بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
عنوان: لیتوگرافی باریکه الکترونی
اسلاید 3 :
مقدمه
شاید بتوان اولین تفکر در زمینه کاربرد میکروسکوپ الکترونی در ساخت ابزار نانو مقیاس را به صحبتهای ریچارد فایمن در سال 1950 ارتباط داد که اظهار کرد "فضای زیادی در پایین وجود دارد”.
لیتوگرافی باریکه الکترونی (EBL= Electron Beam Lithography) یک روش بسیار دقیق با رزولوشن بسیار بالا برای ایجاد طرح میباشد.
در این روش از یک باریکه الکترونی
به خوبی متمرکز شده، تولید شده توسط
میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری،
استفاده میشود.
اسلاید 4 :
با وجود جرم بسیارکم الکترونها و وجود نسبت بالای بار به جرم آنها، امکان متمرکز کردن و هدایت آنها با استفاده از میدانهای نسبتاً کم مغناطیسی و الکتریکی فراهم شده است.
هرچه انرژی باریکه افزایش یابد، طول موج آن کاهش پیدا میکند. این موضوع سبب بهبود در میزان رزولوشن نهایی میشود.
رزولوشن یا همان ابعاد ساختار قابل دستیابی با روش باریکه الکترونی، به حدود چند نانومتر محدود میشود، که بیشتر به علت محدودیت ماده مقاوم میباشد.
یک خصوصیت مهم ماده مقاوم برای ایجاد طرح با رزولوشن بالا، کنتراست میباشد؛ زیرا امکان ایجاد تغیرات کوچک در ضخامت نواحی تحت تابش، با استفاده از مواد مقاوم با کنتراست بالا (مثبت) فراهم میشود.
اسلاید 5 :
انواع لیتوگرافی باریکه الکترونی
نانولیتوگرافی باریکه الکترونی اغلب به دو صورت روش تابش غیر مستقیم و انتقال طرح؛ و روش حکاکی مستقیم (DWEB= Direct Writing Electron Beam) به کار میرود.
روش حکاکی مستقیم
حالت حکاکی مستقیم امکان ایجاد طرح را با استفاده از یک فایل داده فراهم میکند و به عنوان روشی برای ساخت ماسکهای مورد استفاده در لیتوگرافی به کار میرود.
اولین شکل از روش حکاکی مستقیم با باریکه الکترونی، توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی تحت کنترل کامپیوتر یا پوینده نقطهای تندرو ( Flying Spot Scanner) برای انتقال اطلاعات طرح انجام گرفت.
اسلاید 6 :
انواع لیتوگرافی باریکه الکترونی
این سیستمها، به علت شدت پروفایل باریکه، معمولاً تحت عنوان سیستمهای باریکه گوسین شناخته میشوند.
الکترونهای نشر یافته از منبع، متمرکز میشوند و با استفاده از لنزهای مغناطیسی و دریچهها، بر اساس پروفایل گوسین، به شکل یک نقطه درمیآیند.
همچنین در این سیستم از صفحات الکترواستاتیک و یا سیمپیچهای مغناطیسی انکساری برای منحرف کردن باریکه استفاده میشود.
معمولاٌ یک منحرف کننده در زمانهای مناسب، فاصلهای را به صورت خاموش و روشن کردن باریکه در ستون الکترونی ایجاد میکند،
سایر منحرف کنندهها برای روبش الکترون در امتداد نمونه استفاده میشوند.
اسلاید 7 :
انواع لیتوگرافی باریکه الکترونی
محدوده روبش باریکه الکترونی به علت انحراف و اعواج ایجاد شده توسط میدانهای انکساری، به فواصل کوچکی محدود میشود. بنابراین برای پوشش دادن کل نمونه، نیاز به ترکیبی از حرکت مکانیکی نمونه و انکسار باریکه الکترونی میباشد.
از لنزهای مغناطیسی به عنوان اپتیکهای الکترونی، برای متمرکز کردن و شکل دادن باریکه الکترونی جهت لیتوگرافی استفاده میشود.
قطر نهایی باریکه تحت تأثیر منبع تولید الکترون، عیوب انکساری لنزها، عیوب هندسی و اثرات بار فضایی ناشی از دفع الکترونها میباشد.
اسلاید 8 :
سیستم باریکه گوسین
اسلاید 9 :
انواع لیتوگرافی باریکه الکترونی
سیستمهای باریکه الکترونی شکل گرفته، در 1970 برای بهبود خروجی DWEB توسعه داده شدند.
در این سیستم، جریان از منبع به یک دریچه شکلدهی وارد میشود.
در این روش، طرحهای پیچیدهتر با قرار دادن ساختارهای بزرگتر در زمان کوتاهتری ایجاد میشوند.
رزولوشن بدست آمده از سیستم باریکه شکل گرفته، کمتر از سیستم گوسین است.
اسلاید 10 :
انواع لیتوگرافی باریکه الکترونی
توسعه لیتوگرافی باریکه شکل گرفته، منجر به ایجاد سیستمهای باریکه تصویری ساختاری یا سلولی گردید. در این مورد، دریچهها به شکل الگوهای مداری تکرارشونده (سلول) ساخته میشوند.
این سیستم برای تولید طرحهای پیشرفته با ابعاد بزرگتر از 100 نانومتر و بازده متوسط به کار میرود.
اسلاید 11 :
انواع لیتوگرافی باریکه الکترونی
روش غیرمستقیم یا چاپ تصویر (EPL=Electron Projection Lithography)
تکنیکهای تک باریکه متمرکزشده گوسین و باریکه شکل گرفته، نیاز به زمان مشخصی برای پر کردن سطوح بزرگ با اجزای کوچک دارند.
برای رفع مشکل زمان، روشهای تابش موازی توسعه داده شدند که از ماسکهایی با طرحهای مشخص با ابعاد ساختاری زیرمیکرونی تا نانومتری استفاده میکنند.
تولید باریکههای چند تایی نیاز به استفاده از ابزار دقیقی دارد و ساخت ماسکهای مورد نیاز برای تولید چنین باریکههایی، هزینه بر است.
اسلاید 12 :
انواع لیتوگرافی باریکه الکترونی
در تکنیک غیر مستقیم از یک ماسک برای انتقال کامل یا بخش اعظم یک طرح استفاده میشود.
این ماسک یک غشای جامد با حفرات مشخص است که طرح مورد نظر را ایجاد میکند (شابلون). باریکه در حالتی که طرح را منتقل میکند از حفرات ماسک عبور میکند.
پس از انتقال طرح، ماده مقاوم از سیستم خارج شده و مابقی فرآیند مانند لیتوگرافی متداول ادامه مییابد.
در این روش، دانسیته جریان کمتری نسبت به باریکه گوسین و باریکه شکل داده شده استفاده میشود.
اسلاید 13 :
روشهای متعددی برای تولید باریکههای چندتایی توسط Vistec، IMS و MAPPER پیشنهاد شدند که از تکنیک ماشینکاری میکرونی برای تولید باریکههایی با اندازه قابل قبول استفاده کردند.
در روشهای Vistec و IMS از یک تک
باریکه الکترونی برای تولید چند باریکه
الکترونی استفاده میشود.
یک دریچه آرایهای برای جدا کردن باریکههای
الکترونی استفاده میشود.
اسلاید 14 :
در سیستم MAPPER باریکه چند تایی با استفاده از چیدمانی از دریچهها، از یک تک باریکه الکترونی تشکیل شده و سپس این باریکهها موازی میشوند.
یک آرایه انکساری برای خاموش و روشن کردن باریکهها و روبش آنها برای ایجاد طرح استفاده میشود.
اسلاید 15 :
کاربرد
از تکنیک EBL برای ساخت انواع مدار مجتمع با رزولوشن بالا استفاده میشود.
از این روش در ساخت ابزار فوتونیک نظیر موجبرهای نوری با پراکندگی نوری کم، اپتیک اشعه X ، ابزار الکترونیکی با قابلیت کار در فرکانسهای بالا، نانولولهها، نانوفیبرها و نانوسیمها استفاده میشود
یکی از کاربردهای اصلی این تکنیک ساخت ماسکهای نوری میباشد، که معمولاً با استفاده از باریکه شکل گرفته و بر روی یک زیرلایه کوارتزی ساخته میشوند.
ماسکها با قرارگیری یک لایه کروم بر روی صفحه شیشه کوارتزی ساخته میشوند.
از این تکنیک همچنین برای تولید ماسکهای مورد نیاز برای لیتوگرافی اشعهX ، چاپ تماس میکرونی و مهر نانو نیز استفاده میشود.
اسلاید 16 :
محدودیت
پدیده پراکندگی الکترونها، هنگام ورود آنها به ماده مقاوم و زیرلایه در زوایای کوچک (غیر الاستیک یا پراکنش رو به جلو) و زوایای بزرگ (الاستیک یا پراکنش بازگشتی) و در نزدیکی محل برخورد باریکه به ماده اتفاق میافتد.
مهمترین محدودیت لیتوگرافی باریکه الکترونی ناشی از اثر مجاورت ایجاد شده به علت حجم بالای الکترونهای پراکنده شده با انرژی بالا در ماده مقاوم میباشد. این موضوع سبب میشود طرح محو به نظر رسیده و پروفایل تحت تابش، اندازه بزرگتری از پروب الکترون برخوردی پیدا کند.
اسلاید 17 :
الکترونهای ناشی از پراکندگی رو به جلو و الکترونهای زیرلایه روی ابعاد ساختار و رزولوشن اثر میگذارند.
پراکندگی رو به جلو در ماده مقاوم میتواند با به کارگیری لایه نازکی از ماده مقاوم و افزایش ولتاژ الکترونها به حاقل برسد.
در کاربرد عملی، ایجاد طرح روی بالک زیرلایه مطلوبتر از ماده مقاوم نازک میباشد.
اسلاید 18 :
دو راه کلی جهت حل این مشکل وجود دارد:
راه حل اول استفاده از باریکههای الکترونی با انرژی بالا تا بتواند به عمق زیرلایه نفوذ کند.
در روش دوم باریکههای الکترونی با انرژی بسیار کم که امکان پراکندگی در مسافت طولانی فراهم نمیشود.
نکات کلیدی در زمینه استفاده از باریکه الکترونی با ولتاژ بالا: الکترونهای پراکنده شده، آسیب وارد شده به زیرلایه نیمههادی، پیچیدگی و قیمت بالای ستونهای ولتاژ بالا.
نکات اصلی در زمینه استفاده از باریکه الکترونی با ولتاژ کم: اپتیک الکترونی، حساسیت ستون نوری الکترون به نویز و نیاز به لایههای نازک از ماده مقاوم.
اسلاید 19 :
نتیجهگیری
با استفاده از روش لیتوگرافی باریکه الکترونی قابلیت تولید طرحها و ساختارهایی در ابعاد نانو با رزولوشن بالا فراهم میشود.
انتخاب نوع ماده مقاوم در کنتراست و کیفیت طرحهای تولیدی اهمیت بسزایی دارد.
روش حکاکی مستقیم از این تکنیک، کاربردهای زیادی دارد و برای تولید ماسک برای انواع روشهای لیتوگرافی استفاده میشود.
نکته مهم در این روش، استفاده از تک باریکه الکترونی میباشد که در کنار ایجاد رزولوشن بالا، هزینه بر و زمانبر میباشد.
روش ایجاد طرح با استفاده از باریکههای الکترونی چندتایی، رزولوشن پایینتری نسبت به روش مستقیم دارد ولی تولید ماسکهای مورد نیاز در این روش هزینه بر میباشد.
اسلاید 20 :
محدودیت اصلی تکنیک لیتوگرافی با باریکه الکترونی ایجاد ناحیهای اطراف محل برخورد باریکه با ماده مقاوم میباشد که از برهمکنشهای مختلف الکترونهای برخوردی با مقاوم و زیرلایه نشأت میگیرد و طرح تولیدی را مبهم میسازد.
برای کاهش این ناحیه و بهبود طرحهای تولیدی، استفاده از باریکههایی با انرژی بالا و یا با ولتاژهای کم پیشنهاد شده است که هر کدام از این روشها نیز محدودیتهایی را برای سیستم ایجاد میکنند.
