电子束曝光技术课程1
电子束曝光技术
微纳光刻技术
传统光学曝光技术 X射线曝光技术 极紫外曝光技术 离子束曝光技术 电子束曝光技术
20:52
7
传统光学曝光技术
传统光学曝光是最早用于半导体集成电路的微细加工技 术，是超大规模集成电路生产的主要方法。 光学曝光是一种平面工艺，器件的三维结构是从衬底片 平面开始一层一层做上去的，而不是传统机械加工的直 接三维成型。 通常的工艺流程是通过掩模制作工艺将二维图形刻录到 掩模版上，再由光学曝光把掩模版上的图形转移到光刻 胶上。经过曝光显影之后，光刻胶上就再现了掩模版上 的图形。然后，再用光刻胶做掩模将图形转移到下一层 衬底材料上。 传统光学曝光可基本分为接触式曝光、接近式曝光和投 影式曝光。
1.226 e nm V
电子束抗蚀剂 类型 分辨率(nm) 灵敏度(uC/cm^2)
PMMA
ZEP520 HSQ
正型
正型 负型
10
10 6
100
30 100
ma-N2400
20:52
负型
80
60
24
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。
s = step size
Write field stitching→Chip Exposure
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山东大学：Raith150
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第二节：电子束抗蚀剂
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电子束抗蚀剂
电子束曝光是利用高分子聚合物对电子敏感反应而形成曝光图 形的。电子束对抗蚀剂的曝光与光学曝光本质上是一样的，但 电子束可以获得非常高的分辨率，这主要是因为高能量的电子 具有极端的波长，如100eV的电子波长仅为0.12nm.
利用电子束曝光技术制备微纳米器件的方法与步骤
利用电子束曝光技术制备微纳米器件的方法与步骤在当今科技快速发展的时代，微纳米器件正在成为各个领域的研究热点。
微纳米器件的制备技术对其性能和性质的控制起着至关重要的作用。
其中，电子束曝光技术就是一种常用的制备微纳米器件的方法之一。
本文将详细介绍利用电子束曝光技术制备微纳米器件的方法与步骤。
首先，利用电子束曝光技术制备微纳米器件需要准备一台电子束曝光系统。
这个系统由电子束曝光机、控制系统和样品台等部分组成。
其中，电子束曝光机是最核心的设备，它通过控制电子束的聚焦和扫描，将其聚焦于纳米尺度上，并在样品上进行精确的曝光。
控制系统包括电子束的控制和样品的运动控制等。
样品台则用于放置待制备的微纳米器件样品。
其次，制备微纳米器件的步骤分为设定参数、图案设计、曝光和后处理四个主要步骤。
设定参数是整个制备过程中的第一步。
在设定参数时，需要根据所需器件的要求来确定电子束曝光的相关参数，如电流、加速电压和曝光时间等。
这些参数的设定将直接影响到制备的结果。
因此，合理地设定参数是制备成功的重要保证。
图案设计是微纳米器件制备过程中的关键步骤之一。
在图案设计中，需要根据所需器件的功能需求，使用计算机辅助设计（CAD）软件进行器件的布局和形状设计。
在设计过程中，需要考虑到器件的尺寸、形状、排列等因素，以及与其它器件之间的相互作用。
通过优化设计，可以使器件的性能得到最大程度的提升。
曝光是微纳米器件制备的核心步骤。
在曝光过程中，样品被放置在样品台上，并根据图案设计的要求进行精确定位。
电子束则通过电子束曝光机的聚焦和扫描系统，将其以高速聚焦到纳米尺度，并在样品上进行曝光。
曝光的过程需要高度稳定的电子束和运动系统，以保证曝光的准确性和一致性。
完成曝光后，样品上将得到制备所需器件的图形。
最后，是后处理步骤。
在制备完成后，需要对样品进行后处理，以提高器件的性能和质量。
后处理可以包括清洗、刻蚀、烧结等步骤。
通过这些步骤，可以清除样品表面的残留物和不规则部分，进一步优化器件的性能。
电子束曝光技术
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@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¾¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾曝光模板的设计 电子束光刻胶的厚度控制 电子束的聚焦 坐标系的建立与写场对准 纳米套刻技术 电子束扫描方式与曝光 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EBL Raith150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 • 小尺寸的光刻板，如1×1 cm2 • 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 + 纳米工艺电子束套刻 ICP刻蚀衬底显影等离子体衬底 图形转移金属 衬底 衬底金属蒸发去胶 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 • 参数设定 • 样品曝光 • 样品取出曝光精度: 10nm曝光模板的设计单层模板 套刻模板Pattern Transfer MetalSemiconductor wafer电子束光刻胶的厚度控制Spin speed vs film thickness for PMMA 950K C resist 2% in Chlorobenzene1400 1300PMMA 950K C2 (n=1.486) Spin time: 30s Sub: Si (n=3.850) Baking: 185°C, 90sResist Film Thickness (Å)1200 1100 1000 900 800 700 600 50010001500200025003000350040004500SUSS Coating SystemSpin Speed (rpm)电子束的聚焦Filament Anode Beam-blanker ApertureV0<2.5keV V0 >2.5keV V0 >20keV坐标系的建立与写场对准坐标系的建立 Global变换:样品(U,V) ⇔ 样品台(x,y)移动和倾角修正Design (u, v) U V y套刻图形坐标系的建立 Local变换: 版图 (u,v) ⇔ 样品(U,V)三点调整rotation shift xVU写场的对准 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write field曝光U写场对准Self-CalibrtionSample (U,V) Beam (zoom, shift, rotation)Beam movement Stage movement by laser interferometer WF Area: 100µm(U,V) particle纳米套刻技术套刻模板图形(u,v)E-Beamv V O U u 整体坐标系 克服电子束套刻的对准误差 1. 样品台移动带来的写场拼接误差； 2. 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0.04mm2¾ 套刻范围问题的解决 改变写场对准方式，局部套刻 范围提高到4mm2，增大了100 倍，对准误差小于40nm。
电子束曝光工作原理
电子束曝光工作原理电子束曝光技术是一种在电子器件制造和半导体工业中广泛应用的曝光技术。
它利用电子束对物质进行精确曝光，用于制作微型电子元件，如集成电路芯片。
本文将详细介绍电子束曝光的工作原理和应用。
一、电子束曝光的概述电子束曝光是一种非接触式的曝光技术，相比于传统的光刻技术，具有更高的分辨率和更好的制作精度。
其原理基于电子束的物质相互作用和聚焦控制。
二、电子束的发射与聚焦电子束曝光系统中的电子束由电子枪发射产生。
电子枪利用热电子发射原理，通过加热阴极将电子释放出来。
通过施加电场，将发射出的电子加速，形成高速电子束。
为了实现曝光的精度和分辨率，电子束需要进行聚焦。
聚焦系统通常由一组电磁透镜组成，通过对电子束施加不同的磁场来实现对电子束的聚焦控制。
聚焦系统的设计和优化，是实现高分辨率和高精度曝光的关键。
三、电子束控制系统为了实现高精度的曝光，电子束曝光系统需要配备一套精密的电子束控制系统。
该系统通常由计算机和控制软件组成，用来控制电子束的位置、运动速度、加速电压等参数。
电子束控制系统通过电磁偏转来控制电子束的位置和路径。
通常采用的方式是，通过施加电磁场对电子束进行转向和偏转，使得电子束按照预定的轨迹进行运动。
四、电子束与物质的相互作用电子束在物质中的相互作用是电子束曝光的核心原理。
当电子束照射到物质表面时，会产生电子-物质相互作用，其中包括电子散射、电子损失、电子激发等过程。
电子束曝光系统通常会采用正交扫描方式，即电子束从一个方向扫描到另一个方向，通过对待曝光的物质进行扫描，实现对物质的精确曝光。
五、电子束曝光的应用电子束曝光技术在半导体工业和集成电路制造中有着广泛的应用。
它可以用于制作微型电子元件、微电子器件等。
相对于传统的光刻技术，电子束曝光具有更高的分辨率和更好的制作精度，可以满足现代电子器件对于微小尺寸和高精度的要求。
此外，电子束曝光技术还可以应用于光刻模板的制造、纳米制造领域等。
随着科技的不断进步，电子束曝光技术在微纳加工领域的应用前景将更加广阔。
物理实验技术中的电子束曝光技巧
物理实验技术中的电子束曝光技巧在物理实验中，电子束曝光技术被广泛应用于材料表征和纳米加工等领域。
本文将以1200字左右的篇幅，从不同角度探讨电子束曝光技术的原理、应用及相关的技巧。
一、电子束曝光技术的原理电子束曝光技术是利用电子束在材料表面高速扫描和聚焦的特性，实现对材料进行曝光的一种技术。
其基本原理是利用电子枪产生电子束，然后通过一系列的电磁透镜和控制系统将电子束聚焦在样品上。
在样品表面，电子通过与材料相互作用，产生不同的效应，如电离、激发和损伤等，从而实现对材料的曝光。
二、电子束曝光技术的应用1. 纳米加工：电子束曝光技术在纳米领域的应用尤为广泛。
通过控制电子束在样品表面的位置和强度，可以实现纳米尺度的图案制备。
例如，在半导体产业中，电子束曝光技术可用于制作纳米电路和存储器。
此外，电子束曝光技术还可以产生纳米颗粒和纳米线等纳米结构，用于光学、电子学和生物医学等领域。
2. 材料表征：电子束曝光技术还可以应用于材料的表征。
通过对材料进行局部激发和损伤，可以获得材料的电子结构、物理性质和磁性等信息。
这对于研究材料的晶格结构、电子输运性质和表面形貌等起到了重要的作用。
例如，电子能谱技术结合电子束曝光技术，可以实现对材料的电子能级结构和表面化学成分的分析。
三、电子束曝光技术的技巧1. 控制曝光剂量：电子束曝光技术的曝光剂量是指单位面积内所接收到的电子束能量。
在实验中，控制曝光剂量的大小非常重要，因为它直接影响到材料的曝光效果。
如果曝光剂量过高，可能会造成样品的烧伤和损伤；而曝光剂量过低，则可能无法实现所期望的曝光效果。
因此，科学家需要通过优化控制参数，如电子束电流、曝光时间和加速电压等，来实现曝光剂量的精确控制。
2. 聚焦技巧：电子束曝光技术的聚焦是实现高分辨率曝光的关键因素。
实验中，通过调整电子束的聚焦透镜的参数，可以实现不同焦距下的聚焦效果。
科学家需要根据样品的要求和实验目的，选择合适的焦距和聚焦技巧，以获得良好的曝光效果。
电子束曝光培训ppt课件
SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING
1.电子束曝光概述
1.1ห้องสมุดไป่ตู้电子束曝光是什么？
微米纳米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center
SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING
电磁透镜
它与光学聚光透镜的原理相同，能够聚焦电子束的束径，使电子最大 限度的到达曝光表面
限制膜孔 电子探测器
工作台 分子泵
场发射电子枪
电子枪准直系统 电磁透镜 消像散器 偏转器
物镜
样品交换室
机械泵
微米纳米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center
SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING
SKLMS 机械制造系统工程国家重点实验室
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING
电子束曝光概述 电子束曝光系统的结构与原理 CABL9000C电子束曝光系统及关键参数 电子束曝光的工艺程序 电子束曝光的极限分辨率 多层刻蚀工艺
STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERING
电子束曝光EBL培训共26页
END
Байду номын сангаас
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
电子束曝光EBL培训
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
《微纳制造技术》教学大纲
《微纳制造技术》教学大纲课程代码：NANA2027课程名称：微纳制造技术英文名称：Nanofabrication课程性质：专业教学课程学分/学时： 2分/36时考核方式：闭卷考试、课堂报告、课后作业开课学期： 5适用专业：纳米材料与技术先修课程：半导体器件物理后续课程：新能源材料与技术、纳米材料表征技术选用教材：唐天同，《微纳加工科学原理》，电子工业出版社，2010年一、课程目标通过本课程的理论教学与课后作业，使学生具备以下能力：熟悉微纳制造常用的工艺及方法，了解其应用场景及对比不同方法之间优缺点；可以运用公式计算解决材料选择、加工参数相关问题；对新兴微纳制造技术及未来发展趋势有一定了解。
（支撑毕业要求1-2）了解微纳制造工艺的基本概念、方法、理论、加工设备的发展演变过程和发展趋势，并结合微纳制造工艺在集成电路、纳米传感、光电子等器件领域应用，对微纳制造这一前沿研究领域有初步认识，建立相关领域的知识储备结构，并能在今后的工作中加以结合与应用。
（支撑毕业要求2-2）二、教学内容第一章绪论（支撑毕业要求1-2）课时：1周，共2课时教学内容：一、微电子的发展历史二、集成电路基本工艺流程三、纳米制造的发展要求学生：了解微电子工业以及微纳制造技术的发展历史，认识当前集成电路加工的主要流程和工艺。
第二章微电子与光电子集成技术中使用的材料（支撑毕业要求1-2，2-2）课时：2周，共4课时教学内容第一节晶体结构与性质一、晶体的几何结构二、晶体的电学性质三、晶体的光学性质第二节半导体材料一、元素半导体二、I II-V族半导体三、I I-VI族半导体四、I V-IV族化合物半导体第三节纳米结构与材料一、半导体超晶格结构二、量子阱、量子线和量子点要求学生：对晶体材料的几何结构、能带结构和电学性质基础认知；了解硅与几种典型半导体材料的特点和用途；了解新型一维、二维材料的结构特点以及用途。
第三章光刻（支撑毕业要求1-2，2-2）课时：2周，共4课时教学内容第一节光学光刻一、接触式和接近式曝光光刻二、投射式光刻三、先进光刻技术和其他改进分辨率的方法第二节光刻胶一、光刻胶类型三、涂敷和显影工艺三、光刻胶的化学放大和对比度增强技术第三节 X射线曝光技术一、X射线曝光原理二、X射线曝光技术应用要求学生：了解光刻技术的种类；学会改进分辨率的方法及相关参数计算；熟悉光刻工艺的具体步骤；认识新型光刻设备的优点及其应用；掌握使用软件绘制简单的光刻掩膜版的能力。
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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
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
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
Electron Beam Lithography 电子束光刻 ——基本理论
张志勇 zyzhang@
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
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
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
• 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、
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。
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. 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;
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）
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
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
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
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。