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纳米级尺寸电子束斑测量

阿米精控

2023/12/27

其他仪器综合讨论

1. 电子束尺寸测量的意义

通常电子束光刻（EBL，Electron BeamLithography）的曝光工艺，需要根据电子束的辐照密度确定曝光时间，准确测量聚焦电子束的尺寸才能得到准确的电子束辐计量。

电子束斑测量可作为扫描电子显微镜（SEM，Scanning ElectronMicroscope）、透射电子显微镜（TEM，Transmission Electron Microscope）电子光学参数调校依据，可作为EBL关键工艺参数。

电子束光刻

2. 电子束尺寸测量的方法

（1）成像法

使用电子轰击荧光屏，通过观察荧光屏判断电子束尺寸，考虑到光学传递误差，通常可观察最小电子束斑约10um。

（2）扫描法

利用法拉第杯来测量电子束电流，挡板水平运动遮挡电子束流，同时监测法拉第杯中电流变化，根据电流的微分曲线可以直接定量测量电子束的宽度，对于系统的分辨率具有较高要求。

3. 阿米精控测量方案

阿米精控科技（山东）有限公司专注于纳米运动控制及超精密机电系统领域的创新设计及产品研发，是一家集研发设计、制造、销售于一体，拥有全自主知识产权的微纳测控及超精密自动化“系统级硬科技”公司。AttoMotion纳米运动平台基于微纳柔性机构和压电执行器实现超高分辨力纳米运动，内置光栅/电容微位移传感器，通过高性能纳米伺服系统实现闭环控制，具有亚纳米级运动分辨率、纳米级运动精度和高速、高动态轨迹扫描功能。

技术特点：超高定位精度、多轴高动态协同联动、高刚度高负载、紧凑型结构设计、轴间运动学解耦设计、多运动模式（定位/扫描）、可实现正置倒置的灵活应用、真空兼容性温度使用范围广、运动行程50~200μm。

应用领域：扫描电子显微镜、同步辐射光源、纳米操作、光纤定位和对准。

3.1 测量装置搭建

（1）选用SEM，测试过程中拔掉偏转线圈控制线或者采用点扫模式，使得电子束位置固定。

扫描电镜（SEM）详细参数

分辨率

3.0nm@1KV（SE）

2.5nm@30KV（BSE）

放大倍率

6倍-1000000倍

电子枪

肖特基场发射电子枪

加速电压

0～30kV

（2）三轴并联压电扫描平台

（3）弱电流放大器

可变增益弱电流放大器

（4）位移台安装

位移台与转台绝缘，与大地相接，法拉第杯与转台相连，接弱电流前放。

（5）控制采集系统

采用高动态数字微纳运动伺服器，电流和位置信息同步采集，采样率为10K/S，采集时间10s，纳米扫描台运动一个往复周期。

（6）数据采集

（7）测试效果

上方横线为硅片挡板边缘，中部方框为二次电子探测器信号。变亮时，电子被硅片挡住，增加了散射电子信号；变暗时，电子束落入法拉第杯，散射电子减小。

3.2 测量结果

平台拥有极高的运动精度，往复运动电流和位置曲线完美重合。利用电流和位移的微分曲线，进行高斯拟合可以直接得到电子束的测量宽度。如图所示：加速电压5kV，聚光镜值850，束斑半高宽32.4nm

此外，由于单次采集时间小于5秒，还可以监控电子束的稳定性。如下图所示，来回测量过程中电子束发生漂移情况。

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