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儀器簡介：

在過去的幾年中，半導體器件和IC生產等微電子技術已發展到深亞微米階段及納米階段。為了追求晶片更高的運算速度與更高的效能，三十多年來，半導體產業遵循著摩爾定律（Moore’s Law）：每十八個月單一晶片上電晶體的數量倍增，持續地朝微小化努力。為繼續摩爾定律，在此期間，與微電子領域相關的微/納加工技術得到了飛速發展，科學家提出各種解決方案如：圖形曝光（光刻）技術、材料刻蝕技術、薄膜生成技術等。其中，圖形曝光技術（微影術）是微電子制造技術發展的主要推動者，正是由于曝光圖形的分辨率和套刻精度的不斷提高，促使集成電路集成度不斷提高和制備成本持續降低。

電子束曝光系統（electron beam lithography， EBL）是一種利用電子束在工件面上掃描直接產生圖形的裝置。由于SEM、STEM及FIB的工作方式與電子束曝光機十分相近，美國JC Nabity Lithography Systems公司成功研發了基于改造商品SEM、STEM或FIB的電子束曝光裝置（Nanometer Pattern Generation System納米圖形發生系統，簡稱NPGS，又稱電子束微影系統）。電子束曝光技術具有可直接刻畫精細圖案的優點，且高能電子束的波長短（< 1 nm），可避免繞射效應的困擾，是實驗室制作微小納米電子元件**的選擇。相對于購買昂貴的專用電子束曝光機臺，以既有的SEM等為基礎，外加電子束控制系統，透過電腦介面控制電子顯微鏡中電子束之矢量掃描，以進行直接刻畫圖案，在造價方面可大幅節省，且兼具原SEM 的觀測功能，在功能與價格方面均具有優勢。由于其具有高分辨率以及低成本等特點，在北美研究機構中，JC Nabity的NPGS是*熱銷的配套于掃描電鏡的電子束微影曝光系統，而且它的應用在世界各地越來越廣泛。

NPGS的技術目標是提供一個功能強大的多樣化簡易操作系統，結合使用市面上已有的掃描電鏡、掃描透射電鏡或聚焦離子束裝置，用來實現藝術級的電子束或離子束平版印刷技術。NPGS能成功滿足這個目的，得到了當前眾多用戶的強烈推薦和一致肯定。

應用簡述

NPGS電鏡改裝系統能夠制備出具有高深寬比的微細結構納米線條，從而為微電子領域如高精度掩模制作、微機電器件制造、新型IC研發等相關的微/納加工技術提供了新的方法。NPGS系統作為制作納米尺度的微小結構與電子元件的技術平臺，以此為基礎可與各種制程技術與應用結合。應用范圍和領域取決于客戶的現有資源，例如： NPGS電子束曝光系統可與等離子應用技術做***的整合，進行各項等離子制程應用的開發研究，簡述如下：

(一) 半導體元件制程

等離子制程已廣泛應用于當前半導體元件制程，可視為電子束微影曝光技術的下游工程。例如：

(1) 等離子刻蝕（plasma etching）

(2) 等離子氣相薄膜沉積（plasma-enhanced chemical vapor deposition， PECVD）

(3) 濺鍍（sputtering）

(二) 微機電元件制程（Semiconductor Processing）

微機電元件在制程上與傳統半導體元件制作有其差異性。就等離子相關制程而言，深刻蝕（deep etching）是主要的應用，其目標往往是完成深寬比達到102 等級的深溝刻蝕或晶圓穿透刻蝕。而為達成高深寬比，深刻蝕采用二種氣體等離子交替的過程。刻蝕完成后可輕易以氧等離子去除側壁覆蓋之高分子。在微機電元件制作上，深刻蝕可與電子束微影曝光技術密切結合。電子束微影曝光技術在圖案設計上之自由度十分符合復雜多變化的微機電元件構圖。一旦完成圖案定義，將轉由深刻蝕技術將圖案轉移到晶圓基板。

技術參數：

型號：NPGS

*細線寬（μm）：根據SEM

*小束斑（μm）：根據SEM

掃描場：可調

加速電壓：根據SEM，一般為0-40kV

速度：5MHz（可選6MHz）

A. 硬件：

微影控制介面卡：NPGS PCI-516A High Speed Lithography Board，high resolution (0.25%)

控制電腦：Pentium IV 3.0GHz/ 512Mb RAM/ 80G HD/ Windows XP

皮可安培計：KEITHLEY 6485 Picoammeter

B. 軟件：

微影控制軟件 NPGS V9.1 for Windows2000 或 XP

圖案設計軟件 DesignCAD LT 2000 for Windows

主要特點：

技術描述：

為滿足納米級電子束曝光要求，JC Nabity出品的NPGS系統設計了一個納米圖形發生器和數模轉換電路，并采用PC機控制。PC機通過圖形發生器和數模轉換電路去驅動SEM等儀器的掃描線圈，從而使電子束偏轉并控制束閘的通斷。通過NPGS可以對標準樣片進行圖像采集以及掃描場的校正。配合精密定位的工件臺，還可以實現曝光場的拼接和套刻。利用配套軟件也可以新建或導入多種通用格式的曝光圖形。

(一) 電子源（Electron Source）

曝照所需電子束是由既有的SEM、STEM或FIB產生的電子束（離子束）提供。

(二) 電子束掃描控制（Beam Scanning Control）

電子射出后，受數千乃至數萬伏特之加速電壓驅動沿顯微鏡中軸向下移動，并受中軸周圍磁透鏡（magnetic lens）作用形成聚焦電子束而對樣本表面進行掃描與圖案刻畫。掃描方式可分為循序掃描（raster scan）與矢量掃描（vector scan）。

循序掃描是控制電子束在既定的掃描范圍內進行逐點逐行的掃描，掃描的點距與行距由程式控制，而當掃描到有微影圖案的區域時，電子束開啟進行曝光，而當掃描到無圖案區域時，電子束被阻斷；矢量掃描則是直接將電子束移動到掃描范圍內有圖案的區域后開啟電子束進行曝光，所需時間較少。

掃描過程中，電子束的開啟與阻斷是由電子束阻斷器（beam blanker）所控制。電子束阻斷器通常安裝在磁透鏡組上方，其功效為產生一大偏轉磁場使電子束完全偏離中軸而無法到達樣本。

(三) 阻劑（光阻）

阻劑（resist）是轉移電子束曝照圖案的媒介。阻劑通常是以薄膜形式均勻覆蓋于基材表面。高能電子束的照射會改變阻劑材料的特性，再經過顯影（development）后，曝照（負阻劑）或未曝照（正阻劑）的區域將會留在基材表面，顯出所設計的微影圖案，而后續的制程將可進一步將此圖案轉移到阻劑以下的基材中。

PMMA（poly-methyl methacrylate）是電子束微影中*常用的正阻劑，是由單體甲基丙烯酸甲酯（methyl methacrylate， MMA）經聚合反應而成。用在電子阻劑的PMMA 通常分子量在數萬至數十萬之間，受電子束照射的區域PMMA 分子量將變成數百至數千，在顯影時低分子量與高分子量PMMA 溶解度的對比非常大。

負阻劑方面，多半由聚合物的單體構成。在電子束曝照的過程中會產生聚合反應形成長鏈或交叉鏈結（crosslinking）聚合物，所產生的聚合物較不易被顯影液溶解因而在顯影后會留在基板表面形成微影圖案。目前常用的負阻劑為化學倍增式阻劑（chemically amplified resist），經電子束曝照后產生氫離子催化鏈結反應，具有高解析度、高感度，且抗蝕刻性高。

(四) 基本工序

電子束微影曝光技術的基本工序與光微影曝光技術相似，從上阻、曝照到顯影，各步驟的參數（如溫度、時間等等）均有賴于使用者視需要進行校對與調整。