电子束直接曝光机简介

电子束直接曝光机简介郑国强（甘肃平凉市电子部第４５研究所，７４４０００）１引言电子束曝光技术是集光、机、电、计算机和超高真空技术为一体的综合性技术，它可以把亚微米工艺的集成电路和器件图形直接光刻在Ｓｉ和ＧａＡｓ等圆片上。电子束直接曝光设备在军事微电子...     

电子束制备亚微米掩模

采用微细的电子束通过化学腐蚀工艺而不是剥离工艺制得了亚微米线宽的铬掩模。在计算机控制的扫描电镜(SEM)中进行电子束曝光。用旋转涂敷法在铬版上涂上聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)抗蚀剂,电子辐照之后,样品用适当的工艺进行显影,对铬版曝光区域进行化学腐蚀。在曝光中,电子束的能量、电流和直径分别为15千电子伏、0.1毫微安和小于0.1微米、无需后烘工序。利用这些技术制得了表面波换能器和集成电路的铬掩模。     

基于混合曝光技术的新型亚微米图形制作方法

提出了一种基于投影式光刻机和电子束光刻机混合曝光技术的新型亚微米图形制作方法,该方法可用于制作对精度要求比较高的亚微米图形。具体的做法是将亚微米图形分解成高精度图层和普通精度图层,并将两个图层分别采用电子束直写和投影式光刻机依次在同一层光刻胶曝光后,经过一次显影得到完整图形。通过该方法不仅可以大幅减少采用电子束直写亚微米图形所需的时间,还可以有效地保证图形的线宽精度。从图形的数据处理和实验制作两个方面,详细地介绍了采用该方法在硅衬底上制作SU-8亚微米图形的过程。经SEM测试得出,本方法制作的图形尺寸精度和棱角的锐度都非常精确,可比较理想地实现设计者的设计要求。     

利用SEM进行高分辨率电子束曝光

<正>由于大规模集成电路集成度与微波半导体器件使用频率的提高,使得这类器件在制造时,要求刻蚀出亚微米的线条。一般的远紫外光学曝光技术已很难满足这一要求,因而高分辨率的电子束曝光技术及软X射线曝光技术得到了广泛的重视和研究。当前国际上已研制出刻蚀精度高达0.02μm的线条,并可制备高分辨率掩模版及直接在芯片上刻蚀的高分辨率电子束曝光机。运用直线电子加速器产生软X射线的曝光方法也可以制备这类器件。     

亚微米尺寸金属电极的制备工艺

亚微米尺寸金属电极在高电子迁移率晶体管(HEMT)等半导体电子学器件中有重要应用,其制作是器件制作中的关键工艺,对器件性能有着重要影响。本文选择合适的涂胶旋转转速、烘烤温度(180℃)和时间,可以有效地减少电子束曝光后所产生的气泡。通过对聚甲基丙烯酸甲酯/聚二甲基戊二酰亚胺(PMMA/PMGI)双层胶进行电子束曝光和显影,确定了合适的曝光剂量为550 μC/cm2。通过调整显影液配比,并将显影时间控制在合理范围,获得了光滑完整的PMMA/PMGI双层光刻胶曝光图形。开发了双层光刻胶电子束曝光工艺,制备出宽度为200 nm的金属电极。     

电子束曝光系统中的物镜像差和最佳电子束电流

本文讨论微米及亚微米级电子束曝光系统中各种透镜像差对合成透镜弥散斑的影响,分析了最佳电子束电流与末级透镜束会聚半角的关系。计算结果表明,计算模拟技术用于求取电子束曝光系统最佳参数是方便的,该方法很适合于求取个别系统的精确答案;电子枪电源及透镜电源稳定性的提高可以减小透镜像差弥散斑并提高可获得的最大电子束流;衍射像差在亚微米电子束曝光系统中有不能忽略的影响。     

电子束直写技术制作GHz频带声表面波器件

电子束具有刻写微细图形尺寸的能力，容易实现亚微米宽格栅的声表面波器件制造，因此可达到器件的高频化和在设计上更具灵活性。该文介绍了器件图形的数据处理策略，基片的制备和工艺过程。描述了在电子束曝光过程中采取的一些独特方法，生产了性能良好的吉赫兹频带滤波器、谐振器和延迟线等声表面波器件。     

干法刻蚀在亚微米制版中的应用研究

本文简述了当前国内外微细图形加工技术的各种方式;着重介绍了用电子束曝光、氯等离子体刻蚀工艺制作高质量亚微米铬掩摸版的工艺实验及条件选择,应用效果等;还提出了干法刻蚀过程中的安全防护措施及下步工作考虑。     

电子束光刻在纳米加工及器件制备中的应用

电子束光刻技术是推动微米电子学和微纳米加工发展的关键技术,尤其在纳米制造领域中起着不可替代的作用。介绍了中国科学院微电子研究所拥有JEOLJBX5000LS、JBX6300FS纳米电子束光刻系统和电子显微镜系统的电子束光刻技术实验室,利用电子束直写系统所开展的纳米器件和纳米结构制造工艺技术方面的研究。重点阐述了如何利用电子束直写技术实现纳米器件和纳米结构的电子束光刻。针对电子束光刻效率低和电子束光刻邻近效应等问题所采取的措施;采用无宽度线曝光技术和高分辨率、高反差、低灵敏度电子抗蚀剂相结合实现电子束纳米尺度光刻以及采用电子束光刻与X射线曝光相结合的技术实现高高宽比的纳米尺度结构的加工等具体工艺技术问题展开讨论。     

电子束曝光技术的应用

电子束曝光技术是一种日益完善的超微细图形加工技术,它被广泛应用于航天通讯国防军工及超大规模集成电路等诸多领域。电子束曝光技术具有极高的分辨率,理论上甚至能达到原子量级。电子束曝光可以在基片上进行无掩膜直接曝光,具有极高的灵活性,因此是研制各种超微细结构器件的有力工具。目前先进的高性能电子束曝光系统主要用于0.1～0.5微米的超微细加工,甚至可以实现纳米线条的曝光制作。 电子束曝光技术是在扫描电镜技术的基础上发展起来的,其原理是计算机控制电子束成像电镜及偏转系统,     

以金属为缓冲层在Si(111)上分子束外延GaN及其表征

用电子束蒸发方法在Si(111)衬底上蒸发了Au/Cr和Au/Ti/Al/Ti 两种金属缓冲层,然后在金属缓冲层上用气源分子束外延(GSMBE)生长GaN. 两种缓冲层的表面都比较平整和均匀,都是具有Au(111)面择优取向的立方相Au层. 在Au/Cr/Si(111)上MBE生长的GaN,生长结束后出现剥离. 在Au/Ti/Al/Ti/Si(111)上无AlN缓冲层直接生长GaN,得到的是多晶GaN;先在800℃生长一层AlN缓冲层,然后在710℃生长GaN,得到的是沿GaN(0001)面择优取向的六方相GaN. 将Au/Ti/Al/Ti/Si(111)在800℃下退火20min,金属层收缩为网状结构,并且成为多晶,不再具有Au(111)方向择优取向.     

两种离子束方法制备Cr膜的分析研究

在室温下,采用离子束溅射同时经100 keV Ar 离子轰击的动态离子束混合技术和采用离子束溅射技术这两种方法制备Cr膜,并用XPS,SEM及AES对薄膜的结构、表面形貌、薄膜与基体附着力的影响等进行分析对比。结果表明,与离子束溅射技术制备的Cr膜相比较,动态离子束混合技术制备的Cr膜表面平滑,膜致密呈无气隙的柱状结构,且薄膜元素与基体元素混合形成的组分过渡层较宽,因而有效地提高了Cr膜的附着力。     

激光准直铬原子束三维仿真分析

为了获得高准直度的中性铬原子束,设计了一个由三组激光束组成的激光准直场对高温铬原子束进行准直。应用蒙特卡罗随机方法模拟实际状态下原子的初始状态,更好地体现了实际状态中原子运动的不确定性以及原子同位素对实验的影响。以原子在激光准直场中的受力情况为依据,定量分析了实际状态中性铬原子束在激光准直场作用下的运动特性,及其在三维空间的运动轨迹和原子落点状态的三维分布。研究显示,经准直后铬原子束在 x 方向最大发散角减小至1．5 mrad,y 方向最大发散角减小至1．6 mrad,且原子通量提高至准直前的两倍。研究结果不仅为实验提供了更详尽的数据资料,更为后续制作更精确的纳米光栅和纳米点提供了更理想的冷原子束。     

基于LiNbO3晶体电光调Q的Cr,Tm,Ho:YAG激光器输出特性分析

搭建了以布儒斯特角切割LiNbO3晶体作为电光调Q元件的Cr,Tm,Ho:YAG激光器,测量了静态时腔内LiNbO3晶体的放置角度对激光器输出能量以及偏振特性的影响。研究发现,当LiNbO3晶体以布儒斯特角放置时,Cr,Tm,Ho:YAG激光器效率最高,输出激光的p分量最大,线偏振特性最好,这对电光调Q是有利的。电光调Q时,测量了不同抽运电压下的输出能量、脉冲宽度及脉冲波形,当重复频率为2Hz时、脉冲能量为25mJ,最小脉宽达265ns,脉冲峰值功率达94.3kW,脉冲波形呈光滑的近高斯分布。     

AA6061铝基材上激光熔覆Cu／Cr合金层的研究

在易氧化的纯AI表面制备Cu/Ar合金熔覆层,因二者的熔点温度差别大且容易结合过渡区产生脆性裂纹而有一定难度。本文通过扫描电镜（SEM）分析研究了激光工艺参数对Cu/Ar熔覆层过渡区裂纹倾向的影响。实验结果表明,以1．06μm波长的Nd:YAG激光器的聚焦光束为热源,通过选择合适的激光工艺参数,可获得理想的Cu/Ar合金熔覆层,这对于改进铝材表面的物理、化学性能并进一步开发其作为电接触材料具有应用价值。     

3孔预准直后铬原子束横向位置分布仿真

为了研究52Cr原子以外其它同位素对铬原子束横向位置分布的影响,采用蒙特卡罗方法对3孔预准直狭缝条件下的1维激光冷却进行了理论分析。由分析可知,在区分52Cr原子和其它同位素条件下,原子束横向位置分布的基底会有所增加,每一部分原子束的特征值也有明显的变化,中心部分原子束中心最大值有9.5%的降低,半峰全宽有2.9%的增加;两侧每一部分原子束的中心最大值有25%的增加,半峰全宽略有增宽。结果表明,其它同位素的区分与否对中心部分原子束的中心最大值和半峰全宽影响很小。     

Structural Transformation of Acrylic Resin upon Controlled Electron‐Beam Exposure Yields Positive and Negative Resists

Zwitter polymers are defined as polymers that undergo transformation from a linear to a crosslinked structure under electron‐beam irradiation. A resist polymer may be either linear or crosslinked, depending on electron‐beam dosage. The structural transformation of acrylic resin make it suitable for applications in positive and negative resists in the semiconductor field. The contrast ratio and threshold dose both increase with increasing resist thickness for both the positive and negative resists, while the positive resist exhibits better contrast than the negative. The intensity of the characteristic Fourier‐transform infrared absorption band at 1612 cm^–1 (vinyl group) is used to explain the phenomena behind these resist transformations. We evaluate the effects of two important processing conditions: the soft baking and post‐exposure baking temperatures. Pattern resolution decreases upon increasing the baking temperature, except for soft baking of the negative resist. The effect of electron dose on the pattern resolution is also discussed in detail for both resists. High electron‐beam exposure does not improve the etching resistance of the resist because of the porous nature of the resist that develops after high‐dosage irradiation.     

AIN-based dilute magnetic semiconductors

AlMnN and AlCrN have been synthesized by gas-source molecular beam epitaxy (GSMBE). Using optimized growth conditions and compositions, sccm films as determined by x-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy, which also show room-temperature magnetic behavior were obtained for both materials. Chromium was found to produce greater magnetic ordering as evidenced by a higher technical saturation. The AlCrN also exhibited a higher remanent magnetization and a M versus T behavior more typical of ferromagnetism than that observed for AlMnN. These results suggest that Cr is a superior dopant for formation of AlN-based, dilute magnetic semiconductors.     

Heavy Cr doping of ZnSe by molecular beam epitaxy

Epitaxial ZnSe layers were grown by molecular beam epitaxy (MBE) to study Cr incorporation with the long-term goal of demonstrating an alternate route for achieving transition-metal-doped lasers. Concentrations between 10¹⁵ atoms cm⁻³ and 4×10²⁰ atoms cm⁻³ were achieved. Secondary ion-mass spectroscopy (SIMS) concentration profiles strongly suggest that surface segregation and accumulation of Cr occurs during growth. Photoluminescence (PL) measurements indicate Cr is incorporated in the optically active Cr²⁺ state up to levels of ∼10¹⁹ cm⁻³. Electron paramagnetic resonance (EPR) studies suggest that the Cr atoms exhibit collective magnetic behavior even at these levels. X-ray diffraction (XRD) and reflection high-energy electron diffraction (RHEED) indicate high structural quality is maintained for Cr incorporation for levels up to ∼10¹⁹ atoms cm⁻³.     

Micro‐Nanostructured Interfaces Fabricated by the Use of Inorganic Block Copolymer Micellar Monolayers as Negative Resist for Electron‐Beam Lithography

This paper introduces an approach where the match of two different length scales, i.e., pattern from self‐assembly of block copolymer micelles (< 100 nm) and electron‐beam (e‐beam) writing (> 50 nm), allow the grouping of nanometer‐sized gold clusters in very small numbers in even aperiodic pattern and separation of these groups at length scales that are not accessible by pure self‐assembly. Thus, we could demonstrate the grouping of Au nanoclusters in different geometries such as squares, rings, or spheres.