마이크로 나노 공정 | 전자 빔 리소그래피의 원리

전자빔 리소그래피는 광학 기술보다 더 작은 피처 크기로 부품을 제조할 수 있다는 장점이 있습니다. 부품의 피처 크기는 기본적으로 사용되는 광파의 파장에 의해 제한됩니다. 전자빔 리소그래피에 사용되는 전자빔의 스폿 크기는 응용 분야에 따라 수 나노미터에서 수백 나노미터까지 다양합니다. 전자의 드브로글리 파장은 다음과 같습니다.

여기서 Vb는 가속 전압입니다. 대부분의 전자빔 시스템은 1kV 이상의 전압에서 작동하며 전자빔 리소그래피에서 전자의 파장은 달성할 수 있는 해상도에 영향을 미치지 않습니다.

E빔 리소그래피 시스템은 리소그래피 마스크 제작, 고급 원리 프로토타입, 나노 규모의 과학 연구 및 개발에 널리 사용됩니다. 최첨단 E-빔 리소그래피 시스템을 사용하면 금속 박리, 에칭 또는 색상 추가 기술을 통해 10nm 미만의 제한적인 크기로 초고해상도로 그래픽을 전송할 수 있습니다. 또한 이러한 패턴은 Si 및 GaAs와 같은 반도체, 용융 실리카, 비정질 다이아몬드, SiO2 및 SiN과 같은 절연체, 다양한 금속 등 광범위한 재료에 가공할 수 있습니다.

일반 전자 빔 리소그래피는 고도로 집중된 전자 빔으로 전자에 민감한 레지스트 표면을 결정론적으로 스캐닝하는 방식입니다. 전자빔 리소그래피는 다양한 포지티브 및 네거티브 레지스트를 사용할 수 있습니다. 고해상도 리소그래피 시스템에서는 전자 빔을 형성하기 위해 ZrO/W 이미터와 같은 핫 필드 방출 소스를 사용하는 경우가 많습니다. 여러 단계의 정전기 및/또는 자기 렌즈가 전자 빔에 초점을 맞추고 전자기 편향 코일을 사용하여 전자 총 내에서 전자 빔을 형성하여 유효 시야(시스템 및 전자 빔 파라미터에 따라 일반적으로 한 면이 0.1~1mm인 값)에 걸쳐 빔을 스캔합니다. 전용 전자빔 리소그래피 시스템은 일반적으로 다양한 작업 시야에서 노출하는 동안 샘플을 이동하기 위해 레이저 간섭 테이블을 사용합니다. 간섭 테이블을 이동하면 간섭 프린지가 계산되어 인접한 빔 라이팅 범위 간의 접합 오류 또는 오프셋 오류를 최소화할 수 있습니다(20nm 미만). 또한 정전기 빔 마스크 세트는 필요한 경우 전자 빔을 전자의 광학 경로에서 벗어나도록 편향시키는 데 사용됩니다.

컴퓨터 시스템을 사용하여 편향 코일을 제어하여 그래픽 인그레이빙 및 마스크 제어를 가능하게 하고 궁극적으로 특정 정사각형 조리개에 입사되는 전자 노출을 조정할 수 있습니다. 면적 노출 방정식은 다음과 같이 간단하게 작성할 수 있습니다.

선량 x 면적 = 전자빔 전류 x 체류 시간 = 총 입사 전자 수

노출, 노출 시간 및 전자빔 전류 값을 늘리거나 줄이면 알 수 있듯이 전자빔 리소그래피의 가장 큰 단점은 일련의 노출 공정으로 인해 에칭 시간이 길어진다는 것입니다. 약 500pA의 고해상도 빔 전류와 300nm 두께의 495K 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)(50kV 가속 전압 차단 시 약 1000μC/cm2), 25MHz 패턴 생성기, 10nm의 홀 크기를 가정하면 1cm2 면적(전체 면적의 50%)을 에칭하는 데 약 5.5시간이 걸립니다. 간섭계의 이동 시간과 전자 빔의 "체류" 시간, 즉 전자 빔의 안정화를 위한 편향 사이의 대기 시간을 더하면 넓은 그래픽 영역을 각인하는 데 특히 많은 시간이 소요된다는 것을 알 수 있습니다.

정렬 표시를 사용하면 전자 빔 리소그래피 패턴을 샘플의 기존 피처와 정렬할 수 있습니다. 이러한 마크는 코팅되거나 에칭될 수 있으며 일반적으로 단순한 기하학적 모양이나 십자 모양입니다. 이러한 마크는 높은 콘트라스트에서 후방 산란된 전자로 이미징해야 하므로 일반적으로 금속(예: 금) 또는 에칭된 표면 구조로 구성됩니다. 그런 다음 작업자는 기판 표면의 기존 마킹을 인식하고 사용하여 회전, 게인 및 위치 오류를 결정하고 보정하는 작업 파일을 준비합니다.