2020-02-25小刘科研笔记之电子束光刻的影响因素——前散射

电子束光刻有着较高的灵活性和分辨率,但在实际应用中,设计的图形与最终曝光得到的图形都会存在一定的偏差。造成这一现象的原因有很多,除了工艺上的影响之外,一个重要的因素是电子束的邻近效应: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,使得邻近不应该曝光的区域被曝光了,有些应该曝光的区域得不到足够的曝光,从而引起图形的改变。

华慧高芯网电子束光刻系统:JEOL JBX-9500FS  


前散射对光刻胶的影响

前散射通常是电子在光刻胶层中发生的散射,一般受到加速电压、光刻胶的材料和厚度等的影响,散射后电子的方向与入射方向夹角小于90度。由于散射角度小,所以影响的范围比较小,但是也会对图形尺寸和光刻胶形貌造成影响。

电子束光刻机的加速电压通常固定不变,通过旋涂多层光刻胶和改变曝光剂量来体现前散射带来的影响。这里采用MMA-PMMA组合的方式(共计四层如图所示),可以更好的突显前散射带来的形貌的影响。

四层胶厚的示意图

固定曝光束流不变,调整不同剂量,效果如下图所示:

在正常曝光剂量的基础上,上图增加了一些剂量,而下图采用的剂量为左图的两倍。可以清楚地看出前散射对光刻胶侧壁形貌的影响:光刻胶呈现倒角,线条的尺寸增大,距离表面越远的地方宽度越大。随着剂量的增大,这一现象变得更加明显。

利用前散射现象,通过精确控制电子束的剂量,调节光刻胶侧壁形貌垂直或者倾斜,还可以精确控制电子束所到达的深度和区域,从而实现不同的需求:

A区域:用大剂量进行曝光,使倒角现象更为明显。可以看出一、三层和二、四层光刻胶的材料差异导致倾斜角的差异,而第三层的PMMA之所以在两层MMA中突出,是因为PMMA的灵敏度较低。在同样的曝光中,两种胶显影后的结果不同,因而得到所看到的形貌。

B区域:通过大剂量窄线条和小剂量宽线条的组合曝光,可实现曝光停止到第三层。同时通过对第二层MMA的精确剂量控制,消除倒角的影响,实现垂直的侧壁形貌。

END

不积珪步,无以至千里;不积细流,无以成江海。做好每一份工作,都需要坚持不懈的学习。

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