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EBL憑借電子波長短，不受衍射限制等優勢，對比光學光刻具有更高的理論極限分辨率，常被用于掩模版制作和小批量器件研發制作等領域。不過，區別于光學光刻，由于電子束會在抗蝕劑內發生前散射，且還會與襯底材料作用發射背散射，使得電子束作用范圍超出原先設定區域，導致圖形分辨率下降，尺寸、形貌異常，這一現象也被廣大研究人員稱為鄰近效應。

一、鄰近效應的發現及作用原理

高斯束電子束光刻憑借低成本和高分辨率的優勢常被用于微納結構制造[1]，早在1975年，T.H.P. Chang就依據實驗數據結果，提出了高斯分布函數來描述高斯束系統的EBL曝光時電子作用產生的能量分布，這為鄰近效應的提出奠定了理論基礎[2]。其實質上由于高能電子束在穿過抗蝕劑層過程中發生的前散射和電子與襯底材料原子的核外電子作用產生的背散射電子所導致的部分電子作用于預設范圍外的區域，使得圖形線寬異常、邊緣分辨率下降的現象[3]，其產生原理模擬簡圖如下圖1所示。

二、鄰近效應的修正方法

通常，鄰近效應的修正方法包括常用幾何尺寸校正和劑量校正[4]，以及應用較少的GHOST方法。幾何尺寸校正計算通過調整設計圖形的形狀、尺寸等來改善局部區域內的能量分布，已達到補償鄰近效應帶來的影響的作用；而劑量校正法則是以Monte Carlo模型或近似函數擬合模型為主，通過雙高斯分布函數：(其中α、β分別代指前散射和背散的高斯分布方差，η為兩者的比值)來描述不同區域的電子能量沉積分布，再利用計算機得到α、β和η的具體值，并代入校正軟件，進行計算得到不同區域內所需的補償劑量值，以降低鄰近效應帶來的副作用。而GHOST方法則是以背散射電子曝光強度的反劑量，利用非聚焦電子束對非曝光區域進行線掃，使整體圖形擁有相同的背散射作用劑量，僅考慮了背散射電子的影響，只適合超高加速電壓等前提條件下的快捷校正[5]。同時，該方法大多在角度限制散射投影電子束光刻中應用，且圖形襯底一般較低[6]。

一般來說，目前主流的優化方式仍然是劑量校正法，通過Monte Carlo模型或近似函數擬合模型，以雙高斯分布函數為基礎，通過計算機模擬預測電子能量的沉積分布和調整各局部區域曝光劑量的方式，來優化改善圖形內的能量分布均勻性[7]。但是該模型的預測模型建立中忽略了二次電子等其它因素的影響，所以仍然只是一個做到大致優化的工具，難以做到全面優化。且各區域補償參數的設定和計算還受到例如襯底材料均勻性以及進行套刻時的抗蝕劑材料均勻性、抗蝕劑厚度均勻性等的影響，故此，計算出來的補償數值與實際所需的補償數值仍然有一定偏差。所以，一種全新的、更精確的模擬模型的出現對于鄰近效應校正領域的發展完善而言是迫在眉睫的。

三、鄰近效應修正案例

以國內澤攸科技研發人員進行優化測試的一個棋盤圖形設計為例，該棋盤單格線寬設計為500nm，原材料利用表面涂覆厚度約100nm的PMMA光刻膠的Si片，使用30kV的加速電壓、10μm光闌孔徑進行刻寫作業，首次刻寫時以100μC/cm2至300μC/cm2為限定區間，每增加25μC/cm2劑量為一個組別，不進行鄰近效應修正，直接曝光，并顯影，利用SEM分析形貌發現邊緣與中心區域因電子能量沉積差異，導致其實際圖形與設定的棋盤圖形存在較大異，其中部分曝光劑量下的形貌圖如下圖2所示。從下圖2中我們可以發現，在175μC/cm2劑量下，靠近最中心區域的圖形因為電子能量沉積不足、相鄰圖形間鄰近效應作用小而表現出欠曝現象(黑色部分為殘留光刻膠)，圖形尺寸異常偏小，殘留光刻膠過多，而靠近邊緣的區域的圖形則電子能量沉積較為充足、相鄰圖形間鄰近效應作用較強，使得圖形尺寸勉強接近預設尺寸，但是最邊緣區域卻因周圍圖形區域太大，電子能量在此區域沉積過大，導致圖形尺寸異常偏大。同理，當曝光劑量達到200μC/cm2時，中心區域因能量沉積加大，圖形表現接近正常尺寸的圖形，靠近邊緣區域則因能量沉積過于大而表現出圖形尺寸過大現象，而最邊緣區域則因能量沉積繼續加大，表現出圖形尺寸更大，殘留光刻膠區域更小的現象。當曝光劑量增加至225μC/cm2時，中心區域也因能量沉積增大，相鄰圖形間鄰近效應作用過強而出現圖形尺寸異常偏大，殘留光刻膠區域越來越小，至于靠近邊緣區域和最邊緣區域，則是能量沉積進一步加大，圖形尺寸進一步減小。

圖2 校正劑量前175、200、225μC/cm2條件下SEM形貌圖

為優化中心區域圖形尺寸不均勻，且與邊緣孤立圖形差異過大現象，隨即開啟軟件進行鄰近效應修正，通過劑量校正使整體能量沉積分布更均勻，該軟件同樣以Monte Carlo模型為基礎，選上對應的襯底材料、光刻膠類型、膜厚等參數后，對整體圖形區域進行能量沉積模擬，并分別對欠曝和過曝區域的能量沉積進行調整，將欠曝區域劑量值提升，過曝區域劑量值降低，得到的劑量分布圖形如下圖3所示，靠近欠曝區域的補償值提升到了1.25以上，而過曝區域則被降低至約1.15以下。并依據上圖2得到的SEM數據表現為依據，對比200μC/cm2和225μC/cm2時的圖形表現為幾乎整體都能量沉積過大，進行能量沉積校正時必然導致中心能量不足或最邊緣區域能量過大，導致圖形不均勻，因為該軟件調整原理是按照當下劑量為標準，調整中心與邊緣不同曝光區域位置的能量沉積比例。故此，判斷最佳劑量就應當處于175μC/cm2附近，并再次進行曝光、顯影后，在SEM下觀察得到部分表現較好組別如下圖4所示，其中表現最好的為150μC/cm2劑量的組別，如下圖5所示。

圖3 能量沉積模擬示意圖 

圖4 調整后175、190μC/cm2下曝光后SEM數據形貌圖

結合上圖中175μC/cm2時的表現和圖2中未校正前175μC/cm2時的表現，我們可以明顯的看到鄰近效應對電子束光刻的影響異常顯著，修正后圖形大多表現為規則的方格形，且中心區域與邊緣區域圖形尺寸差異不再像調整之前那樣巨大，整體上表現明顯優于未調整時的狀態，鄰近效應作用得到顯著降低。同樣地，190μC/cm2組別的表現也是中心區域圖形較為均勻，但中心與邊緣圖形差異略大。但是，上圖中的兩個劑量下圖形尺寸也僅僅只是靠近中心區域整體表現較為均勻。

圖5 150μC/cm2組別SEM下形貌圖

對比圖5與圖4，我們能發現圖5中心區域圖形大小一致程度有略微提升，且邊緣孤立圖形與靠近中心區域的圖形尺寸差異也有更明顯的縮小，但是靠外側孤立圖形區域在棋盤頂部和底部位置的圖形A仍然相比于其它區域尺寸過小明顯，而在棋盤兩測的孤立圖形區域處的圖形B，相比于中心區域則有一定的尺寸過大，這也表示在A和B區域的能量沉積仍然存在異常，仍需調整優化。此外，調整后的對應參數也對同類型圖形可能有效，圖形若有較大變化則效果不明顯。故此，可知鄰近效應優化技術仍然是電子束光刻關鍵技術中需要重點攻克的難點之一。

參考文獻

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[2] 陳寶欽,徐秋霞,謝常青,等. 電子束光刻鄰近效應校正技術[C]//第十六屆全國半導體集成電路硅材料學術會議論文集. 2009:1-15.

[3] 孫霞,尤四方,肖沛,等. 電子束光刻的鄰近效應及其模擬[J]. 物理學報,2006,55(1):148-154. DOI:10.3321/j.issn:1000-3290.2006.01.027. 

[4] 楊清華,劉明,陳大鵬,等. 高斯電子束曝光系統[J]. 電子工業專用設備,2005,34(2):42-45. DOI:10.3969/j.issn.1004-4507.2005.02.009.

[5] 錢俊. 微納加工領域新著--《微納加工及在納米材料與器件研究中的應用》[J]. 物理,2013(11):821-821.

[6] 肖沛,孫霞,閆繼紅,等. 電子束光刻中鄰近效應校正的幾種方法[J]. 電子顯微學報,2005,24(5):464-468. DOI:10.3969/j.issn.1000-6281.2005.05.003.

[7] 姚文澤,徐宏成,趙浩杰,等. 電子束光刻"自主可控"EDA軟件HNU-EBL[J]. 湖南大學學報（自然科學版）,2022,49(10):183-191. DOI:10.6339/j.cnki.hdxbzkb.2022239.