電子束曝光系統(tǒng)ppt課件

1、微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1高分辨率電子束曝光系統(tǒng)高分辨率電子束曝光系統(tǒng)CABL 9000C微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro a

2、nd Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2電子束曝光概述電子束曝光概述電子束曝光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理電子束曝光系統(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工藝程序電子束曝光的極限分辨率電子束曝光的極限分辨率多層刻蝕工藝多層刻蝕工藝微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Techn

3、ology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室31.1 電子束曝光是什么？電子束曝光是什么？電子束曝光電子束曝光（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紫外光普通光刻普通光刻電子束曝光電子束曝光電子束電子束微米納

4、米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4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)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

5、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。微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室51.2 電子束曝光有什么用？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

6、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)小尺寸光刻掩模板微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室6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

7、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)與原理微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室7電子槍場(chǎng)發(fā)射電極 ZrO/W電場(chǎng)強(qiáng)度:108N/C 鎢絲2700K六硼化鑭1800K0.5um電子束曝光的電子

8、能量通常在10100keV2.1 電子束曝光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)電子束曝光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室8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(lái)，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

9、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。微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室9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

10、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)行校正微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室10偏轉(zhuǎn)器用來(lái)實(shí)現(xiàn)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

11、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。微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室11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

12、，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CABL9000C2nm，最小尺寸20nm30keV常用：25100pA微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS S

13、KLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室12掃描場(chǎng)大小：掃描場(chǎng)大，大部分圖形可在場(chǎng)內(nèi)完成，可避免多場(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。60600um2050nm微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)

14、工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室13生產(chǎn)公司生產(chǎn)公司美國(guó)美國(guó)Vistec日本日本Crestec型號(hào)型號(hào)VB300CABL9000C最大電子束能量最大電子束能量/keV10030掃描速度掃描速度/MHz501最小曝光圖案最小曝光圖案/nm1020掃描場(chǎng)尺寸掃描場(chǎng)尺寸164um1.2mm60um600um價(jià)格價(jià)格/USD69 Million1Million評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)商業(yè)用，性能高，價(jià)格高商業(yè)用，性能高，價(jià)格高電子束曝光與電鏡兩用，電子束曝光與電鏡兩用，價(jià)格低價(jià)格低微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Te

15、chnology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室144.電子束曝光的工藝程序微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSK

16、LMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室154.1抗蝕劑工藝PMMA優(yōu)點(diǎn)：分辨率高（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），對(duì)比度大，利于剝離技術(shù)，價(jià)格低 缺點(diǎn)：靈敏度較低，耐刻蝕能力差缺點(diǎn)：靈敏度較低，耐刻蝕能力差HSQ ：負(fù)膠，極高的分辨率（：負(fù)膠，極高的分辨率（10nm），鄰近效應(yīng)小，靈敏度很低），鄰近效應(yīng)小，靈敏度很低ZEP-520優(yōu)點(diǎn)：分辨率高（優(yōu)點(diǎn)：分辨率高（20nm），靈敏度較高，耐刻蝕），靈敏度較高，耐刻蝕 缺點(diǎn)：去膠較難缺點(diǎn)：去膠較難稀釋劑：稀釋劑：ZEP-A（苯甲醚）（苯甲醚）微米納米研究中心微米納米研究中心 M

17、icro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室16繪制曝光圖案繪制曝光圖案樣品傳入（樣品為導(dǎo)體或半導(dǎo)體）樣品傳入（樣品為導(dǎo)體或半導(dǎo)體）選擇束電流選擇束電流低倍聚焦低倍聚焦選定曝光位置選定曝光位置在在Au顆粒處調(diào)整像散顆粒處調(diào)整像散高倍聚焦，調(diào)節(jié)高倍聚焦，調(diào)節(jié)wafer Z=0，激

18、光定位，激光定位參數(shù)設(shè)定（位置、劑量、圖案數(shù)量等）參數(shù)設(shè)定（位置、劑量、圖案數(shù)量等）樣品曝光樣品曝光樣品取出顯影（樣品取出顯影（ZEP-N50，1min）曝光圖案觀察曝光圖案觀察4.2電子束曝光工藝微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

19、17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)微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室18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

20、的邊界也會(huì)由于鄰近效應(yīng)而擴(kuò)展。微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室19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。光的能量

21、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。曝光劑量。缺點(diǎn)：計(jì)算復(fù)雜，需要缺點(diǎn)：計(jì)算復(fù)雜，需要CAPROX等專業(yè)軟件；等專業(yè)軟件； 計(jì)算假設(shè)每一圖形內(nèi)部劑量一致，誤差存在計(jì)算假設(shè)每一圖形內(nèi)部劑量一致，誤差存在微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Cent

22、er STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室20圖形尺寸校正：通過(guò)改變尺寸來(lái)補(bǔ)償電子散射造成的曝光圖形畸變。圖形尺寸校正：通過(guò)改變尺寸來(lái)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)范圍小缺點(diǎn)：校正的動(dòng)態(tài)范圍小微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE

23、 KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室211）穩(wěn)定的工作環(huán)境）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：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)）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電子束曝光100nm的微細(xì)圖形很容易制出，但是小于的微細(xì)圖形很容易制出，但是小于50nm的圖形卻不是輕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)：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)：微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORA