پیش‌نویس:طرح‌نگار الکترونی

نمونه ای از تجهیزات لیتوگرافی پرتو الکترونی

لیتوگرافی پرتو الکترونی (که معمولاً به عنوان لیتوگرافی پرتو الکترونیکی ، EBL مخفف می‌شود) عملی برای اسکن یک پرتو متمرکز از الکترون‌ها برای ترسیم اشکال دلخواه بر روی سطح پوشیده از یک فیلم حساس به الکترون که مقاومت (در معرض) نامیده می‌شود. [۱] پرتوی الکترون حلالیت مقاومت را تغییر می‌دهد و با غوطه‌ور کردن آن در یک حلال (در حال توسعه) ، امکان انتخابی مناطق در معرض یا غیر در معرض مقاومت را فراهم می‌کند. هدف ، همانند فوتولیتوگرافی ، ایجاد ساختارهای بسیار كوچكی در مقاومت است كه معمولا با حکاکی یا لایه‌برداری شیمیایی ، متعاقبا می‌توانند به ماده بستر منتقل شوند.

مزیت اصلی لیتوگرافی پرتو الکترونی این است که می‌تواند الگوهای سفارشی (نوشتار مستقیم) را با وضوح زیر 10نانومتر رسم کند. این نوع لیتوگرافی بدون نقاب وضوح بالا و توان عملیاتی کمی دارد و استفاده از آن را در ساخت فتوماسک ، تولید کم حجم دستگاه‌های نیمه هادی و تحقیق و توسعه محدود می‌کند.

سیستم‌هاویرایش

سیستم‌های لیتوگرافی پرتو الکترونی که در برنامه‌های تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند ، سیستم‌های نوشتن پرتو الکترونیکی اختصاصی هستند که قیمت بسیار بالایی دارند (بیش از یک میلیون دلار آمریکا). برای کاربردهای تحقیقاتی ، اغلب تبدیل یک میکروسکوپ الکترونی به یک سیستم لیتوگرافی پرتو الکترونی با استفاده از لوازم جانبی نسبتاً کم هزینه مورد استفاده قرار می‌گیرد (کمتر از صد هزار دلار آمریکا). چنین سیستم‌های تبدیل شده‌ای حداقل از سال 1990، عرض خطی حدودا 20نانومتر تولید کرده‌اند ، در حالی که سیستم‌های اختصاصی کنونی عرض خطی در حدود 10نانومتر یا کوچکتر تولید کرده‌اند.

سیستم‌های لیتوگرافی پرتو الکترونی با توجه به شکل پرتو و استراتژی انحراف پرتو دسته بندی می‌شوند. سیستم‌های قدیمی‌تر از پرتوهای گاوسی شکل استفاده می‌کردند و این پرتوها را به روش شطرنجی اسکن می‌کردند. سیستم‌های جدید از پرتوهای شکل یافته استفاده می‌کنند که ممکن است در قسمت نوشتاری به موقعیت‌های مختلفی منحرف شوند (این روش به اسکن بُرداری نیز معروف است ).

منابع الکترونیویرایش

سیستم‌های با وضوح پایین می‌توانند از منابع گسیل گرمایی استفاده کنند که معمولاً از لانتانیوم هگزابورید ساخته می‌شوند. با این حال ، سیستم‌هایی که نیاز به وضوح بالاتری دارند لازم است از منابع گسیل میدانی الکترون مانند W/ZrO2 حرارت یافته برای کمتر شدن اتلاف انرژی و افزایش روشنایی استفاده کنند. منابع گسیل میدان گرمایی بر خلاف اندازه پرتوی کمی بزرگ‌تر ، نسبت به منابع انتشار سرد ترجیح داده می‌شوند، زیرا آن‌ها نسبت به زمان نوشتن معمولی چند ساعته ثبات بهتری نشان می‌دهند.

لنزهاویرایش

هم لنزهای الکترواستاتیکی و هم لنزهای مغناطیسی ممکن است مورد استفاده قرار گیرند. با این حال ، لنزهای الکترواستاتیک دارای ناهنجاری‌های بیشتری هستند و بنابراین برای تمرکز دقیق استفاده نمی‌شود. در حال حاضر هیچ سازوکاری برای ساخت لنزهای پرتو الکترونی بدون رنگ وجود ندارد، بنابراین پراکندگی بسیار محدود انرژی پرتو الکترونی، برای بهترین تمرکز مورد نیاز است.

مرحله ، دوخت و ترازویرایش

 
دوخت مزرعه. بخیه یک چالش برای ویژگی‌های مهم عبورکننده از یک مرز میدان (خط‌چین قرمز) است.

به طور معمول ، برای انحراف پرتوهای بسیار کوچک ، از لنزهای بازتاب الکترواستاتیک استفاده می‌شود ، انحراف پرتوهای بزرگ‌تر نیاز به اسکن الکترومغناطیسی دارد. به دلیل عدم دقت و به دلیل محدود بودن تعداد مراحل در شبکه‌ی در معرض قرار گرفتن ، قسمت نوشتن در محدوده‌ی 100 میکرومتر تا 1 میلی‌متر قرار می‌گیرد. الگوهای بزرگ‌تر نیاز به حرکات مرحله‌ای دارند. یک مرحله دقیق برای دوخت (زمینه‌های نوشتن کاشی‌کاری شده دقیقاً در برابر یکدیگر) و الگوی پوشش (تراز کردن یک الگو با یک از پیش ساخته شده) بسیار حائز اهمیت است.

زمان نوشتن پرتو الکترونیویرایش

حداقل زمان برای افشای یک منطقه معین برای یک دوز معین با فرمول زیر به دست می‌آید: [۲]

 

به طوری که   زمان افشای شی (می‌تواند به صورت زمان افشا/اندازه مرحله تقسیم شود)،   پرتو جریان،   دوز و   منطقه در معرض دید است.

به عنوان مثال ، با در نظر گرفتن منطقه در معرض دید 1 سانتی‌متر مربع، با دوز 10 -3 کولن/سانتی‌متر مربع و پرتو جریان 10 -9 آمپر، حداقل زمان نوشتن پرتو الکترونی 10 6 ثانیه (حدود 12 روز) به دست می‌آید. این حداقل زمان نوشتن ، زمان لازم برای حرکت به جلو و عقب مرحله را شامل نمی‌شود ، همچنین زمان مورد نیاز پرتو برای خالی شدن (مسدود شدن در هنگام انحراف از ویفر) ، و همچنین زمان برای دیگر تصحیح و تنظیم پرتوهای احتمالی در وسط نوشتن. برای پوشش 700 سانتی‌متر مربع سطح یک   ویفر سیلیکونی 300 میلی‌متری ، حداقل زمان نوشتن تا 7*108 ثانیه (حدود 22 سال) افزایش می‌یابد. این شاخصه‌ای در حدود 10میلیون بار کندتر از ابزارهای لیتوگرافی نوری کنونی است. مشخص است که توان عملیاتی یک محدودیت جدی برای لیتوگرافی پرتو الکترونی است ، به خصوص هنگام نوشتن الگوهای متراکم در یک منطقه بزرگ.

لیتوگرافی پرتو الکترونی به دلیل توان عملیاتی محدود آن برای تولیدات با حجم بالا مناسب نیست. زمینه‌های کوچک‌تر نوشتن پرتو الکترونی برای نسل الگوی بسیار آهسته در مقایسه با فوتولیتوگرافی (استاندارد فعلی) ساخته می‌شود زیرا میدان‌های در معرض قرار گرفته بیشتری باید اسکن شود تا الگوی نهایی شکل گیرد (کمتر از یک میلی‌متر مربع برای پرتو الکترونی در مقابل بیش از 40 میلی‌متر مربع برای یک اسکنر پروژه ماسک نوری). مرحله بین اسکن‌های زمینه حرکت می‌کند. میدان پرتوی الکترون به اندازه کافی کوچک است که به عنوان مثال یک حرکت مرحله‌ای شیب‌دار یا مارپیچ برای الگویابی یک ناحیه 26 میلی‌متر در 33 میلی‌متر لازم است، در حالی که در یک اسکنر فوتولیتوگرافی تنها یک حرکت یک بعدی از شکاف صفحه‌ای 26 میلی‌متر در 2 میلی‌متر مورد نیاز است.

در حال حاضر یک ابزار لیتوگرافی بدون نقاب نوری بسیار سریع‌تر از ابزار پرتو الکترونی است که در وضوح یکسان برای الگوسازی فتوماسک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اختلال شاتویرایش

با کاهش اندازه ویژگی‌ها ، تعداد الکترون‌های حادثه در دوز ثابت نیز کاهش می‌یابد. به محض رسیدن این تعداد به 10000 پوند ، اثرات سر و صدای شلیک غالب می‌شود ، و منجر به تغییر دوز طبیعی قابل توجهی در میان یک جمعیت بزرگ از ویژگی‌ها می‌شود. با داشتن هر گره فرآیند پی در پی ، با نصف شدن محدوده ویژگی، حداقل دوز باید دو برابر گردد تا همان سطح اختلال حفظ شود. در نتیجه ، توان عملیاتی ابزار با هر گره فرآیند پی در پی نصف می‌شود.

قطر ویژگی (نانومتر) حداقل دوز برای یک در یک میلیون-5٪ خطا دوز (μC / سانتی‌متر مربع)
40 127
28 260
20 509
14 1039
10 2037
7 4158

توجه: 1ppm از جمعیت حدود 5 انحراف استاندارد از میانگین دوز فاصله دارد.

Ref.: SPIE Proc. 8683-36 (2013)

اختلال شات حتی در ساخت ماسک، یک مورد قابل توجه است. به عنوان مثال, یک مقاومت ماسک پرتو الکترونی تجاری مانند FEP-171 از دوزهای کمتر از 10 میکروکولن بر سانتیمتر مربع استفاده می‌کند, در حالی که این امر منجر به اختلال شات قابل توجهی برای یک CD هدف حتی در محدوده 200 نانومتر روی ماسک می‌شود.

  1. McCord, M. A.; M. J. Rooks (2000). "2". SPIE Handbook of Microlithography, Micromachining and Microfabrication.
  2. Parker, N. W.; et al. (2000). "High-throughput NGL electron-beam direct-write lithography system". Proc. SPIE. Emerging Lithographic Technologies IV. 3997: 713. doi:10.1117/12.390042.