电子束与离子束微细加工

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1、电子束与离子束微细加工通过具有一定能量的电子束、离子束与固体表面相互作用来改变固体表面物理、化学性质和几何结构的精密加工技术。加工精度可达微米、亚微米甚至纳米级。电子束、离子束微细加工是60年代以来为满足微电子器件，特别是大规模、超大规模集成电路的研制而发展起来的。比较成熟并已得到实用的有电子束曝光、离子束掺杂（见离子注入掺杂工艺）和离子束刻蚀；离子束曝光、离子束外延、离子束合成薄膜、离子束退火等新技术也已经开始得到应用。微电子器件的发展，是同电子束和离子束微细加工技术密切相关的。微电子器件是电子束和离子束微细加工的最重要应用领

2、域，在其他需要制造特殊微细结构的科学领域，如物理学、材料学和生物学，这些加工技术也得到了应用。　　电子束曝光 　用具有一定能量的电子束照射抗蚀剂，经显影后在抗蚀剂中产生图形的一种微细加工技术。对于正性抗蚀剂，在显影后经电子束照射区域的抗蚀剂被溶解掉，而未经照射区域的抗蚀剂则保留下来；对负性抗蚀剂则情况相反。这样就在抗蚀剂中形成了需要制作的图形，电子束曝光有扫描和投影两种工作方式。　　扫描电子束曝光机是实现亚微米图形加工的最重要的一种设备，是研制微电子器件，特别是大规模、超大规模集成电路的一项关键技术。光学曝光采用紫外光或远紫外光

3、光源，光波的衍射效应使曝光的分辨率受到限制。电子束的波长极短（当加速电压为20千伏时，波长小于0.1埃），衍射效应可以忽略，又能聚得很细,所以电子束曝光的分辨率比光学曝光要高。用扫描电子束曝光机能制作最细线条为0.5微米的实用图形。扫描电子束曝光机由电子计算机控制，能灵活地产生和修改图形。根据制作的图形编制计算机控制程序，曝光过程还能自动进行。用扫描电子束曝光机可制作各种掩模板，也能在基片上直接作图。对于最细线条小于2微米的图形,电子束制版已经成了制版的主要方式，而且制版周期短。在基片上直接作图的效率虽然还不能达到生产实用的要求

4、，但作图精度高，适用于研制高性能的特殊器件。电子束与离子束微细加工　　扫描电子束曝光机分为主机和电子计算机两大部分，主机由电子光学镜筒和激光工件台组成。图1是电子光学镜筒的示意图。电子枪采用钨丝或六硼化镧阴极，它发射的电子束在阳极附近形成一个最小截面。这个最小截面经2～3级磁透镜缩小成像，便得到一束聚得很细的电子束，在靶面上的束斑直径在100埃至几个微米之间。电子束的通断由静电偏转板控制。在静电偏转板的下面有一个光阑。当偏转板不加电压时，电子束就通过光阑中心的小孔打到靶面上，偏转板加上电压后电子束就偏离光阑中心的小孔而被切断。电

5、子束的扫描由磁偏转和静电偏转系统控制。在电子计算机的控制下，电子束能在单元扫描面积内制作任意图形。由于存在偏转像差，单元扫描面积增大时电子束的尺寸也会随之变大。因此，要保证作图的精度就必须对单元扫描面积加以限制。工件台的运动由激光干涉仪控制，有步进或连续两种运动方式，能高精度地进行图形拼接，以扩大作图范围。使电子束对基片上的对准标记进行扫描，并由半导体探测器接收来自对准标记的反射电子信号，经过信号处理，就能找到电子束相对于对准标记中心的位置，因而使电子束和基片精确对准，实现对基片的直接作图。用这种对准技术还能对电子束位置的漂移和

6、扫描尺寸的变化等进行修正。电子计算机除了控制电子束的通断、扫描、对准和工件台的运动外，还能监控机器的工作状态和诊断机器的故障。过去在扫描电子束曝光机中采用圆形电子束，而且不同尺寸的图形都是用和最小尺寸相应的圆形束进行逐点扫描作图，作图效率很低。70年代研制成功利用可变成形束的电子束曝光机，束斑形状一般是矩形，而且尺寸大小可变。这样，不同尺寸的图形就可以用不同大小的矩形束来曝光，从而提高作图效率。用可变矩形束能制作的最细线条是0.5微米,曝光图形的最细线条为1微米,基片直径为75毫米时，其生产率为10～20片／小时。扫描电子束曝光

7、的实际分辨率取决于电子束的直径、电子在抗蚀剂中的散射和在基片中的背散射。电子束的直径已能聚到5～10埃;人们正在设法减小电子在抗蚀剂和基片中的散射对分辨率的不利影响，以探索电子束的纳米曝光。用电子束曝光和离子束刻蚀已能制出80埃的金线条。电子束与离子束微细加工　　图2是电子束投影曝光机的示意图。阴极是一个光电发射模，它是在以石英为基底的铬掩模上用溅射方法涂敷一层光电发射材料（如碘化铯）制成的。铬掩模上的图形则是根据需要用光学曝光或扫描电子束曝光方法制成的。紫外光能透过石英而不能透过铬膜，所以当阴极受到紫外光照射时，没有受到铬膜掩

8、蔽的碘化铯发射材料就发射电子。电子在加速电场和磁场的作用下打到基片上，使整个基片上的抗蚀剂一次同时曝光。用电子束投影曝光机可以复制掩模和对基片进行曝光，但是必须先用其他方法来制作掩模图形。电子束投影曝光机的分辨率已达到亚微米，只需几秒钟就能曝光一片直径为100毫