現(xiàn)代光學(xué)導(dǎo)論第四次PPT課件

1、設(shè)計(jì)一款設(shè)計(jì)一款TEM-分辨率分辨率0.25nm，加速電壓，加速電壓200Kv 物鏡物鏡 電子槍電子槍 照明系統(tǒng)照明系統(tǒng) 成像系統(tǒng)成像系統(tǒng)類別鎢燈絲LaB6場發(fā)射槍逸出功（eV）4.52.44.5工作溫度(K)27001700300電流密度（A/m2）5x1041061010交叉斑直徑（m）50100.01能量散度(eV)31.50.3發(fā)射電流穩(wěn)定度(%/小時(shí))11000各種電子槍的性能對比各種電子槍的性能對比(100kV)kTeVj0源的優(yōu)化源的發(fā)射原理：熱電子發(fā)射，場致發(fā)射以及離子發(fā)射等源的發(fā)射原理：熱電子發(fā)射，場致發(fā)射以及離子發(fā)射等發(fā)射尖的詳細(xì)構(gòu)造尺寸，柵極或者吸極的構(gòu)造和電位，陽極發(fā)射

2、尖的詳細(xì)構(gòu)造尺寸，柵極或者吸極的構(gòu)造和電位，陽極的構(gòu)造和電位的構(gòu)造和電位源的參數(shù)：束能、交叉斑直徑、束流、亮度、束流密度源的參數(shù)：束能、交叉斑直徑、束流、亮度、束流密度優(yōu)化量：最優(yōu)柵極偏壓、柵極內(nèi)徑、陽極與柵極的間隔優(yōu)化量：最優(yōu)柵極偏壓、柵極內(nèi)徑、陽極與柵極的間隔3.1 照明系統(tǒng)實(shí)際分析照明系統(tǒng)實(shí)際分析電子顯微鏡光路原理圖電子顯微鏡光路原理圖電子槍交叉點(diǎn)試樣平面雜散電子單聚光鏡單聚光鏡 雙聚光鏡雙聚光鏡適宜鼓勵適宜鼓勵 雙聚光鏡雙聚光鏡 高鼓勵高鼓勵經(jīng)過調(diào)整聚光鏡的鼓勵，可以到達(dá)所需照明要求經(jīng)過調(diào)整聚光鏡的鼓勵，可以到達(dá)所需照明要求50微米束斑C1C25微米束斑 初象50微米束斑10微米束斑2

3、微米束斑亮很亮暗1.5微米束斑 TEM方式方式EDS方式方式NBD方式方式后方磁場C2光闌物鏡前方磁場試樣C1早期電鏡早期電鏡照明光路照明光路 現(xiàn)代電鏡現(xiàn)代電鏡照明光路照明光路 3.1 照明系統(tǒng)實(shí)際分析照明系統(tǒng)實(shí)際分析透鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)M為系統(tǒng)的放大倍數(shù)，為系統(tǒng)的放大倍數(shù)，do為源直徑，為源直徑， ， 是物方是物方束半角為系統(tǒng)球差彌散圓的直徑，束半角為系統(tǒng)球差彌散圓的直徑， 為系統(tǒng)色為系統(tǒng)色差彌散圓的直徑差彌散圓的直徑物鏡的設(shè)計(jì)直接決議了分辨率低球差系數(shù)和色差系數(shù)物鏡的設(shè)計(jì)直接決議了分辨率低球差系數(shù)和色差系數(shù)聚光鏡的設(shè)計(jì)滿足照明束斑直徑的要求聚光鏡的設(shè)計(jì)滿足照明束斑直徑的要求透鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)透鏡系統(tǒng)

4、的設(shè)計(jì)222()spotoscdMdddsd3oocdo單個(gè)透鏡極靴仿真第一聚光鏡極靴仿真第一聚光鏡軸上磁場分布仿真第二聚光鏡極靴仿真第二聚光鏡軸上磁場分布仿真磁通量密度(T)磁通量密度(T)Z軸(mm)Z軸(mm)3.2 照明系統(tǒng)軟件仿真照明系統(tǒng)軟件仿真單個(gè)透鏡磁路仿真第一聚光鏡磁路仿真第一聚光鏡軸上磁場分布仿真第二聚光鏡磁路仿真第二聚光鏡軸上磁場分布仿真磁通量密度(T)Z軸(mm)磁通量密度(T)Z軸(mm)線圈磁路極靴線圈磁路極靴3.2 照明系統(tǒng)軟件仿真照明系統(tǒng)軟件仿真束斑直徑SD（m）0.752.57.5線圈激勵（NI）20331090650激勵電流值（A）0.3660.1960.11

5、7第一聚光鏡仿真第一聚光鏡光路仿真第一聚光鏡軸上磁場仿真第一聚光鏡電子束軌跡仿真磁通量密度(T)Z軸(mm)Z軸(mm)R軸(mm)Z軸(mm)3.2 照明系統(tǒng)軟件仿真照明系統(tǒng)軟件仿真照明束班直徑SD（m）1.46205.327821.7869線圈激勵NI（A）118112191370激勵電流值（A）0.220.230.25第二聚光鏡仿真第二聚光鏡光路仿真第二聚光鏡軸上磁場仿真第二聚光鏡電子束軌跡仿真磁通量密度(T)Z軸(mm)R軸(mm)Z軸(mm)3.2 照明系統(tǒng)軟件仿真照明系統(tǒng)軟件仿真一體化仿真物鏡磁路仿真物鏡前場軸上磁場仿真TEM方式光路仿真TEM方式電子束軌跡仿真磁通量密度(T)Z軸

6、(mm)線圈磁路極靴R軸(mm)Z軸(mm)Z軸(mm)3.2 照明系統(tǒng)軟件仿真照明系統(tǒng)軟件仿真實(shí)踐軌跡圖X軸(mm)Z軸(mm)Z軸(mm)Y軸(mm)R軸(mm)虛源位置(物平面)第一聚光鏡第二聚光鏡物鏡樣品臺5287407633633.02照明束班直徑SD（m）1.5515第一聚光鏡激勵NI（A）20331094727激勵電流值（A）0.36630.19710.1310第二聚光鏡激勵NI（A）118312201312激勵電流值（A）0.21310.21980.2364像平面（mm）291.2 631 633301 631 633320 631 633系統(tǒng)倍率0.028200.105140

7、.30127各透鏡相對位置單位 mm仿真結(jié)果數(shù)據(jù)列表3.2 照明系統(tǒng)軟件仿真照明系統(tǒng)軟件仿真探求式仿真小聚光鏡鏡磁路仿真小聚光鏡軸上磁場仿真TEM方式光路仿真TEM方式電子束軌跡仿真照明束班直徑SD（nm）543第一聚光鏡激勵NI（A-t）1011.12871011.60661013.8271激勵電流值（A）0.1821850.1822710.182672第二聚光鏡激勵NI（A-t）2214.31052215.41022215.4102激勵電流值（A-t）0.3989030.3991010.399101小聚光鏡激勵NI（A-t）1764.33041759.75701755.8848激勵電流值（

8、A）0.9047850.9024390.900454磁通量密度(T)Z軸(mm)線圈磁路極靴磁通量密度(T)Z軸(mm)3.2 照明系統(tǒng)軟件仿真照明系統(tǒng)軟件仿真探求式仿真EDS方式光路仿真NBD方式光路仿真Z軸(mm)Z軸(mm)3.2 照明系統(tǒng)軟件仿真照明系統(tǒng)軟件仿真機(jī)械合軸機(jī)械合軸電子合軸電子合軸3.3 照明系統(tǒng)合軸調(diào)理照明系統(tǒng)合軸調(diào)理對中調(diào)理對中調(diào)理高度調(diào)理高度調(diào)理燈絲座構(gòu)造表示圖燈絲座構(gòu)造表示圖高度調(diào)理步驟表示圖高度調(diào)理步驟表示圖實(shí)踐電子槍實(shí)踐電子槍柵極柵極燈絲座燈絲座3.3 照明系統(tǒng)合軸調(diào)理照明系統(tǒng)合軸調(diào)理調(diào)理電子束調(diào)理電子束聚光鏡光聚光鏡光闌合軸闌合軸聚光鏡消聚光鏡消象散象散調(diào)理燈

9、絲像調(diào)理燈絲像3.3 照明系統(tǒng)合軸調(diào)理照明系統(tǒng)合軸調(diào)理燈絲高度過低時(shí)燈絲像燈絲高度過低時(shí)燈絲像 合軸后的燈絲像合軸后的燈絲像柵格樣品像柵格樣品像柵格樣品像柵格樣品像3.3 照明系統(tǒng)合軸調(diào)理照明系統(tǒng)合軸調(diào)理3.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)驗(yàn)平臺高放大倍率光斑高放大倍率光斑低放大倍率光斑低放大倍率光斑放大倍數(shù)光斑大小實(shí)踐鼓勵電流值標(biāo)定記錄實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法3.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證3.23.2成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試TEM 方式方式衍射方式衍射方式物鏡物鏡第一中間鏡第一中間鏡第二中間鏡第二中間鏡投影鏡投影鏡3.2.23.2.2成像系統(tǒng)仿真思緒：成像系統(tǒng)仿真思緒：3.2.3 3.2.3 物

10、鏡光學(xué)特性仿真：物鏡光學(xué)特性仿真：電子經(jīng)過物鏡后的運(yùn)動軌跡電子經(jīng)過物鏡后的運(yùn)動軌跡物鏡網(wǎng)格劃分物鏡網(wǎng)格劃分軸上場分布軸上場分布3.1.3 3.1.3 物鏡光學(xué)特性仿真：物鏡光學(xué)特性仿真：3.13.1成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試透鏡激勵透鏡中心主平面物方焦點(diǎn)焦距大小像平面放大倍率球差系數(shù)理論點(diǎn)分辨率11838.5565A-t633.02mm635.6405mm633.5206mm2.1199mm809.4948mm81.992.56mm1/43/40.66sC理論0.3nm3.13.1成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試3.1.4 3.1.4 投影鏡光學(xué)特性仿真：投影鏡光學(xué)特性仿真：磁透

11、鏡有限元網(wǎng)格劃分磁透鏡有限元網(wǎng)格劃分透鏡資料的磁性特性透鏡資料的磁性特性軟件仿真調(diào)整鼓勵大小軟件仿真調(diào)整鼓勵大小投影鏡的最大鼓勵投影鏡的最大鼓勵電子經(jīng)過投影鏡后的運(yùn)動軌跡電子經(jīng)過投影鏡后的運(yùn)動軌跡投影鏡網(wǎng)格劃分投影鏡網(wǎng)格劃分軸上場分布軸上場分布3.2.5 3.2.5 成像系一致體化仿真：成像系一致體化仿真：3.13.1成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試磁透鏡有限元網(wǎng)格劃分磁透鏡有限元網(wǎng)格劃分透鏡資料的磁性特性透鏡資料的磁性特性軟件仿真調(diào)整鼓勵大小軟件仿真調(diào)整鼓勵大小中間鏡的中間鏡的最大鼓勵最大鼓勵3.1.5 3.1.5 成像系一致體化：成像系一致體化：系統(tǒng)倍率的實(shí)現(xiàn)：系統(tǒng)倍率的實(shí)現(xiàn)：3.13

12、.1成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試3.1.6 3.1.6 仿真結(jié)果：仿真結(jié)果：3.2.6 3.2.6 仿真結(jié)果：仿真結(jié)果：三、課題研討內(nèi)容3.13.1成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試3.1.7 3.1.7 成像系統(tǒng)調(diào)試：成像系統(tǒng)調(diào)試：電壓電壓中心中心相機(jī)相機(jī)長度長度菲涅爾菲涅爾衍射環(huán)衍射環(huán)調(diào)試方法：調(diào)試方法：三、課題研討內(nèi)容3.13.1成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試3.1.7 3.1.7 成像系統(tǒng)調(diào)試：成像系統(tǒng)調(diào)試：調(diào)試結(jié)果：調(diào)試結(jié)果：3.13.1成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試3.1.13.1.1磁透鏡及磁透鏡及MunroMunro軟件簡介：軟件簡介：磁透鏡成像原理簡介：

13、磁透鏡成像原理簡介：三、課題研討內(nèi)容3.13.1成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試3.1.3 3.1.3 物鏡光學(xué)特性仿真：物鏡光學(xué)特性仿真：電子經(jīng)過物鏡后的運(yùn)動軌跡電子經(jīng)過物鏡后的運(yùn)動軌跡物鏡網(wǎng)格劃分物鏡網(wǎng)格劃分軸上場分布軸上場分布三、課題研討內(nèi)容3.13.1成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試3.1.4 3.1.4 投影鏡光學(xué)特性仿真：投影鏡光學(xué)特性仿真：磁透鏡有限元網(wǎng)格劃分磁透鏡有限元網(wǎng)格劃分透鏡資料的磁性特性透鏡資料的磁性特性軟件仿真調(diào)整鼓勵大小軟件仿真調(diào)整鼓勵大小投影鏡的最大鼓勵投影鏡的最大鼓勵電子經(jīng)過投影鏡后的運(yùn)動軌跡電子經(jīng)過投影鏡后的運(yùn)動軌跡投影鏡網(wǎng)格劃分投影鏡網(wǎng)格劃分軸上場分

14、布軸上場分布三、課題研討內(nèi)容3.13.1成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試3.1.5 3.1.5 成像系一致體化仿真：成像系一致體化仿真：三、課題研討內(nèi)容3.13.1成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試成像系統(tǒng)仿真與調(diào)試3.1.7 3.1.7 成像系統(tǒng)調(diào)試：成像系統(tǒng)調(diào)試：調(diào)試結(jié)果：調(diào)試結(jié)果：第四節(jié)第四節(jié) 電子束與物質(zhì)相互作用電子束與物質(zhì)相互作用散射截面散射截面電子受原子散射可分為彈性和非彈性散射電子受原子散射可分為彈性和非彈性散射電子遭到原子核和核外電子云勢場的散射，相當(dāng)電子遭到原子核和核外電子云勢場的散射，相當(dāng)于電子和整個(gè)原子碰撞。由于原子質(zhì)量遠(yuǎn)大于電于電子和整個(gè)原子碰撞。由于原子質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子質(zhì)量，電子散

15、射后只改動方向而不損失能量，子質(zhì)量，電子散射后只改動方向而不損失能量，這種散射稱為彈性散射。這種散射稱為彈性散射。電子既改動方向，又改動能量的散射稱為非彈性散射電子既改動方向，又改動能量的散射稱為非彈性散射 在電子束轟擊下，試樣產(chǎn)生各種信息的過程大致分為： 信息及其產(chǎn)生過程1. 信息的產(chǎn)生信息的產(chǎn)生 1相互作用入射電子與試樣原子的碰撞 2 產(chǎn)生次級束或改動原來的性能 3 輸運(yùn)過程，從外表上傳輸?shù)酵獗?4 逸出外表 5 被探測到1. 信息的產(chǎn)生信息的產(chǎn)生3和4比較復(fù)雜，普通近似地輸運(yùn)過程作普通自在程處置，而逸出外表簡化為逸出功的影響，只需能量足以抑制勢壘而方向又適宜即可飛離外表。 2. 信息的種

16、類信息的種類 1. 彈性散射電子 2. 背散射電子 3. 透射電子 4. 吸收電流 5. 二次電子 6. 俄歇電子 7. 各種X射線彈性散射電子是由彈性散射所產(chǎn)生的，其能量與入射電子一樣，在適當(dāng)?shù)臈l件下可以產(chǎn)生電子衍射，是電子衍射的根底。 1. 彈性散射電子彈性散射電子背散射電子是入射電子經(jīng)過多次彈性和非彈性散射所構(gòu)成的，絕大多數(shù)背散射電子的能量與入射電子的能量相近。有時(shí)將彈性散射電子也包括在背散射電子之中。2 背散射電子背散射電子2 背散射電子背散射電子背散射系數(shù)是背散射電子數(shù)和入射電子數(shù)的比值背散射系數(shù)與原子序數(shù)的依賴關(guān)系2 背散射電子背散射電子開場增長快，而后逐漸放慢這樣，不同元素產(chǎn)生不

17、同的背散射電子背散射系數(shù)與入射電子的初始能量關(guān)系不大，10-30keV范圍的入射電子的背散射系數(shù)是常數(shù)。2 背散射電子背散射電子 背散射系數(shù)和試樣傾角有關(guān)超越30度以后，背散射系數(shù)添加得很快形貌圖 1原子序數(shù)越大，散射角越大，散射時(shí)機(jī)越多，背散射系數(shù)越大； 2 背散射電子背散射電子背散射電子的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：2 原子序數(shù)越大，背散射分開外表前在試樣中的路程愈短，損失能量越少，因此背散射電子的平均能量越大；3 試樣傾角越大，入射電子的軌道接近以致射出外表的時(shí)機(jī)越多，因此背散射系數(shù)大。3. 透射電子透射電子試樣很薄數(shù)百nm，入射電子穿透試樣而構(gòu)成透射電流，透射電鏡中用來分析試樣的組成和缺陷。 4. 吸收

18、電流吸收電流 假設(shè)設(shè)入射電流為ip，背散射，透射，吸收，次級電子流強(qiáng)度分別為ib，ir，ia，is ，那么iiiiisarbp當(dāng)試樣很厚 ，ir=0 ，假設(shè) is為一恒量，那么：iiiibspa5. 二次電子二次電子廣義講，逸出樣品外表的電子均為二次電子，真正的二次電子區(qū)，經(jīng)非彈性背散射電子區(qū)，彈性散射電子區(qū)，EP 為入射電子能量 。區(qū)電子能量在50eV以下，大部分為獲得能量而逸出外表的自在電子，也有一部分是損失了大部分能量的初級電子和輸運(yùn)過程中喪失特征能量的俄歇電子。5. 二次電子二次電子6. 俄歇電子俄歇電子 俄歇電子帶有元素的特征能量，信號很微弱，在特殊場所，利用它的信號來分析試樣的外表

19、組成，俄歇電子分析。 7. X射線射線延續(xù)譜：探傷，診斷等特征X射線：微區(qū)成分分析俄歇電子的能量在數(shù)十俄歇電子的能量在數(shù)十eV2000eV之間，平均自在之間，平均自在程程0.52.0nm，約，約13個(gè)單原子層個(gè)單原子層 ；二次電子的能量在二次電子的能量在50eV以內(nèi)，逸出過程中能夠損失以內(nèi)，逸出過程中能夠損失部分能量而本身不帶特征能量；部分能量而本身不帶特征能量；背散射電子的能量更高，逸出深度更大；背散射電子的能量更高，逸出深度更大；X射線截面約為電子的射線截面約為電子的10-4，逸出深度在微米量級。，逸出深度在微米量級。8 信號逸出深度信號逸出深度二、 透射電鏡的成像襯度 構(gòu)成襯度的原理1散

20、射襯度為了確保透射電鏡的分辨身手，物鏡的孔徑半角必需很小，即小孔徑成像普通是在物鏡的背焦面上放一個(gè)被稱為物鏡光闌的小孔徑光闌來到達(dá)這個(gè)目的的。三 透射電鏡樣品制備用于透射電鏡的試樣不僅尺度很小，而且要很薄，使電子束能穿過。因此樣品制備對透射電鏡很重要。 目前，已開展了很多種方法，各有其特點(diǎn)和運(yùn)用范圍主要有：1. 支持膜法 2. 復(fù)型法 3. 薄試樣制備 a. 化學(xué)腐蝕法； b.電解拋光法； c. 放射電解拋光法； d. 離子轟擊法。電子束光刻技術(shù) E-Beam Lithography電子束曝光概述電子束曝光概述電子束曝光系統(tǒng)的構(gòu)造與原理電子束曝光系統(tǒng)的構(gòu)造與原理CABL9000C電子束曝光系統(tǒng)

21、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1.1 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電子敏感而構(gòu)指利用某些高分子聚合物對電子敏感而構(gòu)成曝光圖形的，是光刻技術(shù)的延伸。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 光刻技術(shù)的精度遭到光子在波長尺度上的散射影響。運(yùn)用的光波長越短，光刻可以到達(dá)的精度越高。 紫外光波長:常用200400nm之間

22、根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波實(shí)際，電子是一種波長極短的波加速電壓為50kV，波長為0.0053nm。這樣，電子束曝光的精度可以到達(dá)納米量級，從而為制造納米構(gòu)造提供了很有用的工具。1.2 電子束曝光有什么用？電子束曝光有什么用？ 電子束曝光可以在抗蝕劑上寫出納米級的電子束曝光可以在抗蝕劑上寫出納米級的圖形，利用最高級的電子束曝光設(shè)備和特圖形，利用最高級的電子束曝光設(shè)備和特殊顯影工藝，可以寫出殊顯影工藝，可以寫出10nm以下的精細(xì)以下的精細(xì)構(gòu)造。構(gòu)造。納米器件的微構(gòu)造納米器件的微構(gòu)造集成光學(xué)器件，如光柵，光子晶體集成光學(xué)器件，如光柵，光子晶體NEMS構(gòu)造構(gòu)造小尺寸光刻掩模板小尺寸光刻掩模板離子泵離子泵限制

23、膜孔電子探測器任務(wù)臺分子泵場發(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)的構(gòu)造與原理電子槍場發(fā)射電極 ZrO/W電場強(qiáng)度:108N/C 鎢絲2700K六硼化鑭1800K0.5um電子束曝光的電子能量通常在10100keV2.1 電子束曝光系統(tǒng)的構(gòu)造電子束曝光系統(tǒng)的構(gòu)造電子槍準(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能夠?qū)е码娮訕尩年帢O尖端與最后一級的透鏡膜孔不在同一軸線上。因此需求裝一個(gè)準(zhǔn)直系統(tǒng)，必要時(shí)對電子槍發(fā)出的電子束進(jìn)展較直。 它與光學(xué)聚光透鏡的原理一樣，可以聚焦電子束的束徑，使電子最大限制的到

24、達(dá)曝光外表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，呵斥電子束斑橢圓化。消像散器由多級透鏡組成，能從不同方向?qū)﹄娮邮M(jìn)展校正 偏轉(zhuǎn)器用來實(shí)現(xiàn)電子束的偏轉(zhuǎn)掃描。偏轉(zhuǎn)器物鏡將電子束進(jìn)一步聚焦減少，構(gòu)成最后到達(dá)曝光外表的電子束斑。 除以上部分外，電子束曝光系統(tǒng)還包括束流檢測系統(tǒng)、反射電子檢測系統(tǒng)、任務(wù)臺、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：普通10100keV，電壓越高，分辨率越高，臨近效應(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CRE

25、STEC 公司消費(fèi)的CABL9000C2nm，最小尺寸20nm30keV常用：25100pA掃描場大小：掃描場大，大部分圖形可在場內(nèi)完成，可防止多場拼接；掃描場小，精度高。拼接精度：圖像較大，需求多個(gè)場拼接。60600um2050nm生產(chǎn)公司生產(chǎn)公司美國美國Vistec日本日本Crestec型號型號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掃描場尺寸掃描場尺寸164um1.2mm60um600um價(jià)格價(jià)格/USD69 Million1Million評價(jià)評價(jià)商業(yè)用，性能高，價(jià)商業(yè)用，性能高，價(jià)格高

26、格高電子束曝光與電鏡兩電子束曝光與電鏡兩用，價(jià)格低用，價(jià)格低4.電子束曝光的工藝程序4.1抗蝕劑工藝PMMA優(yōu)點(diǎn)：分辨率高優(yōu)點(diǎn)：分辨率高10nm，對比度大，利于剝離技術(shù)，價(jià)錢低，對比度大，利于剝離技術(shù)，價(jià)錢低 缺陷：靈敏度較低，耐刻蝕才干差缺陷：靈敏度較低，耐刻蝕才干差HSQ ：負(fù)膠，極高的分辨率：負(fù)膠，極高的分辨率10nm，臨近效應(yīng)小，靈敏度很低，臨近效應(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 缺陷：去膠較難缺陷：去膠較難稀釋劑：稀釋劑：ZEP-A苯甲醚苯甲醚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

27、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)理高倍聚焦，調(diào)理wafer Z=0，激光定位，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曝光圖案察看曝光圖案察看4.2電子束曝光工藝 電子束入射到抗蝕劑后，與抗蝕劑資料中的原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生散射。4.3電子束曝光中的臨近效應(yīng)臨近效應(yīng)：假設(shè)兩個(gè)圖形離得很近，散射的電子能臨近效應(yīng)：假設(shè)兩個(gè)圖形離得很近，散射的電子能量會延伸到相鄰的圖形中，使圖案發(fā)生畸變；單個(gè)量會延伸到相鄰的圖形中，使圖案發(fā)生畸變

28、；單個(gè)圖形的邊境也會由于臨近效應(yīng)而擴(kuò)展。圖形的邊境也會由于臨近效應(yīng)而擴(kuò)展。臨近效應(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，需求人為的改動曝光下曝光的能量分布式不同的，需求人為的改動曝光劑量。劑量。將圖形進(jìn)展幾何分割，計(jì)算每一部分能量的分布將圖形進(jìn)展幾何分割，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。的區(qū)域分配曝光劑量。缺陷：計(jì)算復(fù)雜，需求缺陷：計(jì)算復(fù)雜，需求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

29、假設(shè)每一圖形內(nèi)部劑量一致，誤差存在圖形尺寸校正：經(jīng)過改動尺寸來補(bǔ)償電子散射呵斥的曝光圖形畸變。圖形尺寸校正：經(jīng)過改動尺寸來補(bǔ)償電子散射呵斥的曝光圖形畸變。臨近效應(yīng)的校正缺陷：校正的動態(tài)范圍小缺陷：校正的動態(tài)范圍小1穩(wěn)定的任務(wù)環(huán)境：溫度變化范圍穩(wěn)定的任務(wù)環(huán)境：溫度變化范圍0.2，振動，振動2um以下，以下，磁場變化在磁場變化在0.2uT以下。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)普通都在檔次的電子束曝光機(jī)普通都在1

30、00keV。3低束流：低束流可以減小空間電荷誤差，有利于獲得更低束流：低束流可以減小空間電荷誤差，有利于獲得更小的束斑。束流低會添加曝光時(shí)間，會使聚焦標(biāo)志成像亮小的束斑。束流低會添加曝光時(shí)間，會使聚焦標(biāo)志成像亮度降低，使對焦困難。度降低，使對焦困難。4小掃描場：電子束曝光系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)相差與掃描場大小有小掃描場：電子束曝光系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)相差與掃描場大小有關(guān)，高分辨率應(yīng)盡量運(yùn)用小掃描場。關(guān)，高分辨率應(yīng)盡量運(yùn)用小掃描場。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的圖形的圖形卻不是隨便可以實(shí)現(xiàn)的。電子束的極限分辨率與多個(gè)要素

31、有關(guān)：卻不是隨便可以實(shí)現(xiàn)的。電子束的極限分辨率與多個(gè)要素有關(guān)： 5低靈敏度抗蝕劑：低靈敏度抗蝕劑：20nm以下的電子束曝光全部以下的電子束曝光全部運(yùn)用低靈敏度的抗蝕劑，例如運(yùn)用低靈敏度的抗蝕劑，例如PMMA等。等。 6薄抗蝕劑層：減小抗蝕劑層可減小散射，降低臨薄抗蝕劑層：減小抗蝕劑層可減小散射，降低臨近效應(yīng)。近效應(yīng)。 7低密度圖形：可以比較容易實(shí)現(xiàn)低密度圖形：可以比較容易實(shí)現(xiàn)20nm的單一線的單一線條圖形，卻無法或很難實(shí)現(xiàn)條圖形，卻無法或很難實(shí)現(xiàn)20nm等間距的線條圖形。等間距的線條圖形。 8低密度、高導(dǎo)電性襯底資料：高密度的襯底資料低密度、高導(dǎo)電性襯底資料：高密度的襯底資料產(chǎn)生的散射電子多，

32、臨近效應(yīng)強(qiáng)；襯底導(dǎo)電性不好產(chǎn)生的散射電子多，臨近效應(yīng)強(qiáng)；襯底導(dǎo)電性不好會產(chǎn)生電荷積累效應(yīng)，影響曝光圖形的精度。會產(chǎn)生電荷積累效應(yīng)，影響曝光圖形的精度。電子束散射表示圖200nm41nm臺階77nm多邊形中靈敏度抗蝕劑高靈敏度抗蝕劑低靈敏度抗蝕劑電子束曝光電子束曝光金屬鍍膜金屬鍍膜溶脫剝離溶脫剝離6. 多層抗蝕劑工藝 透射電鏡運(yùn)用 透射電鏡運(yùn)用a single Pt particle sitting on the Au filmPt particles on the amorphous graphite films 透射電鏡運(yùn)用 透射電鏡運(yùn)用第二章 電子顯微鏡第九節(jié) 透射電鏡運(yùn)用 Precisi

33、on TEM cross-section was prepared by FIB milling through the defect site detected by light emission microscopy. a) Emission micrograph showing the location of the defect. b) TEM micrograph showing epi stacking fault in the light emitting area 三. 電源系統(tǒng)高壓高壓濾波柱高壓濾波柱倍壓升壓電路倍壓升壓電路三.電源系統(tǒng)高壓1234ABCD4321DCBAT

34、itleN um berR evisionSizeBD ate:24-A ug-2007Sheet of File:F:新 電 鏡 .ddbD raw n B y:N am eFile N am eT 2T ?T R A N S4T 1T ?T R A N S1T ?T R A N S1T ?T R A N S1T 1D ?D ?D ?D ?C ?C A PC ?C A PC ?C A PC ?C A PC ?C A PC ?C A PC ?C A PC ?C A PC ?C A PR ?R E S1R ?R E S1R ?R E S1V R 3T R 7T R 9D S?N E O NT ?

35、T R A N S1C ?C A PR ?R E S1OSCMETERCHFMC ?C ?C ?C ?R ?R ?R ?R ?C ?C ?C ?C ?R ?R ?R ?R ?C ?C ?C ?C ?R ?R ?R ?R ?C ?C ?C ?C ?R ?R ?R ?R ?自 動 /手 動HT STAB PB5E9K4D+15vM10L8J7H1A+5V36F-15V反 饋主 放 大 器0VCN1T R 5T R 4R 28680R 32300KR 306K 8R 29680R 316K 8S1AMV R 4100KR ?R E S1R ?R E S1R ?R E S1R ?R E S1R ?R

36、E S1R ?R E S1R ?R E S1R ?R E S12728*FDB 2C ?1.0uFC ?1.0uFC ?1.0uFT R 4T R 6Q ?N PNT R 7T R 8Q ?PN PQ ?PN PT extT extT extD ?Z E N E R 3C ?2.2uFC L K1J14K3CD2Q13Q12U ?A7473C L K5J7K10CD6Q8Q9IC 3B747389IC 4D740656IC 4C740634IC 4B740612IC 4A7406123IC 2A74132111213IC 2D74132456IC 2B741328910IC 2CR ?R E

37、S1R 16R 17R 10R 18R 14R 12R ?R E S1R 13R ?PO T 1C ?0.01uF0VC 6470C 8T 2T R 5R 10R 19R 14C 6470C 9T ?T R A N S4T R 10T R 11R 20C 10R 21C 11R 23R 35R 33R 29R 31R 25R 30R 22R ?R E S1R 24R 36R 27R 284C3A 1T R 9T R 12T R 13C 13C 12C 14C 15FIL PSHT PSC 1626*D*EF6E 5H 7J8R 34R 32*M 33*N343231*K*R 36C 18C 1

38、9C 20C 17*J3035*PR 37R 3812T R 11T R 12123G N DT R 8T R 10T R 6T R 5R 624K 2WR ?R E S1L 1C 5220uF/25VC 4100V 225KG N D+70V631LF-1306306292931V R 110KFILAMENT左 面 板G N DG N DN am eFile N am eIC3IC3IC3F76R 1610KR 1510KR 13100KR 1415KR 66100R 1715KC 220.1C 9*u/100VC 110.22去 高 壓 箱 接 高 壓 中 點(diǎn) 電 流D 18R 181K

39、R 2213KR 2015KR 2110KR 19T K 3D 5C 10470u/25VRY1+15V0VR Y 1R Y 3250uR 24560KR 235K 1R 261KR 2515KR 3051KR 2756T K 2D 6R 33220D 7TK1RY2R 2951KR 3115KR 321MR 2851KR Y 2R Y 5R Y 28HJ+5V614N C+15VO V180u804R 3656D 7RY6R 33220D 7RY7R 3456D 9RY5R 33220D 7RY413P0V （ 15）R Y 7R Y 5R Y 6R Y 7常 閉u18RVR Y 4常 閉0

40、V (24)0V (24)?1715S16TRY4G N D-15V去 高 壓 主 放 大 器 IC4R 4643KR 4048KR 4112KR 4439KR 4256R 392k422Z19D 13D 14D 12T R 4T R 5D 15RY8+15VRY8RY8S23X+24VN C0VWCN8HT42VU-55T M 3CN5（ 真 空 單 元 ）6540555062E20HT BLC PBA 1B 20VC 3+15V624806RY280263663221R 381K633+24V635805A C 0V 56LF-135H TL E D6343424R Y 12962936H

41、 TS54461414偏 壓 電 阻 數(shù) 碼 管 陽 極53232G N D+15V63333雙 色高 壓 電 源燈 絲 電 源振 蕩 發(fā) 生 器安 全 電 路+15vG N D常 閉M SB4B IT 25B IT 36B IT 47B IT 58B IT 69B IT 710B IT 811B IT 912B IT 1013B IT 1114L SB15I11I22AGND3AVDD16R E FV17R F18IC 12A D 7541U ?O PT O ISO 1R ?R E S1D ?D IO D E12U ?A7406R ?R E S1R ?R E S1C ?0.01uF0V272

42、82526020104032324U ?O PT O ISO 1R ?R E S1D ?D IO D E12U ?A7406R ?R E S1R ?R E S1C ?0.01uF0VU ?O PT O ISO 1R ?R E S1D ?D IO D E56IC 7C7407R ?R E S1R ?R E S10VU ?O PT O ISO 1R ?R E S1D ?D IO D E34IC 7B7407R ?R E S1R ?R E S10V1011IC 10E74L S1489IC 10D74L S14T R 1T R 2R ?R E S1R ?R E S10V0V+5V+5V+5V+5V+5V+5V+5V+5V+5VG N DG N DG N DG N DG N DG N DG N DG N DG N DG N DD 2RY2D 1RY1D ?RY1+15VIC 16IC 13IC 14IC 15R ?R E S