Parametry litografu BS600

Transkript

1 GAČR 102/05/2325 Elektronová litografie pro přípravu nano struktur Parametry litografu BS600 dosažené při modernizaci 2005/6 Vladimír Kolařík Bohumila Lencová Svatopluk Kokrhel František Matějka Miroslav Horáček Jiřina Matějková Tomáš Radlička Michal Urbánek Lukáš Daněk Stanislav Král Brno,

2 Přehled Úvodem Zvýšení rozlišení litografu Zvýšení rychlosti expozice Metodika vyhodnocení struktur Případové studie Související aspekty 2

3 (1) Úvodem Elektronová litografie expozice (rozptyl elektronů) vyvolávání (citlivost rezistu) následné procesy (replikace) Struktura v substrátu: přímé maskování Maska: optická replikace Master: mechanické replikace 3

4 Rozptyl elektronů Rozptyl energie: dopředný rozptyl + zpětně odražené e - f r 1 r ( r) exp( ) exp( ) (1 ) (1 ) 0.9 R t / V V b 1.7 b 1.5 [ m, nm, kv] [ m, kv] pro 15 kv a rezist tloušťky 500 nm: 0.2 m 1.2 m

5 Modulační přenosová funkce: MTF=fce (periody) MTF exp( ) exp( ) p 1 p 5

6 6

7 Simulace rozptylu velké a malé razítko 7

8 dw [-] Vyvolávání rezistu PMMA / naac Sensitivity (example) Kontrast Citlivost dw D [uc/cm 2 ] 8

9 dw [-] Typ reliéfu Binary and Greytone Relief binární: dw binary relief greytone relief reliéfní: tenký rezist (do dna) tlustý rezist (na povrchu) D [uc/cm 2 ] 9

10 (2) Zvýšení rozlišení Zpřesnění velikosti razítka zvýšení rozlišení D/A převodníku tvarovacího systému změna nastavení zmenšovací čočky Zpřesnění pozice razítka zvýšení rozlišení D/A převodníku vychylovacího systému diagonální krok 70 nm SW korekce pozice: dvojexpozice + nastavení časů snížení šumu 10

11 Zmenšení razítka (TZ): analýza Výpočet optické soustavy ELG (Prof. Lencová) Analýza Coulombovských interakcí (Tomáš Radlička) Závěr: možnost zmenšení rozměru svazku na 50% otočení tvaru razítka o 45 vzhledem k vychylování 11

12 TZ - Simulace simulace původní návrh výsledek v režimu TZ 12

13 TZ rozměr razítka (optika) 13

14 TZ rozměr razítka (AFM) 14

15 TZ: tvar razítka razítko 500 x 500 nm razítko 750 x 250 nm 15

16 Vychylování svazku Krok vychylování: nm Analýza šumu vychylování: sigma X 50 nm sigma Y 80 nm 16

17 (3) Zvýšení expoziční rychlosti Zkrácení expoziční režijní doby komunikační modul DSP mezi řídícím PC a elektronikou litografu Zvýšení citlivosti rezistu chemicky aktivovaný rezist (FEP-171) Zvýšení proudové hustoty svazku v režimu zmenšeného razítka zvýšení 4x Zkrácení/upřesnění doby ustálení vychylovacího systému nový D/A převodník a tabulka časů Zvýšení proudu katody možné, ale problematické 17

18 h[-] FEP - citlivost Development characteristics of FEP 200nm 1 0,8 0,6 0,4 citlivost: 6-8 uc/cm 2 15s 30s 60s 120s 0, D[uC/cm2] 18

19 FEP - technologie + promotor adheze hexa-metyl-disilazan (HMDS) + post-exposition baking (PEB) tloušťka rezistu nm ředění: nm 19

20 FEP binární struktura 20

21 Exposition Time [hours] Doba reálné expozice Exposition Time 10 8 original new DSP new DSP + reduced stamp experiment Complexity [mega stamps] 21

22 (4) Metodika vyhodnocení struktur optická mikroskopie elektronová mikroskopie (SEM) mikroskopie skenovací sondou (AFM) 22

23 AFM 4 snímané signály 23

24 AFM - kalibrace X: ~ +1% --- Y: ~ +10% --- Z: -2.8% 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 (477,491) 1,1-2,2 % - 3,5 % 0, hloubka [nm] 24

25 AFM rozlišení v ose z 25

26 SEM vs. AFM (anizotropní lept Si) + rozměry X-Y - informace o hloubce Z + informace o hloubce Z - artefakty (hrany) 26

27 (5) Případové studie Binární reliéf Stupňovitý reliéf Kombinované mřížky 27

28 Test dvojčar (FEP, TZ) Čáry délky 1 um Rozteč 500 a 800 nm Hloubka 80 nm 28

29 space [nm] space [nm] Měření čar (FEP, TZ) Standard gratings line+space+line [nm] 800 nm 1000 nm 1200 nm 1400 nm line = 0 line = binary Recent gratings line+space+line [nm] 1000 nm ROI binary 2H_600 2H_500 1H_600 1H_500 1H_400 1L_560 1L_420 1L_350 1L_300 29

30 Reliéfní mřížky simulace tvaru reliéfu 30

31 Měření tvaru reliéfu (PMMA, V11) 31

32 Víceúrovňová struktura 32

33 Vyhlazená struktura 33

34 Kombinovaná mřížka - simulace reliéf difrakce 34

35 Kombinovaná mřížka (PMMA/V11) 35

36 36

37 Křížová mřížka 37

38 (6) Související aspekty Katody SW pro nastavení čoček EXPO SW Negativní chování rezistu FEP Dolet BS elektronů Litografie AFM 38

39 katoda ELG (SEM) 39

40 Katody - parametry Základní požadavky: plošná homogenita časová stálost Proudová hustota: 0.1 A/cm 2 : extrémně nízká 0.3 A/cm 2 : dolní limit 1.0 A/cm 2 : optimum (10-8 A/um 2 ) 3.0 A/cm 2 : horní limit (křižiště!) Proud v segmentu 6.3x6.3 um : 0.4 ua (při 1A/cm 2 ) Proud v primárním svazku (6x): 2.4 ua (odhad) ~ 23 ma/sr Produkce: cca 6 katod / rok 40

41 SW pro nastavení čoček Řízení optické soustavy litografu (Miroslav Horáček) SW na expozičním PC Uložení nastavených parametrů 41

42 42

43 FEP negativní chování (TZ) A: neexponovaná oblast B: negativní chování v oblasti přeexpozice primárními elektrony C: pozitivní chování v oblasti expozice zpětně odraženými elektrony 43

44 FEP negativní chování (pokr.) charakterizace citlivosti 44 binární + reliéfní struktury

45 Dolet BS e - 45

46 AFM litografie - hrot AFM (SEM) 46

47 AFM litografie - struktury vpichy, rozteč 300 nm hloubka +/- 10 nm rýhy, poloměr 1000 nm hloubka +/- 40 nm opotřebení hrotu hroty s povrchovou úpravou 47

48 Závěr Litograf parametr původní aktuální rozměr velikost svazku [nm] rel. proudová hustota 1 4 [-] krok vychylování 100 <100 [nm] režie instrukce 40 8 [us] 48