EBL憑借電子波長短，不受衍射限制等優(yōu)勢，對比光學光刻具有更高的理論極限分辨率，常被用于掩模版制作和小批量器件研發(fā)制作等領(lǐng)域。不過，區(qū)別于光學光刻，由于電子束會在抗蝕劑內(nèi)發(fā)生前散射，且還會與襯底材料作用發(fā)射背散射，使得電子束作用范圍超出原先設(shè)定區(qū)域，導致圖形分辨率下降，尺寸、形貌異常，這一現(xiàn)象也被廣大研究人員稱為鄰近效應。

一、鄰近效應的發(fā)現(xiàn)及作用原理

高斯束電子束光刻憑借低成本和高分辨率的優(yōu)勢常被用于微納結(jié)構(gòu)制造[1]，早在1975年，T.H.P. Chang就依據(jù)實驗數(shù)據(jù)結(jié)果，提出了高斯分布函數(shù)來描述高斯束系統(tǒng)的EBL曝光時電子作用產(chǎn)生的能量分布，這為鄰近效應的提出奠定了理論基礎(chǔ)[2]。其實質(zhì)上由于高能電子束在穿過抗蝕劑層過程中發(fā)生的前散射和電子與襯底材料原子的核外電子作用產(chǎn)生的背散射電子所導致的部分電子作用于預設(shè)范圍外的區(qū)域，使得圖形線寬異常、邊緣分辨率下降的現(xiàn)象[3]，其產(chǎn)生原理模擬簡圖如下圖1所示。

二、鄰近效應的修正方法

通常，鄰近效應的修正方法包括常用幾何尺寸校正和劑量校正[4]，以及應用較少的GHOST方法。幾何尺寸校正計算通過調(diào)整設(shè)計圖形的形狀、尺寸等來改善局部區(qū)域內(nèi)的能量分布，已達到補償鄰近效應帶來的影響的作用；而劑量校正法則是以Monte Carlo模型或近似函數(shù)擬合模型為主，通過雙高斯分布函數(shù)：(其中α、β分別代指前散射和背散的高斯分布方差，η為兩者的比值)來描述不同區(qū)域的電子能量沉積分布，再利用計算機得到α、β和η的具體值，并代入校正軟件，進行計算得到不同區(qū)域內(nèi)所需的補償劑量值，以降低鄰近效應帶來的副作用。而GHOST方法則是以背散射電子曝光強度的反劑量，利用非聚焦電子束對非曝光區(qū)域進行線掃，使整體圖形擁有相同的背散射作用劑量，僅考慮了背散射電子的影響，只適合超高加速電壓等前提條件下的快捷校正[5]。同時，該方法大多在角度限制散射投影電子束光刻中應用，且圖形襯底一般較低[6]。

一般來說，目前主流的優(yōu)化方式仍然是劑量校正法，通過Monte Carlo模型或近似函數(shù)擬合模型，以雙高斯分布函數(shù)為基礎(chǔ)，通過計算機模擬預測電子能量的沉積分布和調(diào)整各局部區(qū)域曝光劑量的方式，來優(yōu)化改善圖形內(nèi)的能量分布均勻性[7]。但是該模型的預測模型建立中忽略了二次電子等其它因素的影響，所以仍然只是一個做到大致優(yōu)化的工具，難以做到全面優(yōu)化。且各區(qū)域補償參數(shù)的設(shè)定和計算還受到例如襯底材料均勻性以及進行套刻時的抗蝕劑材料均勻性、抗蝕劑厚度均勻性等的影響，故此，計算出來的補償數(shù)值與實際所需的補償數(shù)值仍然有一定偏差。所以，一種全新的、更精確的模擬模型的出現(xiàn)對于鄰近效應校正領(lǐng)域的發(fā)展完善而言是迫在眉睫的。

三、鄰近效應修正案例

以國內(nèi)澤攸科技研發(fā)人員進行優(yōu)化測試的一個棋盤圖形設(shè)計為例，該棋盤單格線寬設(shè)計為500nm，原材料利用表面涂覆厚度約100nm的PMMA光刻膠的Si片，使用30kV的加速電壓、10μm光闌孔徑進行刻寫作業(yè)，首次刻寫時以100μC/cm2至300μC/cm2為限定區(qū)間，每增加25μC/cm2劑量為一個組別，不進行鄰近效應修正，直接曝光，并顯影，利用SEM分析形貌發(fā)現(xiàn)邊緣與中心區(qū)域因電子能量沉積差異，導致其實際圖形與設(shè)定的棋盤圖形存在較大異，其中部分曝光劑量下的形貌圖如下圖2所示。從下圖2中我們可以發(fā)現(xiàn)，在175μC/cm2劑量下，靠近最中心區(qū)域的圖形因為電子能量沉積不足、相鄰圖形間鄰近效應作用小而表現(xiàn)出欠曝現(xiàn)象(黑色部分為殘留光刻膠)，圖形尺寸異常偏小，殘留光刻膠過多，而靠近邊緣的區(qū)域的圖形則電子能量沉積較為充足、相鄰圖形間鄰近效應作用較強，使得圖形尺寸勉強接近預設(shè)尺寸，但是最邊緣區(qū)域卻因周圍圖形區(qū)域太大，電子能量在此區(qū)域沉積過大，導致圖形尺寸異常偏大。同理，當曝光劑量達到200μC/cm2時，中心區(qū)域因能量沉積加大，圖形表現(xiàn)接近正常尺寸的圖形，靠近邊緣區(qū)域則因能量沉積過于大而表現(xiàn)出圖形尺寸過大現(xiàn)象，而最邊緣區(qū)域則因能量沉積繼續(xù)加大，表現(xiàn)出圖形尺寸更大，殘留光刻膠區(qū)域更小的現(xiàn)象。當曝光劑量增加至225μC/cm2時，中心區(qū)域也因能量沉積增大，相鄰圖形間鄰近效應作用過強而出現(xiàn)圖形尺寸異常偏大，殘留光刻膠區(qū)域越來越小，至于靠近邊緣區(qū)域和最邊緣區(qū)域，則是能量沉積進一步加大，圖形尺寸進一步減小。

圖2 校正劑量前175、200、225μC/cm2條件下SEM形貌圖

為優(yōu)化中心區(qū)域圖形尺寸不均勻，且與邊緣孤立圖形差異過大現(xiàn)象，隨即開啟軟件進行鄰近效應修正，通過劑量校正使整體能量沉積分布更均勻，該軟件同樣以Monte Carlo模型為基礎(chǔ)，選上對應的襯底材料、光刻膠類型、膜厚等參數(shù)后，對整體圖形區(qū)域進行能量沉積模擬，并分別對欠曝和過曝區(qū)域的能量沉積進行調(diào)整，將欠曝區(qū)域劑量值提升，過曝區(qū)域劑量值降低，得到的劑量分布圖形如下圖3所示，靠近欠曝區(qū)域的補償值提升到了1.25以上，而過曝區(qū)域則被降低至約1.15以下。并依據(jù)上圖2得到的SEM數(shù)據(jù)表現(xiàn)為依據(jù)，對比200μC/cm2和225μC/cm2時的圖形表現(xiàn)為幾乎整體都能量沉積過大，進行能量沉積校正時必然導致中心能量不足或最邊緣區(qū)域能量過大，導致圖形不均勻，因為該軟件調(diào)整原理是按照當下劑量為標準，調(diào)整中心與邊緣不同曝光區(qū)域位置的能量沉積比例。故此，判斷最佳劑量就應當處于175μC/cm2附近，并再次進行曝光、顯影后，在SEM下觀察得到部分表現(xiàn)較好組別如下圖4所示，其中表現(xiàn)最好的為150μC/cm2劑量的組別，如下圖5所示。

圖3 能量沉積模擬示意圖 

圖4 調(diào)整后175、190μC/cm2下曝光后SEM數(shù)據(jù)形貌圖

結(jié)合上圖中175μC/cm2時的表現(xiàn)和圖2中未校正前175μC/cm2時的表現(xiàn)，我們可以明顯的看到鄰近效應對電子束光刻的影響異常顯著，修正后圖形大多表現(xiàn)為規(guī)則的方格形，且中心區(qū)域與邊緣區(qū)域圖形尺寸差異不再像調(diào)整之前那樣巨大，整體上表現(xiàn)明顯優(yōu)于未調(diào)整時的狀態(tài)，鄰近效應作用得到顯著降低。同樣地，190μC/cm2組別的表現(xiàn)也是中心區(qū)域圖形較為均勻，但中心與邊緣圖形差異略大。但是，上圖中的兩個劑量下圖形尺寸也僅僅只是靠近中心區(qū)域整體表現(xiàn)較為均勻。

圖5 150μC/cm2組別SEM下形貌圖

對比圖5與圖4，我們能發(fā)現(xiàn)圖5中心區(qū)域圖形大小一致程度有略微提升，且邊緣孤立圖形與靠近中心區(qū)域的圖形尺寸差異也有更明顯的縮小，但是靠外側(cè)孤立圖形區(qū)域在棋盤頂部和底部位置的圖形A仍然相比于其它區(qū)域尺寸過小明顯，而在棋盤兩測的孤立圖形區(qū)域處的圖形B，相比于中心區(qū)域則有一定的尺寸過大，這也表示在A和B區(qū)域的能量沉積仍然存在異常，仍需調(diào)整優(yōu)化。此外，調(diào)整后的對應參數(shù)也對同類型圖形可能有效，圖形若有較大變化則效果不明顯。故此，可知鄰近效應優(yōu)化技術(shù)仍然是電子束光刻關(guān)鍵技術(shù)中需要重點攻克的難點之一。

參考文獻

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