ولت ‏انرژِی فقط در حدود 4 پیکومتر است که چندین مرتبه توانی کوچکتر از اندازه الگوهایی که تولید می شوند ‏است. این ها جنبه هایی از الکترون است که برای این کار مناسب است. حال نقطه ضعف الکترون این است ‏که ذره ای با جرم کم و باردار است. این خاصیت مشابه به این معنی هم هست که کل سیستم کاری ما باید ‏در خلا نگه داشته شود تا از برخورد با مولکول های هوا جلوگیری شود. ‏

حتی مقادیر کم بار در ستون اپتیکی باعث انحراف پرتو در جهات نامطلوب می شود. چونکه مسیر پویش آزاد ‏در جامدات خیلی کوچکتر از فوتون در محیط های شفاف مثل شیشه است، فقط لنزهای مغناطیسی و ‏الکتریکی برای کانونی کردن قابل استفاده هستند. بهترین لنزهای مغناطیسی مثل استفاده از ته بطری به ‏عنوان لنز نوری است. و در آخر الکترون ها وقتی که وارد رزیست و زیرلایه می شوند، تحت هر دو نوع ‏پراکندگی‎ ‎یعنی زاویه کوچک (غیر الاستیک یا پراکندگی رو به جلو) و زاویه بزرگ (الاستیک یا پراکندگی رو به ‏عقب) قرار می گیرند. این اتفاقات در محل برخورد پرتو الکترونی به لایه رزیست رخ می دهد. این آثار در کنار ‏هم قرار می گیرند تا شکل مد نظر به وسیله پرتو الکترونی روی لایه ی رزیست کامل شود. این پدیده در ‏شکل 2 نشان داده شده است. یک نتیجه این پراکندگی در معرض قرارگیری ناخواسته نواحی اطراف الگو می ‏باشد که با نام اثر تقریب ‏ شناخته می شود.‏

یک ستون ساده ی پرتو الکترونی در شکل 4 نشان داده شده است. از بالا شامل تفنگ الکترونی، یک سوراخ ‏که می تواند پرتو را خاموش و روشن کند، یک لنز متمرکز کننده که می تواند قطر پرتو را تغییر دهد، یک ‏لنز شیئی به منظور متمرکز کردن پرتو روی ویفر و یک منحرف کننده که برای جاروب کردن سطح نمونه می ‏باشد. ویفر روی یک صفحه مجهز به موتور قرار می گیرد بنابراین می توان آن را به دقت در مکان مناسب قرار ‏داد و کالیبراسیون مختلف را بر روی آن انجام داد. توضیحات با جزئیات بیشتر را در مراجع مربوطه می توان ‏یافت.‏

 

در عمل سامانه پرتو الکترونی می تواند خیلی پیچیده تر از آنچه در شکل 4 نشان داده است باشد. شکل 5 ‏یک ستون کاملتر را نشان می دهد که می توان آن را در یک سامانه پیشرفته لیتوگرافی پرتو الکترونی پیدا ‏کرد. المان ها اضافه شده نقش ظریفی در بهبود عملکرد و کارایی انجام می دهند. در بالا تفنگ یونگرمایی ‏ساده جایگزین منبع انتشار میدانی می شود تا چگالی های جریان بیشتری را تغذیه کند. پایین تر از تفنگ به ‏قسمت تنظیم پرتو خروجی از تفنگ الکترونی می رسیم. الکترودهای تنظیم دسته های بیشتری برای ‏چرخاندن و هدایت پرتو در راستایی غیر از راستای محور ستون فراهم می کند. بعد از آن یک عدسی بزرگ ‏کننده می بینیم که جایگزین نسخه تک لنزی شده تا به کاربر امکان تغییر جریان پرتو را بدون تغییر چندان ‏صفحه کانونی بدهد. آستیگماتور امکان گرد کردن پرتو را به ما می دهد در نتیجه ضخامت خطوط در جهات ‏اسکن متفاوت برابر می شود. امکان به کانون آوردن دینامیکی و آستیگماتیسیون تصحیح در حین کار را وقتی ‏که سامانه تغییر در ارتفاع نمونه را حس می کند، مقدور می سازد. منحرف کننده ‏ در عمل از مراحل ‏متعددی تشکیل شده است. این تعدد به منظور استفاده از مزایای اسکن سرعت بالا انجام می شود. سرعت ‏بالاتر به وسیله الکترونیک تبدیل دیجیتال به آنالوگ که در آن آدرس شامل بیت های کمتری است، بدست ‏می آید. کنترل دقیق پایه توسط یک سامانه تداخل سنج لیزری انجام می شود که تغییرات موقعیت را با ‏دقتی در حدود 3/0 تا 6/0 نانومتر اندازه می گیرد.‏

 

از بین سامانه های لیتوگرافی پرتو الکترونی گرانقیمت، آنهایی که ولتاژ بالای دارند، بهترین روش برای اجرای ‏الگوهای نانو می باشند. جدیدترین ابزارهای پرتو الکترونی در ‏‎100kV‎‏ کار می کنند، در حالیکه خیلی از ‏سامانه های آزمایشگاهایی ‏‎50kV‎‏ یا حتی ‏‎20kV‎‏ هستند. سامانه های آزمایشگاهی در ولتاژهای کمتری ‏هستند زیرا آنها طراحی شده اند تا به ‏SEM‏ وصل شوند. ‏SEMها برای عکس گرفتن بهینه سازی شده اند نه ‏لیتوگرافی. همانطور که می دانیم ولتاژ های کم امتیازهایی برای تصویرسازی دارند. یانگ و برگرن نوسانات ‏Hydrogen silsesquixane‏ را برای خطوطی با اندازه 5 نانومتر به وسیله یک روش غیرمعمول که شامل ‏فرآیند توسط نمک است، انجام دادند. (شکل 6)‏

این نمونه ها مشخصا از باریکترین نمونه های ایجاد شده روی زیرلایه ی بالک هستند. تولید چنین نمونه ای ‏در هر سامانه ای بدون توجه به اینکه ولتاژ سامانه چقدر است و بدون چنین شیمی خاصی در سامانه مشکل ‏دشوار است. ‏