电子束光刻技术的原理及其在微纳加工与纳米器件制备中的应用_张琨第25卷第2期2006年4月电子显微学报JournalofChineseElectronMicroscopySocietyVol-25,No.22006-4文章编号:1010-6281(2006)02-0097-07电子束光刻技术的原理及其在微纳加工与纳米器件制备中的应用张琨1,林罡2,刘刚3,田扬超3,王晓平1＊(1中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室,安徽合肥230026;2南京电子器件研究所单片集成电路与模块国家级重点实验室,江苏南京210116;3中国科学技术大学合肥同步辐射国家实验室,安徽合肥230026)摘要:电子束光刻是微电子技术领域重要的光刻技术之一,它可以制备特征尺寸10nm甚至更小的图形。随着电子束曝光机越来越多地进入科研领域,它在微纳加工、纳米结构的特性研究和纳米器件的制备等方面都呈现出重要的应用价值。本文以几种常见的电子束曝光机为例,说明电子束光刻的工作原理和关键技术,并给出一些它在纳米器件和微纳加工方面的应用实例。关键词:电子束光刻;微纳加工;纳米器件中图分类号:TN305.7;TN405;TG115.21+5.3文献标识码:A收稿日期:2006-02-07基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.90406009).Foundationitem:NationalNaturalScienceFundationofChina(No.90406009).作者简介:张琨(1979-),男(汉族),湖南人,博士研究生.＊通讯作者:王晓平(1964-),男(汉族),江苏人,教授,博士研究生导师.自2003年以来,微电子工业的特征尺寸已经悄悄越过101nm进入了纳米尺度。得益于浸入式光刻技术的应用,最新的奔腾芯片的最小尺寸是65nm,预计到2022年使用波长157nm的深紫外光可以达到45nm的最小尺寸[1,2]。当器件的特征尺寸降到101nm以下时,量子尺寸效应、限域效应等物理效应对器件的影响变得越来越重要。此外,随着纳米科技的发展,各种新型的纳米材料和纳米结构不断制备出来,但在将它们用于器件之前,必须对其相关的物理特性有充分的了解和检测。因此,拓展和完善现有的各种微纳加工和制备技术是十分紧迫的任务。光刻技术是微纳加工过程中的一个重要环节。目前常规的光学光刻是利用KrF、ArF光源。为了提高分辨率,人们开发出许多分辨率增强技术(RETs)。但提高光刻的数值孔径(NA值)带来的是巨大的成本压力,且光学近邻修正技术(OPC)和相移掩膜(PSM)等进一步提高了微细加工的成本门槛。即使这样,光学光刻能否实现30nm技术节点仍是一个疑问,人们需要寻找新的更高分辨率的光刻技术。因此,X射线、电子束、离子束光刻技术就成了研究的热点。其中,电子束光刻技术以其分辨率高、性能稳定、功能强大、价格相对低廉而成为人们最为关注的下一代光刻技术之一[3]。电子束光刻中使用的曝光机一般有两种类型:直写式与投影式。直写式就是直接将会聚的电子束斑打在表面涂有光刻胶的衬底上,不需要光学光刻工艺中最昂贵和制备费时的掩模;投影式则是通过高精度的透镜系统将电子束通过掩模图形平行地缩小投影到表面涂有光刻胶的衬底上。直写式光刻技术是最通常也是最常用的技术,随着直写式电子束曝光机的小型化,它在科学研究中的作用也日益广泛。本文以用于科研的直写式电子束曝光机为主,简要介绍直写式电子束光刻的原理和系统、技术特点及应用实例。1电子束曝光机系统直写式光刻技术起源于扫描电镜。自从20世纪60年代第一台电子束曝光机发明以来[4～6],开发出来众多的产品,功能也不断地完善和改进。一般而言,直写式曝光机的工作原理是将精确聚焦的电子束斑逐点地在样品台上移动,而移动方式可以分为逐行扫描模式和矢量扫描模式。其镜筒系统组成主要包括:电子束光源、偏转系统、开关挡板和精确定位的样品台,如图1所示。电子束光源有两种:热电子源和场发射源。前者是将灯丝加热到足够高的温度,使电子有足够的能量越过电子枪金属功函数的势垒发射出来形成电子源。而场发射源是利用足够强的电场使电子隧穿本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！