電子束曝光EBL培訓(xùn).ppt

1、微納研究中心超凈室系列講座,電子束曝光系統(tǒng)（EBL）,張亮亮 2011年10月14日,電子束曝光概述 電子束曝光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理 CABL9000C電子束曝光系統(tǒng)及關(guān)鍵參數(shù) 電子束曝光的工藝程序 電子束曝光的極限分辨率 多層刻蝕工藝,1.1 電子束曝光是什么？ 電子束曝光（electron beam lithography）指利用某些高分子聚合物對(duì)電子敏感而形成曝光圖形的，是光刻技術(shù)的延伸。,1.電子束曝光概述,紫外光,普通光刻,電子束曝光,電子束,光刻技術(shù)的精度受到光子在波長(zhǎng)尺度上的散射影響。使用的光波長(zhǎng)越短，光刻能夠達(dá)到的精度越高。 紫外光波長(zhǎng):常用200400nm之間 根據(jù)德布羅意的物質(zhì)

2、波理論，電子是一種波長(zhǎng)極短的波（加速電壓為50kV，波長(zhǎng)為0.0053nm）。這樣，電子束曝光的精度可以達(dá)到納米量級(jí)，從而為制作納米結(jié)構(gòu)提供了很有用的工具。,1.2 電子束曝光有什么用？ 電子束曝光能夠在抗蝕劑上寫出納米級(jí)的圖形，利用最高級(jí)的電子束曝光設(shè)備和特殊顯影工藝，能夠?qū)懗?0nm以下的精細(xì)結(jié)構(gòu)。 納米器件的微結(jié)構(gòu) 集成光學(xué)器件，如光柵，光子晶體 NEMS結(jié)構(gòu) 小尺寸光刻掩模板,離子泵,離子泵,限制膜孔,電子探測(cè)器,工作臺(tái),分子泵,場(chǎng)發(fā)射電子槍,電子槍準(zhǔn)直系統(tǒng),電磁透鏡,消像散器,偏轉(zhuǎn)器,樣品交換室,機(jī)械泵,物鏡,2.電子束曝光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,電子槍,場(chǎng)發(fā)射電極 ZrO/W 電場(chǎng)強(qiáng)度:

3、108N/C,鎢絲2700K,六硼化鑭1800K,0.5um,電子束曝光的電子能量通常在10100keV,2.1 電子束曝光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),電子槍準(zhǔn)直系統(tǒng),整個(gè)電子光柱由各部分電子光學(xué)元件組裝起來，裝配高度達(dá)1m左右。任何微小的加工或裝配誤差都可能導(dǎo)致電子槍的陰極尖端與最后一級(jí)的透鏡膜孔不在同一軸線上。因此需要裝一個(gè)準(zhǔn)直系統(tǒng)，必要時(shí)對(duì)電子槍發(fā)出的電子束進(jìn)行較直。,它與光學(xué)聚光透鏡的原理相同，能夠聚焦電子束的束徑，使電子最大限度的到達(dá)曝光表面,電磁透鏡,消像散器,由于加工誤差，電磁透鏡的x、y方向的聚焦不一致，造成電子束斑橢圓化。 消像散器由多級(jí)透鏡組成，能從不同方向?qū)﹄娮邮M(jìn)行校正,偏轉(zhuǎn)器用來實(shí)現(xiàn)

4、電子束的偏轉(zhuǎn)掃描。,偏轉(zhuǎn)器,物鏡,將電子束進(jìn)一步聚焦縮小，形成最后到達(dá)曝光表面的電子束斑。 除以上部分外，電子束曝光系統(tǒng)還包括束流檢測(cè)系統(tǒng)、反射電子檢測(cè)系統(tǒng)、工作臺(tái)、真空系統(tǒng)、圖形發(fā)生器等。,最小束直徑：直接影響電子束直寫的最小線寬。 加速電壓：一般10100keV，電壓越高，分辨率越高，鄰近效應(yīng)越小，同時(shí)可曝光較厚的抗蝕劑層。 電子束流：束流大，曝光速度快，但是束斑尺寸大，分辨率低。,3.CABL9000C電子束曝光系統(tǒng)及關(guān)鍵參數(shù),日本CRESTEC 公司生產(chǎn)的CABL9000C,2nm，最小尺寸20nm,30keV,常用：25100pA,掃描場(chǎng)大?。簰呙鑸?chǎng)大，大部分圖形可在場(chǎng)內(nèi)完成，可避免

5、多場(chǎng)拼接；掃描場(chǎng)小，精度高。 拼接精度：圖像較大，需要多個(gè)場(chǎng)拼接。,60600um,2050nm,4.電子束曝光的工藝程序,4.1抗蝕劑工藝,PMMA優(yōu)點(diǎn)：分辨率高（10nm），對(duì)比度大，利于剝離技術(shù)，價(jià)格低 缺點(diǎn)：靈敏度較低，耐刻蝕能力差 HSQ ：負(fù)膠，極高的分辨率（10nm），鄰近效應(yīng)小，靈敏度很低 ZEP-520優(yōu)點(diǎn)：分辨率高（20nm），靈敏度較高，耐刻蝕 缺點(diǎn)：去膠較難,稀釋劑：ZEP-A（苯甲醚）,繪制曝光圖案 樣品傳入（樣品為導(dǎo)體或半導(dǎo)體） 選擇束電流 低倍聚焦 選定曝光位置 在Au顆粒處調(diào)整像散 高倍聚焦，調(diào)節(jié)wafer Z=0，激光定位 參數(shù)設(shè)定（位置、劑量、圖案數(shù)量等）

6、樣品曝光 樣品取出顯影（ZEP-N50，1min） 曝光圖案觀察,4.2電子束曝光工藝,電子束入射到抗蝕劑后，與抗蝕劑材料中的原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生散射。,4.3電子束曝光中的鄰近效應(yīng),鄰近效應(yīng)：如果兩個(gè)圖形離得很近，散射的電子能量會(huì)延伸到相鄰的圖形中，使圖案發(fā)生畸變；單個(gè)圖形的邊界也會(huì)由于鄰近效應(yīng)而擴(kuò)展。,鄰近效應(yīng)的校正,劑量校正：由于電子束散射，同一圖形在同一劑量下曝光的能量分布式不同的，需要人為的改變曝光劑量。 將圖形進(jìn)行幾何分割，計(jì)算每一部分能量的分布（每一點(diǎn)能量的分布符合雙高斯函數(shù)），按照不同的區(qū)域分配曝光劑量。 缺點(diǎn)：計(jì)算復(fù)雜，需要CAPROX等專業(yè)軟件； 計(jì)算假設(shè)每一圖形內(nèi)部劑量一致

7、，誤差存在,圖形尺寸校正：通過改變尺寸來補(bǔ)償電子散射造成的曝光圖形畸變。,鄰近效應(yīng)的校正,缺點(diǎn)：校正的動(dòng)態(tài)范圍小,1）穩(wěn)定的工作環(huán)境：溫度變化范圍0.2，振動(dòng)2um以下，磁場(chǎng)變化在0.2uT以下。 2）高的電子束能量：高能量電子束產(chǎn)生的電子散射小，色差與空間電荷效應(yīng)抵消，且有利于曝光厚的抗蝕劑層。高檔次的電子束曝光機(jī)一般都在100keV。 3）低束流：低束流可以減小空間電荷誤差，有利于獲得更小的束斑。束流低會(huì)增加曝光時(shí)間，會(huì)使聚焦標(biāo)記成像亮度降低，使對(duì)焦困難。 4）小掃描場(chǎng)：電子束曝光系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)相差與掃描場(chǎng)大小有關(guān)，高分辨率應(yīng)盡量使用小掃描場(chǎng)。,5. 電子束曝光的極限分辨率,電子束曝光100nm的微細(xì)圖形很容易制出，但是小于50nm的圖形卻不是輕易能夠?qū)崿F(xiàn)的。電子束的極限分辨率與多個(gè)因素有關(guān)：,5）低靈敏度抗蝕劑：20nm以下的電子束曝光全部使用低靈敏度的抗蝕劑，例如PMMA等。 6）薄抗蝕劑層：減小抗蝕劑層可以減小散射，降低臨近效應(yīng)。 7）低密度圖形：可以比較容易實(shí)現(xiàn)20nm的單一線條圖形，卻無法或很難實(shí)現(xiàn)20nm等間