本文關(guān)鍵詞：微納系統(tǒng)電子束光刻關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：電子束光刻技術(shù)在微納系統(tǒng)的集成電路光掩模制造領(lǐng)域具有不可替代的作用,是推動(dòng)微納系統(tǒng)特征尺寸不斷降低的關(guān)鍵技術(shù),同時(shí)也是納米電子學(xué)、納米光學(xué)以及半導(dǎo)體量子結(jié)構(gòu)制作等科學(xué)研究領(lǐng)域中不可或缺的加工手段。電子束光刻技術(shù)的性能不僅依賴(lài)于電子光學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)、環(huán)境溫度、空間磁場(chǎng)等外部條件,而且當(dāng)工藝節(jié)點(diǎn)深入到百納米級(jí)及以下時(shí),工藝條件的控制也變得至關(guān)重要。例如絕緣襯底電荷積累問(wèn)題的影響加劇了電子束直寫(xiě)圖形掃描場(chǎng)拼接的誤差;高高寬比納米結(jié)構(gòu)的粘連和坍塌現(xiàn)象制約了后續(xù)的刻蝕工藝;由于電子散射產(chǎn)生的電子束曝光鄰近效應(yīng)限制了電子束直寫(xiě)的有效圖形分辨率、圖形結(jié)構(gòu)質(zhì)量大幅度下降。為了有效地提高電子束光刻的加工精度和圖形生成質(zhì)量,本文對(duì)電子束光刻中的關(guān)鍵工藝技術(shù)及其相關(guān)機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。本論文從電子束光刻中的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,即絕緣襯底的電荷積累、高高寬比抗蝕劑圖形的坍塌及粘連、鄰近效應(yīng)影響圖形分辨率,進(jìn)行了詳細(xì)論述,以PMMA,HSQ,SX AR-P 6200抗蝕劑為實(shí)驗(yàn)材料,研究了電子束光刻技術(shù)中影響抗蝕劑圖形質(zhì)量的因素,并探討了問(wèn)題產(chǎn)生機(jī)理及解決方法,通過(guò)理化分析手段對(duì)其進(jìn)行了表征;開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)方法及工藝流程的設(shè)計(jì),解決了關(guān)鍵工藝技術(shù)問(wèn)題;通過(guò)建立電荷積累、高高寬比抗蝕劑圖形坍塌及粘連、襯底中電子散射三種模型,以旋涂導(dǎo)電膠、電磁波加熱及工藝優(yōu)化與軟件仿真相結(jié)合的方法解決相應(yīng)問(wèn)題。分別以三種抗蝕劑的納米結(jié)構(gòu)為檢測(cè)對(duì)象,進(jìn)行了性能測(cè)試分析,同時(shí)對(duì)其曝光機(jī)理進(jìn)行了探討。主要的工作內(nèi)容如下:1.系統(tǒng)地總結(jié)了納米電子束光刻中存在的各種關(guān)鍵工藝技術(shù)難點(diǎn),并根據(jù)大量工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了各工藝技術(shù)問(wèn)題產(chǎn)生的原因,提出了相應(yīng)的解決思路。2.針對(duì)電子束在絕緣襯底上所產(chǎn)生的電荷積累,以及在絕緣體襯底上孤立金屬膜圖形仍然無(wú)法疏導(dǎo)周邊絕緣體表面電荷積累影響的問(wèn)題,通過(guò)仿真分析其產(chǎn)生機(jī)理,建立物理模型,并提出一種在電子抗蝕劑表面旋涂一層富含導(dǎo)電微粒的水溶性導(dǎo)電膠疏散電子束直寫(xiě)所產(chǎn)生的積累電荷的方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該方法可以有效地抑制了直接在絕緣體襯底上或者非導(dǎo)電介質(zhì)膜上進(jìn)行電子束曝光時(shí)積累電荷排斥電子束的現(xiàn)象,取得理想的效果。3.深入地探討了高高寬比抗蝕劑圖形由于水的表面張力所導(dǎo)致的粘連及坍塌機(jī)理,提出了電子束曝光顯影后直接通過(guò)電磁波加熱去離子水進(jìn)行干燥的方法。該方法是利用水分子在電磁波交變電場(chǎng)的作用下不斷加速產(chǎn)生劇烈運(yùn)動(dòng)的機(jī)理,使去離子水在交變的電磁場(chǎng)環(huán)境下升溫,分子間的氫鍵斷裂,促使水分子團(tuán)簇減小,降低水的表面張力。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,這一方法干燥顯影后的高高寬比抗蝕劑圖形取得良好效果。4.通過(guò)Monte Carlo模擬和曝光實(shí)驗(yàn),從工藝條件、電子光學(xué)系統(tǒng)等方面分析了電子束曝光鄰近效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)制及主要影響電子束鄰近效應(yīng)校正前散射和背散射的因素。結(jié)合典型版圖的制作,探討了采用計(jì)算機(jī)軟件模擬與曝光實(shí)驗(yàn)相結(jié)合進(jìn)行鄰近效應(yīng)劑量調(diào)制校正的方法及過(guò)程,并對(duì)實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果在校正前后的圖形質(zhì)量進(jìn)行了分析和對(duì)比,確定了最優(yōu)工藝流程。研究結(jié)果表明:在電子抗蝕劑表面旋涂導(dǎo)電膠,可以有效緩解電荷積累產(chǎn)生的場(chǎng)拼接誤差并保證套刻精度;電磁波加熱干燥顯影后的高高寬比抗蝕劑結(jié)構(gòu)圖形,可以成功獲取高260nm、寬16nm的光刻膠線(xiàn)條組和直徑為20nm的光刻膠柱形陣列;通過(guò)預(yù)先優(yōu)化工藝條件并結(jié)合軟件校正的方法,抗蝕劑圖形結(jié)構(gòu)質(zhì)量得到明顯改善。
【關(guān)鍵詞】：微納系統(tǒng) 電子束光刻 電荷積累 高高寬比 鄰近效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN305.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第1章 緒論15-31
• 1.1 課題背景及意義15-17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)17-29
• 1.2.1 微納機(jī)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀及趨勢(shì)17-19
• 1.2.2 光刻技術(shù)工藝現(xiàn)狀及趨勢(shì)19-22
• 1.2.3 電子束光刻工藝現(xiàn)狀及趨勢(shì)22-26
• 1.2.4 電子束光刻技術(shù)的關(guān)鍵工藝問(wèn)題現(xiàn)狀及趨勢(shì)26-29
• 1.3 課題來(lái)源及主要研究?jī)?nèi)容29-31
• 1.3.1 課題來(lái)源29
• 1.3.2 主要研究?jī)?nèi)容29-31
• 第2章 電子束光刻的基本理論與關(guān)鍵技術(shù)分析31-45
• 2.1 電子束曝光系統(tǒng)的分析31-34
• 2.1.1 電子束曝光系統(tǒng)的分類(lèi)31-32
• 2.1.2 電子束曝光系統(tǒng)的組成32-34
• 2.2 電子抗蝕劑的分析34-42
• 2.2.1 電子抗蝕劑的分類(lèi)34-36
• 2.2.2 正性電子抗蝕劑的性能分析36-39
• 2.2.3 負(fù)性電子抗蝕劑的性能分析39-42
• 2.3 電子束光刻技術(shù)的工藝問(wèn)題分析42-44
• 2.4 本章小結(jié)44-45
• 第3章 電荷積累的產(chǎn)生機(jī)理及導(dǎo)電膠抑制的研究45-61
• 3.1 絕緣襯底對(duì)電子束光刻的影響45-47
• 3.1.1 問(wèn)題提出45
• 3.1.2 電荷積累產(chǎn)生的影響45-47
• 3.2 電荷積累機(jī)理分析及模型構(gòu)建47-51
• 3.2.1 測(cè)試圖形的偏移分析48-49
• 3.2.2 圖形偏移的物理模型構(gòu)建49-51
• 3.3 可溶性導(dǎo)電膠抑制電荷積累的研究51-60
• 3.3.1 可溶性導(dǎo)電膠的特性分析51-52
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與方法52-54
• 3.3.3 測(cè)試結(jié)果與分析54-60
• 3.4 本章小結(jié)60-61
• 第4章 電磁波熱效應(yīng)抑制圖形坍塌與粘連的研究61-79
• 4.1 圖形坍塌及粘連的機(jī)理61-65
• 4.1.1 問(wèn)題提出61-62
• 4.1.2 去離子水的表面張力62-63
• 4.1.3 去離子水誘發(fā)圖形坍塌及粘連的機(jī)理63-65
• 4.2 抗蝕劑圖形的實(shí)驗(yàn)65-71
• 4.2.1 高高寬比HSQ抗蝕劑圖形的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與儀器制造65-68
• 4.2.2 圖形坍塌和粘連的實(shí)驗(yàn)結(jié)果68-71
• 4.3 電磁波熱效應(yīng)干燥機(jī)理及抑制效果分析71-78
• 4.3.1 電磁波激勵(lì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)的參數(shù)設(shè)計(jì)71-73
• 4.3.2 電磁波的熱效應(yīng)干燥機(jī)理73-76
• 4.3.3 電磁波熱效應(yīng)的抑制效果分析76-78
• 4.4 本章小結(jié)78-79
• 第5章 電子束光刻中鄰近效應(yīng)的校正方法及優(yōu)化79-103
• 5.1 電子束光刻中鄰近效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理與校正函數(shù)優(yōu)化79-85
• 5.1.1 問(wèn)題提出79-80
• 5.1.2 鄰近效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理80-81
• 5.1.3 鄰近效應(yīng)校正函數(shù)的優(yōu)化構(gòu)建81-85
• 5.2 電子束曝光鄰近效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析85-91
• 5.2.1 曝光鄰近效應(yīng)的電子運(yùn)行軌跡模擬仿真85-89
• 5.2.2 鄰近效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析89-91
• 5.3 電子束曝光鄰近效應(yīng)的校正方法及結(jié)果分析91-102
• 5.3.1 工藝校正方法及效果分析92-96
• 5.3.2 非工藝校正方法及效果分析96-102
• 5.4 本章小結(jié)102-103
• 結(jié)論103-105
• 參考文獻(xiàn)105-116
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文116-118
• 致謝118

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  本文關(guān)鍵詞：微納系統(tǒng)電子束光刻關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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