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奈米通讯。第七卷第二期36.电子束微影系统
奈米通讯。第七卷第二期36.电子束微影系统
电子束微影系统
Leica WEPRINT 200 简介
许进财、李瑞光、邱灿宾

一、前言
随着半导体工业的快速发展,高密度、小线宽及低成本无不是每个半导体厂所追求的目标,而达成这些目标的关键步骤,莫过于制程中的微影 (Lithography) 技术;倘若微影技术无法符合新一代电路设计的规范,则整个IC工业将面临裹足不前的窘境。一般常使用的微影技术有光学微影(紫外光(UV),深紫外光(Deep UV))、电子束(E-Beam)微影、离子束(Ion-Beam)微影及X-光微影等等;其中光学微影为现在的主流技术,主要是由于其产能(Throughput)大、良率高、成本较低等因素。然而,由于使用的光波长所限制,使得光学微影技术将面临极限。虽然我们可以藉由光学邻近修正(Optical Proximity Correction,OPC)、相位移光罩(Phase-Shifting Mask, PSM.)及偏轴照射(Off-Axis Illumination,OAI)等技术,将光学微影制程推向0.1微米左右,但伴随的成本增加及制程上的困难,使得其他微影技术开始受到重视;其中又以具有高解析度、景深大、技术成熟等优点的电子束微影技术,受到最大的重视。
虽然电子束微影技术的产能相较于光学微影技术而言低了许多,但随着新机型(例如胞元投影式(Cell Projection))的问世,已经将这个缺点大大的改善,而其他缺点如电荷效应(Changing effect)及邻近效应(Proximity effect)等问题,也可以利用导电性高分子及邻近效应修正软体来一一克服。电子束微影技术的另一项有潜力之应用为投影式电子束微影技术(E-Beam Projection Lithography, EPL),又名为有限孔径散射投影式电子束,SCattering with Aperture Limited Projection Electron Lithography, SCALPEL),此乃利用类似光学投影的方式,将透过图罩所形成的电子束分布图案照射于晶圆表面,具有极高的解析度与合理的产能,预计可应用于0.05微米以下的IC产品。此外,未来微影技术所使用之遮罩,也需仰赖电子束微影系统的图案制作能力,因此其应用范围愈来愈广。因此,电子束微影技术在半导体工业上将扮演着非常重要的角色。
WEPRINT 200电子束系统为本实验室所购置的先进电子束微影系统,是由德国Leica公司所生产的,其兼具晶圆直写及光罩制作的双重功能,并具0.1微米以下的图案定义能力,故极适用于下数个世代的光罩及元件制作。本文将为大家对此系统做一个简单的介绍,希望能让大家对电子束投影系统有个初步的认识。
二、WEPRINT 200简介
本实验室的WEPRINT 200电子束系统,与Leica公司所生产的ZBA 31/32机型大部分的构造相同,最大的差异乃在于WEPRINT 200电子束系统,可具有不同尺寸的光罩(5吋、6吋)制作及晶圆(150、200厘米)直写的双重功能,因此对于研究上提供了多样的选择性。电子束微影技术乃利用带高能量的电子群,经电磁装置控制方向后,照射于涂布感光性材料(阻剂)的基板上,此时电子与阻剂产生化学反应,在经过烘烤及显影步骤后,使阻剂内有/无电子束反应的区域得以被区隔,阻剂图案因而显现出来。在硬体上,WEPRINT 200电子束系统的主要结构大致可分为传输系统(Handling System)、曝光腔体系统(Main Chamber System)及使用者操作系统(Operator Console System)等三部份。如图(一)、(二):


传输系统主要功能为控制机械手臂的传送,可将基板及其托架置入曝光腔体中,包含了放置基板的标准机械介面盒(Standard Mechanical Interface Box,SMIF Box)中、用来找出150厘米晶圆平边或200厘米晶圆缺口的对准平台(Pre-alignment Stage)及基板托架(Substrate Holder);WEPRINT 200电子束系统的托架部分,除了固定基板于托架、以及将托架置入平台的设计外,并拥有一组特殊的侦测器,提供在微影系统中非常重要的对准功能,以提供准确的位置参考。
曝光腔体系统为高真空状态,包含了由六硼化镧(LaB6)在阴极上直接加热所产生的热电子(Thermionic)、定义电子束图形的成形孔隙(Format Aperture)、移动光罩或晶圆曝光位置的平台真空腔(Stage Chamber)及放置光罩或晶圆等待曝光的传输平台真空腔(Load-lock Chamber),WEPRINT 200电子束系统在腔体内多放置另一托架,在曝光进行时,外部的传送机构先行将基板置入气闸内之托架,当曝光完成时,利用穿梭运行机制(shuttle mechanism)将位于腔体及气闸内的托架互换,曝光动作可持续进行,而外部的传送机构再将曝光完成的基板送出,可节省冗长的基板调换时间。图三为WEPRINT 200电子束系统的曝光腔体结构图。

当电子束由电子枪形成后,会经过二组成形孔隙,藉由这两组成形孔隙的相对位置变化,WEPRINT 200电子束系统可以产生三类曝光图形,分别为矩形、倾斜45°之矩形、以及直角三角形,这些不同形状及尺寸不一的电子束分次曝光后,便可组合成所我们设计的曝光图案,这种曝光方式就是所谓的可变式形状电子束(Variably Shaped Beam)技术。如图四显示图案组合之示意图。另外曝光腔体内具有偏折系统(Deflection System),用来控制电子束在曝光时的定位能力。其定位方式主要分为二部分:第一为利用电磁(Electromagnetic)方式所控制的主偏折器,其偏折的范围较大,可达1200微米;另一为次偏折器,乃利用静电(Electrostatic)原理控制电子束偏折,可进行快速定位,偏折的范围较小,最大为60微米。

三、WEPRINT 200操作原理
关于WEPRINT 200的使用者操作系统大致分为三个部份:曝光图形格式切割转档、曝光位置编辑与曝光系统操作;以下我们再就各项做详细的介绍:
(一)、曝光图形格式切割转档:
由前述的电子束微影系统工作原理得知,所设计的图案必须经由适当的切割,使其满足成形孔隙所定义出的形状。形成孔隙所产生的基本形状包括矩形、倾斜45°之矩形、以及直角三角形,且尺寸须小于4微米,切割的动作必须符合此规则。由于成形孔隙的形状限制,所以我们的图案几何形状若较复杂时,则势必要在图形失真与处理时间/产能间必须有所取舍。
如同一般的电子束系统,我们必须先将要曝的图档转成一定的格式,WEPRINT 200电子束系统所使用的转档介面是由德国Fraunhofer公司所提供的MGS(Mask Generator System)系统。在MGS系统中,可接受的图档格式包含常见的GDSⅡ、DXF及CIF等格式。经过MGS系统转档后,此时所要曝的图形,会被切成许多梯形图案,此时图档会被切割成小于或等于1200微米的条状区域(Stripe),以符合主偏折系统之电子束偏折范围,而这类的格式称为 TZB 格式,如图五所示;接着再将每个梯形图形切割成电子束上成形孔隙形状的组合格式(称为RUN格式)。如图六所示。另外,我们可以在曝光图形格式切割转档过程中,改变相对曝光量大小或是同时使用邻近效应修正软体来转档,关于曝光图形格式转档的流程可以由图七来了解:



(二)、曝光位置编辑:
完成曝光图形格式的转换后,我们藉由WEPRINT 200电子束系统所提供的基板叠层顺序编排(Substrate Layout Order,SLO)软体来编辑欲曝光的晶粒(Die)在晶圆或是光罩上的位置(SLS格式)。在SLO中,我们除了可以设定图形的曝光位置外,还可以设定曝光能量、扫描速度与方向、重复次数、基板高度量测与对准标记(Align Mark)的侦测方式等参数。最后我们利用编译程式将文字内容的SLS格式转换成WEPRINT 200电子束系统读取的机器码SLI格式,如此我们的曝光准备工作便大功告成了。以下例子为SLO参数编写内容,其在晶圆上的对应位置如图八:

(三)、曝光系统操作:
当曝光图形格式切割转档与曝光位置编辑等准备工作完成后,接下来就进入电子束曝光动作。WEPRINT 200电子束系统提供了整合的图形化使用者界面OBM软体来自动完成基板传送、曝光等所有动作。其流程如图九:

四、结论
微影技术是半导体工业的关键步骤,当主流的光学微影技术面临瓶颈时,电子束微影技术提供了高解析度、景深大的解决方法。加上导电性高分子、邻近效应修正、可变式形状电子束系统与胞元投影电子束系统等技术的辅助,使得电子束微影技术在线宽缩小与产能增加上大大的突破,相信WEPRINT 200电子束系统可以提供本实验室下一世代光罩及元件制作上解决方法。

本文出处: http://www.ndl.org.tw/n..._2/36.htm


[ 此文章被antonytaipei在2005-08-18 04:31重新编辑 ]



献花 x0 回到顶端 [楼 主] From:台湾教育部 | Posted:2005-08-16 01:49 |
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这个很专业哦!
不是本科的应该都看不懂吧?
至少我就看不懂! 表情


献花 x0 回到顶端 [1 楼] From:台湾台湾索尼 | Posted:2005-08-16 02:42 |
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这是杂志上的东西
我前几个月才上网翻过...0.0"


╰○︿′
︿) 凡走过必留下痕迹~我大力的踩

ㄧ○︿
     ....快闪!!
  √ ﹀


献花 x0 回到顶端 [2 楼] From:台湾教育部 | Posted:2005-08-17 11:49 |

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