电子束直写光刻技术：光学光刻的多功能伙伴

本文将介绍电子束直写光刻技术与其他光刻技术协同的混合光刻。

电子束直写（EBDW：Electron Beam Direct Write）光刻技术是全球范围内实验室、大学及中试线研发领域采用的标杆技术。尽管其写入速度较低，除光学掩模制造外，该技术从未被视为可行的工业解决方案。其天然的高分辨率特性能够在先进或创新器件进入大规模量产前实现低成本图形化。 

得益于其对几乎所有化学放大光刻胶的全面兼容性，EBDW成为光学光刻的理想互补方案。 EBDW光刻可与先进负显影（NTD）光刻胶兼容，建立合格的EBDW/193i光学混合光刻工艺。

混合光刻技术理念

混合光刻旨在结合电子束光刻的高灵活性与高分辨率特性，以及光学光刻的高产能优势。该技术将两种不同的光刻曝光步骤集成于同一光刻胶薄膜层。核心挑战之一在于寻找能同时兼容两种曝光模式的光刻胶，此类材料还需具备优异的分辨率与良好的感光度。 混合工艺流程如下图所示。

混合工艺实现 

在完成电子束/光学光刻胶工艺建立及匹配流程优化后，可建立基于193i NTD平台的完整混合光刻工艺流程。为了演示，根据14nm设计规则选择了具有宽通孔矩阵的图形布局。该大型阵列由55nm接触孔组成，间距为120nm。   

首先在联机DUV 193i的轨道系统上涂覆SOC-SiARC-光刻胶层组成的三层堆叠层，随后进行光学层曝光与烘烤（对准n-1参考层），晶圆批次随后转运至电子束平台进行二次曝光（同样对准n-1层）。曝光后，晶圆再次转移到工艺轨道进行最后的显影步骤。为了进行工艺调整，最初处理了一些测试晶圆，以在剂量和焦点方面设置良好的曝光条件。

第一次曝光使用NTD光刻胶构建完整的过孔图。然后，利用EBDW的灵活性和光刻胶的负性特性，创建了一个互补的设计版图，以曝光一些专用过孔，并使其在过孔矩阵内局部闭合。为了考虑叠对误差，过孔尺寸略大于11纳米，这与放置误差相对应（平均值+3σ至66纳米，以确保其完美闭合）。

使用应用材料 SEM VISION G3 FIB @ 1kV、45°倾斜拍摄的几张照片，在X、Y和Z图中均可见，这些照片显示了已曝光的 EBDW 设计在 DUV 曝光中的冲击整合，并根据需要堵塞了目标触点，而不会对先前曝光的 DUV 水平产生任何影响。因此，这种工艺流程允许在不产生任何影响的情况下校正或个性化后端线路设计，从而为电路修复创造机会，并直接在电路领域解决局部加密问题。

总结与展望

电子束直写光刻与光学光刻两种光刻技术，能够保持与各自设备固有性能相符的良好匹配性能。电子束光刻工艺完全适配并与浸没式平台的参考基准兼容。电子束直写技术可无缝集成到半导体制造的标准流程中，而无需修改原有基准。 

通过合理设计曝光布局以考虑对准要求，可通过直写光刻步骤对通孔矩阵进行校正或修改。这一工艺为设计修复验证提供了潜在可能。 

此外，还可通过局部堵塞通孔实现预定义先进CMOS电路的加密。此操作可随机应用于每个电路，从而制造出独一无二的芯片！这一演示再次凸显了电子束直写光刻的多功能性，为电路防伪应用开辟了新机遇。‍