电子束曝光技术
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
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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
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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。
电子束曝光技术的操作指南
电子束曝光技术的操作指南随着科技的不断发展，电子束曝光技术在许多领域中得到了广泛应用，包括半导体制造、微电子器件制造、电子显微镜等。
电子束曝光技术作为一种高精度的曝光工艺，能够实现微米甚至纳米级的图形制作，因此对操作者的技术要求较高。
本文旨在为电子束曝光技术的操作者提供一份简明扼要的操作指南。
1. 准备工作在进行电子束曝光之前，操作者需进行一系列的准备工作。
首先，确保设备正常运行，包括电子枪、电磁透镜、显微镜等各部分。
其次，清洁工作也很关键，要确保曝光基板、掩膜以及各个元件表面的干净。
最后，注意工作台的温湿度环境，过高或过低的温度都会对曝光质量产生不良影响。
2. 曝光参数设置在进行电子束曝光之前，需要合理地设置曝光参数。
首先是电子束的电压和电流，通常情况下，电压越高、电流越大，曝光的功率也就越大，但也会产生更大的加热作用，因此需要根据不同的工艺要求进行选择。
其次，需要根据曝光图形的大小和形状来确定扫描速度和模拟步进数，以确保曝光的精度和稳定性。
3. 控制曝光质量在进行电子束曝光时，操作者需要注意控制曝光质量。
首先是对焦准确性，要确保曝光位置的清晰度和准确性，可以通过调整电子镜的聚焦参数来实现。
其次是剂量的精准控制，电子束曝光的剂量过大或过小都会对曝光结果产生影响，需要根据具体工艺要求进行调整。
另外，还要注意光刻胶的均匀涂布，保证整个曝光过程的稳定性。
4. 参数记录和优化在每次曝光之后，操作者需记录下所有的曝光参数，包括电压、电流、扫描速度等。
这样可以为后续的优化工作提供参考依据。
同时，根据不同的曝光效果，可以进行参数的调整和优化，以获得更好的曝光结果。
这也需要操作者具备一定的技术经验和敏锐的观察力。
5. 设备维护和保养电子束曝光设备是一种相对复杂的设备，需要进行定期的维护和保养。
操作者应定期检查设备的各个部分，确保其正常运行和稳定性。
同时，还要注意设备的清洁和防尘工作，避免灰尘和污染物对曝光质量产生影响。
电子束曝光实验技术的使用注意事项
电子束曝光实验技术的使用注意事项电子束曝光是一种常用的纳米加工技术，广泛应用于半导体制造、集成电路设计和纳米器件研究等领域。
然而，要正确使用电子束曝光技术并取得良好的实验结果，并不是一件容易的事情。
本文将从实验前的准备、设备调试、样品准备和实验操作四个方面来介绍电子束曝光实验技术的使用注意事项。
一、实验前的准备在进行电子束曝光实验之前，需要对实验的目的、样品类型、实验参数等进行详细的计划和准备工作。
首先，要明确实验目的，确定所需的纳米结构特征和性能。
然后，选取合适的样品材料和制备方法，确保样品表面光洁度和均匀性。
另外，还需要了解所用电子束曝光设备的操作规则和参数设置，以便调试和操作。
二、设备调试在实验开始前，需要对电子束曝光设备进行仔细的调试和参数设置。
首先，进行设备的预热和真空泵的抽气，确保设备在合适的真空度下工作。
然后，根据样品的特点和要求，调整电子束的加速电压、聚束系统和扫描系统的参数，以获得最佳的曝光效果。
此外，还需进行电子束的聚束和对准，以确保束斑的大小和位置。
三、样品准备样品的准备是电子束曝光实验的关键一步。
首先，需要选择合适的样品基片和涂层材料，以确保样品与基片之间的粘附力和平整度。
然后，根据实验需要，将样品制备成所需的形状和尺寸，并确保样品表面光滑且无杂质。
在样品制备过程中，还要注意避免产生静电和外界污染物对样品的影响。
四、实验操作在进行电子束曝光实验时，需要注意以下几点。
首先，要确保实验操作区域的洁净度和静电防护，以防止样品受到外界干扰。
其次，要严格控制实验室环境的湿度和温度，以保证实验结果的准确性和稳定性。
另外，还需要根据样品和实验要求，选择合适的曝光模式和参数，以获得所需的曝光剂量和纳米结构特征。
总结起来，电子束曝光实验技术的使用需要进行充分的准备和调试工作，并严格遵守操作规则和注意事项。
只有在实验设备和样品准备等方面做好充分的准备工作，并遵循正确的操作步骤，才能获得理想的曝光效果和实验结果。
电子束曝光实验技术的使用教程
电子束曝光实验技术的使用教程随着科技的不断进步以及工业生产的快速发展，电子束曝光实验技术成为了一个不可或缺的工具。
本文将通过介绍电子束曝光实验技术的原理和常见的使用方法，帮助读者更好地理解和应用这项技术。
1. 电子束曝光实验技术的原理电子束曝光实验技术是一种通过电子束照射样品表面，控制电子束的能量和位置，实现对样品进行曝光和成像的技术。
其原理基于物质的光电效应，通过电子的入射和散射，探测物质的组成以及表面形貌。
2. 实验所需设备和器材要进行电子束曝光实验，首先需要准备相应的设备和器材。
常见的设备包括电子束扫描仪、样品台、电子束源和控制系统等。
此外，还需要使用一些基础的实验器材，例如真空室、标尺、电极等。
3. 实验准备工作在进行电子束曝光实验之前，需要进行一些必要的准备工作。
首先，需要将样品放置在样品台上，并根据实验要求进行固定和定位。
然后，将样品台放置在电子束扫描仪中，并确保其与电子束源之间的距离和角度合适。
最后，将实验所需的参数设置在控制系统中，并进行校准和测试。
4. 实验步骤一般来说，电子束曝光实验可以分为以下几个步骤进行：(1) 打开电子束扫描仪和控制系统，确保设备正常工作。
(2) 调整电子束的能量和聚焦位置，使其适合所需实验。
(3) 将样品放置在样品台上，并通过定位器进行固定和定位。
(4) 调整样品台的位置和角度，使得样品与电子束源之间的距离和角度合适。
(5) 使用控制系统设置电子束的扫描范围和速度。
(6) 开始电子束曝光实验，并观察样品表面的变化和反应。
(7) 根据实验结果，调整电子束的能量和位置，进一步优化实验效果。
(8) 实验结束后，关闭设备，清理实验现场，并保存实验数据和结果。
5. 注意事项和常见问题在进行电子束曝光实验时，需要注意一些细节和常见问题。
首先，要保持实验室的洁净和良好的通风环境，以避免灰尘和颗粒物污染样品。
其次，要注意安全操作，避免电子束的辐射对人体和设备造成损伤。
电子束曝光技术的发展与应用
电子束曝光技术的发展与应用电子束曝光技术属于一种先进的微电子制造技术，广泛应用于半导体、光伏、液晶显示器等领域。
随着高新技术的不断发展和微型化趋势的加强，电子束曝光技术的应用前景也越来越广泛。
一、电子束曝光技术的概念和基本原理电子束曝光技术是利用电场产生的电子束对物质进行直接曝光，使其发生化学或物理反应的一种加工方法。
其工作原理是将电子束积累并聚焦在细微的面积内，通过微型光刻机的控制系统，将电子束密集的轰击在工作对象上，来实现对工作对象进行直接的曝光加工。
电子束曝光技术可以解决传统机械加工工序所无法完成的微小加工，能够制作出尺寸更小、精度更高和形状更复杂的零部件。
同时，电子束曝光技术还可以制备各种硅基微型器件、纳米微孔等微纳米级器件。
二、电子束曝光技术的发展历程电子束曝光技术起源于20世纪40年代的美国，最早应用于核工业中的核燃料元件制造。
随着微电子制造技术的快速发展，电子束曝光技术逐渐成为微型电子器件加工中的主要技术之一。
1969年，美国贝尔实验室首次利用电子束准确地曝光出硅片原型。
1970年代初期，各大半导体公司纷纷购买和研发了电子束曝光设备，并将其应用于微电子制造领域，同时也取得了重大的技术突破。
1980年代中期，电子束曝光技术进入了快速发展期。
电子束大功率电子枪技术的出现，使得电子束曝光技术得以向着大功率、高速度和高效率方向发展。
到了21世纪以后，电子束曝光技术已经成为集成电路、微系统和MEMS技术的基础之一。
同时也已经广泛应用于液晶显示器、光学刻蚀、光阻制作等领域。
三、电子束曝光技术的优势1. 较高的制作精度电子束曝光技术可以实现非常高的分辨率和精度，能够制造出细微度和形状复杂的微电子器件。
另外，在加工过程中，电子束曝光技术还可以对加工过程进行实时控制，从而实现更加精确的加工，可将平均误差控制在1微米左右。
2. 更小的加工尺寸电子束曝光技术可以制造出尺寸更小的器件，微细加工的限制范围可以达到几个纳米级别，具有针对性、选择性和可控性能优点。
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。
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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
¾
¾ 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 Metal
Semiconductor wafer
电子束光刻胶的厚度控制
Spin speed vs film thickness for PMMA 950K C resist 2% in Chlorobenzene
1400 1300
PMMA 950K C2 (n=1.486) Spin time: 30s Sub: Si (n=3.850) Baking: 185°C, 90s
Resist Film Thickness (Å)
1200 1100 1000 900 800 700 600 500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
SUSS Coating System
Spin Speed (rpm)
电子束的聚焦
Filament Anode Beam-blanker Aperture
V0<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 x
VU
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-Calibrtion
Sample (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-Beam
v 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0.04mm2
¾ 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。
电子束扫描方式与曝光
Gaussian beam, vector scan, fixed stage Area exposure
Dose =
I beam ⋅ Tdwell [µAs/cm²] 2 s
Ibeam = beam current Tdwell = dwell time
s = step size
Write field stitching→Chip Exposure
电子束剂量的比较
Positive Resist
E-Beam | | | | | | | C-C-C-C-C-C-C | | | | | | | | | | | C-C-C-C | | | | | | | C-C-C | | |
(a) 300 µC/cm2
Forward Scattering →Exposure
PMMA&ZEP
(b) 360 µC/cm2
Si
Backscattering
(c) 480 µC/cm2
邻近效应（Proximity Effet)
技术参数
z
电子束电压与图形剂量关系（曝光PMMA 950K正胶）
EHT Area Line Dot
z
10 kV 100 µC/cm² 300 pC/cm 0.1 fC
20 kV 200 µC/cm² 600 pC/cm 0.2 fC
30 kV 300 µC/cm² 900 pC/cm 0.3 fC
工艺方法
显影液 MIBK:IPA=1:3, 显影时间 10s-30s 定影液 IPA, 定影时间 10s-30s
高分辨率的纳米曝光图形的实现
验收曝光分辨率 控制曝光参数 ¾甩胶厚度 ¾电子束高压 ¾光阑孔径 线条宽度: 53.5nm ¾束斑聚焦 ¾曝光剂量 ¾显影时间 线条宽度: 10.5nm 极限曝光分辨率
圆孔直径: 85.6nm
圆孔直径: 22.4nm
ICP刻蚀的纳米线和纳米点图形
¾ 纳米结构胶掩膜：既要保证图形的纳米尺寸，又要保证掩膜的抗蚀能力 ¾ 控制胶厚度、曝光参数、显影时间和刻蚀气氛、功率和时间
ICP刻蚀
Plasma
PMMA substrate
20nm
43nm
40nm
边缘粗糙
50nm
65nm
各向异性湿法腐蚀的硅纳米线结构
Silicon nanowire by wet etching
w
Nanowire Mask
(a) w=150nm
(b) w=130nm
(c) w=40nm
Nanowire shrinkage by wet etching on silicon and SOI
Crystal facets of round mask
Silicon substrate
SOI substrate
光滑金属纳米线电极的制作
¾ 目的：解决纳米器件集成互联中纳米金属电极连线问题 金属
PMMA
substrate
154.8nm
单层胶的金属剥离工艺 粗糙、易断 金属
PMMA Copolymer
substrate 双层胶的金属剥离工艺 光滑、均匀
32.15nm 135.7nm
高光刻精度光刻版的制作技术
电子束曝光 E-beam PMMA 200nm Cr 145nm Glass 化学腐蚀铬版 PMMA Cr Glass 电导台阶版图
¾MA6光刻机精度：线宽 0.5μm 光刻胶图形
接触电极版图
。