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电子束刻蚀系统
概述

    电子束曝光技术是在计算机控制下,按照加工要求的图形,利用聚焦后的电 子束对基片上的抗蚀剂进行曝光,在抗蚀剂中产生具有不同溶解性能的区域,根 据不同区域的溶解特性,利用具有选择性的显影剂进行显影,溶解性强的抗蚀剂 部分被去除,溶解性差或不溶的部分保留下来,就可以得到所需要的抗蚀剂图形。

电子束刻蚀的曝光机类型

    电子束光刻中使用的曝光机一般有两种类型:直写式与投影式。直写式就是直接将会聚的电子束斑打在表面涂有光刻胶的衬底上,不需要光学光刻工艺中最昂贵和制备费时的掩膜;投影式则是通过高精度的透镜系统将电子束通过掩膜图形平行地缩小投影到表面涂有光刻胶的衬底上。
    一般直写式曝光机主要使用的是热场发射源(表面镀ZrO的钨金属针尖),工作温度在1800K,和冷场发射源相比可以有效地防止针尖的污染并提供稳定的光源。电子源发射出来的电子束的聚焦和偏转是在镜筒中完成的。镜筒通常包含有光阑、电子透镜、挡板、像散校正器和法拉第电流测量筒等装置。光阑的作用主要是设定电子束的会聚角和电子束电流。电子透镜的作用是通过静电力或是磁力改变电子束的运动。电子透镜类似光学透镜,也存在球差和色差(当外圈电子会聚比内圈电子强时就形成了球差,而当能量有微小差异的电子聚焦在不同平面上时就形成了色差),从而限制了束斑的大小和会聚角的范围。像散校正器可以补偿不同方位角电子束的像差。挡板的作用是开启或关闭电子束。结合刻蚀和沉积工艺,利用直写式曝光技术可以制备20nm甚至更细的图形,最小尺寸达10nm的原理型纳米电子器件也已经制备出来。由于直写式曝光技术所具有的超高分辨率,无需昂贵的投影光学系统和费时的掩膜制备过程,它在微纳加工方面有着巨大的优势。但由于直写式的曝光过程是将电子束斑在表面逐点扫描,每一个图形的像素点上需要停留一定的时间,这限制了图形曝光的速度。直写式电子束光刻在产能上的瓶颈使得它在微电子工业中一般只作为一种辅助技术而存在,主要应用于掩膜制备、原型化、小批量器件的制备和研发。但直写式电子束曝光系统在纳米物性测量、原型量子器件和纳米器件的制备等科研应用方面已显示出重要的作用。

电子束刻蚀的优缺点

    电子束光刻的优点是分辨率高,可超过光学光刻,达30nm。
    其缺点是:
    (1) 生产效率低;
    (2) 电子的散射易造成邻近效应,导致曝光在芯片上的图形尺寸与掩模版上的图形尺寸没有简单的对应关系。

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