电子束曝光技术
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微纳光刻技术
传统光学曝光技术 X射线曝光技术 极紫外曝光技术 离子束曝光技术 电子束曝光技术
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传统光学曝光技术
传统光学曝光是最早用于半导体集成电路的微细加工技 术，是超大规模集成电路生产的主要方法。 光学曝光是一种平面工艺，器件的三维结构是从衬底片 平面开始一层一层做上去的，而不是传统机械加工的直 接三维成型。 通常的工艺流程是通过掩模制作工艺将二维图形刻录到 掩模版上，再由光学曝光把掩模版上的图形转移到光刻 胶上。经过曝光显影之后，光刻胶上就再现了掩模版上 的图形。然后，再用光刻胶做掩模将图形转移到下一层 衬底材料上。 传统光学曝光可基本分为接触式曝光、接近式曝光和投 影式曝光。
1.226 e nm V
电子束抗蚀剂 类型 分辨率(nm) 灵敏度(uC/cm^2)
PMMA
ZEP520 HSQ
正型
正型 负型
10
10 6
100
30 100
ma-N2400
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负型
80
60
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正抗蚀剂
入射粒子将聚合物链打断
正抗蚀剂：入射粒子将聚合物链打断，曝光的区域 变得更容易溶解，显影完毕后，曝光图形阴影部分 的胶都溶解了。
s = step size
Write field stitching→Chip Exposure
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山东大学：Raith150
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第二节：电子束抗蚀剂
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电子束抗蚀剂
电子束曝光是利用高分子聚合物对电子敏感反应而形成曝光图 形的。电子束对抗蚀剂的曝光与光学曝光本质上是一样的，但 电子束可以获得非常高的分辨率，这主要是因为高能量的电子 具有极端的波长，如100eV的电子波长仅为0.12nm.
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传统光学曝光技术
前烘 对准及曝光
曝光后烘
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坚膜
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X射线曝光技术
X射线是指波长范围在0.01nm ~ 10nm内的电磁波谱。X射线曝光 技术最早是由美国麻省理工学院的Henry Smith 在20 世纪70 年代 初开发的。经过将近40年的发展，已经取得了长足进步。通常X 射线曝光都采用接近式曝光。 典型的X 射线掩模版是几个微米厚的碳化硅薄膜。薄膜上的重 金属图形作为吸收层。X 射线由等离子体源或者同步辐射源产 生。 其曝光分辨率取决于菲涅尔衍射和电子在感光胶中的散射。由 于X射线的穿透力很强，所以可以用来在厚的感光胶上制作大深 宽比的图形。 X 射线曝光技术真正用到生产线上仍然有一些关键技术需要解 决，如掩模版的制作技术、定位对准技术等，但目前它已经做 为一种成熟的技术被应用于微纳米加工的各个领域。
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1、抗蚀剂厚度的控制
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电子束抗蚀剂的旋涂和烘烤
仪器名称：匀胶机Delta80T2 制 造 厂：德国Karl Suss 主要技术指标： ·Gyrset 5”, max. 4,000rpm ·Gyrset 3”,max. 5,000rpm
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国产热板
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电子束抗蚀剂自动旋涂机
ZEP520A
兼有高分辨率、高对比度和高灵敏度，
抗刻蚀能力也很强
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HSQ （Hydrogen Sisequioxane)
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抗蚀剂曝光图形对比
PMMA ZEP520A HSQ
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影响抗蚀剂图形质量的重要参数
1、抗蚀剂的厚度 2、曝光剂量与邻近效应 3、灵敏度与对比度 4、分辨率
按工作方式分
直接曝光 投影式曝光
按电子束形状分
高斯圆形束电子束曝光系统 成形束电子束曝光系统（固定、可变）
按扫描方式分
光栅扫描电子束曝光系统
矢量扫描电子束曝光系统
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电子束曝光系统的重要关注指标
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最小束直径 加速电压 电子束流 扫描速度 扫描场大小 工作台移动精度 套准精度 场拼接精度
沈阳东北微电子47所：MEBES 4500 无锡华润华晶：ZBA-23；JBX6AII；MEBES5000S清华大学：JEOL JBX-6300FS 北京大学：基于SEM改造基于SEM改造两台，Raith150一台 中国科技大学：Raith150 南京大学：Raith150 国防科技大学：Raith150 中山大学： Raith150 西安交通大学：日本Crestec公司CABL9000系列
半导体纳米加工技术研究生课程
第三讲：电子束曝光技术
韩伟华 研究员
Email：weihua@
中国科学院半导体研究所 半导体集成技术工程研究中心
2009年10月26日
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摘 要
第一节：纳米加工技术概述
第二节：电子束抗蚀剂
第三节：电子束曝光系统原理
第四节：电子束曝光工艺举例
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国内科研单位的电子束曝光系统
中国科学院半导体所：Raith150
中国科学院物理所：Raith150 中国科学院微电子所：JBX 5000LS；JBX 6AII； MEBES4700S 中国科学院光电所：Raith150 中国科学院电工所：基于SEM系统自主研发
石家庄中电集团13所：Leica VBS
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极紫外曝光技术（EUV）
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离子束曝光技术
离子束曝光是利用离子束直接在衬底片上描画图形或转印图形的 曝光技术。 由于离子的质量远远大于电子，在相同的加速电压下，离子具有 更短的波长，因此离子束曝光比电子束曝光有更高的分辨率。 离子射入感光胶材料内的射程要比电子的短，入射离子的能量能 被感光材料更为充分的吸收，所以对于相同的感光胶，离子束曝 光的灵敏度要高于电子束曝光，即曝光速率要高于电子束曝光。 离子束在感光胶内的散射很小，其作用范围也很小，它产生的邻 近效应可以忽略不计。 聚焦离子束(Focus Ion Beam, FIB)技术可以直接将固体表面的 原子溅射剥离。但是，这种工艺对材料的损伤较大，离子束轰击 的深度不容易精确控制，因此不适合用来加工有源器件。
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X射线曝光技术与LIGA工艺
X射线掩模版
X射线波带板
X射线光刻机 （Stepper） MEMS
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极紫外曝光技术（EUV）
极紫外是指真空紫外(VUV)到软X 射线之间那一段波长的辐射线， 约在十几纳米附近。 极紫外曝光技术通常利用波长为11nm ~ 14nm的辐射线和多层膜反 射缩小系统，将反射型掩模图形投影到衬底面上。 极紫外曝光由于极紫外的波长很短，可以获得很高的分辨率，而且 能保持较长的焦深。反射掩模也比薄膜掩模有更高的强度和稳定性。 这种方法目前仍处于实验室研究阶段，一些关键技术还在研究中。
晶圓
邊緣球狀 物移除法
光阻
水套 管 吸盤 排放端 真空系 統 排氣
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电子束抗蚀剂自动旋涂
光阻輸配噴嘴
晶圓
吸盤 轉軸 到真空幫浦
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电子束抗蚀剂自动旋涂
光阻輸配噴嘴 光阻回收
晶圓
吸盤 轉軸 到真空幫浦
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电子束抗蚀剂自动旋涂
光阻輸配噴嘴 光阻回收
晶圓
吸盤 轉軸 到真空幫浦
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纳米加工技术
纳米技术的含义 纳米技术是指纳米级（0.1~100nm）的材料、设计、 制造、测量、控制和产品的技术。它将加工和测 量精度从微米级提高到纳米级。
纳米技术的主要内容 纳米技术是一门多学科交叉的高新技术，从基础 研究角度来看，纳米技术包括：纳米生物学、纳 米电子学、 纳米化学、纳米材料和纳米机械学等 新学科。
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电子束抗蚀剂自动旋涂
光阻輸配噴嘴 光阻回收
晶圓
吸盤 轉軸 到真空幫浦
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电子束抗蚀剂自动旋涂
光阻輸配噴嘴 光阻回收
晶圓
吸盤 轉軸 到真空幫浦
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电子束抗蚀剂自动旋涂
光阻輸配噴嘴 光阻回收
晶圓
吸盤 轉軸 到真空幫浦
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电子束抗蚀剂自动旋涂
光阻輸配噴嘴 光阻回收
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电子束曝光技术
电子束曝光技术是近30年来发展起来的一门新兴技术， 它集电子光学、精密机械、超高真空、计算机自动控制等近 代高新技术于一体，是推动微电子和微细加工技术进一步发 展的关键技术之一。 先进的电子束曝光机主要适用于0.5微米以下的超微细加 工，可以实现数十纳米线条的曝光。 电子束曝光技术广泛地应用于制造新型微纳结构器件、 高精度光刻掩模版、以及纳米压印的印模等。
晶圓
吸盤 轉軸 到真空幫浦
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电子束抗蚀剂自动旋涂
光阻輸配噴嘴 光阻回收
晶圓
吸盤 轉軸 到真空幫浦
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电子束抗蚀剂自动旋涂
光阻輸配噴嘴 光阻回收
晶圓
吸盤 轉軸 到真空幫浦
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电子束抗蚀剂自动旋涂
光阻輸配噴嘴 光阻回收
晶圓
吸盤 轉軸 到真空幫浦
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电子束曝光的定义
什么是电子束曝光？
电子束曝光是利用电子束在涂有感光胶的晶片上 直接描画或投影复印图形的技术。 电子束曝光系统
JEOL
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Leica
Raith
Vistec
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JEOL和Leica电子束曝光系统对比
