NPGS 電子束曝光系統(tǒng),納米圖形發(fā)生器

NPGS電子束曝光系統(tǒng),納米圖形發(fā)生器  

我司是美國JC Nabity Lithography Systems公司在中國的一級代理商和服務商。

在過去的幾年中，半導體器件和IC生產等微電子技術已發(fā)展到深亞微米階段及納米階段。為?追求晶片更高的運算速度與更高的效能，三十多?來，半導體產業(yè)遵循著摩爾定?（Moore’s Law）：每十八個月單一晶片上電晶體的數(shù)量倍增，持續(xù)地朝微小化努?。為繼續(xù)摩爾定?，在此期間，與微電子領域相關的微/納加工技術得到了飛速發(fā)展，科學家提出各種解決方案如：圖形曝光（光刻）技術、材料刻蝕技術、薄膜生成技術等。其中，圖形曝光技術（微影術）是微電子制造技術發(fā)展的主要推動者，正是由于曝光圖形的分辨率和套刻精度的不斷提高，促使集成電路集成度不斷提高和制備成本持續(xù)降低。
電子束曝光系統(tǒng)（electron beam lithography, EBL）是一種利用電子束在工件面上掃描直接產生圖形的裝置。由于SEM、STEM及FIB的工作方式與電子束曝光機十分相近，美國JC Nabity Lithography Systems公司成功研發(fā)了基于改造商品SEM、STEM或FIB的電子束曝光裝置（Nanometer Pattern Generation System納米圖形發(fā)生系統(tǒng)，簡稱NPGS，又稱電子束微影系統(tǒng)）。電子束曝光技術具有可直接刻畫精細圖案的優(yōu)點，且高能電子束的波長短（< 1 nm），可避免繞射效應的困擾，是實驗室制作微小納米電子元件*的選擇。相對于購買昂貴的電子束曝光機臺，以既有的SEM等為基礎，外加電子束控制系統(tǒng)，透過電腦介面控制電子顯微鏡中電子束之矢量掃描，以進?直接刻畫圖案，在造價方面可大幅節(jié)?，且兼具原SEM 的觀測功能，在功能與價格方面均具有優(yōu)勢。由于其具有高分辨率以及低成本等特點，在北美研究機構中，JC Nabity的NPGS是的配套于掃描電鏡的電子束微影曝光系統(tǒng)，而且它的應用在世界各地越來越廣泛。
NPGS的技術目標是提供一個功能強大的多樣化簡易操作系統(tǒng)，結合使用市面上已有的掃描電鏡、掃描

透射電鏡或聚焦離子束裝置，用來實現(xiàn)藝術級的電子束或離子束平版印刷技術。NPGS能成功滿足這個目的，得到了當前眾多用戶的強烈*和*肯定。

一.NPGS電子束曝光系統(tǒng),納米圖形發(fā)生器 技術描述：
為滿足納米級電子束曝光的要求，JC Nabity的NPGS系統(tǒng)設計了一個納米圖形發(fā)生器和數(shù)模轉換電路，并采用PC機控制。PC機通過圖形發(fā)生器和數(shù)模轉換電路去驅動SEM等儀器的掃描線圈，從而使電子束偏轉并控制束閘的通斷。通過NPGS可以對標準樣片進行圖像采集以及掃描場的校正。配合精密定位的工件臺，還可以實現(xiàn)曝光場的拼接和套刻。利用配套軟件也可以新建或導入多種通用格式的曝光圖形。
（一） 電子源（Electron Source）
曝照所需電子束是由既有的SEM、STEM或FIB產生的電子束（離子束）提供。
（二） 電子束掃描控制（Beam Scanning Control）
電子射出后，受數(shù)千乃至數(shù)萬伏特之加速電壓驅動沿顯微鏡中軸向下移動，并受中軸周圍磁透鏡（magnetic lens）作用形成聚焦電子束而對樣本表面進?掃描與圖案刻畫。掃描方式可分為循序掃描（raster scan）與矢量掃描（vector scan）。
循序掃描是控制電子束在既定的掃描范圍內進?逐點逐?的掃描，掃描的點距與?距由程式控制，而當掃描到有微影圖案的區(qū)域時，電子束開啟進?曝光，而當掃描到無圖案區(qū)域時，電子束被阻斷；矢量掃描則是直接將電子束移動到掃描范圍內有圖案的區(qū)域后開啟電子束進?曝光，所需時間較少。
掃描過程中，電子束的開啟與阻斷是由電子束阻斷器（beam blanker）所控制。電子束阻斷器通常安裝在磁透鏡組上方，其功效為產生一大偏轉磁場使電子束*偏離中軸而無法到達樣本。
（三） 阻劑（光阻）
阻劑（resist）是轉移電子束曝照圖案的媒介。阻劑通常是以薄膜形式均勻覆蓋于基材表面。高能電子束的照射會改變阻劑材?的特性，再經過顯影（development）后，曝照（負阻劑）或未曝照（正阻劑）的區(qū)域將會?在基材表面，顯出所設計的微影圖案，而后續(xù)的制程將可進一步將此圖案轉移到阻劑以下的基材中。
PMMA（poly-methyl methacrylate）是電子束微影中zui常用的正阻劑，是由單體甲基丙烯酸甲酯（methyl methacrylate, MMA）經聚合反應而成。用在電子阻劑的PMMA 通常分子量在數(shù)萬至數(shù)十萬之間，受電子束照射的區(qū)域PMMA 分子量將變成數(shù)百至數(shù)千，在顯影時低分子量與高分子量PMMA 溶解?的對比非常大。
負阻劑方面，多半由聚合物的單體構成。在電子束曝照的過程中會產生聚合反應形成長鏈或交叉鏈結（crosslinking）聚合物，所產生的聚合物較??被顯影液溶解因而在顯影后會?在基板表面形成微影圖案。目前常用的負阻劑為化學倍增式阻劑（chemically amplified resist），經電子束曝照后產生氫離子催化鏈結反應，具有高解析?、高感?，且抗蝕刻性高。
（四） 基本工序
電子束微影曝光技術的基本工序與光微影曝光技術相似，從上阻、曝照到顯影，各步驟的參數(shù)（如溫?、時間等等）均有賴于使用者視需要進?校對與調整。

二. 主要技術指標：
型號：NPGS
zui細線寬（μm）：根據(jù)SEM
zui小束斑（μm）：根據(jù)SEM
掃描場：可調
加速電壓：根據(jù)SEM，一般為0-40kV
速度：5MHz（可選6MHz）
A. 硬件：
微影控制介面卡：NPGS PCI-516A High Speed Lithography Board，high resolution （0.25%）
控制電腦：Pentium IV 3.0GHz/ 512Mb RAM/ 80G HD/ Windows XP
皮可安培計：KEITHLEY 6485 Picoammeter
B. 軟件：
微影控制軟件 NPGS V9.2 for Windows2000 或 XP
圖案設計軟件 DesignCAD LT 2000 for Windows

三. 應用簡述
NPGS電鏡改裝系統(tǒng)能夠制備出具有高深寬比的微細結構納米線條，從而為微電子領域如高精度掩模制作、微機電器件制造、新型IC研發(fā)等相關的微/納加工技術提供了新的方法。NPGS系統(tǒng)作為制作納米尺度的微小結構與電子元件的技術平臺，以此為基礎可與各種制程技術與應用結合。應用范圍和領域取決于客戶的現(xiàn)有資源，例如： NPGS電子束曝光系統(tǒng)可與等離子應用技術做zui有效的整合，進?各項等離子制程應用的開發(fā)研究，簡述如下：
（一） 半導體元件制程
等離子制程已廣泛應用于當前半導體元件制程，可視為電子束微影曝光技術的下游工程。例如：
（1） 等離子刻蝕（plasma etching）
（2） 等離子氣相薄膜沉積（plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD）
（3） 濺鍍（sputtering）
（二） 微機電元件制程（Semiconductor Processing）
微機電元件在制程上與傳統(tǒng)半導體元件制作有其差異性。就等離子相關制程而言，深刻蝕（deep etching）是主要的應用，其目標往往是完成深寬比達到102 等級的深溝刻蝕或晶圓穿透刻蝕。而為達成高深寬比，深刻蝕采用二種氣體等離子交替的過程?？涛g完成后可輕?以氧等離子去除側壁覆蓋之高分子。在微機電元件制作上，深刻蝕可與電子束微影曝光技術密?結合。電子束微影曝光技術在圖案設計上之自由?十分符合復雜多變化的微機電元件構圖。一旦完成圖案定義，將轉由深刻蝕技術將圖案轉移到晶圓基板。