納米級電子束曝光機聚焦偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的研究.pdf

1、電子束曝光技術(shù)是掩模版制作和納米器件研究的主要手段。它具有很高的分辨率，最細線寬可達5納米。對于大學和普通實驗室來說，一種基于SEM的納米級電子束曝光機，因其價格便宜、操作靈活受到歡迎，具有很好的應用前景。 論文主要有兩個部分：(1)基于JSM-35CF掃描電鏡的納米級偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計和相關(guān)研究。借助目前最先進的商用電子光學軟件，用二階有限元法計算得到高精度的空間場分布，以五級像差和電子束上靶角為目標，采用最小阻尼二乘法優(yōu)化系統(tǒng)

2、光學元件的位置、相對轉(zhuǎn)角和相對激勵強度等因素，將可應用于納米曝光的掃描場增加到了250微米。比較實驗結(jié)果，基于JSM-35CF新線圈在頻帶和曝光性能上大大優(yōu)于原線圈。在優(yōu)化三級像差的基礎(chǔ)上，探討了五級像差的影響，分析了幾種消除五級像差(指消除四極像差)的偏轉(zhuǎn)器的像差性能和靈敏度；對偏轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行分析，為工程實現(xiàn)提供了良好依據(jù)。設(shè)計了一組長度不等的偏轉(zhuǎn)器，當優(yōu)化得到的相對強度為-1時，系統(tǒng)具有最高的靈敏度，進而可以提高掃描速度。磁偏

3、轉(zhuǎn)系統(tǒng)的渦流效應很大程度上影響著系統(tǒng)速度和位置精度，基于渦流的產(chǎn)生機理，文章定量分析了渦流帶來的誤差，并提出了雙層的、間隔均勻、相互交疊的屏蔽結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有效抑止了渦流、提高了偏轉(zhuǎn)靈敏度，而且像差性能基本沒有變差。 (2)具有電子束垂直入射特性的、大掃描場納米級聚焦偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的探討。通過對前部分的分析研究，提出了兩個新的納米級聚焦偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。第一種是基于VAL(VariableAxisLens)原理和優(yōu)化設(shè)計方法的三偏轉(zhuǎn)器聚焦偏轉(zhuǎn)系

4、統(tǒng)，該系統(tǒng)在1.0毫米偏轉(zhuǎn)場，1.8毫弧度電子束孔徑角時，包括三級、五級像差的校正前總像差為7納米，總畸變量54納米，電子束上靶角為0.0003度。第二種是雙物鏡雙偏轉(zhuǎn)器系統(tǒng)，流過方向相反的電流的兩個物鏡可以消去各向同性和各向異性畸變、橫向色差等四種基本的像差，對于雙偏轉(zhuǎn)器系統(tǒng)，通過使第二個偏轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)，會引入另外的各向異性像差，使總體像差大大減小。該雙透鏡雙偏轉(zhuǎn)器的納米級聚焦偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)在1毫米偏轉(zhuǎn)場，1.8毫弧度電子束孔徑角時，包括三級、

5、五級像差的校正后總像差為18.6納米，總畸變量0.31微米，電子束上靶角為0.034度。 本論文的創(chuàng)新點是：1、利用目前最先進的商用電子光學軟件，用二階有限元法計算了空間場分布，優(yōu)化了包括五級像差在內(nèi)的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，獲得的偏轉(zhuǎn)精度大大優(yōu)于常規(guī)的SEM偏轉(zhuǎn)器。 2、把偏轉(zhuǎn)像差和電子束入射角綜合考慮，獲得了精度更高、結(jié)構(gòu)更合理的聚焦偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。 3、提出了三偏轉(zhuǎn)聚焦偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和雙物鏡雙偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，這兩種偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以在1mm偏轉(zhuǎn)