Litografía por haz de electrones

La litografía por haz de electrones (a menudo abreviada como litografía por haz de electrones , EBL ) es la práctica de escanear un haz de electrones enfocado para dibujar formas personalizadas en una superficie cubierta con una película sensible a los electrones llamada resist (exposición). ^[1] El haz de electrones cambia la solubilidad del resist, permitiendo la eliminación selectiva de las regiones expuestas o no expuestas del resist al sumergirlo en un solvente (revelado). El propósito, al igual que con la fotolitografía , es crear estructuras muy pequeñas en la capa protectora que posteriormente se puedan transferir al material del sustrato, a menudo mediante grabado.

La principal ventaja de la litografía por haz de electrones es que puede dibujar patrones personalizados (escritura directa) con una resolución inferior a 10 nm . Esta forma de litografía sin máscara tiene alta resolución y bajo rendimiento, lo que limita su uso a la fabricación de fotomáscaras , la producción de bajo volumen de dispositivos semiconductores y la investigación y el desarrollo .

Los sistemas de litografía por haz de electrones utilizados en aplicaciones comerciales son sistemas de escritura por haz electrónico dedicados que son muy costosos (> 1 millón de dólares estadounidenses). Para aplicaciones de investigación, es muy común convertir un microscopio electrónico en un sistema de litografía por haz de electrones utilizando accesorios de costo relativamente bajo (<US $ 100K). Estos sistemas convertidos han producido anchos de línea de ~ 20 nm desde al menos 1990, mientras que los sistemas dedicados actuales han producido anchos de línea del orden de 10 nm o menos.

Los sistemas de litografía por haz de electrones se pueden clasificar según la forma del haz y la estrategia de deflexión del haz. Los sistemas más antiguos usaban vigas en forma de Gauss y las escaneaban de forma ráster. Los sistemas más nuevos utilizan haces con forma, que pueden desviarse a varias posiciones en el campo de escritura (esto también se conoce como exploración vectorial ).

Los sistemas de menor resolución pueden utilizar fuentes termoiónicas , que normalmente se forman a partir de hexaboruro de lantano . Sin embargo, los sistemas con requisitos de mayor resolución necesitan utilizar fuentes de emisión de electrones de campo , como W / ZrO ₂ calentado para una menor dispersión de energía y un brillo mejorado. Se prefieren las fuentes de emisión de campo térmico a las fuentes de emisión fría, a pesar del tamaño de haz ligeramente mayor de la primera, porque ofrecen una mejor estabilidad en comparación con los tiempos de escritura típicos de varias horas.

Se pueden utilizar lentes tanto electroestáticas como magnéticas. Sin embargo, las lentes electrostáticas tienen más aberraciones y, por lo tanto, no se utilizan para enfocar con precisión. Actualmente hay ^{[ ¿cuándo? ]} no hay mecanismo para fabricar lentes acromáticas de haz de electrones, por lo que se necesitan dispersiones extremadamente estrechas de la energía del haz de electrones para un enfoque más fino. ^{[ cita requerida ] [ necesita actualización ]}

Un ejemplo de configuración de litografía por haz de electrones

Costuras de campo. La costura es una preocupación para las características críticas que cruzan un límite de campo (línea punteada roja).

Trayectorias de electrones en resistir: Un electrón incidente (rojo) produce electrones secundarios (azul). A veces, el electrón incidente puede ser retrodispersado como se muestra aquí y dejar la superficie de la resistencia (ámbar).

Migración de electrones de baja energía. La distancia (r) recorrida por un electrón de baja energía afecta la resolución y puede ser de al menos varios nanómetros.

Litografía de sonda de barrido. Se puede utilizar una sonda de barrido para la litografía por haz de electrones de baja energía, que ofrece una resolución inferior a 100 nm, determinada por la dosis de electrones de baja energía.