芯片制造工艺-电子束光刻

电子束光刻:电子束光刻是一种微加工技术，它利用低功率密度的电子束直接接触电致耐腐蚀剂，并在显影后从耐腐蚀剂中获得图形。

电子束光刻具有极高的精度，常用于制作高质量的模板和放大模板。

电子束系统:电子束系统主要包括控制电子束开关的发射器和抑制器，可以产生小直径电子束。暴露在高真空中，避免空气分子对电子束的干扰。电子束通过一组静电板到达模板、放大模板或晶圆。静电板的作用是调整电子束的方向（x-y方向)，其功能类似于电视机的电子束导向机制。

直写曝光技术:电子束光刻不需要使用掩膜版，因此去除了掩模版曝光带来的不足和错误。计算机中有计算机辅助设计。（CAD）设计阶段的晶圆图形。电子束被偏移系统引导到需要曝光的位置，使相应部位的光刻胶曝光。晶圆固定在载台上，载台移动，直到所有曝光完成。这种对准和曝光技术被称为“直接写作”（directwriting）曝出”；

电子束曝光方式:电子束曝光分为光栅式和矢量式。光栅扫描是指电子束从晶圆的一侧扫描到另一侧，然后向下扫描。计算机控制目标和开关电子束的缺点是耗时，因为电子束需要扫描整个晶圆表面。矢量扫描曝光，电子束直接移动到需要曝光的地方，在需要曝光的地方曝光小的矩形或长方形，直到需要曝光所需的图形。

优势：

1、高分辨率：

照片中电子束的波长

对加速电压为30KV的电子枪而言，其相应波长仅为0.07A，因此选择电子束曝光可获得高分辨率图形。

2、曝光更灵活:因为微电子束可以用电场或磁场偏移，所以需要的图案可以通过电脑控制电子束的移动来获得，对新设备的开发更有意义，避免了光刻掩模版的制备周期。

3、由于掩膜版或硅片表面不平整，电子束的焦深焦深可避免影响图案。

4、曝光过程的对准和套刻精度非常高。

缺陷：效率低，成本高，操作困难；

电子束曝光过程:图为电子束光刻与lift-off相结合的工艺过程。使用电子束光刻获取所需的图形，然后使用电子束蒸发沉积金属，去除多余的光刻胶后，即可获得所需的设备。电子束胶PMMA胶易溶于甲苯，用甲苯作为去胶剂溶解光刻胶。光刻胶溶解后，薄膜悬挂，悬挂的金属薄膜用超声波清洗器清除，这样我们需要的金属设备只能保留在硅片上。

常用的电子束胶：

正胶：PMMA、PMMA-MMA、ZEP-520；

PMMA：高分辨率(10nm)，对比度大，有利于剥离技术，价格低廉；但灵敏度低(300-1000C/cm2)，耐蚀性差；

PMMA-MMA：与PMMA胶结合，灵敏度大大提高，分辨率降低(200nm)，容易实现多层T型剥离结构。

ZEP-520：高分辨率(~20nm)，高灵敏度(50-200C/cm2)，耐蚀蚀；但是很难去胶。

负胶：HSQ，极高分辨率(10nm)，接近效果小，灵敏度低(~2500C/cm2)。

曝光原理:大部分抗腐蚀剂只需要几个eV能量电子就可以曝光。对于正腐蚀剂:入射颗粒打断高聚物链，曝光区域变得更容易溶解。显影完成后，曝光图形阴影部分的胶水全部溶解。对于负抗腐蚀剂:入射颗粒连接高聚物，曝光区域变得更难溶解。显影完成后，曝光图形阴影以外的胶水全部溶解。