Лучевые сканирующие системы

Существует несколько систем формирования пучка:

- с гауссовым распределением;
- с квадратным сечением;
- с круглым сечением.

При получении Гауссового распределения используется тот же принцип, что и при формировании луча в обычном электронном сканирующем микроскопе. С помощью двух или более линз электроны фокусируются на поверхность пластины так, что первоначальные размеры пучка, идущего от источника электронов, уменьшаются. Система обладает достаточной гибкостью, поскольку размеры сформированного пучка могут варьироваться в широких пределах путем изменения фокусного расстояния электронных линз.

Рис. 1. Сканирующая система с гауссовым распределением пучка.

Методы профилирования луча в системах с экспозицией электронами очень разнообразны. Основой сложных профилей является луч круглого сечения с гауссовым распределением плотности тока, обеспечивающий экспонирование одной точки изображения за некоторое время. Размер такого пучка, соответствующий полуширине гауссова распределения, определяет пространственное разрешение и обычно в 4-5 раз меньше минимального размера рисунка. Для систем с профилированными пучками пространственное разрешение зависит от спада интенсивности на краю результирующего профиля, поэтому большое количество точек изображения экспонируется одновременно без потери разрешения.

После фокусировки и профилирования пучок должен отклоняться по пластине с помощью электромагнитной системы.

Существует два основных способа перемещения пучка:

1. Растровый способ перемещения.

Пучок сканируется по всей области кристалла и для создания нужного рисунка включается и выключается в определенные моменты времени. При растровом способе предъявляются менее жесткие требования к системе отклонения пучка, так как вследствие многократного повторения процесса сканирования искажения, связанные с вихревыми токами и гистерезисом, легко могут быть скомпенсированы.

2. Векторный способ перемещения.

Пучок перемещается только в ту область, где необходимо провести экспонирование. Как правило, наносимый рисунок разлагается на ряд простейших фигур. Векторное сканирование эффективнее, но требует использования совершенной отклоняющей системы.

Контроль взаимного расположения электронного пучка и пластины может осуществляться методом сравнения положения контрольной метки или с помощью точного определения положения стола лазерным интерферометром. В микроэлектронике контрольные метки изготавливаются в виде тонкопленочных полосок из материала с большим атомным номером или специального топографического рисунка из материала, имеющего атомный номер, равный или близкий атомному номеру подложки. При сканировании поверхности электронный пучок проходит области, где нанесен другой материал, в результате чего вырабатывается соответствующий сигнал.

Рис. 2. Схема сканирующей системы для электронно-лучевой литографии

Общая схема сканирующей системы для электронно-лучевой литографии приведена на рис. 2. Заметим, что электронный луч попадает на многослойную систему, состоящую из электронного резиста, металлической пленки и пластины, располагающихся на подвижном столике.

В качестве резиста обычно используют позитивные резисты, полученные на основе полиметиметакрилата (ПММА). Для позитивных резистов экспонирование электронным пучком вызывает уменьшение его молекулярного веса при разрыве связей между молекулами, увеличивая их растворимость. Для негативных - облучение стимулирует образование поперечных связей в молекулах полимера. В результате образуется сложная слаборастворимая трехмерная молекулярная структура с большой плотностью. Разбухание негативных резистов ограничивает разрешающую способность до 1 мкм. Для позитивных - она составляет 0.1 мкм.