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纳米级电子束曝光机聚焦偏转系统的研究

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目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1微纳米加工与曝光技术

§1.2国内外电子束曝光技术的状况和应用

§1.3电子束曝光技术的应用及问题

§1.4基于扫描电镜的纳米级电子束曝光系统研究的意义及存在的问题

§1.5聚焦偏转系统的作用及其概要

§1.6论文的选题及工作

§1.7本章小结

参考文献

第二章聚焦偏转系统的电子光学理论

§2.1物镜、偏转器及校正元件的空间场

§2.2聚焦偏转系统的光学性能计算

§2.3聚焦偏转系统的五级像差分析

§2.4聚焦偏转系统的优化

§2.5小结

参考文献

第三章JSM-35CF电镜的电子光柱性能及相关研究

§3.1 JSM-35CF电镜的电子光学柱结构和性能

§3.2基于JSM-35CF电镜的聚焦偏转系统的优化仿真计算

§3.3偏转系统的五级像差

§3.4磁聚焦偏转系统的涡流抑止

§3.5几种常见静电偏转器的性能及其比较

§3.6小结

参考文献

第四章基于JSM-35CF的纳米级聚焦偏转系统

§4.1聚焦偏转系统计算

§4.2偏转器安装调整

§4.3精度和误差分析

§4.4实验结果

§4.5小结

参考文献

第五章大扫描场纳米级聚焦偏转系统的探讨

§5.1纳米级电子束曝光机聚焦偏转系统设计的一般原理

§5.2基于VAL原理和优化设计方法的纳米级聚焦偏转系统的研究

§5.3双物镜双偏转器的纳米级聚焦偏转系统

§5.4小结

参考文献

第六章总结

§6.1结论

§6.2需进一步研究的问题

攻读博士学位期间发表的论文

致谢

论文答辩说明和关于论文使用授权的说明

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摘要

电子束曝光技术是掩模版制作和纳米器件研究的主要手段。它具有很高的分辨率,最细线宽可达5纳米。对于大学和普通实验室来说,一种基于SEM的纳米级电子束曝光机,因其价格便宜、操作灵活受到欢迎,具有很好的应用前景。 论文主要有两个部分:(1)基于JSM-35CF扫描电镜的纳米级偏转系统优化设计和相关研究。借助目前最先进的商用电子光学软件,用二阶有限元法计算得到高精度的空间场分布,以五级像差和电子束上靶角为目标,采用最小阻尼二乘法优化系统光学元件的位置、相对转角和相对激励强度等因素,将可应用于纳米曝光的扫描场增加到了250微米。比较实验结果,基于JSM-35CF新线圈在频带和曝光性能上大大优于原线圈。在优化三级像差的基础上,探讨了五级像差的影响,分析了几种消除五级像差(指消除四极像差)的偏转器的像差性能和灵敏度;对偏转器的结构参数进行分析,为工程实现提供了良好依据。设计了一组长度不等的偏转器,当优化得到的相对强度为-1时,系统具有最高的灵敏度,进而可以提高扫描速度。磁偏转系统的涡流效应很大程度上影响着系统速度和位置精度,基于涡流的产生机理,文章定量分析了涡流带来的误差,并提出了双层的、间隔均匀、相互交叠的屏蔽结构,该结构有效抑止了涡流、提高了偏转灵敏度,而且像差性能基本没有变差。 (2)具有电子束垂直入射特性的、大扫描场纳米级聚焦偏转系统的探讨。通过对前部分的分析研究,提出了两个新的纳米级聚焦偏转系统。第一种是基于VAL(VariableAxisLens)原理和优化设计方法的三偏转器聚焦偏转系统,该系统在1.0毫米偏转场,1.8毫弧度电子束孔径角时,包括三级、五级像差的校正前总像差为7纳米,总畸变量54纳米,电子束上靶角为0.0003度。第二种是双物镜双偏转器系统,流过方向相反的电流的两个物镜可以消去各向同性和各向异性畸变、横向色差等四种基本的像差,对于双偏转器系统,通过使第二个偏转器旋转,会引入另外的各向异性像差,使总体像差大大减小。该双透镜双偏转器的纳米级聚焦偏转系统在1毫米偏转场,1.8毫弧度电子束孔径角时,包括三级、五级像差的校正后总像差为18.6纳米,总畸变量0.31微米,电子束上靶角为0.034度。 本论文的创新点是:1、利用目前最先进的商用电子光学软件,用二阶有限元法计算了空间场分布,优化了包括五级像差在内的偏转系统,获得的偏转精度大大优于常规的SEM偏转器。 2、把偏转像差和电子束入射角综合考虑,获得了精度更高、结构更合理的聚焦偏转系统。 3、提出了三偏转聚焦偏转系统和双物镜双偏转系统,这两种偏转系统可以在1mm偏转场达到纳米级电子束曝光要求,入射电子几乎垂直上靶。

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