纳米级电子束曝光机聚焦偏转系统的研究

论文题目: 纳米级电子束曝光机聚焦偏转系统的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 电工理论与新技术

作者: 刘珠明

导师: 顾文琪

关键词: 电子束曝光,纳米级聚焦偏转系统,高级像差

文献来源: 中国科学院研究生院（电工研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 电子束曝光技术是掩模版制作和纳米器件研究的主要手段。它具有很高的分辨率,最细线宽可达5 纳米。对于大学和普通实验室来说,一种基于SEM 的纳米级电子束曝光机,因其价格便宜、操作灵活受到欢迎,具有很好的应用前景。但这类机器,偏转场一般只有100 微米左右,生产率较低。加大扫描场、采用高亮度阴极、高速度工件台和高灵敏度感光胶是提高生产率的主要方法,其中,加大扫描场具有很大潜力。但单纯加大扫描场往往使系统分辨率严重下降。针对上述要求和问题,本文就具有低像差、大扫描场的纳米级聚焦偏转系统展开研究。论文主要有两个部分: (1) 基于JSM-35CF 扫描电镜的纳米级偏转系统优化设计和相关研究。借助目前最先进的商用电子光学软件,用二阶有限元法计算得到高精度的空间场分布,以五级像差和电子束上靶角为目标,采用最小阻尼二乘法优化系统光学元件的位置、相对转角和相对激励强度等因素,将可应用于纳米曝光的扫描场增加到了250 微米。比较实验结果,基于JSM-35CF新线圈在频带和曝光性能上大大优于原线圈。在优化三级像差的基础上,探讨了五级像差的影响,分析了几种消除五级像差(指消除四极像差)的偏转器的像差性能和灵敏度;对偏转器的结构参数进行分析,为工程实现提供了良好依据。设计了一组长度不等的偏转器,当优化得到的相对强度为-1 时,系统具有最高的灵敏度,进而可以提高扫描速度。磁偏转系统的涡流效应很大程度上影响着系统速度和位置精度,基于涡流的产生机理,文章定量分析了涡流带来的误差,并提出了双层的、间隔均匀、相互交叠的屏蔽结构,该结构有效抑止了涡流、提高了偏转灵敏度,而且像差性能基本没有变差。(2)具有电子束垂直入射特性的、大扫描场纳米级聚焦偏转系统的探讨。通过对前部分的分析研究,提出了两个新的纳米级聚焦偏转系统。第一种是基于VAL(Variable Axis Lens)原理和优化设计方法的三偏转器聚焦偏转系统,该系统在1.0 毫米偏转场,1.8 毫弧度电子束孔径角时,包括三

论文目录:

第一章绪论

1.1 微纳米加工与曝光技术

1.2 国内外电子束曝光技术的状况和应用

1.3 电子束曝光技术的应用及问题

1.4 基于扫描电镜的纳米级电子束曝光系统研究的意义及存在的问题

1.5 聚焦偏转系统的作用及其概要

1.6 论文的选题及工作

1.7 本章小结

参考文献

第二章聚焦偏转系统的电子光学理论

2.1 物镜、偏转器及校正元件的空间场

2.2 聚焦偏转系统的光学性能计算

2.3 聚焦偏转系统的五级像差分析

2.4 聚焦偏转系统的优化

2.5 小结

参考文献

第三章 JSM-35CF 电镜的电子光柱性能及相关研究

3.1 JSM-35CF 电镜的电子光学柱结构和性能

3.2 基于JSM-35CF 电镜的聚焦偏转系统的优化仿真计算

3.3 偏转系统的五级像差

3.4 磁聚焦偏转系统的涡流抑止

3.5 几种常见静电偏转器的性能及其比较

3.6 小结

参考文献

第四章基于JSM-35CF 的纳米级聚焦偏转系统

4.1 聚焦偏转系统计算

4.2 偏转器安装调整

4.3 精度和误差分析

4.4 实验结果

4.5 小结

参考文献

第五章大扫描场纳米级聚焦偏转系统的探讨

5.1 纳米级电子束曝光机聚焦偏转系统设计的一般原理

5.2 基于VAL 原理和优化设计方法的纳米级聚焦偏转系统的研究

5.3 双物镜双偏转器的纳米级聚焦偏转系统

5.4 小结

参考文献

第六章总结

6.1 结论

6.2 需进一步研究的问题

攻读博士学位期间发表的论文

致谢

发布时间: 2005-08-23

纳米级电子束曝光机聚焦偏转系统的研究

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