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关于用电子束替代EUV光刻的思考

已有 840 次阅读 2023-10-7 05:32 |个人分类:科技畅想|系统分类:科研笔记

之所提出提出这个问题首先是EUV光源技术难度太高,成本也很高。而电子束已经有精细电子束扫描制版的技术积累和丰富经验。有可能迅速成功。再者如果我们眼光放远一点,就可以看到紫外光刻有可能已经接近尽头。虽然可以有波长更短的光源,如果采用自由电子激光的话。但是更短波长意味着更高的光子能量。1纳米的紫外线光子能量接近200eV。其光电子肯定会使感光胶感光从而使分辨率恶化。因此电子束可能是冲刺1nm或更小一些的物理极限的更好手段。

电子束曝光的一个必须解决的问题是没有对电子束透明的基片。而迄今为止光刻掩膜都是附着在透明的基片载体上。这个问题可以这样解决。首先在一个可选择腐蚀的基片上制作掩膜,大小为一个“场”(field)比如一个超大型集成电路,或者一个较小的集成电路的阵列。例如面积为3*2.2mm。然后在“场”外用3D打印增厚至200微米。然后再把这个增厚的表面镶嵌到一个更厚实的开口载体上。这时就可以把原来的基片腐蚀掉。然后在掩膜的新腐蚀出这一面用3D打印在“场” 外生成一个数纳米的边框。目的是在接触曝光时减轻对掩膜的损伤。

需注意的是如果掩膜过于复杂需要加筋。这时需要两次曝光(不是两次光刻)第二次曝光是针对筋遮断的部分。大约布线的掩膜一定需要加筋。

大面积电子束,也是一个新领域。迄今为止我们都是在追求尽可能小的光斑。电子束制版的束流面积小至两纳米。我认为大面积曝光对电子束的要求是容易达到的。首先对能量的分散要求不高。可以使用热阴极。一个场 的曝光肯定没有问题。多场曝光也是可能的。主要要求是大面积上 束流均匀,与光轴的平行性较好。

至于电子束能量与分辨率的关系,应当有电子束扫描的经验可供借鉴。从理论上考虑在一百到两百eV可能有一个最佳值。就是二次电子很少而且其能量不足以让感光胶感光,而电子的散射又比低能时小。这需要通过实验来获取。如果使用氧化物热阴极,使用磁透镜,有可能大面积曝光。另一方面,高能电子束(KeV级)也可能有较高的分辨率。但是效率过低。而且对芯片可能有辐射伤害。也许可以用热处理消除之。

总之,电子束面曝光的关键在于掩膜。








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