第! 期"##$年$月
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微细加工技术
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基于扫描电镜的电子束曝光机对准系统的研制
张今朝，方光荣
（中国科学院电工研究所，北京=###>#）
摘要：介绍了基于扫描电镜的电子束曝光机对准系统的原理，详细分析了此系统的硬件设计、软件
设计以及扫描场的校正过程。利用硬件获取扫描图像，并进行实时标记校正，利用软件进行标记位置识别和校正参数计算，满足了曝光机对准系统在性能和精度上的要求。在=##! B 扫描场下
进行拼接曝光实验，达到了??5! 8B （" " ）的拼接精度。
关9键9词：电子束曝光；扫描电镜；对准中图分类号：-.!#:5?999文献标识码：+
! 9引言
芯片性能和集成度的不断提高，促使芯片的特征尺寸不断缩小，这样对曝光刻写精度提出了更高的要求，它一方面依赖于工艺技术，而更为重要的是依赖于光刻设备对准系统的设计。近"#年来，开始出现一种用C’机和图形发生器（C2）控制扫描电
［=］
镜（D/%）进行曝光的电子束曝光系统，这种基于
扫描场是电子束在硅片上进行扫描（或刻写）的最大范围，由于D/%扫描线圈的加工精度、电子器件和电路性能、以及因光学系统的安装调试带来的误差等因素的影响，实际的电子束扫描场并不是理想的正方形，必然会出现各种偏差和畸变。本文在此针对影响作用最大的偏移、增益（尺寸）和旋转这三种线性畸变的校正原理进行说明。
在扫描场中放入标准样品，其上已有给定位置的标记，设定为理想位置（EF ），用工件台坐标系标定。扫描此样品中的标记，获取扫描位置，设定为实
际位置（G3），用扫描场坐标系标定。通过获取理想位置（EF ）和实际位置（G3）的偏差值，可以算得扫描场的畸变量和对应的线性校正值，并将该数值发送给图形发生器中的校正寄存器，最终完成扫描场的校正。
线性校正的数学表达式如下：
!" H #I $"I %&
（=）（" ）
!&H ’I ("I )&
扫描电镜的电子束曝光机由于具有操作方便、价格便宜、用途广泛等特点，越来越引起各国科研工作者
的关注。D/%的固有特点致使此类曝光机对准系统与商用电子束曝光机的对准系统在控制原理、校正方式等方面有很大不同。本文在介绍了基于扫描电镜的电子束曝光机对准原理的基础上，详细分析了此曝光机硬件和软件的设计方案，并进行了曝光实验。
" 9对准原理
对准是进行电子束扫描场拼接和套刻的前提。
［" ］商用曝光机的测量和校正完全是自动化的，而由
其中：" 和&为标记的工件台位置坐标，!" 和!&为扫描位置与实际位置偏差值，#，’为扫描场坐标系与工件台坐标系的偏移量，$，) 为两坐标系比例
（增益）系数，%，(为两坐标系旋转角度系数。扫描一个标记，获得一个标记位置（" ，&）和偏差量（!" ，!&），扫描三个标记，即可解出
程组中$个系
的
D/%加C2构成的曝光机对准系统则是采用图像方
式完成。本文所讨论的对准主要是指对扫描场的校正，使校正后的扫描场能够成为理想的正
99收稿日期："##:;#
形。
99作者简介：张今朝（=
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微细加工技术
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基于扫描电镜的电子束曝光机对准系统的研制
张今朝，方光荣
（中国科学院电工研究所，北京=###>#）
摘要：介绍了基于扫描电镜的电子束曝光机对准系统的原理，详细分析了此系统的硬件设计、软件
设计以及扫描场的校正过程。利用硬件获取扫描图像，并进行实时标记校正，利用软件进行标记位置识别和校正参数计算，满足了曝光机对准系统在性能和精度上的要求。在=##! B 扫描场下
进行拼接曝光实验，达到了??5! 8B （" " ）的拼接精度。
关9键9词：电子束曝光；扫描电镜；对准中图分类号：-.!#:5?999文献标识码：+
! 9引言
芯片性能和集成度的不断提高，促使芯片的特征尺寸不断缩小，这样对曝光刻写精度提出了更高的要求，它一方面依赖于工艺技术，而更为重要的是依赖于光刻设备对准系统的设计。近"#年来，开始出现一种用C’机和图形发生器（C2）控制扫描电
［=］
镜（D/%）进行曝光的电子束曝光系统，这种基于
扫描场是电子束在硅片上进行扫描（或刻写）的最大范围，由于D/%扫描线圈的加工精度、电子器件和电路性能、以及因光学系统的安装调试带来的误差等因素的影响，实际的电子束扫描场并不是理想的正方形，必然会出现各种偏差和畸变。本文在此针对影响作用最大的偏移、增益（尺寸）和旋转这三种线性畸变的校正原理进行说明。
在扫描场中放入标准样品，其上已有给定位置的标记，设定为理想位置（EF ），用工件台坐标系标定。扫描此样品中的标记，获取扫描位置，设定为实
际位置（G3），用扫描场坐标系标定。通过获取理想位置（EF ）和实际位置（G3）的偏差值，可以算得扫描场的畸变量和对应的线性校正值，并将该数值发送给图形发生器中的校正寄存器，最终完成扫描场的校正。
线性校正的数学表达式如下：
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扫描电镜的电子束曝光机由于具有操作方便、价格便宜、用途广泛等特点，越来越引起各国科研工作者
的关注。D/%的固有特点致使此类曝光机对准系统与商用电子束曝光机的对准系统在控制原理、校正方式等方面有很大不同。本文在介绍了基于扫描电镜的电子束曝光机对准原理的基础上，详细分析了此曝光机硬件和软件的设计方案，并进行了曝光实验。
" 9对准原理
对准是进行电子束扫描场拼接和套刻的前提。
［" ］商用曝光机的测量和校正完全是自动化的，而由
其中：" 和&为标记的工件台位置坐标，!" 和!&为扫描位置与实际位置偏差值，#，’为扫描场坐标系与工件台坐标系的偏移量，$，) 为两坐标系比例
（增益）系数，%，(为两坐标系旋转角度系数。扫描一个标记，获得一个标记位置（" ，&）和偏差量（!" ，!&），扫描三个标记，即可解出
程组中$个系
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D/%加C2构成的曝光机对准系统则是采用图像方
式完成。本文所讨论的对准主要是指对扫描场的校正，使校正后的扫描场能够成为理想的正
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99作者简介：张今朝（=