एक्स-रे लिथोग्राफी

एक्स-रे लिथोग्राफी अर्धचालक उपकरण निर्माण उद्योग में उपयोग की जाने वाली एक प्रक्रिया है जो photoresist  की एक पतली फिल्म के कुछ हिस्सों को चुनिंदा रूप से हटाती है। यह एक्स-रे का उपयोग एक ज्यामितीय पैटर्न को एक मुखौटा से प्रकाश-संवेदनशील रासायनिक फोटोरेसिस्ट में स्थानांतरित करने के लिए करता है, या सब्सट्रेट पर एक सुविधा के अत्यंत सेमीकंडक्टर डिवाइस निर्माण तक पहुंचने के लिए विरोध करता है। रासायनिक उपचारों की एक श्रृंखला फिर उत्पादित पैटर्न को फोटोरेसिस्ट के नीचे की सामग्री में उकेर देती है।

सामग्री की निषेधात्मक रूप से उच्च लागत (जैसे कि एक्स-रे ब्लॉकिंग के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला सोना) आदि के कारण इसका आमतौर पर व्यावसायिक उत्पादन में कम उपयोग किया जाता है।

तंत्र
अगली पीढ़ी की लिथोग्राफी अर्धचालक  उद्योग के लिए अगली पीढ़ी के लिथोग्राफी के उम्मीदवार के रूप में उत्पन्न हुई, माइक्रोप्रोसेसरों के बैचों के साथ सफलतापूर्वक उत्पादित। छोटी तरंग दैर्ध्य (1 एनएम से नीचे) होने के कारण, एक्स-रे ऑप्टिकल लिथोग्राफी की विवर्तन सीमा को पार कर जाती हैं, जिससे छोटे सेमीकंडक्टर डिवाइस निर्माण#फ़ीचर आकार की अनुमति मिलती है। यदि एक्स-रे स्रोत को संमिलित नहीं किया जाता है, जैसा कि सिंक्रोट्रॉन विकिरण के साथ होता है, प्रकाशिकी में उपयोग किए जाने वाले अपवर्तन लेंस के स्थान पर प्राथमिक  collimation  या विवर्तन लेंस का उपयोग किया जाता है। एक्स-रे प्रतिरोध-लेपित वेफर के निकट रखे मास्क को रोशन करते हैं। एक्स-रे ब्रॉडबैंड हैं, आमतौर पर एक कॉम्पैक्ट सिंक्रोट्रॉन विकिरण स्रोत से, जो तेजी से जोखिम की अनुमति देता है। डीप एक्स-रे लिथोग्राफी (डीएक्सआरएल) के क्रम में अभी तक कम तरंग दैर्ध्य का उपयोग करता है 0.1 nm और संशोधित प्रक्रियाएं जैसे कि LIGA प्रक्रिया, गहरी और यहां तक ​​कि त्रि-आयामी संरचनाओं को बनाने के लिए।

मुखौटा में एक्स-रे अवशोषक होता है, आमतौर पर सोने या टैंटलम या टंगस्टन के यौगिकों, एक झिल्ली पर जो एक्स-रे के लिए पारदर्शी होता है, आमतौर पर सिलिकन कार्बाइड  या हीरे का होता है। पारंपरिक अर्धचालक प्रक्रियाओं द्वारा विकसित प्रतिरोध पर प्रत्यक्ष-लेखन इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी द्वारा मास्क पर पैटर्न लिखा जाता है। ओवरले सटीकता के लिए झिल्ली को बढ़ाया जा सकता है।

अधिकांश एक्स-रे लिथोग्राफी प्रदर्शनों को इमेज फिडेलिटी (बिना आवर्धन के) के साथ फजी कंट्रास्ट की रेखा पर कॉपी करके प्रदर्शित किया गया है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। हालांकि, उच्च रिज़ॉल्यूशन की बढ़ती आवश्यकता के साथ, एक्स-रे लिथोग्राफी अब उस जगह पर की जाती है जिसे स्वीट स्पॉट कहा जाता है, बायस द्वारा स्थानीय डिमैग्निफिकेशन का उपयोग किया जाता है। सघन संरचनाएं अनुवाद के साथ बहु-एक्सपोज़र द्वारा विकसित की जाती हैं। 3x विमुद्रीकरण का उपयोग करने के लाभों में शामिल हैं, मास्क अधिक आसानी से गढ़ा जाता है, मास्क को वेफर गैप में बढ़ाया जाता है, और इसके विपरीत अधिक होता है। तकनीक सघन करने के लिए एक्स्टेंसिबल है 15 nm प्रिंट करता है।

चरम पराबैंगनी लिथोग्राफी और इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी के मामले में एक्स-रे द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्पन्न करते हैं। जबकि ठीक पैटर्न की परिभाषा मुख्य रूप से एक छोटी पथ लंबाई के साथ बरमा इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी से माध्यमिक के कारण होती है, प्राथमिक इलेक्ट्रॉन एक्स-रे एक्सपोजर की तुलना में बड़े क्षेत्र में प्रतिरोध को संवेदनशील बनाते हैं। हालांकि यह पैटर्न पिच रिज़ॉल्यूशन को प्रभावित नहीं करता है, जो तरंग दैर्ध्य और अंतराल द्वारा निर्धारित किया जाता है, छवि एक्सपोज़र कॉन्ट्रास्ट (अधिकतम-न्यूनतम)/(अधिकतम+मिनट) कम हो जाता है क्योंकि पिच प्राथमिक फोटो-इलेक्ट्रॉन रेंज के क्रम में है। फुटपाथ खुरदरापन और ढलान इन माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों से प्रभावित होते हैं क्योंकि वे एक्स-रे ऊर्जा के संपर्क के आधार पर अवशोषक के तहत क्षेत्र में कुछ माइक्रोमीटर यात्रा कर सकते हैं। के बारे में कई प्रिंट 30 nm प्रकाशित हो चुकी है।.

फोटोइलेक्ट्रॉन प्रभाव की एक और अभिव्यक्ति बेटी मास्क बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली मोटी सोने की फिल्मों से एक्स-रे उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों के संपर्क में है। सिमुलेशन सुझाव देते हैं कि सोने के सब्सट्रेट से फोटोइलेक्ट्रॉन पीढ़ी विघटन दर को प्रभावित कर सकती है।

फोटोइलेक्ट्रॉन, द्वितीयक इलेक्ट्रॉन और बरमा इलेक्ट्रॉन
माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों में 25 ईवी या उससे कम की ऊर्जा होती है, और किसी भी आयनकारी विकिरण (पराबैंगनी#उपप्रकार, ईयूवी, एक्स-रे, आयन और अन्य इलेक्ट्रॉन) द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है। बरमा इलेक्ट्रॉनों में सैकड़ों इलेक्ट्रॉनवोल्ट की ऊर्जा होती है। द्वितीयक (ऑगर और प्राथमिक फोटोइलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पन्न और अधिक संख्या में) प्रतिरोध जोखिम के लिए मुख्य एजेंट हैं।

फोटोइलेक्ट्रॉन प्राइमरी और ऑगर इलेक्ट्रॉनों की सापेक्ष श्रेणी उनकी संबंधित ऊर्जाओं पर निर्भर करती है। ये ऊर्जा आपतित विकिरण की ऊर्जा और प्रतिरोध की संरचना पर निर्भर करती हैं। इष्टतम चयन के लिए काफी जगह है (लेख का संदर्भ 3)। जब बरमा इलेक्ट्रॉनों में प्राथमिक फोटोइलेक्ट्रॉनों की तुलना में कम ऊर्जा होती है, तो उनकी रेंज कम होती है। दोनों सेकेंडरी के लिए क्षय होते हैं जो रासायनिक बंधों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। जब द्वितीयक ऊर्जाएँ बहुत कम होती हैं, तो वे रासायनिक बंधनों को तोड़ने में विफल हो जाती हैं और प्रिंट रिज़ॉल्यूशन को प्रभावित करना बंद कर देती हैं। प्रयोग साबित करते हैं कि संयुक्त सीमा 20 एनएम से कम है। दूसरी ओर, द्वितीयक ≈30 eV के नीचे एक अलग प्रवृत्ति का पालन करते हैं: ऊर्जा जितनी कम होती है, औसत मुक्त पथ उतना ही लंबा होता है, हालांकि वे प्रतिरोध विकास को प्रभावित करने में सक्षम नहीं होते हैं।

जैसा कि वे क्षय करते हैं, प्राथमिक फोटो-इलेक्ट्रॉन और ऑगर इलेक्ट्रॉन अंततः द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों से शारीरिक रूप से अप्रभेद्य (फर्मी-डिराक आंकड़ों के अनुसार) बन जाते हैं। निम्न-ऊर्जा माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों की सीमा कभी-कभी प्राथमिक फोटो-इलेक्ट्रॉनों या बरमा इलेक्ट्रॉनों की सीमा से बड़ी होती है। एक्स-रे लिथोग्राफी के लिए जो मायने रखता है वह इलेक्ट्रॉनों की प्रभावी श्रेणी है जिसमें नकारात्मक या सकारात्मक प्रतिरोधों में रासायनिक बंधन बनाने या तोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है।

लिथोग्राफिक इलेक्ट्रॉन रेंज
एक्स-रे चार्ज नहीं करते। द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों का अपेक्षाकृत बड़ा माध्य मुक्त पथ (~20 एनएम) नैनोमीटर पैमाने पर विभेदन नियंत्रण में बाधा डालता है। विशेष रूप से, इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी घटना इलेक्ट्रॉनों द्वारा नकारात्मक चार्ज से ग्रस्त है और परिणामी बीम फैलता है जो संकल्प को सीमित करता है। इसलिए सेकेंडरी की प्रभावी श्रेणी को अलग करना मुश्किल है जो 1 एनएम से कम हो सकती है।

संयुक्त इलेक्ट्रान माध्य मुक्त पथ के परिणामस्वरूप एक छवि धुंधला हो जाती है, जिसे आमतौर पर एक सामान्य वितरण (जहां σ = धुंधला) के रूप में तैयार किया जाता है, जो अपेक्षित छवि के साथ जुड़ा होता है। जैसे ही वांछित रिज़ॉल्यूशन ब्लर के पास पहुंचता है, खुराक की छवि घटना एक्स-रे की हवाई छवि की तुलना में व्यापक हो जाती है। धुंधलापन जो मायने रखता है वह अव्यक्त छवि है जो प्रतिरोध के संपर्क के दौरान बांड बनाने या तोड़ने का वर्णन करता है। विकसित छवि अव्यक्त छवि पर चयनित उच्च कंट्रास्ट विकास प्रक्रिया द्वारा निर्मित अंतिम राहत छवि है।

विभिन्न उद्धृत प्रकाशनों के अनुसार, प्राथमिक, बरमा, माध्यमिक और अल्ट्रालो ऊर्जा उच्च-क्रम पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनों की सीमा जो प्रिंट करती है (स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप अध्ययन साबित हुई) बड़ी (दसियों एनएम) या छोटी (एनएम) हो सकती है। क्योंकि यह सीमा एक निश्चित संख्या नहीं है, इसकी मात्रा निर्धारित करना कठिन है। लाइन किनारे खुरदरापन संबद्ध अनिश्चितता से बढ़ जाता है। लाइन एज खुरदरापन माना जाता है कि मूल रूप से सांख्यिकीय है और केवल अप्रत्यक्ष रूप से माध्य सीमा पर निर्भर है। आमतौर पर प्रचलित लिथोग्राफी स्थितियों के तहत, विभिन्न इलेक्ट्रॉन श्रेणियों को नियंत्रित और उपयोग किया जा सकता है।

चार्जिंग
एक्स-रे में कोई चार्ज नहीं होता है, लेकिन इसमें शामिल ऊर्जाओं पर, एक नमूने में आयनित प्रजातियों का बरमा क्षय विकिरण संबंधी क्षय से अधिक संभावित है। आयनीकरण क्षमता से अधिक उच्च-ऊर्जा विकिरण भी मुक्त इलेक्ट्रॉनों को उत्पन्न करता है जो कि चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉन बीम द्वारा उत्पादित की तुलना में नगण्य हैं। आयनीकरण के बाद नमूने को चार्ज करना एक अत्यंत कमजोर संभावना है जब यह गारंटी नहीं दी जा सकती है कि सतह छोड़ने वाले आयनित इलेक्ट्रॉन या नमूने में शेष समय में अन्य स्रोतों से पर्याप्त रूप से संतुलित होते हैं। आयनकारी विकिरण के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा हस्तांतरण अलग-अलग धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों के परिणामस्वरूप होता है जो आंशिक रूप से कूलम्ब बल की लंबी सीमा के कारण आंशिक रूप से पुनर्संयोजित होते हैं। इलेक्ट्रॉन-बीम विकिरण के तहत सकारात्मक या नकारात्मक क्षमता के लिए चार्ज करने के लिए गेट ऑक्साइड और प्रतिरोध जैसी इन्सुलेट फिल्मों को देखा गया है। इंसुलेटिंग फिल्मों को अंततः प्रतिरोध-वैक्यूम इंटरफेस क्षेत्र इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन उत्सर्जन पर स्पेस चार्ज (सतह में प्रवेश करने और बाहर निकलने वाले इलेक्ट्रॉनों) द्वारा स्थानीय रूप से बेअसर कर दिया जाता है। सब्सट्रेट से फाउलर-नोर्डहाइम इंजेक्शन। फिल्म में इलेक्ट्रॉनों की सीमा स्थानीय विद्युत क्षेत्र से प्रभावित हो सकती है। छेदों (सकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन रिक्तियों) की उपस्थिति से स्थिति जटिल हो जाती है, जो द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों के साथ उत्पन्न होती हैं, और जिनके चारों ओर उनका अनुसरण करने की उम्मीद की जा सकती है। जैसे-जैसे न्यूट्रलाइजेशन आगे बढ़ता है, कोई भी प्रारंभिक आवेश सांद्रता प्रभावी रूप से फैलने लगती है। न्यूट्रलाइजेशन पूरा होने के बाद फिल्म की अंतिम रासायनिक स्थिति तक पहुंच जाती है, आखिरकार सभी इलेक्ट्रॉनों की गति धीमी हो जाती है। आमतौर पर, एक्स-रे स्टेपर्स को छोड़कर, चार्जिंग को फ्लड गन द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है या मोटाई या चार्ज अपव्यय परत का विरोध किया जा सकता है।

यह भी देखें

 * फोटोलिथोग्राफी
 * एक्साइमर लेजर
 * चरम पराबैंगनी लिथोग्राफी
 * इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी
 * आयन बीम लिथोग्राफी

टिप्पणियाँ

 * 1)  Y. Vladimirsky, "Lithography" in Vacuum Ultraviolet Spectroscopy II Eds. J.A.Samson and D.L.Ederer, Ch 10 pp 205–223, Academic Press (1998).
 * 2) Antony Bourdillon and Yuli Vladimirsky, X-ray Lithography on the Sweet Spot, UHRL, San Jose, (2006) ISBN 978-0-9789839-0-1
 * 1) Antony Bourdillon and Yuli Vladimirsky, X-ray Lithography on the Sweet Spot, UHRL, San Jose, (2006) ISBN 978-0-9789839-0-1