alias: 电子束,背散射

tag: 黄光

电子束直写式曝光

电子束直写式曝光技术可以完成0.1～0.25μm的超微细加工，甚至可以实现数十纳米线条的曝光。目前，电子束曝光技术已广泛地应用于制造高精度掩模版、移相掩膜和X射线掩模版的过程中。

电子束曝光的原理是利用具有一定能量的电子与光刻胶的碰撞作用，发生化学反应完成曝光。

具有一定能量的电子束进入光刻胶，与光刻胶发生碰撞时，主要有三种情况：
①电子束穿过光刻胶层，既不发生方向的变化也没有能量的损失；
②电子束与光刻胶分子发生弹性散射，方向发生改变，但不损失能量；
③电子束与光刻胶分子发生非弹性散射，方向改变，且有能量损失。

电子进入光刻胶之后发生的弹性散射，是由于电子受到核屏蔽电场作用而引起的方向偏转，绝大多数情况下偏转角小于90。在非弹性散射的情况下，散射角θ与入射电子的能量损失有关。

![[A=PH=电子束直写式曝光 image 1.png]]

一般来说经过散射之后，电子束散开的距离约为入射深度的一半。

电子在光刻胶中发生散射，可以将散射分为前向散射和背散射，前向散射的散射方向与电子束入射方向的夹角θ很小，只导致曝光图形的轻微展宽。

背散射将使大面积的光刻胶层发生程度不同的曝光，最终使大面积的图形模糊，因此造成电子束曝光所形成的图形出现畸变，这种效应称为邻近效应。

![[A=PH=电子束直写式曝光 image 2.png]]

邻近效应可分为两种情况：

①因增强曝光引起图形的凸起；
②因减弱曝光引起图形的缺损。

从图中的A点入射的电子不仅对A点本身起曝光作用，而且散射电子还会对A点周围区域的曝光也做出贡献。同样，入射到A点周围区域的电子，因散射也会提供能量给A点，促进A点的曝光。

如果各点以同样电子束照射，A点刚好达到阈值能量完成化学反应，对于处在边缘的B点来说，散射电子对B点所贡献的能量相当于A点的1/2，B点就会显得曝光不充分，从而出现边界内移。对于C点，它只接受相当于A点1/4的散射电子，因而曝光的情况比B点还差。

由于电子散射的影响，造成图形畸变，两个相邻图形之间会凸出。

为了克服电子散射引起的图形畸变，在电子束曝光中，通过选择电子束的能量、光刻胶的膜厚和曝光剂量，可以在一定程度上克服电子散射引起的图形畸变问题。

目前电子束曝光系统主要有以下几类：

改进的扫描电镜(SEM)：是从电子显微镜演变过来的，通过对电子束进行聚焦，从而在光刻胶上形成图形。其分辨率取决于所选用的SEM，由于其工作台的移动较小，一般只适用于研究工作。
高斯扫描系统分辨率可以达到几纳米

通常有两种扫描方式：
①光栅扫描系统，采用高速扫描方式对整个图形场进行扫描，利用快速束闸，实现选择性曝光；
②矢量扫描方式，只对需曝光的图形进行扫描，没有图形部分快速移动。

成型束的最小分辨率一般大于100nm，但曝光效率高。

![[A=PH=电子束直写式曝光 image 3.png]]

有限散射角投影式电子束曝光技术采用散射式掩膜技术。

掩模版由原子序数低的SiNx薄膜和原子序数高的Cr/W组成，电子在SiNx 薄膜发生小角度散射，而在Cr/W中电子会大角度散射。

处于投影系统的背焦平面上的光阑可以将大角度散射的电子过滤掉，从而在光刻胶上形成高对比度的图形。