电子束曝光技术课程1

正抗蚀剂：入射粒子将聚合物链打断
正抗蚀剂：入射粒子将聚合物链打断，曝光的 区域变得更容易溶解，显影完毕后，曝光图形 阴影部分的胶都溶解了。
正抗蚀剂
负抗蚀剂：入射粒子将聚合物链接起来
负抗蚀剂：入射粒子将聚合物链接起来，曝光 的区域变得更不容易溶解，显影完毕后，曝光 图形阴影以外部分的胶都溶解了。
• 按扫描方式分
光栅扫描电子束曝光系统 矢量扫描电子束曝光系统
电子束曝光系统的重要指标
• 最小束直径 • 加速电压 • 电子束流 • 扫描速度 • 扫描场大小 • 工作台移动精度 • 套准精度 • 场拼接精度
MEBES4700S
ETEC MEBES4700S 光栅扫描电子束曝光系统。主要用于0.35μm、
工作方式1 －高斯束、矢量扫描、固定工作台
工作方式2
－高斯束、光栅扫描、移动工作台
工作方式3
－成形束、矢量扫描
4. 电子散射与邻近效应
电子散射
前散射
背散射
Forward scattering Back scattering
入射电子束
在抗蚀剂中被展 宽
与入射电子能 量有关
电子在抗蚀剂 和基底材料界面 形成反射
2. 剂量校正
图形分割和剂量分配一般要靠专用的邻近效应校正软件完成。 如Sigma-C公司的邻近效应软件Caprox。
3. Write on membranes
很好的克服了电子束在 衬底上背散射的问题 结合X-ray曝光可获得高 分辨率图形
5. 电子束光刻的流程
6. 电子束曝光技术的应用
电子束曝光： 高分辨力;
Electron Beam Lithography 电子束光刻 ——基本理论
张志勇 zyzhang@pku.edu.cn
62755827
曝光技术分类
• 传统光学曝光技术 • 电子束曝光技术 • 离子束曝光技术 • X射线曝光技术 • 极紫外曝光技术 • 纳米压印术
Conclusion on Lithography techniques
控制简单方便， 无掩模直写；
纳米尺度的器件制造
直写Wafer 制作Mask
器件尺寸缩小
电路集成度提高 光刻分辨率提高
高精度掩模制备的主要手段。 当今大部分高精度掩模都是 用电子束曝光完成。
m m
利用某些高分子聚合物对电子束敏感形成曝光图形
光学曝光分辨率受光波长的限制
G线
I线
DUV
EUV
436nm
365nm
248,193nm
电子波长
e

1.226 V
nm
分辨率限制：主要来自电子散射
与电子能量有关 100eV电子， 波长0.12nm
电子束直写 ——分辨率高、不需要Mask 、曝光效率低
负抗蚀剂
化学放大抗蚀剂
优势：高灵敏度、高分辨率和对比度， 抗干法刻蚀能力强
缺点：对后烘条件要求苛刻，正抗蚀剂 的表面易受空气中的化学物质污染。
对电子束敏感的聚合物
抗蚀剂的重要参数
• 灵敏度 • 对比度 • 分辨率 • 抗刻蚀比 • 曝光宽容度 • 工艺宽容度 • 黏度、热流动性、膨胀效应
灵敏度和对比度
7英寸及其以下IC生产线的掩模版制造。曝光极限分辨力
360nm线宽，有面向90nm主流技术掩模制造领域进军的潜力。
几种商用电子束曝光系统对比
基于SEM改造两台，Raith150一台
2. 电子束抗蚀剂
大多数的抗蚀剂曝光只 需要几个eV能量的电子 对电子束敏感的聚合物
对抗蚀剂起曝光作用的 是二次电子
与电子能量、 基底材料有关
电子散射能量沉积分布
, essentially depends on the resist and the voltage
, depends on the voltage and the substrate
电子散射引起的邻近效应
1. 内部临近效应 Inter-proximity
Baidu Nhomakorabea
1. 电子束曝光机 2. 电子束抗蚀剂 3. 电子束曝光方式 4. 电子散射和邻近效应 5. 电子束光刻流程 6. 电子束曝光技术应用
1. 电子束曝光机
电子枪
束闸
电子透镜
电子偏转器
真空系统 温控系统
计算机 激光工件台系统
电子束曝光系统分类
• 按工作方式分
直接曝光 投影式曝光
• 按电子束形状分
高斯圆形束电子束曝光系统 成形束电子束曝光系统（固定、可变）
2. 相互临近效应 Intra-proximity
照片来源：LPN
怎样对抗邻近效应
1. 几何尺寸校正
a11Q1 a12Q2 L a1N QN A1
a21Q1 a22Q2 L a2N QN A2
M
M
MM
aN1Q1 aN 2Q2 L aNN QN AN
高对比度
• 侧壁更陡 • 工艺宽容度更大 • 分辨率更高（不一定总是） • 对临近效应更不敏感
抗蚀剂的分辨率
抗蚀剂的厚度
PMMA抗蚀剂－多丙稀酸脂聚合物
高分辨率
高对比度
低灵敏度
灵敏度随着相对分子质量减小而增加
灵敏度随着显影液中MIBK（MIBK:IPA）的比 例增加而增加
可以用深紫外或者X射线曝光
抗刻蚀性能差！
兼有高分辨率、高对比度和高灵敏度， 抗刻蚀能力也很强
综合实力强！
多层抗蚀剂工艺
3. 电子束曝光方式
Scan Techniques for E-beam Lithography
1. 工件台移动和曝光写场
电子束偏转范围受限
工件台移动切换曝光写场 (field)
曝光图形被分成许多个小区域 (field)
2. 矢量扫描&光栅扫描
矢量扫描 Vector scan
——只在曝光图形部分扫描
分辨率高、速度慢
光栅扫描 Raster scan
——对整个曝光场扫描，束闸（beam blanking）只在图形部分打开
速度快、分辨率较低
3. 高斯圆电子束Vs.成形电子束
曝光次数：90：
高斯圆束
10：
2
固定成形束 可变成形束