Способ получения рисунка - RU2129294C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к технологии создания рисунков с помощью заряженных частиц и может быть использовано при изготовлении различных электронных приборов, запоминающих устройств и т.д., имеющих сложные структуры, состоящие из множества сверхмалых элементов.

Известен способ формирования рисунка на подложке из радиационно-чувствительного материала с использованием пучка заряженных частиц (см. описание к патенту США N 5376505, НКИ 430-296, МКИ G 03 F 9/00, 1994 /1/), Способ предусматривает облучение подложки через маску, несущую рисунок-оригинал. При этом пучок, которым облучают маску путем сканирования ее отдельных частей, образован заряженными частицами (электронами или ионами), которые движутся по различным траекториям в пределах некоторого пространственного угла и попадают на поверхность подложки также под различными углами. Этим обусловлен один из недостатков известного способа - невысокая разрешающая способность. Кроме того, рисунок формируется путем последовательного сканирования отдельных участков маски (оригинал-шаблона), что снижает производительность способа и также влечет снижение разрешающей способности за счет возникновения сферических и хроматических аберраций.

Известен способ получения рисунка, включающий освещение маски путем сканирования пучком заряженных частиц (ионов или электронов) и последующее фокусирование пучка на подложке с помощью проекционной линзовой системы (см. описание к патенту США N 5382498, НКИ 430-296, МКИ G 03 F 9/00, 1995 /2/). Недостатком данного способа, как и упомянутого выше, является малая разрешающая способность, обусловленная наличием аберраций, и малая производительность, поскольку рисунок переносится на подложку по частям.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является способ получения изображения на радиационно-чувствительной подложке путем одноразовой экспозиции (см. описание к патенту США N 5561008, НКИ 430-4, МКИ G 03 F 9/00, 1996 /3/). Известный способ включает пропускание пучка заряженных частиц через маску (шаблон) и его последующую фокусировку на облучаемую поверхность.

Недостатком известного способа является малая разрешающая способность, не позволяющая получать единичные элементы рисунка с размерами порядка нескольких нанометров, что обусловлено наличием аберраций, вызванных большой расходимостью и большой дисперсией по энергиям первичного пучка.

Заявляемый в качестве изобретения способ получения рисунка направлен на повышение разрешающей способности, позволяющей получать единичные элементы изображения с геометрическими размерами порядка нескольких нанометров.

Указанный результат достигается тем, что способ получения рисунка включает пропускание пучка заряженных частиц через маску и его последующую фокусировку на облучаемую поверхность, при этом направляемый на маску пучок формируют с расходимостью 5•10^-2 - 10^-4 рад и дисперсией заряженных частиц в пучке 0,1 - 5 эВ.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:
- формирование направляемого на маску пучка заряженных частиц с расходимостью 5•10^-2 - 10^-4 рад;
- формирование направляемого на маску пучка заряженных частиц с дисперсией по энергии 0,1 - 5 эВ.

Формирование пучка заряженных частиц, направляемого на маску с расходимостью 5•10^-2 - 10^-4 рад позволяет существенно уменьшить сферическую аберрацию при проецировании изображения маски на облучаемую поверхность оптической системой и тем самым повысить достигаемое разрешение формируемого рисунка. При этом, как установлено экспериментально, если расходимость пучка частиц будет больше, чем 5•10^-2 рад, то сферическая аберрация не уменьшается до такой степени, чтобы получать изображения элементов структуры с размерами несколько нанометров, т.е. это приводит к снижению разрешающей способности и искажению элементов структуры рисунка, сужающих область его применения или исключающих его практическое использование. Снижение расходимости пучка до значений, меньших 10^-4 рад, приводит к существенному снижению плотности потока заряженных частиц, что в свою очередь будет требовать больших времен экспозиции при незначительном увеличении разрешающей способности, что становится экономически неоправданным при серийном производстве.

Формирование направляемого на маску пучка заряженных частиц с дисперсией по энергии 0,1 - 5 эВ, как показали проведенные опыты, позволяет снизить хроматическую аберрацию при проецировании изображения маски на облучаемой поверхности оптической системой и тем самым повысить достигаемое разрешение элементов структуры создаваемого рисунка. При этом уменьшение дисперсии до значений меньше 0,1 эВ экономически не оправдано, т.к. дальнейшего заметного увеличения разрешающей способности не происходит. Если же дисперсия будет превышать 5 эВ, то возникающая хроматическая аберрация снизит разрешающую способность и не даст возможности получить рисунок с разрешением в несколько нанометров.

Сущность заявляемого способа поясняется чертежом, на котором условно показана принципиальная схема способа, и примерами его реализации.

На чертеже условно показаны:
1 - источник заряженных частиц - электронов или ионов;
2 - электромагнитная или электростатическая система линз, формирующая пучок с заданной расходимостью;
3 - маска с изображением рисунка, который необходимо перенести на облучаемую поверхность;
4 - электромагнитная или электростатическая фокусирующая система линз, уменьшающая изображение, нанесенное на маске;
5 - подложка, на которую фокусируется изображение маски и формируется рисунок.

Пример 1. В общем случае способ реализуется следующим образом. В камере технологической установки на подложкодержателе устанавливается подложка 5, на которую необходимо нанести рисунок, покрытая соответствующим радиационно-чувствительным материалом, который может быть выбран из числа известных. Камера вакуумируется до необходимого разрежения, отвечающего оптимальному режиму работы установки. Затем включается источник заряженных частиц 1 - ионный или электронный. В качестве источника ионов может быть использован любой из числа известных - термоионный, газоразрядный, поверхностно-плазменный, фотодесорбционный и т.п. В качестве источника электронов может быть использована любая из известных конструкций электронных пушек. С помощью электронной (ионной) линзы (или системы линз) 2 формируется пучок заряженных частиц с необходимой расходимостью. Заданное значение энергий частиц и их дисперсия по энергиям устанавливается вариацией режимов работы источника заряженных частиц. Сформированный таким образом пучок направляется на маску 3 с изображением рисунка-оригинала, который нужно воспроизвести на подложке 5. Прошедший сквозь маску пучок приобретает пространственную модуляцию по интенсивности и несет информацию о всем рисунке. Затем он фокусируется на подложке 5 с помощью электронной (ионной) линзы 4, где и фиксируется известным образом. В результате на подложке получается уменьшенное изображение рисунка с маски с высокой разрешающей способностью.

Пример 2. В вакуумной камере в обойме подложкодержателя размещается одна или несколько подложек из кремния с размерами 5х5х0,4 мм, на которые нанесен слой радиационно-чувствительного материала толщиной 10 нм. В качестве такого материала может быть использован гидрид лантана или нитрид галлия. На пути электронного пучка устанавливается маска с рисунком-оригиналом. При проведении экспериментов в качестве маски использовалась пластина из кремния толщиной 0,4 мм и размерами 50х50 мм с изготовленной в ней регулярной структурой в виде рядов круглых отверстий диаметром 100 нм и линий шириной 100 нм и длиной 3 мм и расстоянием между элементами 1000 нм. Вакуумная камера откачивалась сначала форвакуумным и турбомолекулярным насосом, а затем ионным до давления 10^-9 торр. В качестве источника электронов использовалась электронная пушка с термокатодом из вольфрама. После откачки включалась электронная пушка и устанавливался ее рабочий режим, обеспечивающий требуемую дисперсию электронов по энергии. В этот период перед маской на пути электронного пучка устанавливалась заслонка, поглощающая пучок электронов. После выхода электронной пушки на рабочий режим с помощью подложкодержателя подложка устанавливается в проекционную позицию, заслонка открывается и осуществляется экспозиция, в результате которой уменьшенное изображение рисунка маски воспроизводится на подложке. В результате взаимодействия пучка электронов радиационно-чувствительный материал разлагается на металлическую и газообразную составляющие (см. описание к патенту США N 5459098, МКИ H 01 L 21/306, НКИ 437-173, 1995 /4/). Газообразная составляющая удаляется, а металлическая остается на подложке, образуя рисунок. Эксперименты по описанной процедуре осуществлялись с вариациями параметров электронного пучка. Результаты для удобства их восприятия сведены в таблицу 1.

Пример 3. Способ осуществлялся по общей схеме, описанной в примерах 1 и 2, только с тем отличием, что в качестве источника заряженных частиц использовался источник протонов, обеспечивающий генерацию ионов водорода с энергиями порядка 1 кэВ. В этом случае, в качестве радиационно-чувствительного слоя на подложке использовался гидрид иттербия толщиной 10 нм. Маска использовалась та же, что и в примере 2. Результаты экспериментов приведены в таблице 2.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет получать рисунки на радиационно-чувствительных материалах с высокой степенью разрешения.

Реферат

Изобретение относится к технологии создания рисунков с помощью заряженных частиц и может быть использовано при изготовлении различных электронных приборов, запоминающих устройств и т.д., имеющих сложные структуры, состоящие из множества сверхмалых элементов. Способ получения рисунка включает в себя пропускание пучка заряженных частиц через маску и его последующую фокусировку на облучаемую поверхность, при этом пучок, направляемый на маску, формируют с расходимостью 5•10^-2 - 10^-4рад и дисперсией заряженных частиц по энергиям в пучке 0,1-5 эВ. Изобретение позволяет повысить разрешающую способность и получать единичные элементы изображения с геометрическими размерами порядка нескольких нанометров. 1 ил., 2 табл.

Формула