电子束曝光EBL培训

集成技术中心技术报告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韩伟华Email: weihua@提要„ 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¾¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾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设备的组成与性能德国EBL Raith150主要用途• 量子纳米器件的微结构：如纳米电子器件，AB环 • 集成光学器件：光子晶体, 光栅, 弯曲波导 • NEMS 结构 • 小尺寸的光刻板，如1×1 cm2 • 对应版图进行SEM观察主要特征• 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(<0.5μm) ：最小线宽分辨率20nm • 写场可调： 0.5µm-1000µm • 图形快速生成：10MHz 描写速度 • 晶片支架：1cm2 样片~ 6inch晶片 • 水平控制：三点压电接触(自动)或6”激光干涉平台(手动) • 双PC机控制系统：曝光与SEM测量 • 图形编辑：GDSII格式，剂量可调设备的组成电子束曝光及其相关工艺设备光刻衬底甩胶衬底 电子束曝光 微米工艺 + 纳米工艺电子束套刻 ICP刻蚀衬底显影等离子体衬底 图形转移金属 衬底 衬底金属蒸发去胶 SEM 观察电子束曝光设备的操作程序• 设备启动• 样品传入 • 低倍聚焦 • 定义坐标 • 高倍聚焦100nm• 写场对准 • 测束电流 • 参数设定 • 样品曝光 • 样品取出曝光精度: 10nm曝光模板的设计单层模板 套刻模板Pattern Transfer MetalSemiconductor wafer电子束光刻胶的厚度控制Spin speed vs film thickness for PMMA 950K C resist 2% in Chlorobenzene1400 1300PMMA 950K C2 (n=1.486) Spin time: 30s Sub: Si (n=3.850) Baking: 185°C, 90sResist Film Thickness (Å)1200 1100 1000 900 800 700 600 50010001500200025003000350040004500SUSS Coating SystemSpin Speed (rpm)电子束的聚焦Filament Anode Beam-blanker ApertureV0<2.5keV V0 >2.5keV V0 >20keV坐标系的建立与写场对准坐标系的建立 Global变换:样品(U,V) ⇔ 样品台(x,y)移动和倾角修正Design (u, v) U V y套刻图形坐标系的建立 Local变换: 版图 (u,v) ⇔ 样品(U,V)三点调整rotation shift xVU写场的对准 图形拼接 ⇔ 样品台移动 曝光起点(U,V) ⇔ 写场中心V缩放因子和 倾角的修正write field曝光U写场对准Self-CalibrtionSample (U,V) Beam (zoom, shift, rotation)Beam movement Stage movement by laser interferometer WF Area: 100µm(U,V) particle纳米套刻技术套刻模板图形(u,v)E-Beamv V O U u 整体坐标系„ 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0.04mm2¾ 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。

电子束曝光技术的应用与操作步骤在当今高速发展的科技时代，电子束曝光技术被广泛应用于半导体制造、光刻制程、纳米加工等领域。

作为一种精确控制光线的工艺，电子束曝光技术已经成为微纳加工领域的重要工具。

本文将探讨该技术的应用领域及操作步骤。

电子束曝光技术是一种将电子束束缚在细小范围内进行精确控制的技术。

这些电子束具有极高的能量和速度，可以在纳米尺度上进行曝光和刻蚀操作。

因此，电子束曝光技术在半导体制造中具有举足轻重的地位。

利用电子束曝光技术可以制备微小的电子元件、纳米材料和纳米器件，从而实现更高级、更精细的功能。

除了半导体制造领域，电子束曝光技术在光刻制程中也具有重要的应用。

通过电子束的精确控制，可以在光刻胶上形成所需的图案。

这些图案可以用于制造微机械系统（MEMS）、微流控芯片、纳米阵列和光子晶体等微电子器件。

同时，电子束曝光技术的高分辨率和精确度使其能够制造出更加复杂和细致的光学元件，如衍射光栅和反射镜。

在纳米加工领域，电子束曝光技术也起到了重要的作用。

通过控制电子束的位置和强度，可以对纳米材料进行加工和改性。

这种精确的纳米加工技术可以用于制造纳米线、纳米颗粒和纳米传感器等材料和器件。

此外，通过电子束曝光技术还可以改变材料的物理、化学性质，从而实现纳米材料的功能调控和优化。

为了进行电子束曝光技术，需要遵循一系列精确的操作步骤。

首先，需要准备好一台电子束曝光机。

这种机器可以控制电子束的发射和聚焦，以及对材料进行曝光和刻蚀。

然后，需要准备好需要进行曝光加工的样本和掩膜。

样本是需要进行加工的物体，而掩膜则是一个模板，用于控制电子束的形状和位置。

在操作过程中，需要将样本放置在电子束曝光机的台面上，并使用掩膜覆盖样本表面。

接下来，通过调整电子束曝光机的参数，如电子束的能量、聚焦度和曝光时间，来精确控制电子束的形状和位置。

一旦参数设置好，就可以开始进行曝光和刻蚀操作。

电子束在掩膜上形成所需的图案，然后通过曝光和刻蚀的处理，将图案转移到样本上。

电子束加工原理及其主要应用1．．电子束加工的原理电子束加工的原理[1] 电子束加工是以高能电子束流作为热源，对工件或材料实施特殊的加工，是一种完全不同于传统机械加工的新工艺。

按照电子束加工所产生的效应，可以将其分为两大类：电子束热效应和电子束化学效应[2]。

1.1电子束热效应电子束热效应是将电子束的动能在材料表面转化成热能，以实现对材料的加工。

电子由电子枪的阴极发出，通过聚束极汇聚成电子束，在电子枪的加速电场作用下，电子的速度被提高到接近或达到光速的一半，具有很高的动能。

电子束再经过聚焦线圈和偏转线圈的作用，汇聚成更细的束流。

束斑的直径为数微米至1mm，在特定应用环境，束斑的直径甚至可以小到几十纳米，其能量非常集中。

电子束的功率密度可高达109W/mm2[3]。

当电子束轰击材料时，电子与金属碰撞失去动能，大部分能量转化成热能，使材料局部区域温度急剧上升并且熔化，甚至气化而被去除，从而实现对材料的加工。

1.2电子束化学效应电子束化学效应是利用电子束代替常规的紫外线照射抗蚀剂以实现曝光，其中包括1）扫描电子束曝光，用电子束按所需的图形，以微机控制进行扫描曝光，其特点是图形变换的灵活性好，分辨率高；2）投影电子束曝光，这是一种大面积曝光法，由光电阴极产生大面积平行束进行曝光，其特点是效率高，但分辨率较差；3）软X射线曝光，软X射线由电子束产生，是一种间接利用电子束的投影曝光法。

其应用领域主要是电子束曝光。

电子束曝光原理是先在待加工材料表面，涂上具有高分辨率和高灵敏度的化学抗腐蚀涂层，然后通过计算机控制电子束成像电镜及偏转系统，聚焦形成高能电子束流，轰击涂有化学抗腐蚀涂层的材料表面，形成抗腐蚀剂图形，最后通过离子注入、金属沉淀等后续工艺将图形转移到材料表面。

2. 电子束加工的主要应用电子束加工的主要应用2.1电子束表面改性利用电子束的加热和熔化技术还可以对材料进行表面改性。

例如电子束表面淬火，电子束表面熔凝，电子束表面合金化，电子束表面熔覆和制造表面非晶态层。

量子芯片的制备方法与工艺流程量子芯片被认为是未来计算和通信技术的重要驱动力之一。

它基于量子力学原理，利用量子比特的叠加和纠缠态，实现高效的并行计算和隐私保护。

为了制备高质量的量子芯片，科学家们进行了大量的研究，探索了多种制备方法和工艺流程。

本文将介绍几种常见的量子芯片制备方法和工艺流程，并讨论它们的特点和应用。

一、原子层沉积法(ALD)原子层沉积法(ALD)是一种制备量子芯片的常见方法。

它通过在衬底表面逐层沉积单原子或多原子层薄膜，实现对材料性质的精确控制。

ALD具有高度均匀性和优异的膜层质量，使其在制备量子芯片中得到广泛应用。

ALD的工艺流程通常包括以下几个步骤：1. 衬底准备：将衬底进行表面处理，去除杂质和污染物，使其达到适合ALD 沉积的表面状态。

2. 前体气体进入：将一个前体分子引入反应室，其分子与衬底表面发生反应生成一个单原子或多原子层的薄膜。

3. 反应室清洗：对反应室进行清洗，以确保下一个前体分子的纯净进入。

4. 另一个前体气体进入：重复步骤2和3，直到达到所需的层数。

5. 后处理：进一步处理沉积膜层，例如退火、离子注入等，以改善其性能。

ALD制备量子芯片的优点在于它可以达到原子级别的控制，薄膜厚度和成分的控制精度高，适用于多种材料。

二、分子束外延法(MBE)分子束外延法(MBE)是另一种常用的量子芯片制备方法。

它通过分子束的热蒸发来沉积单原子或多原子层的薄膜。

MBE制备的量子芯片具有高度纯净性、可控性和晶体质量，被广泛用于制备高效的量子比特。

MBE的工艺流程通常包括以下几个步骤：1. 高真空建立：在一个高真空环境下建立实验室，以消除杂质的干扰。

2. 衬底热清洗：将衬底放入高温环境中，去除表面杂质。

3. 衬底预处理：对衬底进行表面处理，以提高薄膜的结晶质量。

4. 分子束沉积：利用热蒸发的方法将分子束瞄准到衬底上，在表面逐层沉积单原子或多原子层薄膜。

5. 后处理：对沉积膜层进行退火、氧化等处理，以进一步改善其质量和性能。

DY-2000A纳米通用图形发生器操作规范以及注意事项一、电镜开机，依次打开图形发生器、精密压电陶瓷位移台、计算机。

二、样品准备：开始曝光测试前，应先把样品放到电镜中。

样品通常是表面涂有电子抗蚀剂（如PMMA胶）的硅片。

为了便于定位曝光区域和进行聚焦，建议在样品上作标记。

将样品放入扫描中，抽真空2h。

三、真空抽好后，打开JSM-5600Main Menu软件、DY2000A软件、位移台软件，加速电压设为30KV，打开灯丝，运行到金颗粒位置，利用金颗粒调聚焦和象散，使金颗粒最清楚。

向下运行到棋盘格，Microscope Control窗口设置放大倍数和场尺寸，在棋盘格上聚焦，然后在设置倍数下在设置倍数下校场。

四、校场步骤：1.预备对准区。

找到棋盘格上的方形图案，使用电镜的样品台旋转或者扫描旋转，调整图形和屏幕大致平行。

2.通过图形发生器扫描成像。

将开关控制转到用图形发生器控制电子束扫描，点击文件菜单中的新建图像命令，打开一个空白图像窗口。

多次扫描，调出图像，将Agligwritefield 窗口中增益U改为0.7，点击发送，移动工件台，使方格交接处与窗口中心重合。

3. 由位置列表定义标记区。

点击文件菜单中的新建位置列表命令，打开空白位置列表，在这里将创建标记扫描区。

依次点击滤波器中的Define Mark和Matrix Copy命令得到四个标记区，删除其中一个标记区。

4. 测量实际标记位置。

点击扫描菜单中的全部命令，自动逐一扫描三个标记区。

同时按下<Ctrl>键和鼠标左键，然后拖动鼠标向实际标记位置移动，到达标记中心时释放。

此过程中出现对话框，点击继续扫描下一个标记区并重复上述的测量过程。

最后完成对位置列表的扫描。

5. 曝光场校正。

点击Align Writefield窗口中的获取标记图标。

点击发送，完成矫正。

五、运行到样品，在样品一角聚焦，打点，打点过程：1.模块状态-Beam control-Beam Park Position X（Y）值改为32767，2.放大倍数改为100000，3.点击Beam Blanking，4.运行到打点位置，5. 将开关控制转到用图形发生器控制电子束扫描，6. Beam off，等几分钟打点。

电子束光刻系统(EBL)市场报告主要研究：电子束光刻系统(EBL)市场规模：产能、产量、销售、产值、价格、成本、利润等电子束光刻系统(EBL)行业竞争分析：原材料、市场应用、产品种类、市场需求、市场供给，下游市场分析、供应链分析、主要企业情况、市场份额、并购、扩张等电子束曝光（electron beam lithography）指使用电子束在表面上制造图样的工艺，是光刻技术的延伸应用。

电子束光刻系统(EBL)即用于实现电子束曝光的系统。

2023年全球电子束光刻系统(EBL)市场规模大约为13亿元（人民币），预计2030年将达到22亿元，2024-2030期间年复合增长率（CAGR）为6.9%。

全球电子束光刻系统（Electron Beam Lithography System (EBL)）的主要参与者包括Raith、Vistec、JEOL、Elionix 和Crestec。

全球前三大制造商的份额超过70%。

日本是最大的市场，占有率约为48%，其次是欧洲和北美，占有率分别约为34%和12%。

就产品而言，高斯光束EBL系统是最大的细分市场，占有率超过70%。

在应用方面，应用最多的是工业领域，其次是学术领域。

（Win Market Research）辰宇信息报告分析电子束光刻系统(EBL)行业竞争格局，包括全球市场主要厂商竞争格局和中国本土市场主要厂商竞争格局，重点分析全球主要厂商电子束光刻系统(EBL)产能、销量、收入、价格和市场份额，全球电子束光刻系统(EBL)产地分布情况、中国电子束光刻系统(EBL)进出口情况以及行业并购情况等。

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针对电子束光刻系统(EBL)行业产品分类、应用、行业政策、产业链、生产模式、销售模式、行业发展有利因素、不利因素和进入壁垒也做了详细分析。

全球及中国主要厂商包括：RaithJEOLElionixVistecCrestecNanoBeam按照不同产品类型，包括如下几个类别：高斯光束EBL系统赋形波束EBL系统按照不同应用，主要包括如下几个方面：学术领域工业领域其他领域报告包含的主要地区和国家：北美（美国和加拿大）欧洲（德国、英国、法国、意大利和其他欧洲国家）亚太（中国、日本、韩国、中国台湾地区、东南亚、印度等）拉美（墨西哥和巴西等）中东及非洲地区（土耳其和沙特等）报告正文共11章，各章节主要内容如下：第1章：报告统计范围、产品细分、下游应用领域，以及行业发展总体概况、有利和不利因素、进入壁垒等；第2章：全球市场供需情况、中国地区供需情况，包括主要地区电子束光刻系统(EBL)产量、销量、收入、价格及市场份额等；第3章：全球主要地区和国家，电子束光刻系统(EBL)销量和销售收入，2019-2023，及预测2024到2030；第4章：行业竞争格局分析，包括全球市场企业排名及市场份额、中国市场企业排名和份额、主要厂商电子束光刻系统(EBL)销量、收入、价格和市场份额等；第5章：全球市场不同类型电子束光刻系统(EBL)销量、收入、价格及份额等；第6章：全球市场不同应用电子束光刻系统(EBL)销量、收入、价格及份额等；第7章：行业发展环境分析，包括政策、增长驱动因素、技术趋势、营销等；第8章：行业供应链分析，包括产业链、主要原料供应情况、下游应用情况、行业采购模式、生产模式、销售模式及销售渠道等；第9章：全球市场电子束光刻系统(EBL)主要厂商基本情况介绍，包括公司简介、电子束光刻系统(EBL)产品规格型号、销量、价格、收入及公司最新动态等；第10章：中国市场电子束光刻系统(EBL)进出口情况分析；第11章：中国市场电子束光刻系统(EBL)主要生产和消费地区分布。

电子束曝光在芯片制造中的应用2021年，芯片行业的对外出口金额达到了1.3万亿美元，是中国出口商品中增长最快的一类。

而只有先进的制造工艺能够保证芯片的质量和性能，而电子束曝光（EBL）技术就是实现这一目标的关键一步之一。

本文将介绍什么是电子束曝光技术、它在芯片制造中的应用、以及未来的发展前景。

什么是电子束曝光技术？电子束曝光技术是一种常见于现代芯片制造技术中的重要工艺，主要是通过利用电子束对芯片进行微小加工。

相比于光刻技术，电子束曝光技术具有更高的分辨率和更灵活的工艺处理。

在电子束曝光过程中，样品放置于电子成像仪中，然后，一束高能电子从相应的电子枪处发出，通过一系列的磁透镜聚束，将电子束聚焦，照射样品，以完成微观加工。

电子束曝光技术主要的优势在于其高能量和高分辨率。

这种高能量使得电子束可以穿透微小的结构，实现相应的材料去除或加工。

高分辨率，则是指电子束曝光技术的最小工艺尺寸低至纳米级别。

这种分辨率对于微电子制造是至关重要的。

它使得电子束曝光技术成为了当今先进芯片制造中的最关键百科技术之一。

电子束曝光技术在芯片制造中的应用电子束曝光技术广泛应用于芯片制造领域，包括处理芯片表面以及芯片本身制造。

先来看看芯片表面加工，目前，电子束曝光技术已经成为高端和超高端光刻机的核心曝光工具之一。

这种技术允许芯片制造商能够实现高分辨率、高剂量的曝光，从而可以实现优化、改善芯片表面质量。

这种技术可以用于芯片的刻蚀、芯片表面涂层、金属蚀刻、修复等等。

此外，使用电子束曝光可以精确处理图像，满足光刻机对于芯片制造的严苛要求。

而在芯片本身的制造方面，电子束曝光技术也具有特殊的优势。

例如，电子束曝光技术可以用于芯片测试结构的制造，可用于提高芯片真实测试状况的准确性，并验证样品的可靠性。

另外，这种和其可以在芯片制造的中间过程中定制化地制造小样或者小模具，这种模具可以用于下一笔订单或者用作研发样品。

此外，电子束曝光也可以用于制造更高级别的芯片部分，即非经典部分的组成元素。

电子束曝光系统安全操作及保养规程前言电子束曝光系统是一种常见的工业机器，在许多领域都有着广泛的应用。

由于该系统的工作原理、设备构造及操作方法等方面都具有一定的复杂性，因此安全操作及保养变得格外重要。

本文将主要介绍如何安全操作及保养电子束曝光系统。

安全操作规程操作前的准备工作环境准备操作电子束曝光系统的环境必须保证安全、洁净、无尘及干燥。

禁止在含有振动、冲击和剧烈温度变化的区域操作该系统。

操作人员准备操作人员必须熟悉该系统的各组件、工作原理、操作方法和安全警示，且拥有一定的操作经验。

为了保证人员的安全性，禁止未经过培训的人员操作该系统。

操作人员必须穿戴正确的工作服装，戴上安全帽、手套和护目镜等防护装备。

系统准备在开始操作前，必须检查引擎、冷却系统、阀门和传动系统，确保全部设备都处于正常、良好的工作状态。

检查安全警示标志、紧急开关和紧急刹车是否正常、有效，并检查系统的保险丝是否正常。

同时，必须清洁操作区域，确保没有无关物品和杂物。

系统操作的安全步骤软件上的操作在使用电子束曝光系统软件前，必须首先仔细阅读说明书并遵照下面的步骤进行： - 安装一台电子计算机； - 安装本系统软件； - 通过计算机调整所有的系统参数； - 程序编写； - 程序存储。

硬件上的操作在进行硬件操作之前，必须保证软件操作正确，然后按照以下步骤进行操作： - 启动系统，运行程序； - 进行数据输入； - 切换工具，在机器工作时进行工具的开、关和换位； - 通过调节机器的坐标系，使得工具按所需的路径运动； - 停机，关闭系统，进行保养和维护。

安全操作的注意事项•在操作过程中，必须注意预防电磁干扰和射频辐射防护，接线必须严格符合规定，防止电流漏电；•在操作期间必须做好机器周围的安全防护，例如设置警告标志、安装安全门和栏杆等；•必须对电子束曝光系统的设备和工具进行定期的安全检验和校准，防止因设备老化、磨损或损坏等情况引起事故；•操作人员必须随时注意机器的状态变化，防范事故发生。

电子束曝光系统的调试方法与参数选择随着科技的快速发展，电子束曝光系统在半导体制造和微电子领域的应用越来越广泛。

电子束曝光系统作为一种高精度的曝光技术，其准确性和稳定性对于产品质量起着决定性的影响。

在电子束曝光系统的调试过程中，正确的方法和合理的参数选择至关重要。

本文将介绍一些常用的电子束曝光系统的调试方法和参数选择策略，并深入探讨其原理与应用。

一、调试方法1. 校准电子束系统在开始调试之前，首先要确保电子束系统的准确性和稳定性。

校准电子束系统需要考虑以下几个方面的因素：i. 高精度定位系统的校准：通过确定电子束与样品表面之间的距离，并调整定位系统使其与理想位置保持一致，以确保曝光结果的准确性。

ii. 电子束均匀性的校准：通过调整电子束发射器和透镜系统，使电子束的发射均匀性达到最优状态，以避免曝光过程中的不均匀现象。

iii. 背散射电子的抑制：通过调整电子束的能量和打照时间，降低电子束与样品表面发生背散射的概率，从而提高曝光的清晰度和精度。

2. 参数选择与优化在调试电子束曝光系统时，选择和优化适当的参数对于获得高质量的曝光结果至关重要。

以下是一些常用的参数选择策略：i. 曝光时间的选择：曝光时间的选择取决于样品的材料和厚度。

通常，较薄的样品需要较短的曝光时间，较厚的样品则需要较长的曝光时间。

ii. 加速电压的选择：加速电压的选择会影响电子束的能量和穿透力。

对于较厚的样品，较高的加速电压可提供更好的穿透能力，从而实现更深入的曝光效果。

iii. 扫描速度的选择：扫描速度的选择取决于样品的尺寸和复杂度。

较小和简单的样品可以选择较快的扫描速度，而较大和复杂的样品则需要较慢的扫描速度以确保曝光的均匀性。

二、参数选择与应用1. 参数选择的理论基础在电子束曝光系统中，参数选择的基础是对电子束与样品相互作用的理解。

电子束与样品表面发生相互作用时，会发生多种物理过程，包括散射、吸收、反射和透射等。

为了获得理想的曝光结果，需要掌握这些物理过程的特性，并合理选择参数以最大程度地实现所需的曝光效果。