微納系統(tǒng)電子束光刻關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)機理研究.pdf

1、電子束光刻技術(shù)在微納系統(tǒng)的集成電路光掩模制造領(lǐng)域具有不可替代的作用，是推動微納系統(tǒng)特征尺寸不斷降低的關(guān)鍵技術(shù)，同時也是納米電子學(xué)、納米光學(xué)以及半導(dǎo)體量子結(jié)構(gòu)制作等科學(xué)研究領(lǐng)域中不可或缺的加工手段。電子束光刻技術(shù)的性能不僅依賴于電子光學(xué)系統(tǒng)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(guān)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(jié)構(gòu)的粘連和坍塌

2、現(xiàn)象制約了后續(xù)的刻蝕工藝；由于電子散射產(chǎn)生的電子束曝光鄰近效應(yīng)限制了電子束直寫的有效圖形分辨率、圖形結(jié)構(gòu)質(zhì)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(zhì)量，本文對電子束光刻中的關(guān)鍵工藝技術(shù)及其相關(guān)機理進行了系統(tǒng)地研究。
　　本論文從電子束光刻中的三個關(guān)鍵技術(shù)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(yīng)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(shù)中影響抗蝕劑圖形質(zhì)量的因素，并探討了問題產(chǎn)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(shè)計，解決了關(guān)鍵工藝技術(shù)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(dǎo)電膠、電磁波加熱及工藝優(yōu)化與軟件仿真相結(jié)合的方法解決相應(yīng)問題。分別以三種抗蝕劑的納米結(jié)構(gòu)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(nèi)容如下：
　　1.系統(tǒng)地總結(jié)

4、了納米電子束光刻中存在的各種關(guān)鍵工藝技術(shù)難點，并根據(jù)大量工藝實驗結(jié)果分析了各工藝技術(shù)問題產(chǎn)生的原因，提出了相應(yīng)的解決思路。
　　2.針對電子束在絕緣襯底上所產(chǎn)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(dǎo)周邊絕緣體表面電荷積累影響的問題，通過仿真分析其產(chǎn)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(dǎo)電微粒的水溶性導(dǎo)電膠疏散電子束直寫所產(chǎn)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(dǎo)電介質(zhì)膜上進行電子束曝光時積累電荷排斥電子束的現(xiàn)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(dǎo)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(chǎn)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(jié)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(xué)系統(tǒng)等方面分析了電子束曝光鄰近效應(yīng)產(chǎn)生的機制及主要影響電子束鄰近效應(yīng)校正前散射和背散射的因素。結(jié)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(jié)合進行鄰近效應(yīng)劑量調(diào)制校正的方法及過程，并對實驗與模擬結(jié)果在校正前后的圖形質(zhì)量進行了分析和對比，確定了最優(yōu)工藝流程。
　　研究結(jié)果表明：在電子抗蝕劑表面旋涂導(dǎo)電膠，可以有效緩解電