NBL電子束曝光系統

電子束曝光技術是光刻技術的延伸，是指利用某些有機聚合物對電子敏感的特性，將其加工成精細掩模圖形的曝光技術。它是近些年才發展起來的集電子光學，精密機械，超高真空，計算機自動控制技術於一體的新興技術。

NBL 電子束曝光系統，是基於SEM電子束曝光系統的，它主要由主機、邏輯電路、高壓電櫃、觸摸控制四個部分組成。

基本介紹

• 中文名：NBL電子束曝光系統
• 外文名：NBL electron beam exposure system
• 屬於：電子束曝光系統
• 屬性：一種曝光技術
• 基礎：基於SEM電子束曝光系統
• 組成：主機、邏輯電路、高壓電櫃等

電子束曝光的原理和優缺點

原理

電子槍的陰極發射電子經加速極，柵極共同作用後，在陽極孔附近由於電磁透鏡徑向場的向軸作用力匯聚成極細的電子束，再由物鏡將它投射到工件表面上，計算機將微型電子器件上複雜而精細的圖形，轉換成數據並傳輸到圖形發生器，由圖形發生器控制束偏轉器和束流的通斷在工件上曝光出圖形。

優缺點

（1）電子束曝光的解析度高，電子束曝光在較高的加速電壓情況下，可以得到較小的束班，取得較高的解析度，較高的解析度可以提高器件的性能和可靠性。

（2）與傳統的光刻曝光相比較，曝光圖形精度優良，電子束的焦深很深，不受工作樣品的表面光潔度的影響，可以製造出光學曝光不能製造的器件。

（3）電子束曝光設備的資金投入小，曝光的圖形容易改變和修整，非常適合小批量，高性能，圖形複雜的器件的研發。

（4）電子束曝光會產生較嚴重的鄰近效應，一定程度上會影響圖形的解析度和圖形的精度。

（5）生產率較低，為了提高生產率，人們做出了巨大的努力，使電子束曝光的生產率有了很大的提高，但相對而言，它的生產率還遠遠低於光學曝光。

電子束曝光系統的種類

基於SEM的電子束曝光系統

由於改進掃描電鏡（ SEM） 的工作方式與電子束曝光機十分相近，最初的電子束曝光機是在 SEM 的基礎上改裝發展起來的。掃描電鏡光學系統一般是由電子槍、對中線圈、聚光鏡、物鏡光闌、物鏡線圈、掃描線圈、消像散器等構成，這種電子束曝光系統是電子從電子槍發射出來，通過聚光鏡和物鏡的聚焦獲得極細電子束；聚焦電子束受到電磁線圈的控制，使電子束能夠通過聚光鏡、物鏡光闌和物鏡等部件最後達到樣品表面的曝光系統。

高斯電子束曝光系統

高斯電子束掃描系統分為矢量掃描方式和光柵掃描方式。矢量掃描方式曝光是先將曝光圖形分割成不同的場，在掃描場內，以矢量方式從一個單元圖形跳到另一個單元圖形，逐個對單元圖形進行掃描，完成一個掃描場描繪後，移動工件台再以同樣的方式進行第二個場的掃描，直到完成全部圖形的曝光。光柵掃描方式採用高速掃描方式對整個圖形場進行掃描，利用快速束閘，實現選擇性曝光。

成型電子束曝光系統

成形電子束曝光系統按束斑性質可分成固定和可變成形束系統。固定成形束系統是指採用特殊設計的成形光闌，在成型光闌的作用下形成三角形、梯形、圓形及多邊形等在曝光時尺寸始終不變的束斑形狀。成型束的最小解析度比其它曝光系統的解析度要低些且有束斑尺寸整數倍時會產生重疊區，但曝光效率高，目前廣泛用於微米、亞微米及深亞微米的曝光領域如用於掩模版製作和小批量器件生產等。可變成形束系統在曝光時束斑形狀和尺寸可不斷變化。電子束經第一方光闌後形成一束方形電子束，再照射到第二方光闌上。該像由成型偏轉器上加上不同的電壓，就能改變穿過下方光闌的束斑的尺寸和位置，形成可變的成形束斑。

投影電子束曝光系統

現有電子曝光系統雖能得到極高的解析度，但相對於光學曝光，其生產率仍比較低，為了進一步提高生產率，近年來正在研發投影電子束曝光系統。它通過由特殊薄膜構成的掩模，經過不同的光闌孔，形成需要曝光的圖形角度，再利用分布重複技術，形成所要求的圖形。既能使曝光解析度達到納米量級，又能大大提高生產率，且不會產生鄰近效應。

NBL電子束曝光系統組成

NBL 電子束曝光機是一款基於 SEM 電子束曝光系統的直寫設備，如圖 1所示，它主要由主機、邏輯電路、高壓電櫃、觸摸控制四個部分組成。

圖1

NBL 的電子光學曝光部分如圖 2所示，主要包括電子槍、聚光鏡、電子偏轉部分。它採用的是熱場發射電子槍，它由燈絲、發射尖端、柵極三個主要部分組成，電子槍是一切電子光學儀器的關鍵部分，發射尖端位於燈絲上，它決定高壓的性能，作用是產生一個強度足夠大的，並且在一定範圍內可調的電子流，考慮了相對論效應修正後，由電子束波長公式： 可知電子束的束斑直徑與電壓的關係，對於BL 來說，加速電壓為 80 kV，其波長僅為 0.0043 nm，得到較高的解析度。聚光鏡部分由三級透鏡組成，用來匯聚電子槍發出的電子束，當電子束偏離第一級透鏡的焦點時，穿過光闌，束流中心周圍的電子被禁止，束流變窄變細，經過第二級透鏡和物鏡進一步將束斑縮小，電子束經過聚光鏡部分使束斑直徑非常小。

圖2

電子偏轉部分，通過圖形發生器和數模轉換電器去驅動 SEM 的掃描線圈，每個 SEM 線圈都包含 4個繞組，通過計算機送出的數字量轉換成相應的模擬量，通過線圈電流的大小變化來控制電子束向 X和Y軸兩個不同方向的偏轉，從而使電子束偏轉。一方面使束流進入最後一級透鏡時損失最小，另一方面使電子束在子場內不同區域完成曝光。