Лозовский В.Н. - Нанотехнология в электронике (1051254), страница 41
Текст из файла (страница 41)
ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ229ми величины тока на пучок, так как источники должныработать при низких энергиях.Другой способ увеличения производительности — раз*работка высокочувствительных резистов.Проекционная электроннолучевая литография SCALPEL. Существенно более высокую производительность внаноэлектронном диапазоне может дать проекционнаяэлектронно*лучевая литография, которую отличают вы*сокое разрешение, большое поле изображения и значи*тельная глубина фокуса. Применение этого метода сдер*живало две причины: 1) разогрев масок в результате по*глощения электронов падающего пучка непрозрачнымиучастками; 2) отсутствие электронной оптики, которую нетребовалось бы менять в связи с увеличением диаметра пла*стины и уменьшением минимальных размеров элемента.В 1997–1999 гг.
фирмой Bell Laboratories — LucentTechnologies разработана новая проекционная ЭЛЛ, неимеющая указанных недостатков; она названа «SCAL*PEL» (Scattering with Angular Limitation Projection Elec*tron beam Litography — проекционная электронно*лучеваялитография с ограничением по углу рассеяния). Разработ*ки производились с расчетом на промышленное примене*ние. Программа SCALPEL — комплексная и включает раз*работку литографического оборудования, масок и рези*стов. Главное отличие метода SCALPEL — в конструкциимасок и методике экспонирования. В соответствии с кон*струкцией масок литографический процесс проводитсяпо принципу степпер*сканера. Предельная разрешающаяспособность метода — 35 нм.
Она ограничена взаимодей*ствием электронов в пучке, приводящим к его «размазы*ванию». По производительности SCALPEL*литографиясравнима с фотолитографией, но имеет более высокую раз*решающую способность.Рассмотрим принципиальные особенности проекцион*ной системы, конструкции масок и методики экспониро*вания SCALPEL.Проекционная система. Схема проекционной систе*мы приведена на рис. 8.13. Пучок электронов 1, ускорен*ный разностью потенциалов 100 кВ, падает на маску 2.230НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьНа рисунке маска схематически представлена как че редование участков — прозрачных (мембрана) и непро зрачных (рисунок). Рисунок выполнен из материала, силь но рассеивающего электроны. Масштаб рисунка маски —4:1 относительно масштаба изображения. Маска распо ложена в фокальной плоскости электронной линзы Л1.Диафрагма 3, расположенная в фокальной плоскостилинзы Л2, задерживает основную часть рассеянных элек тронов (линзы Л1 и Л2 — магнитные).
Таким образом, ос новная часть энергии падающего пучка поглощается немаской, а диафрагмой. Маска не поглощает, а рассеиваетэлектроны пучка — в этом ее отличие от обычных фото шаблонов. Электроны, прошедшие через диафрагму, фор мируют высококонтрастное изображение 4 на пластине 5.Функции создания контраста и поглощения энергии раз делены между маской и диафрагмой.Конструкция масок. Изо бражение маски с ее попереч ным сечением приведено нарис. 8.14. Мембраны масокSCALPEL обычно представ ляют собой пленки из нитри да кремния толщиной 100 нм.Они практически прозрачныдля электронов пучка с энер гией 100 кВ.Рис.
8.14Маска для методаОднако маски на столь тон SCALPELкой мембране не могут бытьплоскопараллельными на большой площади. Поэтому ис пользуются специальные поддерживающие структуры,предотвращающие прогиб маски, — опорные решетки.Маска располагается на решетке из кремния (рис. 8.14),рисунок маски состоит из сегментов — участков между со седними полосками (опорами). Расстояние между соседни ми опорами ~1 мм, толщина опоры ~0,2 мм, длина одногосегмента ~3 мм. Решетка опор формируется литографиче ским способом. Рассеивающие элементы рисунка такженаносятся литографически и состоят из двух слоев, напри мер, 10 нм — слой хрома и 50 нм — слой вольфрама.231Часть 3. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИавгбРис. 8.15Схема экспонирования со сканированием электронноголуча методом SCALPEL:а — поперечное сечение луча в пределах первого и второго сегментов;б — распределение дозы облучения поперек сегментов 1 и 2; в — сегменты 1 и 2 после совмещения; г — результирующее распределениедозы облучения в пределах двух совмещенных сегментов.Перенос изображения на пластину.
При переносе рисунка на пластину соседние сегменты рисунка должныбыть непрерывным образом соединены друг с другом, аизображения опор исключены. Экспонирование производится пошаговым методом, т. е. по сегментам. Схема экспонирования показана на рис. 8.15.На рис. 8.15а вертикальные стрелки указывают направление сканирования электронного луча, горизонтальная (пунктирная) стрелка — направление механическогосканирования маски. Когда весь сегмент проэкспонирован, производится смещение маски так, чтобы луч попална следующий сегмент (рис. 8.15а). На время смещениямаски сканирование луча прерывается.На рис. 8.15 показано, как при помощи специальнойформы поперечного сечения луча создается распределение полученной дозы излучения в виде трапеции.
В налагающихся краевых областях соседних сегментов, отмеченных пунктиром и однократной штриховкой (например, 3и 1¢ на рис. 8.15а), рисунок маски точно повторяется. Эти232НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьобласти перекрываются при смещении маски и экспони#руются, хотя и не полно, но дважды (см. рис. 8.15в — два#жды заштрихованная полоса 3, 1¢). В итоге (см. рис.
8.15г)распределение дозы облучения резиста поперек экспони#рованных сегментов оказывается равномерным, а рисун#ки соседних сегментов — «сшитыми».Технология SCALPEL — сложная и дорогостоящая, ноона значительно превосходит по производительности ска#нирующую электронно#лучевую литографию, основаннуюна использовании сфокусированного луча. В настоящемпособии SCALPEL#технологии уделено внимание потому,что она иллюстрирует те технические усложнения, на ко#торые идут разработчики новых методов литографии, что#бы продвинуться в область наномасштабов.8.3.4.РЕНТГЕНОЛИТОГРАФИЯПринципы и основные этапы рентгенолитографии ифотолитографии одинаковы, но в рентгенолитографии дляэкспонирования резистов используется рентгеновское из#лучение.
Рентгенолитография используется для изготов#ления наноструктур, но из#за сложности и дороговизныоборудования и технологии пока не применяется в серий#ном производстве. Достоинства рентгенолитографии —высокая разрешающая способность и высокая производи#тельность, обусловленная малым временем экспонирова#ния и возможностью получения изображения на большихплощадях. Кроме того, рентгеновское излучение облада#ет уникальным свойством — поглощаться без рассеяния.Это обеспечивает вертикальность профиля изображенияв резисте, отсутствие эффекта близости.Диапазон длин волн, используемых для экспонирова#ния — 0,5–5 нм. Верхняя граница обусловлена необходи#мостью ослабить влияние дифракции. Жесткое рентгенов#ское излучение (l < 0,5 нм) вызывает возникновение фо#тоэлектронов в подложках и их проникновение обратно врезист.
При поглощении излучения в резисте также воз#никают фотоэлектроны, которые производят дополни#тельное экспонирование.Часть 3. ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ233Электронные эффекты и дифракция сказываются приразмерах деталей маски менее 20 нм. Этими размерами иопределяется разрешающая способность рентгенолито+графии.Источниками рентгеновского излучения являются либомишень, бомбардируемая пучком электронов, либо син+хротрон (циклический ускоритель элементарных частиц),в котором по круговым траекториям движутся электроныс околосветовыми скоростями.
Интенсивность рентгеновского синхротронного излучения в тысячи раз превосхо+дит интенсивность излучения мишени.Расходящиеся пучки излучения мишеней имеют ма+лую интенсивность в плоскости подложки. Резисты высо+кого разрешения, например ПММА, имеют низкую чув+ствительность. Поэтому необходима длительная экспози+ция, что снижает производительность. С другой стороны,стоимость синхротронов очень велика.Серьезной проблемой в рентгенолитографии являетсятехнология изготовления шаблонов, которая еще продол+жает разрабатываться.Проблемы контактной литографии связаны с искаже+нием размеров, смещением элементов рисунка из+за рас+ходимости пучка и трудностями изготовления масок, сдостаточной точностью прилегающих к поверхности пла+стины.В проекционной рентгеновской литографии необхо+дима зеркальная оптика. Поверхности соответствующихзеркал должны соответствовать расчетной кривизне впределах1,8 Nгде N — число зеркал.
Например, при N = 4 допустимыеотклонения составляют 0,3 нм для l = 4,5 нм, а каждоезеркало может поглощать ~40% падающего излучения.Это также затрудняет применение рентгенолитографии внанотехнологии. Однако в последнее время методамиМЛЭ созданы зеркала с многослойными покрытиями —брэгговские зеркала. Чередующиеся атомарногладкие на+нослои с большим и малым поглощением (Мо+С, W+Si)234НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьобеспечивают высокие коэффициенты отражения.
Созда'ние многослойных рентгеновских зеркал расширяет воз'можность применения рентгенолитографии в нанотехно'логиях.8.3.5.ИОНОЛИТОГРАФИЯПринцип и основные этапы технологии такие же, какв других видах традиционной литографии. Экспонирова'ние производится ионными пучками: широким пучком,сфокусированным пучком или через проекционную сис'тему на основе промышленных установок ионной имплан'тации (см. п.
6.6).Фокусированные ионные пучки используются для ри'сования по резисту и могут применяться для непосредст'венной модификации подложки. В связи с тем, что ион'ный пучок создает дефекты в поверхностном слое, в не'сколько раз изменяется скорость растворения подложкив некоторых растворителях. Поэтому создается возмож'ность отказаться от резиста, так как поверхностные слоиматериалов сами ведут себя как резисты.Обычно при ионной литографии используют те же ре'зисты, что и в электронографии; для экспонирования при'меняются легкие ионы Н+, Не++.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
