电子束曝光技术及其应用综述

引言在过去的几年中，微电子技术已进展到深亚微米阶段，并正在向纳米阶段推动。在此期间，与微电子领域/纳加工技术得到了飞速进展，如图形曝光〔光刻〕技术、材料刻蚀技术、薄膜生成技术、离子注入技术和粘结互连技术等。在这些加工技术中，图形曝光技术是微电子制造技术进展的主要推动者，正是由于曝光图形的区分率和套刻精度的不断提高，促使集成电路集成度不断提高和制备本钱持续降低[1]。ICIC产业链的进展做出了巨大奉献。通过一系列技术创，承受超紫外准分子激光〔193/157nm〕的光学曝光机甚至已将器件尺寸进一步推动公司〕，NSR-203B〔Nikon公司〕和FPA-50公司[2～3]。四种电子束曝光系统〔极大类，其中扫描曝光系统是电子束在工件面上扫描直接产生图形，区分率高，生产率低。投影曝光系统实为电子束图形复印系统，它将掩模图形产生的电子像按原尺寸或缩小后复印到工件上，因此不仅保持了高区分率，而且提高了生产率。基于改进扫描电镜〔SEM〕的电子束曝光系统SEM根底上改装进展起来的SEM改装为曝光机的工作取得了重要进展。如图1所示，主要改装工作是设计一个图形发生器和数模转换电路，并配备一台PC机。PC机通过图形发终在工件上描绘出所要求的图形。通常承受矢量扫描方式描绘图形，即在扫描场内以矢量方式移动电子束，在单元图形内以光栅扫描填充。SEM改装系统的功能接近于专用电子束曝光机，但由于受到视场小、速度低及自动化程1SEM改装型电子束曝光系统的主要性能指标。高斯电子束扫描系统矢量扫描方式到完成全部外表图形的描绘。16位数模转换器〔DAC〕12DAC2所示。系统的1nm以下，但生产率远低于光学曝光系统，并随着图形密〔LSI〕生产线[7]2给出了几种典型高斯扫描系统的型号和主要技术指标。光栅扫描系统Etec400A/cm2的束电流密度，工XY的位置误差。由于承受了工件台连续移动、大束斑快速充填、高亮度热场致放射阴极等技术，极大地提高了扫描系统生产率，且生产率不受图形密度的影响。成型电子束扫描系统成形电子束曝光系统按束斑性质可分成固定和可变成形束系统。固定成形束系统在曝光时束斑外形和尺寸始终不变；可变成形束系统在曝光时束斑外形和尺寸可不断变化。按扫描方式，成形电子束曝光系统又可3所示为一种尺寸可变的矩形束斑的形成原理，电子束经上方光阑后形成一束方形电子束，再照耀到下方方孔光阑上。在偏转器上加上不同的电压，就能转变穿过下方孔光阑的矩形束斑的尺寸，形成可变的矩形束斑；承受特别设计的成形光阑，还可形成三角形、梯形、圆形及多边100nm，但曝光效率高，目前广泛用于微米、亚微米及3中列出了几种典型成型束系统的生产厂商和主要技术指标。投影电子束扫描系统0.2μm左右，难以制作纳米级图形。近年来研发的投影电子研制中的投影式电子束曝光系统主要有两种。4SiNx薄膜构成的掩膜上，薄膜SiNxW/Cr两种原子序数不同的材料时，产生大小不同的散射角。在掩模下方缩小透镜焦平面上设置大小肯定的光阑时，通过光阑孔的主要是小散射角的电子，而大散射角的电子则大多数被遮挡，于是在工件面上得到了缩小的掩模图形。再经过分布重复技术，将缩小图形逐块拼接成所要的图形。近期承受散射型掩模取代了吸取型镂空掩模，以及承受角度限制光阑技术使SCA0.1μm以下器件大规模生产的主要[8]。IBM公司合作争论的下一代投影曝光技术——PREVAIL，其技术实质是承受可变轴浸没透镜，对以硅为支架的碳化硅薄膜进展投影微缩曝光。由于将大量平行像素投影和扫描探测成形相[9]。通过这项技术可望研制出高区分率与高生100nm～50nm电子束曝光。四种电子束扫描系统比照分析与应用见表4。几项进展中的电子束曝光技术基于DSP的型图形发生器DSP芯片为主体，上位机通过增加并行接口〔EPP〕连接通信协议掌握器。DSP和计EPROM〔可编程只读存储器〕用来存放掌握DSPDSP内部数据总线送至相换器的模拟量经求和后送至偏转放大器，由偏转放大器掌握电子束在硅片上〔或掩模上〕扫描曝光图形。VSXPGDSP处理器，高精度地实现了圆形、椭圆形、抛物线和双曲线图形的曝光。电子束直接光刻技术无掩模电子束直接光刻〔EBDW〕预先要制作晶片位置标记和芯片套刻标记及工件台标定，以确定晶片位EBDW存在生产率低的缺点限制了它在大规模生产中的应用。双层抗蚀剂曝光工艺像就有了更多的要求，如更高的曝光区分率，更简单、准确的抗蚀剂层截面外形。此时，常规的单层抗蚀剂曝光工艺就难以满足这些特别要求，这就需要承受更为简单的双层抗蚀剂的曝光显影和刻蚀等复合工艺来完成。。归结起来，用于光刻的多层抗蚀剂系统有以下方式：①利用相对分子质量不同的两种一样成分抗蚀剂作双层抗蚀剂系统，用同一种曝光方式曝光显影，如图5〔a〕所示；②利用两种不同类型的抗蚀剂作双层抗蚀5〔b〕；③用两种不同类型的抗蚀剂组成双层抗蚀剂系统，5〔c〕；④用几种抗蚀剂联合组成多层抗蚀剂系统，最顶层是灵敏抗蚀剂，用一种曝光方式曝光制图，而下面的几层分别用离子方法刻蚀。邻近效应修正技术直接使用电子束光刻技术难以得到接近其理论极限的纳米尺度图形[10]。[11]。依据不同幅员设计，有多种方法减小邻近效应；假设图形密度和线宽都较全都，可以通过调整整体剂量曝光出适宜尺寸的图形；选用高比照度胶也50～100kV甚至更高的加速电压，也可以减小前散射电子，但有时会增加背散射电子。〔SPECTRE〕是目前常用的一种技术，通过同时对内区各部位的显影程度全都的目的。电子束曝光技术的应用用于掩模版制造随着器件的特征尺寸不断缩小，在掩模版制造中普遍承受电子束曝光和激光光刻设备，在这两类设备中，0.2μm左右，可以用来制特别是用于光学光刻中的铬版制造。在掩模版制造中应用电子束曝光机，由于不需要屡次套准，只要用激光干预仪掌握就可以保证掩模制造所Y向的精度和旋转正交性的基准标记永久地设置在工件台边缘成像平面上。在掩模版制造开头过程中必需按规定常常返回基准标记位置进展校正，才能保证精度。掩模版制6所示。用于微电子机械、电子器件制造IC工艺兼容的技术，例如光刻、刻蚀、淀积、集中、离子注入等，特别是对于制作象微电机、微泵等机械构造及包括微传感器、微执行器和相关电路往往要承受屡次光刻，而电子束光刻具有易于修改，无需制作掩模的优点，因此电子束光刻比常规工艺更有优势。随着微机械尺寸进入纳米级范围，ERDW系统及能形成大深宽比胶图形的电子束投影曝光系统〔如SCALLIGAMEMS时，在形成特种、大深宽比构造时使用的掩模版可以由电子束投影曝光制造。GaAsIC、光波导器件的小批量生产[12]，如肖特基势垒场效应晶体管要求栅极很窄、栅极与源漏之间对准严格。利用电子束刻蚀时，先作出栅极和源漏极图形对准标记，再用周密的电子束实以下栅的制备，从而保证极高的套刻精度。制作全息图形电子束与光束一样具有波动性，利用电子的波动性和干预原理能够制作精细的全息图形。其原理是：先借助近年来研制的高亮度热场致放射〔TFE〕电子源产生的高能量电子束，再经两级透镜会聚后，穿过电子〔100nm〕，假设再设置两个正交的双棱镜