CN117492335B - 一种电子束曝光剂量校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电子束曝光剂量校正方法，根据版图图形中不同占空比的图形区域进行图形分区，各个区域分别采用邻近效应校正计算得到第一剂量校正系数，并根据各个区域的占空比得到第二剂量校正系数，在第一剂量校正系数的基础上叠加第二剂量校正系数，可实现全局图形的高线宽精度及其均匀性；并且，采用多重曝光的方式提升图形曝光的场拼接精度，解决绝缘衬底上大面积电子束曝光时面临图形位置漂移、线宽精度和均匀性控制难、拼接误差大等问题，从而拓展电子束曝光技术在超导量子器件、超导单光子探测器、光量子芯片、长波导器件、高频表面波器件等微纳器件加工中的应用。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，涉及一种电子束曝光剂量校正方法。
背景技术
电子束曝光因其极限分辨率高、精度高、无需掩模版而成为研究和小批量制造的最佳选择，是当前微纳加工领域获得可控纳米级图形的重要手段，被广泛应用于新材料、前沿研究、仿生、光子、生物及微电子等研究领域。
当前，许多器件要求在绝缘衬底上进行大面积不同尺寸、不同密度微纳图形结构加工， 然而，绝缘衬底上进行大面积电子束曝光时面临图形位置漂移、线宽精度和均匀性控制难、拼接误差大等一系列问题，尤其是绝缘衬底上进行大面积电子束曝光时，采用普通的邻近效应校正主要是通过点扩散模型来计算不同区域内的剂量调制的比例，对于均匀结构其计算结果具有较好的指导作用，但是大面积曝光涉及不同尺寸、不同密度、不同占空比图形，采用单一的点扩散模型的邻近效应校正很难获得可适用全局图形所需要的剂量调制的比例关系，经常出现占空比小或密度低的图形区域的曝光剂量调制过量，而占空比高或密度高的图形区域又会出现剂量调制过小的情况，从而导致占空比低的区域曝光过度、占空比高的区域曝光不足的现象，可见大面积曝光时很难控制全局图形的线宽精度和均匀性。
因此，如何提供一种电子束曝光剂量校正方法，以提高电子束曝光的线宽精度和均匀性，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电子束曝光剂量校正方法，用于解决现有技术中大面积电子束曝光时难以控制全局图形的线宽精度和均匀性的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电子束曝光剂量校正方法，包括以下步骤：
提供绝缘衬底，于所述绝缘衬底上形成自下而上层叠的抗蚀剂层和导电胶层，并获取电子束曝光的清除剂量D 0；
基于版图图形中不同占空比的图形区域进行图形分区，将所述抗蚀剂层划分为i个区域，i为大于1的整数，对所述i个区域进行邻近效应校正计算，获取所述i个区域的第一剂量校正系数，所述第一剂量校正系数分别为k p1、k p2、k p3、……、k pi；
对所述i个区域进行占空比计算，所述占空比为每个区域中待曝光图形面积与区域面积的比值，获取所述i个区域的第二剂量校正系数，所述第二剂量校正系数分别为k s1、k s2、k s3、……、k si；
确定所述i个区域的曝光剂量，曝光剂量分别为D 0×k p1×k s1、D 0×k p2×k s2、D 0×k p3×k s3、……、D 0×k pi×k si；
采用多重曝光的方式对所述i个区域进行电子束曝光。
可选地，将所述版图图形导入Beamer软件、HNU-EBL软件或CAPROX软件进行邻近效应校正计算，获取所述第一剂量校正系数。
可选地，采用多重曝光的方式对所述i个区域进行电子束曝光的过程中，相邻重次的曝光区域部分交叠。
可选地，确定所述曝光剂量后，将所述版图图形转换成电子束曝光设备所对应的版图格式，然后于所述电子束曝光设备中进行曝光。
可选地，所述版图图形包括GDS文件，所述电子束曝光设备所对应的版图格式包括V30文件、SCON文件或GPF文件。
可选地，于所述电子束曝光设备中进行曝光后，还包括去除所述导电胶层，并对所述抗蚀剂层进行显影的步骤。
可选地，对所述抗蚀剂层进行显影后，还包括进行定影的步骤。
可选地，所述绝缘衬底包括铌酸锂衬底、氧化镁衬底或蓝宝石衬底。
如上所述，本发明的电子束曝光剂量校正方法，具有以下有益效果：
1、针对版图图形中不同占空比的图形区域进行图形分区，各个区域分别采用邻近效应校正计算，而非全局图形邻近效应校正计算，因此各个区域曝光剂量调制的准确度高；
2、在对各区域进行邻近效应校正的第一次剂量调制基础上，对各区域再根据图形密度的不同进行第二次剂量调制，解决了不同占空比或图形密度的大面积图形曝光中单一邻近效应校正的剂量调制适用性较差的难题，不但保障了全局图形电子束曝光的完成度，而且还可实现全局图形的高线宽精度及其均匀性；
3、采用多重曝光的方式提升图形曝光的场拼接精度。
附图说明
图1显示为本发明的电子束曝光剂量校正方法的流程示意图。
图2显示为本发明中于绝缘衬底上形成抗蚀剂层和导电胶层的示意图。
图3显示为本发明中通过剂量测试实验确定电子束曝光的清除剂量的示意图。
图4显示为本发明中将抗蚀剂层划分为三个区域的示意图。
图5显示为多重曝光进行版图转换的示意图。
图6显示为每一区域重复曝光次数为四次的示意图。
图7显示为本发明中在邻近效应校正的第一次剂量调制基础上再根据图形密度的不同进行第二次剂量调制后进行电子束曝光的电镜图片。
图8显示为对比例中在邻近效应校正的第一次剂量调制后进行电子束曝光的电镜图片。
元件标号说明：1-绝缘衬底；2-抗蚀剂层，20-第一区域，21-第二区域，22-第三区域；3-导电胶层；40-第一剂量，41-第二剂量，42-第三剂量，43-第四剂量，44-第五剂量；S1~S5-步骤。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本实施例提供一种电子束曝光剂量校正方法，请参阅图1，显示为该方法的流程示意图，包括以下步骤：
S1：提供绝缘衬底，于所述绝缘衬底上形成自下而上层叠的抗蚀剂层和导电胶层，并获取电子束曝光的清除剂量D 0；
S2：基于版图图形中不同占空比的图形区域进行图形分区，将所述抗蚀剂层划分为i个区域，i为大于1的整数，对所述i个区域进行邻近效应校正计算，获取所述i个区域的第一剂量校正系数，所述第一剂量校正系数分别为k p1、k p2、k p3、……、k pi；
S3：对所述i个区域进行占空比计算，所述占空比为每个区域中待曝光图形面积与区域面积的比值，获取所述i个区域的第二剂量校正系数，所述第二剂量校正系数分别为k s1、k s2、k s3、……、k si；
S4：确定所述i个区域的曝光剂量，曝光剂量分别为D 0×k p1×k s1、D 0×k p2×k s2、D 0×k p3×k s3、……、D 0×k pi×k si；
S5：采用多重曝光的方式对所述i个区域进行曝光。
首先，请参阅图2，执行步骤S1：提供绝缘衬底1，于所述绝缘衬底1上形成自下而上层叠的抗蚀剂层2和导电胶层3，并获取电子束曝光的清除剂量D 0。
作为示例，所述绝缘衬底1可以是铌酸锂衬底、氧化镁衬底、蓝宝石衬底或其它任意合适的绝缘衬底，根据器件需求进行设定，例如，需要形成光学波导器件或声表面波器件时，可以采用铌酸锂衬底，需要形成超导量子器件时，可以采用氧化镁衬底或蓝宝石衬底。
作为示例，采用旋涂工艺于所述绝缘衬底1上形成抗蚀剂层2和导电胶层3。
作为示例，通过基础的剂量测试实验确定电子束曝光的清除剂量D 0，具体地，如图3所示，曝光一组从小到大不同剂量的方块图案，例如，第一剂量40、第二剂量41、第三剂量42、第四剂量43和第五剂量44，然后测量曝光后抗蚀剂层2的台阶，确保能够将抗蚀剂层2曝光透的第一个剂量即为清除剂量D 0，即图3所示的第三剂量42。
接着，请参阅图4，执行步骤S2：基于版图图形中不同占空比的图形区域进行图形分区，将所述抗蚀剂层2划分为i个区域，i为大于1的整数，对所述i个区域进行邻近效应校正计算，获取所述i个区域的第一剂量校正系数，所述第一剂量校正系数分别为k p1、k p2、k p3、……、k pi。
作为示例，在版图图形中标记出不同占空比的曝光区域并设定为不同的分区，例如，本实施例中显示将所述抗蚀剂层2划分为三个区域，分别为第一区域20、第二区域21和第三区域22；具体地，即使整个版图图形涉及不同尺寸、不同密度、不同占空比的图形，但是基于版图图形中不同占空比的图形区域进行图形分区后，每个区域可以看作是占空比均匀的区域。
作为示例，采用Beamer软件、HNU-EBL软件或者Sigma-C的CAPROX软件对所述多个区域进行邻近效应校正计算，以获取所述第一剂量校正系数，例如，第一区域20的第一剂量校正系数为k p1，第二区域21的第一剂量校正系数为k p2，第三区域22的第一剂量校正系数为k p3。
接着，执行步骤S3：对所述i个区域进行占空比计算，所述占空比为每个区域中待曝光图形面积与区域面积的比值，获取所述i个区域的第二剂量校正系数，所述第二剂量校正系数分别为k s1、k s2、k s3、……、k si。
具体地，第一区域20的第二曝光校正系数k s1为第一区域20的待曝光区域与第一区域20的面积的比值，第二区域21的第二曝光校正系数k s2为第二区域21的待曝光区域与第二区域21的面积的比值，第三区域22的第二曝光校正系数k s3为第三区域22的待曝光区域与第三区域22的面积的比值。
接着，执行步骤S4：确定所述i个区域的曝光剂量，曝光剂量分别为D 0×k p1×k s1、D 0×k p2×k s2、D 0×k p3×k s3、……、D 0×k pi×k si。
具体地，第一区域20的曝光剂量D 1为D 0×k p1×k s1，第二区域21的曝光剂量D 2为D 0×k p2×k s2，第三区域22的曝光剂量D 3为D 0×k p3×k s3。
接着， 执行步骤S5：采用多重曝光的方式对所述i个区域进行电子束曝光。
作为示例，将版图图形转换成目标电子束曝光设备所对应的版图格式，然后于电子束曝光设备中对所述i个区域进行电子束曝光。不同的电子束曝光设备会有相应的专用图形文件格式，版图设计通常为GDS文件，但是曝光时版图在JEOL的曝光设备中需要转换为V30文件，在Elionix的曝光设备中需要转换为SCON文件，在Raith的曝光设备中需要转换为GPF文件，根据需求进行转换。
作为示例，请参阅图5，显示为采用多重曝光进行版图转换的示意图，每一重曝光所对应的曝光区域为单个写场边长所对应的区域，其中，每个写场中各区域的曝光剂量为步骤S4中获取的各区域的曝光剂量与重复曝光次数的比值；具体地，请参阅图6，显示为每一区域重复曝光次数为四次的示意图，相邻的重次曝光区域部分交叠，一个图形区域交叠的次数为四次，即一个图形区域曝光四次，一个写场的曝光中包含的第一区域20的曝光剂量为D 1/4，包含的第二区域21曝光剂量为D 2/4，包含的第三区域22的曝光剂量为D 3/4。通常高分辨电子束曝光的写场边长范围仅为0.1~0.5 mm，因此大面积曝光中不可避免的场拼接误差造成全局图形加工精度受限，本申请中相邻的重次曝光区域部分交叠，极大地减少曝光中场拼接误差，提高曝光精度。
作为示例，完成电子束曝光后，还包括以下步骤：（一）采用剥离法或其它合适的方法去除所述导电胶层3；（二）于显影液中将电子束曝光后的所述抗蚀剂层2进行显影；（三）于定影液中进行定影后吹干。
作为示例，如图7所示，显示为本发明中在邻近效应校正的第一次剂量调制基础上再根据图形密度的不同进行第二次剂量调制后进行电子束曝光的电镜图片，能够实现全局图形的高线宽精度及其均匀性；如图8所示，显示为对比例中在邻近效应校正的第一次剂量调制后进行电子束曝光的电镜图片，只采用邻近效应校正进行剂量调试在大面积曝光时很难控制全局图形的线宽精度和均匀性。
综上所述，本发明的电子束曝光剂量校正方法中，根据版图图形中不同占空比的图形区域进行图形分区，各个区域分别采用邻近效应校正计算得到第一剂量校正系数，并根据各个区域的占空比得到第二剂量校正系数，在第一剂量校正系数的基础上叠加第二剂量校正系数，可实现全局图形的高线宽精度及其均匀性；并且，采用多重曝光的方式提升图形曝光的场拼接精度，解决绝缘衬底上大面积电子束曝光时面临图形位置漂移、线宽精度和均匀性控制难、拼接误差大等问题，从而拓展电子束曝光技术在超导量子器件、超导单光子探测器、光量子芯片、长波导器件、高频表面波器件等微纳器件加工中的应用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种电子束曝光剂量校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供绝缘衬底，于所述绝缘衬底上形成自下而上层叠的抗蚀剂层和导电胶层，并获取电子束曝光的清除剂量D 0；
基于版图图形中不同占空比的图形区域进行图形分区，将所述抗蚀剂层划分为i个区域，i为大于1的整数，对所述i个区域进行邻近效应校正计算，获取所述i个区域的第一剂量校正系数，所述第一剂量校正系数分别为k p1、k p2、k p3、……、k pi；
对所述i个区域进行占空比计算，所述占空比为每个区域中待曝光图形面积与区域面积的比值，获取所述i个区域的第二剂量校正系数，所述第二剂量校正系数分别为k s1、k s2、k s3、……、k si；
确定所述i个区域的曝光剂量，曝光剂量分别为D 0×k p1×k s1、D 0×k p2×k s2、D 0×k p3×k s3、……、D 0×k pi×k si；
采用多重曝光的方式对所述i个区域进行电子束曝光。
2.根据权利要求1所述的电子束曝光剂量校正方法，其特征在于：将所述版图图形导入Beamer软件、HNU-EBL软件或CAPROX软件进行邻近效应校正计算，获取所述第一剂量校正系数。
3.根据权利要求1所述的电子束曝光剂量校正方法，其特征在于：采用多重曝光的方式对所述i个区域进行电子束曝光的过程中，相邻重次的曝光区域部分交叠。
4.根据权利要求1所述的电子束曝光剂量校正方法，其特征在于：确定所述曝光剂量后，将所述版图图形转换成电子束曝光设备所对应的版图格式，然后于所述电子束曝光设备中进行曝光。
5.根据权利要求4所述的电子束曝光剂量校正方法，其特征在于：所述版图图形包括GDS文件，所述电子束曝光设备所对应的版图格式包括V30文件、SCON文件或GPF文件。
6.根据权利要求5所述的电子束曝光剂量校正方法，其特征在于：于所述电子束曝光设备中进行曝光后，还包括去除所述导电胶层，并对所述抗蚀剂层进行显影的步骤。
7.根据权利要求6所述的电子束曝光剂量校正方法，其特征在于：对所述抗蚀剂层进行显影后，还包括进行定影的步骤。
8.根据权利要求1所述的电子束曝光剂量校正方法，其特征在于：所述绝缘衬底包括铌酸锂衬底、氧化镁衬底或蓝宝石衬底。
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2024
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