电子束曝光技术

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1、集成技术中心技术报告电子束曝光技术中国科学院半导体研究所半导体集成技术工程研究中心韩伟华Email:weihua@semi.ac.cn提要¢设备的组成、性能及相关工艺设备¢电子束曝光设备的操作程序¢电子束曝光的关键技术¾曝光模板的设计¾电子束光刻胶的厚度控制¾电子束的聚焦¾坐标系的建立与写场对准¾纳米套刻技术¾电子束扫描方式与曝光¾电子束剂量的比较与技术参数¢高分辨率的纳米曝光图形的实现¢电子束光刻用户的培训设备的组成与性能德国EBLRaith150主要用途•量子纳米器件的微结构：如纳米电子器件，AB环•集成光学器件：光子晶体,光栅,弯曲波导•NEMS结构•小尺

2、寸的光刻板，如1×1cm2•对应版图进行SEM观察主要特征•电子枪：高分辨率的热场(Schottky)发射源(尺寸:20nm)•束能量可调：200eV-30keV•图形直写(<0.5μm)：最小线宽分辨率20nm•写场可调：0.5µm-1000µm•图形快速生成：10MHz描写速度•晶片支架：1cm2样片~6inch晶片•水平控制：三点压电接触(自动)或6”激光干涉平台(手动)•双PC机控制系统：曝光与SEM测量•图形编辑：GDSII格式，剂量可调设备的组成电子束曝光及其相关工艺设备光刻衬底甩胶衬底电子束曝光微米工艺+纳米工艺衬底电子束套刻显影ICP刻蚀等离子体

3、衬底金属金属蒸发图形转移衬底衬底去胶SEM观察电子束曝光设备的操作程序•设备启动•样品传入•低倍聚焦•定义坐标•高倍聚焦100nm•写场对准•测束电流曝光精度:10nm•参数设定•样品曝光•样品取出曝光模板的设计单层模板套刻模板PatternTransferMetalSemiconductorwafer电子束光刻胶的厚度控制SpinspeedvsfilmthicknessforPMMA950KCresist2%inChlorobenzene1400PMMA950KC2(n=1.486)1300Spintime:30s)Sub:Si(n=3.850)Å1200Ba

4、king:185°C,90s11001000900800700ResistFilmThickness(60050010001500200025003000350040004500SUSSCoatingSystemSpinSpeed(rpm)电子束的聚焦FilamentAnodeBeam-blankerApertureV<2.5keVV>2.5keVV>20keV000坐标系的建立与写场对准Design(u,v)坐标系的建立Global变换:样品(U,V)⇔样品台(x,y)VU移动和倾角修正y套刻图形坐标系的建立Local变换:版图(u,v)⇔样品(U,V)VUr

5、otation三点调整shiftx写场的对准writefield图形拼接⇔样品台移动曝光起点(U,V)⇔写场中心V缩放因子和倾角的修正曝光U写场对准Self-CalibrtionSample(U,V)Beam(zoom,shift,rotation)BeammovementStagemovementbylaserinterferometerWFArea:100µm(U,V)particle纳米套刻技术套刻模板图形(u,v)E-BeamvVuOU整体坐标系¢克服电子束套刻的对准误差¾套刻范围问题的解决1.样品台移动带来的写场拼接误差；改变写场对准方式，局部套刻范围

6、提高到4mm2，增大了1002.电子束偏转带来的读取误差；使电子束准确套刻范围局限在0.04mm2倍，对准误差小于40nm。电子束扫描方式与曝光Gaussianbeam,vectorscan,fixedstageAreaexposureI⋅TbeamdwellDose=[µAs/cm²]2sI=beamcurrentbeamT=dwelltimedwells=stepsizeWritefieldstitching→ChipExposure电子束剂量的比较PositiveResist(a)300µC/cm2E-Beam

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20、C-C-C-C-C

21、-C-CC-C-C-CC-C-C

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35、ForwardScattering(b)360µC/cm2→ExposurePMMA&ZEPSi(c)480µC/cm2Backscattering邻近效应（ProximityEffet)技术参数ò电子束电压与图形剂量关系（曝光PMMA950K正胶）EHT10kV20kV30kVArea100µC/cm²200µC/cm²300µC/cm²Line300pC/cm600pC/cm900pC/cmDot0.1fC0.2fC0.3fCò工艺方法显影液MIBK:IPA=1:3,显影时间10s-30s定影液IP

36、A,定影时间10s-30