电工所DY-2000A电子束纳米曝光系统

电子束纳米曝光系统DY-2000系统概述：
     电子束纳米曝光系统是微细加工的专用设备，集光、机、电、真空、控制等多种高技术于一体。

系统组成：电子光学系统（扫描电子显微镜）、图形发生器、精密工件台、控制系统、真空系统、精密电源。

主要应用：

1：半导体器件研究：微波晶体管，单电子晶体管，量子点，超导环等

2：光电子器件研究：特种光栅，菲涅尔波带板，晶体检波器，光波导，光集成器件

3：微机械研究：微纳机电系统，微通道，微传感器，3D微结构

4：消费电子研究：全息光学元件，新一代DVD光，光学传感器，磁头，声表面波器件

5：其他研究：非生产掩膜板制作，图形位置标定和CD测量
    纳米图形发生器DY-2000是电子束纳米曝光系统DY-2000的核心部件，由中国科学院电工研究所自主研发、生产。吸纳了近年来数字信号处理的最新成果,利用高性能数字信 号处理器(DSP)将要曝光的单元图形拆分成线条和点,然后通过优化设计的数模转换电路,将数字量转化成高精度的模拟量,驱动扫描电镜的偏转器,实现电子束的扫描。 

                                
 
  为此目的特构建了x方向和y方向两组数模转换电路,每组包括1个16位主数模和3个16位乘法数模。通过图形发生器可以对标准样片进行图像采集,进行扫描场的线性畸变校正,包括扫描场增益、旋转和位移校正。另外,图形发生器还可以控制束闸的通断。配合精密定位工件台和激光干涉仪,可以实现曝光场的拼接。通过检测芯片的标记,还可以实现曝光图形的套刻，利用配套软件既可以新建曝光图形,也可以导入通用格式文件,例如CIF和GDSII文件,进行曝光参数设置、图形修正、图形分割、邻近效应修正等工作，然后将曝光图形数据转换成图形发生器可以识别的EDF文件,完成曝光图形的准备工作。
图形发生器可直接处理的单元图形包括:矩形、梯形、折线、点、圆及圆环。图形发生器可利用扫描电镜/聚焦离子束/扫描透射电镜的外接扫描口、束流测量装置和二次电子检测输出等而使其升级获得微纳米图形制作的功能并且不损失电镜原来的任何功能。结合扫描电镜/聚焦离子束/扫描透射电镜上的其他功能如电子束闸开关、马达驱动样品台和电子光学数字控制接口则可以为图形制作增加图形的精确性和操作的方便性。

DY-2000A纳米图形发生器硬件
硬件系统构成 

1、高速DSP微控制单元

     DY-2000A采用66MHZ主频的16位DSP，指令执行速度75MIPS，其优异的信号处理能力保证了曝光过程的速度和结果的精度。工作温度-40  ℃---85 ℃, 使其在远高于实验室环境温度下能正常工作。供电电压仅需2.25v—3.6v.  低功耗，高稳定性。

2、图像采集模块
     图像采集部分我们选用新一代高性能，12位模数转换器，仅需单电源供电。具有真12位线性度，温度漂移小。具有独立完整的ADC，内置高性能，低噪声的采样放大器，在额 定数据处理中提供真12位精度，不存在失真现象。

3、电源模块
电源部分包括模拟和数字两部分
模拟部分：模拟电路和所有放大器电路主要采用线性电源，利用其输出纯净性高，防电磁干扰能力强，纹波小，调整率好。缺点就是体积大，发热量偏高 。
数字部分：采用线性电源和开关电源配合使用，需要效率高的采用开关电源，需要精度高的采用线性电源。

4、恒温模块
•   我们在X，Y在高精度的数模转换，DSP信号处理和刻写场修正电路等部分做了恒温处理。

•   线性电源部分我们充分采用控温和散热处理。

•   DY-2000A抗干扰箱我们做了温控处理。

5、显示控制单元
     基于EBL曝光全过程是在电镜腔体中进行，我们无法直观的观其过程。 因此，我们在机箱上采用5.6寸LED液晶显示屏，特点是可以直观的，实时的跟踪曝光过程，同时还可以根据图形的显示来判断和提高曝光参数的设置。

6、信号输入、输出I/O模块

 •   X,Y方向偏转的数模信号：采用进口BNC插头配防干扰屏蔽线。

 •   电镜图像信号的采样 ：   采用进口BNC插头配防干扰屏蔽线来接入

 •   束闸控制和SEM远程控制：采用进口BNC插头配防干扰屏蔽线来输出

 •   与PC软件的通信：采用320M并口传输，传输速度快，信号纠错能力强还能同时进行多任务操作。

7、束闸输出模块
     束闸输出信号为0v和5v TTL电平，带负载能力强，用于驱动高速通断的束闸控制器。

8、防电磁干扰模块

 •   独立完整的X方向数模转换和控制部分和独立完整的Y方向数模转换和控制部分，同时为其分别安排了屏蔽的小黑盒。

 •   线性电源和开关电源，均做了独立的防干扰和屏蔽的处理。

硬件技术参数

   

DY-2000A纳米图形发生器软件

软件技术参数

•   基于Windows中文操作系统的EBL应用软件，具有强大的图形编辑，界面简洁，容易操作，兼具读写及转换及图形导入等功能。

•   具有远程控制SEM/FIB/STEM的功能。

•   具有图像缩放和重叠功能，同时可实现快速图像采集，同步等等。

•   可实现位移，旋转，增益矫正刻写场，提升曝光结果的分辨率。

•   具有标记检测和位置修正，用于拼接和套刻对准。

•   具有曝光、工件台移动和束闸通断等功能控制。

•   可实现数据格式为DXF、CIF、ASCII等图形的读入和转换。

     •  具有点控、线控、区域及非特征图形的控制。

电子束纳米曝光系统电子束加工工艺流程：、

1)清洗硅片

2)热氧化生长一层二氧化硅，进行衬底隔离，厚度约1um；

3)薄膜制备，GST（Ge-Sb-Te）与W采用磁控溅射法制备，SiN用CVD的方法制备，厚度为100nm

4)涂胶:PMMA(950k)，浓度2％

5)曝光后显影：使用高对比度显影液(MIBK：IPA= 1:3)

衬底类型	涂胶转速(rpm)	旋涂时间(sec)	前烘方式	前烘温度(℃)	前烘时间(min)	抗蚀剂厚度(nm)
GST、W、SiN	4000	30	热板	180	10	120～150

电子束纳米曝光系统DY-2000A实验事例

一、FIB刻蚀的图形

二、电子束曝光的图形

电子束纳米曝光系统DY-2000理想配套-电子光学系统
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