电子束光刻制备5000line_mm光栅掩模关键技术研究_朱效立收稿日期:20220310;修订日期:20220326基金项目:国家基础科学重大研究计划资助项目(2007CB935302);国家高技术发展计划863项目资助(2006AA03Z355)作者简介:朱效立(1977-),男,山东定陶人,博士研究生,主要研究方向为高线密度X-EUV透射光栅研制、电子束光刻和X射线光刻技术;谢常青(1971-),男,广西浦北人,研究员,主要研究方向为衍射光学元件和先进纳米加工技术;赵珉(1975-),女,广东湛江人,博士研究生,主要研究方向为电子束邻近效应校正和电子束光刻工艺技术。文章编号:10138213(2022)04000402电子束光刻制备5000line/mm光栅掩模关键技术研究朱效立,谢常青,赵珉,陈宝钦,叶甜春,牛洁斌,张庆钊,刘明(中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术实验室,北京101029)摘要:为了制备高线密度X射线透射光栅掩模,分析了电子束光刻中场拼接对高线密度光栅图形的影响;利用几何校正技术和低灵敏度的950k的PMMA电子束抗蚀剂,克服了电子束的邻近效应对厚胶图形曝光的影响。采用电子束光刻和微电镀的方法制备了5000line/mmX射线透射光栅的掩模,并将栅线宽度精确控制在101nm~110nm,为X射线光刻复制高线密度X射线透射光栅创造了有利条件。关键词:电子束光刻;X射线透射光栅;邻近效应校正;X射线光刻中图分类号:TN405文献标识码:A1引言在国际上,掌握X射线透射光栅制作技术的主要是麻省理工学院的空间微结构实验室,该实验室采用全息曝光、反应离子刻蚀和微电镀技术,承担了AXAF高能透射光栅谱仪中的中、高能336块X射线透射光栅,其中高能光栅的线密度为5000line/mm[1]。在国内,中国科学技术大学的付绍军等人也采用全息曝光结合离子束刻蚀技术制作了1010line/mm和2000line/mm的X射线透射光栅[2-3]。多年来,受电子束场拼接和电子束邻近效应的影响,人们难以利用电子束光刻技术制作高线密度、厚金吸收体的光栅。中国科学院微电子研究所采用电子束光刻和X射线光刻相结合的技术研制成功了5000line/mmX射线透射光栅。该技术既充分利用了电子束光刻高分辨率光刻和可以直写任意图形的能力,又结合了X射线光刻的高效率和高穿透力的优势,实现了大高宽比X射线透射光栅的制作。其制作流程是:首先采用电子束光刻技术和微电镀技术制作高分辨率X射线光刻掩模,然后再通过软X射线光刻技术实现高效率的X射线透射光栅的复制,其中的关键步骤是采用电子束光刻制作X射线光刻掩模。如何克服电子束光刻中场拼接和邻近效应的影响是研制高分辨率X射线透射光栅的关键。2电子束光刻场拼接精度的控制在电子束曝光中,影响图形拼接精度的因素主要是工件台的定位精度和曝光场的畸变,其中工件台的定位精度决定了大场的拼接精度,曝光场的畸变决定了子场的拼接精度。实验中采用JEOLJBX5000LS电子束光刻系统。该系统工件台移动的定位精度由双频激光干涉仪决定,读取精度可以达到062nm。但为了将工件台的重复定位精度控制在几十纳米甚至几个纳米,需要非常苛刻的环境保证,它要求很低的空间磁场(通常需要安装空间动态补偿系统)、严格的防震措施,且环境的温度变化控制在01以内。扫描场畸变也是影响图形子场拼接精度的重要因素。如果扫描场尺寸发生畸变,拼接处的图形将出现重复曝光、欠曝光甚至错位的现象。在进行曝光之前,通常需要对系统进行台面标记初始化、电子束偏转校正和场畸变检测校正等操作。其中扫描场畸变校正的原理是把扫描场分成n!n个格点,通过测量每个格点的坐标,以确定场畸变的大小,并以此为依据进行场畸变校正。场畸变数值越小,说明子场拼接精度越高。表1是测量面积为6792m!6792m内7!7个格点坐标的偏移值,单位是nm。在JBX5000LS电子束光刻系统中采用第5透镜扫描的条件下,子场拼接一般可以控制在10nm以内。由于电子束场扫描精度同样受到空间磁场和环境温度漂移的影响,为保证子场的精度,需在严格控制环境条件的同时,适时实施电子束各项参数检测校正,并严格保证掩模基片和镂空聚酰亚胺薄膜的平整度。同时还应该根据电子束光刻系统扫描场的特点设计图形的尺寸和方向,这同样可以有效地提高场拼接精度。实验中,在严格控制环境条件并适时实施电子束参数校正的情况下,电子束光刻系统完全可以...