光刻技術探究課件

1、電子束光刻技術探究報告人：劉聰學 號：201201032內(nèi)容提綱緒論電子束曝光機原理及系統(tǒng)電子束光刻技術應用2.3.4.1.電子束光刻技術瓶頸第一章 緒論1.3電子束光刻種類1.2電子束光刻技術定義1.1光刻技術發(fā)展概況摩爾定律高分辨率直寫式光源波長的發(fā)展 光刻技術是利用光學復制的方法把超微細圖形刻印到半導體襯底上來制作復雜電路的技術,光的應用是整個光刻技術的關鍵,因此光刻技術的展開是圍繞光的波長進行的，光源波長的發(fā)展也是光刻技術發(fā)展的寫照。波長趨勢193nm(ArF)01.-10nm(EUV)0.01nm(電子束）436nm(g線）365nm（i線）248nm(KrF)1.2電子束光刻定義特

2、點：高分辨率、性能穩(wěn)定、功能強大、價格相對低廉。電子束光刻機原理圖 利用電子束在涂有電子抗蝕劑的晶片上直接描畫或投影復印圖形的技術。 1.3電子束光刻分為兩大類： 一、直寫式 直寫式就是直接將匯聚的電子束斑打在表面涂有光刻膠的襯底上，不需要光學光刻工藝中最昂貴和制備費時的掩膜 二、投影式 投影式則是通過高精度的透鏡系統(tǒng)將電子束通過掩膜板圖形平行地縮小投影到表面涂有光刻膠的襯底上。 具體又可以細分為：傳統(tǒng)電子束光刻、低能電子束光刻、限角度散射投影電子束光刻(SCALPEL)和掃描探針電子束光刻技術(SPL)第二章 電子束曝光機原理及系統(tǒng) 直寫式曝光機的工作原理是將精確聚焦的電子束斑逐點地在樣品臺

3、上移動，而移動方式可以分為逐行掃描模式和矢量掃描模式。 其鏡筒系統(tǒng)組成主要包括：電子束光源、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、開關擋板和精確定位的樣品臺，如圖1所示 圖12.1 直寫式曝光機原理 表l為不同電子束源主要特性的比較。一般直寫式曝光機主要使用的是熱場發(fā)射源(表面鍍ZrO的鎢金屬針尖)，工作溫度在1800K，和冷場發(fā)射源相比可以有效地防止針尖的污染并提供穩(wěn)定的光源。表一 電子束曝光中常用的幾種電子束特性曝光系統(tǒng)對比具有光斑可調(diào) 的電子束光源及步進式樣品臺，能夠作為制備砷化 鎵場效應管、x射線掩模及硅器件的電子束曝光設 備；也可應用于極限尺寸的新器件(包括量子效應器 件)的研究與制備常規(guī)的微電子技術，前沿的納

4、米光刻和高精度項目。 它使用大電流密度的發(fā)射槍，能夠提供大范圍的納米 光刻研發(fā)系統(tǒng)最優(yōu)化的拼接精度和產(chǎn)出能力可以完成多種材料的前沿課題，包括硅、混合半導體、光電子、 微晶體管、納米光刻、微光學和掩模制備 特殊納米結構的制備、模版制作與檢 測、多維形貌學和納米工程。通過添加一定的附件，還可以完成包括電子束輔助氣相沉積、納米操縱、電學測量和x射線分析等功能。高精度與高分辨率，很有希望用于場發(fā)射陰極管的制備與修復。很 多材料都可以利用這項技術沉積，例如金、銅n 碳n 、鎢等。利用電子束輔助氣相沉積可以制備良好的Pt導電接觸日本JEOL德國Leica德國Reith電子束曝光及其相關工藝設備 第三章電子

5、束光刻瓶頸難題一難題二電子束光刻效率低電子束光刻鄰近效應例如1mm2面積采用100pA的電子束流, 靈敏度為50LC/ cm2的抗蝕劑就要曝48h 問題一解決方案 納米級電子束光刻的版圖設計必須盡量遵從如右原則圖形結構盡可能簡單, 回避復雜 圖形尺寸盡可能單一, 回避把不同尺寸圖形設計到一起, 尤其不能把微米級圖形和納米級圖形設計到一起; 盡可能不要把點、線、面的圖形設計到一起 措施一措施二對電子束光刻鄰近效應應該采取的措施一種方法是通過優(yōu)化曝光-顯影工藝條件和有效的工藝措施抑制鄰近效應的產(chǎn)生或降低其影響程度。如使用高入射束能、薄膠層、薄襯底和采用高原子序數(shù)材料作夾層或采用多層膠工藝等另一種方

6、法是采取各種修正措施 主要通過波前工程實施幾何圖形尺寸調(diào)整或?qū)嵤┢毓鈩┝空{(diào)制或?qū)⒍呦嘟Y合來修正鄰近效應。對于孤立的線條或簡單的器件, 可以采用補償鄰近效應影響的措施, 如線曝光技術和對鄰近效應敏感部位進行補償曝光或改變幾何圖形形狀的方法進行修正, 在版圖設計中盡可能避免鄰近效應比較敏感的結構圖形等第四章電子束光刻應用舉例4.1納米加工：利用電子束光刻制備間隔小于10nm的電極對 納米電極對是測量納米結構和單分子運輸特性的重要手段，已有文獻報道，通過控制電子束曝光位置和劑量，可制備小于10nm的電極對。制備過程： 將濃度為5%的光刻膠以3000轉(zhuǎn)每分鐘旋轉(zhuǎn)速度涂在襯底上，形成140nm的光刻膠

7、層，然后170烘烤90min；再利用電子束矢量曝光機（光斑30nm）進行曝光，曝光后放入溫度為21.20.2的1:3的MIBK和異丙醇合劑中顯影，接著在圖形上利用電子束分別蒸發(fā)厚度為5nm的Ti和厚度25nm的Au，最后通過剝離工藝得到納米電極。在制備過程中，通過控制電子束的曝光劑量和顯影時間，可以控制最后形成的電極間距。 4.2 其他方面的應用單電子器件的制備，量子電導原子開關等方面制備4.3 結束語 隨著納米科技和微電子技術的發(fā)展，人們對高分辨微納加工的要求越來越高，電子束光刻技術以其分辨率高、性能穩(wěn)定、功能強大、價格相對低廉而成為最為關注的下一代光刻技術之一。許多研究成果已表明直寫式電子束光刻技術在制備小于10nm特征尺寸的納米器件方面具有很大的靈活性。可以預期，伴隨著電子束光刻技術的不斷完善和日益廣泛的應用，它在微納加工，納米結構特性的基礎研究及新