电子束曝光EBL培训ppt课件

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电子束曝光操作概要（EBL，Electron Beam Lithography）1、扫描电子束曝光系统简介Zeiss SUPRA 55 扫描电子显微镜●热场发射电子枪：ZrO/W灯丝；高分辨率：0.8nm@15kV，1.6nm@1k；●放大倍数：12~1,000,000×；加速电压：0.02 ~30kV；EBL Raith ELPHY Quantum图形发生器●样片尺寸：最大为20×20 mm；写场范围：0.5μm~1000μm；●图形编辑：GDSII CAD编辑模块，DXF、ASCII、CIF等图形格式可读；●高斯型圆形束斑，矢量扫描，剂量可调；2、EBL样品台型号1-MD195，通用样品台，如图1所示；Faraday Cup，法拉第杯，用于测定电子束流；Chessy为一精工细作的微纳加工网格，用于对写场进行精细校准；可放置样品尺寸最大为20×20mm；图1 Universal Lithography Sample Holder3、曝光图形编辑在EBL电脑上打开ELPHY Quantum软件，在右侧GDSII Database点击，新建XXX.csf数据库文件，在下方空白处右键单击，选择，新建图形文件； 从主菜单栏View处调出Toolbox，进行图形编辑，编辑工具包含点、线、面、矩形、多边形、圆形、文字等，选择所绘制图形，右键Properties进行图形坐标点编辑；编辑完成后保存图形，关闭软件。

4、样片传入及EBL系统连接将准备好的样片置于EBL专用样品台上，传入扫描电镜样品室。

注意：衬底为绝缘体或导电性差时需要先进行喷金镀膜；SEM side：确认外部控制器调到ELPHY档位，确认内部通信软件RemCon32-COM2通道正常通信；EBL side：打开ELPHY Quantum软件，确认软件右下角为OK 状态，调出曝光图形。

5、定义坐标系，高倍聚焦SEM side：●设定Z值40mm，加速电压EHT=10kV（0-30kV可选），光阑尺寸10μm（7-120μm，7孔可选），Beam Shift 归零，EHT on；●从主菜单栏View处调出Crosshairs米字格，将样片右上角定点位置聚焦、居中。

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0.04mm2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。

电子束曝光技术在半导体芯片加工中应用电子束曝光技术（Electron Beam Lithography，简称EBL）作为一种非常精密的微纳米加工技术，在半导体芯片的制造过程中扮演着重要的角色。

通过集成电路的微小结构，电子束曝光技术能够实现精确的图案定义和芯片制造，推动了半导体工业的发展。

电子束曝光技术的工作原理是利用加速的电子束通过聚焦系统，将电子束小到纳米级别，然后将其照射在感光电子束阻挡剂上，形成所需的图形和图案。

在半导体芯片加工中，EBL扮演着关键的制造技术，能够实现微小结构和高精度的芯片制造，满足不同应用领域对于高性能芯片的需求。

半导体芯片的制造过程中，EBL通常用于制造芯片上的掩膜，即用于遮挡光掩膜的光学或电子元件。

掩膜在芯片的加工过程中起到了关键作用，用于定义和实现芯片各个层次的结构。

具体而言，EBL可以用于实现芯片上的导线、晶体管、电容器等微小结构的制造。

首先，EBL能够实现高精度的线性结构的制造。

在电子束曝光技术中，电子束的尺寸通常在纳米级别，因此，可以实现非常细小的线骨架和线形结构。

这对于芯片电路的互连和信号传输非常关键，能够提高芯片的性能和可靠性。

其次，EBL还可以实现三维结构的制造。

芯片中的某些部分需要比普通的二维图案更加复杂和多层次。

传统的制作方法往往无法很好地满足这种需求，而EBL可以通过多次曝光和对准操作，实现精确的多层次结构加工，为芯片提供更多的功能和性能。

此外，EBL具备高分辨率和良好的尺寸控制能力。

电子束的直接制造能力使得EBL可以实现微米级别的分辨率，满足了当今半导体行业不断缩小器件尺寸的需求。

同时，EBL还能够对芯片进行精确的尺寸控制，以满足不同芯片工艺对尺寸的要求。

然而，电子束曝光技术也面临着一些挑战。

首先，EBL的制造速度相对较慢，导致芯片的制造成本较高。

其次，EBL的设备和工艺复杂度也较高，需要高水平的技术人才来操作和维护设备。

此外，EBL还受到电子束的散射和辐射效应的影响，对芯片制造的精度和稳定性产生一定的限制。