电子束曝光技术

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'电子束曝光技术'
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 中国科学院半导体研究所 半导体集成技术工程研究中心 韩伟华韩伟华 Email: weihua@semi.ac.cn 集成技术中心技术报告集成技术中心技术报告 ? 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 ?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 提要 设备的组成与性能 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(2.5keV V020keV 坐标系的建立 Global变换:样品(U,V) ? 样品台(x,y) 写场的对准 图形拼接 ? 样品台移动 曝光起点(U,V) ? 写场中心 曝光 三点调整 缩放因子和 倾角的修正 write field U V 套刻图形坐标系的建立 Local变换: 版图 (u,v) ? 样品(U,V) 移动和倾角修正 坐标系的建立与写场对准 U V y x rotation shift Design (u, v) V U particle 写场对准 WF Area: 100µm particle Sample (U,V)Beam (zoom, shift, rotation) Stage movement by laser interferometer Beam movement (U,V) Self-Calibrtion 纳米套刻技术 E-Beam 套刻模板图形(u,v) u v 整体坐标系U V O ? 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 ? 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 s= step size [µAs/cm²] Ibeam= beam current Tdwell= dwell time 2 dwellbeam s TI Dose ? = Area exposure Write field stitching→Chip Exposure 电子束剂量的比较 (a) 300 µC/cm2 (b) 360 µC/cm2 (c) 480 µC/cm2 Forward Scattering →Exposure Backscattering PMMA&ZEP E-Beam | | | | | | | C-C-C-C C-C-C | | | | | | | Positive Resist | | | | | | | C-C-C-C-C-C-C | | | | | | | 邻近效应(Proximity Effet) Si ?电子束电压与图形剂量关系(曝光PMMA 950K正胶) EHT 10 kV20 kV30 kV Area100 µC/cm²200 µC/cm²300 µC/cm² Line300 pC/cm600 pC/cm900 pC/cm Dot0.1 fC0.2 fC0.3 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 技术参数 高分辨率的纳米曝光图形的实现 线条宽度线条宽度: 53.5nm 圆孔直径圆孔直径: 85.6nm 控制曝光参数 ?甩胶厚度 ?电子束高压 ?光阑孔径 ?束斑聚焦 ?曝光剂量 ?显影时间 线条宽度线条宽度: 10.5nm 圆孔直径圆孔直径: 22.4nm 验收曝光分辨率 极限曝光分辨率 ICP刻蚀的纳米线和纳米点图形 substrate PMMA Plasma 43nm 20nm 65nm 40nm 50nm ? 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 ? 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 边缘粗糙 Silicon nanowire by wet etching 各向异性湿法腐蚀的硅纳米线结构 (a) w=150nm (b) w=130nm (c) w=40nm w Crystal facets of round mask Nanowire shrinkage by wet etching on silicon and SOI Nanowire Mask Silicon substrateSOI substrate substrate PMMA 金属 单层胶的金属剥离工艺 substrate PMMA Copolymer 金属 双层胶的金属剥离工艺 光滑金属纳米线电极的制作 154.8nm 32.15nm 135.7nm 光滑、均匀 粗糙、易断 ? 目的:解决纳米器件集成互联中纳米金属电极连线问题 高光刻精度光刻版的制作技术 ?MA6光刻机精度:线宽 0.5μm 光刻胶图形 化学腐蚀铬版 E-beam Glass PMMA 200nm Cr 145nm PMMA Cr 电子束曝光 Glass 电导台阶版图 接触电极版图 1、培训条件:具有稳定的合作关系,一年以上经常使用本设备的所内用户。 2、自学部分: 地点:3号楼312室制版图计算机,时间:8:00 ? 17:00。 参考电子束光刻培训资料和Raith150软件,学习版图编辑、操作规程和 设备手册等内容。 3、设备培训部分: (1)学生导师与集成技术中心签订长期合作协议后,学生向设备负责人 提出设备培训申请,预约时间,接受首次培训。 (2)经电子束光刻设备进行实验的所有学生都要建立课题研究梯队,学 生所在课题组的老用户要陪同新用户进行实验,直到新用户认为自己有能 力独立操作时,提出独立操作授权申请,经考核合格后,方可独立操作。 (3)未经培训考核不得私自独立操作设备,绝对不得私自带其他人员进 入工艺间观看。 电子束光刻用户的培训
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