新型电子束曝光机的对准软件设计.pdf

2005年12月 第十三届套圈电子束·毒子束·光子柬学术平套 湖南·长沙 新型电子束曝光机的对准软件设计 张今朝 方光荣 (中国科学院电工研究所．北京100080) 摘要：介绍了基于扫描电镜的电子束曝光机的对准软件设计，详细分析了此类曝光机对准系统 的设计方案，软件设计结构以及扫描场的校正过程。 关键词：电子束曝光；对准；软件； 1．引言 在过去的20年里，国际上开始出现了一种新型的电子束曝光系统一用PC机和图形发生系统控 制扫描电镜(SEM)进行曝光的设备。其主要由SEM、图形发生器、PC机和软件等共同构成。此时扫描 电镜的扫描线圈不再做以读取图像为目的光栅扫描，而是做以刻写图形为目的的矢量扫描；扫描控制 为图形发生器送过来的XY向刻写信号。图形发生器将PC机发送来的图形信息转换成XY向的扫描 信号。PC机和其上的软件将用户的版图分割转换为图形发生器可以接受的单元图形，并控制图形发 生器的工作。通过接管SEM的扫描线圈，SEM变成了一台简单但分辨率高的曝光设备。这种基于SEM 的电子束曝光机具有结构简单价钱便宜的特点，有很广泛的应用领域：小规模量子器件或晶体管的制 作，小范围光栅和小型掩膜的制作，对感光胶的测试，以及各种研究教育领域等等。 SEM用于曝光受到其本身很多不足的限制，比如偏转系统的响应速度低、电源的稳定精度小、光 学系统的畸变量大以及没有载片工件台或工件台精度低等等，使得SEM曝光机具有曝光图形小和效 率低的固有缺点。为了尽量降低这些缺点的影响，提高精度，需要对这种曝光机的对准系统进行特殊 设计，以满足科研教育领域的要求。本文主要论述对此对准系统软件的工作原理和设计。 2．对准原理和对准软件总体分析 对准是进行拼接和套刻的前提。在大型曝光机中完全进行自动化的测量和校正。在此种曝光机中 由于主机部分是选用商业sEM完成，受不同电镜配置(主要是工件台配置)限制，而且此种曝光机不 象大型曝光机一样追求很高工作效率，所以从设备的通用性和成本上考虑，对准系统设计选择手动工 作是比较适合SEM曝光机的方案。对准目的有=：一是确定曝光图形在版图上的位置；--是保证精确 的扫描场形状和大小。第一个问题在SEM曝光机中是通过手动或自动移动工件台查找硅片的2—3个 定位点(边角或十字标记)在工件台上的坐标值进行确定，也就是校正工件台坐标系和硅片坐标系偏 差。由于一般通过sEM的内扫描在CRT屏幕确定位置，过程较简单，本文不进行讨论。第二个问题是 校正扫描场，是本文论述的重点。 对准软件是曝光机软件的一个分模块。其内容是在与工件台校正模块的协调配合下，对对准标i己 位置进行寻找和扫描刻写场进行校正，实现曝光位置精确定位，为曝光中的场拼接和套刻提供保证。 由于在对准过程中涉及扫描场大小和电子束扫描通断等SEM控制内容，而SEM控制本身比较简单， 则将其作为对准模块的子模块一起加以设计。 一123- 2005年12月 第十三届全国电子束·离子束·光子束学术年会 湖南·长沙 扫描场是电子束进行刻画的最大范围，由于执行扫描的硬件的加工精度和电子器件本身性能的限制， 实际电子束扫描场并不是我们所期望的理想的正方形，它必然出现偏差和变形，主要分为线性的和非 线性的。 线性偏差有：偏移偏差，增益偏差，旋转偏差 非线性偏差主要有：桶形变形。枕形变形 对这些偏差量进行测量和分析计算，然后送给校正线圈进行校正的过程，即为扫描场的校正，见 图l。在此我们其处理手动线性偏差校正工作。 线性校正的数学表达式如下： dx=A+Bx+Cy dy=E+Fx+Gy 其中，x，y为标记的工件台位置坐标；dx，dy为扫描位置与实际位置偏差值；A，E为扫描场坐标系 与工件台坐标系的偏移量；B，G为两坐标系比例(增益)系数，c，F为两坐标系旋转角度系数。扫描一 个标记，可以获得一个标记位置(x．y)和偏差量(dx，dy)，扫描三个标记，即可解出方程组的6个系数A， B，c，E，F和G，从而转换成6个校正值。 、 对准软件工作于图形坐标系uV坐标系中，默认情况下工件台坐标系XY与图形坐标系uV的偏 差已被校正。 此部分软件的输入和输出参数有：输入参数包括扫描场尺寸，工件