2020-02-25小刘科研笔记之电子束光刻的影响因素——前散射

​电子束光刻有着较高的灵活性和分辨率，但在实际应用中，设计的图形与最终曝光得到的图形都会存在一定的偏差。造成这一现象的原因有很多，除了工艺上的影响之外，一个重要的因素是电子束的邻近效应：电子在光刻胶和衬底中受到散射，使电子偏离原来的入射方向，使得邻近不应该曝光的区域被曝光了，有些应该曝光的区域得不到足够的曝光，从而引起图形的改变。

华慧高芯网电子束光刻系统：JEOL JBX-9500FS  

前散射对光刻胶的影响

前散射通常是电子在光刻胶层中发生的散射，一般受到加速电压、光刻胶的材料和厚度等的影响，散射后电子的方向与入射方向夹角小于90度。由于散射角度小，所以影响的范围比较小，但是也会对图形尺寸和光刻胶形貌造成影响。

电子束光刻机的加速电压通常固定不变，通过旋涂多层光刻胶和改变曝光剂量来体现前散射带来的影响。这里采用MMA-PMMA组合的方式（共计四层如图所示），可以更好的突显前散射带来的形貌的影响。

四层胶厚的示意图

固定曝光束流不变，调整不同剂量，效果如下图所示：

在正常曝光剂量的基础上，上图增加了一些剂量，而下图采用的剂量为左图的两倍。可以清楚地看出前散射对光刻胶侧壁形貌的影响：光刻胶呈现倒角，线条的尺寸增大，距离表面越远的地方宽度越大。随着剂量的增大，这一现象变得更加明显。

利用前散射现象，通过精确控制电子束的剂量，调节光刻胶侧壁形貌垂直或者倾斜，还可以精确控制电子束所到达的深度和区域，从而实现不同的需求：

A区域：用大剂量进行曝光，使倒角现象更为明显。可以看出一、三层和二、四层光刻胶的材料差异导致倾斜角的差异，而第三层的PMMA之所以在两层MMA中突出，是因为PMMA的灵敏度较低。在同样的曝光中，两种胶显影后的结果不同，因而得到所看到的形貌。

B区域：通过大剂量窄线条和小剂量宽线条的组合曝光，可实现曝光停止到第三层。同时通过对第二层MMA的精确剂量控制，消除倒角的影响，实现垂直的侧壁形貌。

END

不积珪步，无以至千里；不积细流，无以成江海。做好每一份工作，都需要坚持不懈的学习。

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