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电子束曝光系统(纳米图形发生系统)
电子束曝光系统(纳米图形发生系统)
英文名称:Nanometer Pattern Generation System:NPGS总访问:10543
国产/进口:进口半年访问:126
产地/品牌:美国JC Nabity Lithography Systems公司产品类别:电子显微镜/扫描探针
型       号:NPGS 最后更新:2019-7-19
货       号:
参考报价:请询价025-85432178
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  • 产品介绍
  • 公司简介

在过去的几年中,半导体器件和IC生产等微电子技术已开展到深亚微米阶段及纳米阶段。为了追求晶片更高的运算速度与更高的效能,三十多年来,半导体产业遵循著摩尔定律(Moore’s Law):每十八个月单一晶片上电晶体的数量倍增,继续地朝微小化努力。为继续摩尔定律,在此期间,与微电子领域相关的微/纳加工技术得到了飞速开展,科学家提出各种解决方案如:图形曝光(光刻)技术、原料刻蚀技术、薄膜生成技术等。其中,图形曝光技术(微影术)是微电子制作技术开展的主要推动者,正是由于曝光图形的分辨率和套刻精度的不断提高,促使集成电路集成度不断提高和制备成本继续降低。
电子束曝光系统(electron beam lithography, EBL)是一种使用电子束在工件面上扫描直接发生图形的装置。由于SEM、STEM及FIB的工作方式与电子束曝光机十分相近,美国JC Nabity Lithography Systems公司胜利研发了基于改造商品SEM、STEM或FIB的电子束曝光装置(Nanometer Pattern Generation System纳米图形发生系统,简称NPGS,又称电子束微影系统)。电子束曝光技术具有可直接刻画精细图案的优点,且高能电子束的波长短(< 1 nm),可幸免绕射效应的困扰,是实验室制作微小纳米电子元件最佳的选择。相对付购买昂贵的专用电子束曝光机台,以既有的SEM等为基础,外加电子束操纵系统,透过电脑介面操纵电子显微镜中电子束之矢量扫描,以进行直接刻画图案,在造价方面可大幅节省,且兼具原SEM 的观察功能,在功能与价钱方面均具有优势。由于其具有高分辨率以及低成本等特性,在北美研究机构中,JC Nabity的NPGS是最热销的配套于扫描电镜的电子束微影曝光系统,并且它的应用在世界各地越来越普遍。
NPGS的技术目的是提供一个功能强大的多样化简易操作系统,结合使用市面上已有的扫描电镜、扫描透射电镜或聚焦离子束装置,用来实现艺术级的电子束或离子束平版印刷技术。NPGS能胜利满足这个目的,得到了当前众多用户的强烈推举和一致肯定。

一. 技术描述:
为满足纳米级电子束曝光的要求,JC Nabity的NPGS系统设计了一个纳米图形发生器和数模转换电路,并采纳PC机操纵。PC机通过图形发生器和数模转换电路去驱动SEM等仪器的扫描线圈,从而使电子束偏转并操纵束闸的通断。通过NPGS能够对标准样片进行图像采集以及扫描场的校正。配合周密定位的工件台,还能够实现曝光场的拼接和套刻。使用配套软件也能够新建或导入多种通用格式的曝光图形。
(一) 电子源(Electron Source)
曝照所需电子束是由既有的SEM、STEM或FIB发生的电子束(离子束)提供。
(二) 电子束扫描操纵(Beam Scanning Control)
电子射出后,受数千乃至数万伏特之加速电压驱动沿显微镜中轴向下移动,并受中轴周围磁透镜(magnetic lens)作用形成聚焦电子束而对样本外貌进行扫描与图案刻画。扫描方式可分为循序扫描(raster scan)与矢量扫描(vector scan)。
循序扫描是操纵电子束在既定的扫描范围内进行逐点逐行的扫描,扫描的点距与行距由程式操纵,而当扫描到有微影图案的地区时,电子束开启进行曝光,而当扫描到无图案地区时,电子束被阻断;矢量扫描则是直接将电子束移动到扫描范围内有图案的地区后开启电子束进行曝光,所需时间较少。
扫描进程中,电子束的开启与阻断是由电子束阻断器(beam blanker)所操纵。电子束阻断器通常安装在磁透镜组上方,其功效为发生一大偏转磁场使电子束完全偏离中轴而无法抵达样本。
(三) 阻剂(光阻)
阻剂(resist)是转移电子束曝照图案的媒介。阻剂通常是以薄膜形式均匀笼盖于基材外貌。高能电子束的照耀会改变阻剂材料的特性,再通过显影(development)后,曝照(负阻剂)或未曝照(正阻剂)的地区将会留在基材外貌,显出所设计的微影图案,尔后续的制程将可进一步将此图案转移到阻剂以下的基材中。
PMMA(poly-methyl methacrylate)是电子束微影中最常用的正阻剂,是由单体甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate, MMA)经聚合反应而成。用在电子阻剂的PMMA 通常分子量在数万至数十万之间,受电子束照耀的地区PMMA 分子量将变成数百至数千,在显影时低分子量与高分子量PMMA 溶解度的对角非常大。
负阻剂方面,多半由聚合物的单体构成。在电子束曝照的进程中会发生聚合反应形成长链或交叉链结(crosslinking)聚合物,所发生的聚合物较不易被显影液溶解因而在显影后会留在基板外貌形成微影图案。当前常用的负阻剂为化学倍增式阻剂(chemically amplified resist),经电子束曝照后发生氢离子催化链结反应,具有高解析度、高感度,且抗蚀刻性高。
(四) 基本工序
电子束微影曝光技术的基本工序与光微影曝光技术相似,从上阻、曝照到显影,各程序的参数(如温度、时间等等)均有赖于使用者视需要进行校对与调整。

二. 主要技术指标:
型号:NPGS
最细线宽(μm):依据SEM
最小束斑(μm):依据SEM
扫描场:可调
加速电压:依据SEM,一般为0-40kV
速度:5MHz(可选6MHz)
A. 硬件:
微影操纵介面卡:NPGS PCI-516A High Speed Lithography Board,high resolution (0.25%)
操纵电脑:Pentium IV 3.0GHz/ 512Mb RAM/ 80G HD/ Windows XP
皮可安培计:KEITHLEY 6485 Picoammeter
B. 软件:
微影操纵软件 NPGS V9.1 for Windows2000 或 XP
图案设计软件 DesignCAD LT 2000 for Windows

三. 应用简述
NPGS电镜改装系统能够制备出具有高深宽比的微细结构纳米线条,从而为微电子领域如高精度掩模制作、微机电器件制作、新型IC研发等相关的微/纳加工技术提供了新的方法。NPGS系统作为制作纳米尺度的微小结构与电子元件的技术平台,以此为基础可与各种制程技术与应用结合。应用范围和领域取决于客户的现有资源,例如: NPGS电子束曝光系统可与等离子应用技术做最有效的整合,进行各项等离子制程应用的开拓研究,简述如下:
(一) 半导体元件制程
等离子制程已普遍应用于当前半导体元件制程,可视为电子束微影曝光技术的下游工程。例如:
(1) 等离子刻蚀(plasma etching)
(2) 等离子气相薄膜沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)
(3) 溅镀(sputtering)
(二) 微机电元件制程(Semiconductor Processing)
微机电元件在制程上与传统半导体元件制作有其差异性。就等离子相关制程而言,深刻蚀(deep etching)是主要的应用,其目的往往是完成深宽比抵达102 等级的深沟刻蚀或晶圆穿透刻蚀。而为达成高深宽比,深刻蚀采纳二种气体等离子交替的进程。刻蚀完成后可轻易以氧等离子去除侧壁笼盖之高分子。在微机电元件制作上,深刻蚀可与电子束微影曝光技术密切结合。电子束微影曝光技术在图案设计上之自由度十分相符纷乱多变化的微机电元件构图。一旦完成图案定义,将转由深刻蚀技术将图案转移到晶圆基板。

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