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NPGS V9.0基于改裝SEM的掃描電子束曝光系統

技術(shù)描述：
為滿(mǎn)足納米***電子束曝光要求，JC Nabity出品的NPGS系統設計了***個(gè)納米圖形發(fā)生器和數模轉換電路，并采用PC機控制。PC機通過(guò)圖形發(fā)生器和數模轉換電路去驅動(dòng)SEM等儀器的掃描線(xiàn)圈，從而使電子束偏轉并控制束閘的通斷。通過(guò)NPGS可以對標準樣片進(jìn)行圖像采集以及掃描場(chǎng)的校正。配合精密定位的工件臺，還可以實(shí)現曝光場(chǎng)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。
(***) 電子源（Electron Source）
曝照所需電子束是由既有的SEM、STEM或FIB產(chǎn)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，受數千乃至數萬(wàn)伏特之加速電壓驅動(dòng)沿顯微鏡中軸向下移動(dòng)，并受中軸周?chē)磐哥R（magnetic lens）作用形成聚焦電子束而對樣本表面進(jìn)行掃描與圖案刻畫(huà)。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(jìn)行逐點(diǎn)逐行的掃描，掃描的點(diǎn)距與行距由程式控制，而當掃描到有微影圖案的區域時(shí)，電子束開(kāi)啟進(jìn)行曝光，而當掃描到無(wú)圖案區域時(shí)，電子束被阻斷；矢量掃描則是直接將電子束移動(dòng)到掃描范圍內有圖案的區域后開(kāi)啟電子束進(jìn)行曝光，所需時(shí)間較少。
掃描過(guò)程中，電子束的開(kāi)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(chǎn)生***大偏轉磁場(chǎng)使電子束完全偏離中軸而無(wú)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(huì )改變阻劑材料的特性，再經(jīng)過(guò)顯影（development）后，曝照（負阻劑）或未曝照（正阻劑）的區域將會(huì )留在基材表面，顯出所設計的微影圖案，而后續的制程將可進(jìn)***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***常用的正阻劑，是由單體甲基丙烯酸甲酯（methyl methacrylate, MMA）經(jīng)聚合反應而成。用在電子阻劑的PMMA 通常分子量在數萬(wàn)至數十萬(wàn)之間，受電子束照射的區域PMMA 分子量將變成數百至數千，在顯影時(shí)低分子量與高分子量PMMA 溶解度的對比非常大。
負阻劑方面，多半由聚合物的單體構成。在電子束曝照的過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生聚合反應形成長(cháng)鏈或交叉鏈結（crosslinking）聚合物，所產(chǎn)生的聚合物較不易被顯影液溶解因而在顯影后會(huì )留在基板表面形成微影圖案。目前常用的負阻劑為化學(xué)倍增式阻劑（chemically amplified resist），經(jīng)電子束曝照后產(chǎn)生氫離子催化鏈結反應，具有高解析度、高感度，且抗蝕刻性高。
(四) 基本工序
電子束微影曝光技術(shù)的基本工序與光微影曝光技術(shù)相似，從上阻、曝照到顯影，各步驟的參數（如溫度、時(shí)間等等）均有賴(lài)于使用者視需要進(jìn)行校對與調整。

NPGS V9.0基于改裝SEM的掃描電子束曝光系統

型號：NPGS V9.0
最細線(xiàn)寬（μm）：根據SEM
最小束斑（μm）：根據SEM
掃描場(chǎng)：可調
加速電壓：根據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 V9.0 for Windows2000 或 XP
圖案設計軟件 DesignCAD LT 2000 for Windows

NPGS V9.0基于改裝SEM的掃描電子束曝光系統

在過(guò)去的幾年中，半導體器件和IC生產(chǎn)等微電子技術(shù)已發(fā)展到深亞微米階段及納米階段。為了追求晶片更高的運算速度與更高的效能，三十多年來(lái)，半導體產(chǎn)業(yè)遵循著(zhù)摩爾定律（Moore’s Law）：每十八個(gè)月單***晶片上電晶體的數量倍增，持續地朝微小化努力。為繼續摩爾定律，在此期間，與微電子領(lǐng)域相關(guān)的微/納加工技術(shù)得到了飛速發(fā)展，科學(xué)***提出各種解決方案如：圖形曝光（光刻）技術(shù)、材料刻蝕技術(shù)、薄膜生成技術(shù)等。其中，圖形曝光技術(shù)（微影術(shù)）是微電子制造技術(shù)發(fā)展的主要推動(dòng)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降低。
電子束曝光系統（electron beam lithography, EBL）是***種利用電子束在工件面上掃描直接產(chǎn)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***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，簡(jiǎn)稱(chēng)NPGS，又稱(chēng)電子束微影系統）。電子束曝光技術(shù)具有可直接刻畫(huà)精細圖案的優(yōu)點(diǎn)，且高能電子束的波長(cháng)短（< 1 nm），可避免繞射效應的困擾，是實(shí)驗室制作微小納米電子元件***佳的選擇。相對于購買(mǎi)昂貴的專(zhuān)用電子束曝光機臺，以既有的SEM等為基礎，外加電子束控制系統，透過(guò)電腦介面控制電子顯微鏡中電子束之矢量掃描，以進(jìn)行直接刻畫(huà)圖案，在造價(jià)方面可大幅節省，且兼具原SEM 的觀(guān)測功能，在功能與價(jià)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(diǎn)，在北美研究機構中，JC Nabity的NPGS是***熱銷(xiāo)的配套于掃描電鏡的電子束微影曝光系統，而且它的應用在世界各地越來(lái)越廣泛。
NPGS的技術(shù)目標是提供***個(gè)功能強大的多樣化簡(jiǎn)易操作系統，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(lái)實(shí)現藝術(shù)***的電子束或離子束平版印刷技術(shù)。NPGS能成功滿(mǎn)足這個(gè)目的，得到了當前眾多用戶(hù)的強烈推薦和***致肯定。
應用簡(jiǎn)述
NPGS電鏡改裝系統能夠制備出具有高深寬比的微細結構納米線(xiàn)條，從而為微電子領(lǐng)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(guān)的微/納加工技術(shù)提供了新的方法。NPGS系統作為制作納米尺度的微小結構與電子元件的技術(shù)平臺，以此為基礎可與各種制程技術(shù)與應用結合。應用范圍和領(lǐng)域取決于客戶(hù)的現有資源，例如： NPGS電子束曝光系統可與等離子應用技術(shù)做***有效的整合，進(jìn)行各項等離子制程應用的開(kāi)發(fā)研究，簡(jiǎn)述如下：
(***) 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(shù)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半導體元件制作有其差異性。就等離子相關(guān)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***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(guò)程?？涛g完成后可輕易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(shù)密切結合。電子束微影曝光技術(shù)在圖案設計上之自由度十分符合復雜多變化的微機電元件構圖。***旦完成圖案定義，將轉由深刻蝕技術(shù)將圖案轉移到晶圓基板。