2020-03-05小刘科研笔记之电子束光刻中的临近效应以及其修正的方法

​近年来，电子束光刻的众多优势凸显出来，通过电子束直写的形式将图形直接转移到晶圆上，不需掩膜版，直写线宽最小可达10 nm，然而这种方法也存在一些不足，像曝光时间长，价格昂贵，因电子散射问题引起临近效应等。

图1 华慧高芯电子束光刻设备JEOL JBX-9500FS电子束曝光机台

一、产生临近效应的原因

光刻过程中当图形尺寸接近分辨率极限，图形关键尺寸与相邻线宽变化较大时会出现临近效应，产生的主要原因是高能电子束在入射到光刻胶及衬底上时会发生前散射及背散射，这些散射会导致电子路径发生偏折，将束斑辐照外的区域也进行曝光。

图2 临近效应示意图

在实际曝光过程中造成临近效应的因素主要分为前散射及背散射。前散射一般的影响范围在1-10 nm左右，影响前散射的因素包括加速电压、光刻胶厚度、光刻胶材质等。背散射一般影响范围在10-30 um左右，同样影响背散射的主要因素为加速电压、衬底材质等。

图3 前散射与背散射影响范围

二、减少临近效应的影响

​为了减少临近效应的影响，一般会进行邻近效应修正PEC（Proximity Effect Correction），通常使用点扩散函数PSF（point spread function）模型进行修正。

图4 PSF函数图像 ŋ=а/β

其中，а代表短程范围内的影响，β代表长程范围内的影响。具体修正过程即通过а与β参数的设定可以调整临近效应过程中的影响范围，根据图形设计，考虑不同曝光区域之间的影响，调整剂量分布。图5为大面积光栅剂量调制分布部分截图，不同的颜色代表不同曝光剂量。 

图5 大面积光栅剂量分布图像

由于临近效应的影响因素较多情况较复杂，因此在实验的设计过程中统一使用100 kv加速电压、单抛Si衬底、360 nm厚ZEP胶进行实验。实验中设计了两种尺度的图形分别进行测试，一种图形关键尺寸为微米量级，另一种关键尺寸为纳米量级。两种图形分别进行PEC调制，通过不同尺度图形对比展示实际工艺过程中的遇到的临近效应问题。

图形线宽尺寸微米量级，汇总实验结果  

图形线宽尺寸纳米量级，案例一实验结果  

图形线宽尺寸纳米量级，案例二实验结果

从上面的实验结果中可以看出当图形尺寸的关键尺寸在几十微米量级的时候，临近效应并不明显，是否进行PEC调制并未对图形尺寸有较明显影响。但当纳米量级时特别是关键尺寸在几十纳米时，不调PEC的曝光情况出现了明显的临近效应，小间距位置处受到周边大面积曝光的影响，导致关键的小线条部位粘连到一起，PEC剂量调制后，临近效应明显改善。

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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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