微納系統電子束光刻關鍵技術及相關機理研究.pdf

1、電子束光刻技術在微納系統的集成電路光掩模制造領域具有不可替代的作用，是推動微納系統特征尺寸不斷降低的關鍵技術，同時也是納米電子學、納米光學以及半導體量子結構制作等科學研究領域中不可或缺的加工手段。電子束光刻技術的性能不僅依賴于電子光學系統的狀態(tài)、環(huán)境溫度、空間磁場等外部條件，而且當工藝節(jié)點深入到百納米級及以下時，工藝條件的控制也變得至關重要。例如絕緣襯底電荷積累問題的影響加劇了電子束直寫圖形掃描場拼接的誤差；高高寬比納米結構的粘連和坍塌

2、現象制約了后續(xù)的刻蝕工藝；由于電子散射產生的電子束曝光鄰近效應限制了電子束直寫的有效圖形分辨率、圖形結構質量大幅度下降。為了有效地提高電子束光刻的加工精度和圖形生成質量，本文對電子束光刻中的關鍵工藝技術及其相關機理進行了系統地研究。
　　本論文從電子束光刻中的三個關鍵技術問題，即絕緣襯底的電荷積累、高高寬比抗蝕劑圖形的坍塌及粘連、鄰近效應影響圖形分辨率，進行了詳細論述，以PMMA，HSQ，SX AR-P6200抗蝕劑為實驗材料，研

3、究了電子束光刻技術中影響抗蝕劑圖形質量的因素，并探討了問題產生機理及解決方法，通過理化分析手段對其進行了表征；開展了實驗方法及工藝流程的設計，解決了關鍵工藝技術問題；通過建立電荷積累、高高寬比抗蝕劑圖形坍塌及粘連、襯底中電子散射三種模型，以旋涂導電膠、電磁波加熱及工藝優(yōu)化與軟件仿真相結合的方法解決相應問題。分別以三種抗蝕劑的納米結構為檢測對象，進行了性能測試分析，同時對其曝光機理進行了探討。主要的工作內容如下：
　　1.系統地總結

4、了納米電子束光刻中存在的各種關鍵工藝技術難點，并根據大量工藝實驗結果分析了各工藝技術問題產生的原因，提出了相應的解決思路。
　　2.針對電子束在絕緣襯底上所產生的電荷積累，以及在絕緣體襯底上孤立金屬膜圖形仍然無法疏導周邊絕緣體表面電荷積累影響的問題，通過仿真分析其產生機理，建立物理模型，并提出一種在電子抗蝕劑表面旋涂一層富含導電微粒的水溶性導電膠疏散電子束直寫所產生的積累電荷的方法。通過實驗驗證，該方法可以有效地抑制了直接在絕緣體

5、襯底上或者非導電介質膜上進行電子束曝光時積累電荷排斥電子束的現象，取得理想的效果。
　　3.深入地探討了高高寬比抗蝕劑圖形由于水的表面張力所導致的粘連及坍塌機理，提出了電子束曝光顯影后直接通過電磁波加熱去離子水進行干燥的方法。該方法是利用水分子在電磁波交變電場的作用下不斷加速產生劇烈運動的機理，使去離子水在交變的電磁場環(huán)境下升溫，分子間的氫鍵斷裂，促使水分子團簇減小，降低水的表面張力。從實驗結果可以看出，這一方法干燥顯影后的高高寬

6、比抗蝕劑圖形取得良好效果。
　　4.通過Monte Carlo模擬和曝光實驗，從工藝條件、電子光學系統等方面分析了電子束曝光鄰近效應產生的機制及主要影響電子束鄰近效應校正前散射和背散射的因素。結合典型版圖的制作，探討了采用計算機軟件模擬與曝光實驗相結合進行鄰近效應劑量調制校正的方法及過程，并對實驗與模擬結果在校正前后的圖形質量進行了分析和對比，確定了最優(yōu)工藝流程。
　　研究結果表明：在電子抗蝕劑表面旋涂導電膠，可以有效緩解電