电子束曝光系统示意图

电子東曝光系统示意图

电子束控制

电子束曝光系统的重要指标

• 最小束直径：直接影响曝光图形的最小尺寸。可通过调整以下措施获得更小的束斑直径，①设置尽量高的加速电压 ②采用较小尺寸的光阑孔径 ③采用小的工作距离 ④设置小的扫描场 ⑤设置小的曝光步长
• 加速电压：一般是10~100kv加速电压越高，分辨率越高，曝光产生的邻近效应越小，可曝光更厚的抗蚀剂。
• 电子束流：束流越大曝光速度越快，最大曝光速度受扫描频率限制，大束流的束斑也会较大
• 扫描速度：扫描速度越快曝光速度越快，以频率表示（如：50MHz）
• 扫描场大小：扫描场大，则曝光图形大部分可在扫描场内曝光，避免扫描场拼接引起的误差
• 还有工作台移动精度、套准精度、场拼接精度等
  

按扫描方式分为

分为光栅扫描（raster scan）和矢量扫描（vector scan）

• 光栅扫描
  采用高斯圆形束，电子束在整个扫描场里作连续逐点扫描，通过控制快门（束闸）的通断来进行图形的曝光。光栅扫描的优点是控制简单，不需对偏转系统进行控制。 缺点是生产效率低。 由于扫描场的范围较小，必须配合工件台的移动来完成曝光。
  

• 矢量扫描矢量扫描的优点是曝光效率高，只在有图形区域进行扫描曝光，减少了镜头在非图形区域所花费的时间的，而且可采用可变矩形束。 缺点是控制系统复杂，因为矢量扫描必须对偏转器进行控制，不像光栅扫描那样采用固定的偏转方式。
  

按电子束形状分为
分为高斯束（圆形束）和变形电子束（矩形束）

高斯束（圆形束）和变形电子束（矩形束）

矢量扫描模式下，图形的曝光时间与束斑投射次数有关，在固定高斯束（圆形束）斑模式下，我们需要进行 24 次投射。

为了加快曝光速率，图形可分解为最小基本图形的组合，以最小基本图形作为电子束斑的形状。在这种修正束斑模式下只需要 6次投射就可以了。

但是在实际生产过程中图形不是一成不变的，需要经常重设基本束斑形状，因此需要一种更加灵活的投射方式。一种束斑可变的模式能够应用于图形多样化的情况。如下图所示，在可变束斑模式下，电子束斑可根据具体的图形进行调整，改变束斑的基本形状，将投射次数减少到了 3 次。

电子束光刻胶介绍

光刻胶 (Photoresist；又称光致抗蚀剂 )是指通过紫外光、准分子激光、电子束、离子束、Ｘ射线等光源的照射或辐射，其溶解度发生变化的耐刻蚀薄膜材料。

电子束光刻胶通常分为正性光刻胶和负性光刻胶，可以根据光刻胶照射后，交联反应或化学键断裂谁占主导地位进行划分。光刻胶正负特性并非绝对，例如电子束正胶PMMA在10倍正常曝光剂量时，曝光区域的胶碳化，导致在显影过程中残留下来，其特性可以作为负胶使用。

领近效应

电子束曝光的邻近效应，是当两个曝光图形相近时，由于电子在光刻胶和衬底中受到散射使电子偏离原来的入射方向，导致原来不应曝光的邻近区域被曝光了，而有些应该曝光的区域又得不到足够的曝光，导致曝光图形发生畸变。带来对比度降低、分辨率下降等问题。

校正方式
邻近效应校正有三种方法：①剂量校正   ②图形尺寸补偿  ③背景曝光补偿

• 剂量校正，应用最普遍，效果最好的一种方法，原理是通过人为使所有曝光图形都得到均匀一致的曝光能量。剂量校正还分为：自洽技术（物理校正）和几何图形切割法。自洽技术（物理校正）：比较精准，但对大规模集成电路设计，计算量大；几何图形切割法：计算得到的曝光剂量分布比较粗糙，但计算速度非常快；
• 图形尺寸补偿，通过缩小或增加每个图形的尺寸已补偿局部能量过高或过低的影响，适用于简单周期重复的图形。
  

图形尺寸补偿

• 背景曝光补偿，通过二次曝光的能量叠加使所有各处的能量分布均衡，不需要计算能量分布，但可能使曝光图形的对比度有所下降，适用于光栅扫描曝光系统。
  

最简单有效减少邻近效应的方法就是提高电子束能量和减少电子束光刻胶厚度，但需考虑到高电子束能量可能对基底造成损伤和过热。

最简单有效减少邻近效应的方法就是提高电子束能量

电子束光刻应用

高精度掩模板：电子束光刻由于其分辨率高和直写式的特点在集成电路高精度掩模制造领域有着广泛的应用。

光电领域，如电子及光电芯片打样与小批量生产，衍射光栅、二元光学、微纳光学（微透镜阵列、光波导）及超表面透镜等行业的小批量生产，特种光电器件定制。