[论文解读] A Review of Proximity Effect Correction in Electron-beam Lithography

Pengcheng Li|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2015

Advancements in Photolithography Techniques参考文献 38被引用 6

一句话总结

本文综述了电子束光刻中的邻近效应修正（PEC）技术，重点探讨了通过剂量调节和形状修正来应对电子束散射的方法。文章全面分析了自洽法、未处理区域补偿法、基于边缘的修正法以及混合PEC方法，强调了在精度、计算成本及不同电子束系统适用性之间的权衡。

ABSTRACT

I review the work of proximity effect correction (PEC) in electron-beam (e-beam) lithography with emphasis on dose modification and shape modification PEC techniques.

研究动机与目标

• 分析并分类基于软件的电子束光刻邻近效应修正（PEC）技术，以解决电子束散射引起的图形失真问题。
• 评估物理PEC技术（如多层胶和束能调节）的局限性，这些技术无法完全消除邻近效应。
• 比较剂量调节与形状修正PEC方法在计算复杂度、精度以及与不同电子束系统兼容性方面的表现。
• 研究结合剂量与形状修正的混合PEC方法，以提升修正精度与效率。
• 评估PEC技术的实际可行性及其性能权衡，包括吞吐量降低和对比度下降等问题，如GHOST方法所示。

提出的方法

• 采用基于求解包含邻近相互作用矩阵 I 的线性方程组的自洽PEC方法，其中每个方程确保所有图形区域的靶向曝光量相等。
• 将点扩散函数（PSF）作为电子束散射的核函数，通过将剂量分布与PSF进行卷积来建模邻近效应。
• 对矩形图形采用解析解，并通过矩形分解近似处理任意形状，以计算邻近相互作用。
• 引入未处理区域补偿方法，以最小化特征之间未曝光区域的曝光量，从而扩展自洽方法。
• 采用基于边缘的剂量修正方法处理线条图案，聚焦于关键几何位置（如图形边缘）的曝光，以提高保真度。
• 采用结合剂量与形状修正的混合PEC方法——例如，对前向散射采用解析形状修正，对背向散射采用迭代剂量修正——通常结合基于模型的PSF分解。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过剂量调节技术对电子束光刻中的电子束散射进行建模与修正？
• RQ2 自洽PEC在处理特征之间未曝光区域的曝光方面存在哪些局限性？
• RQ3 与平均曝光控制相比，基于边缘的剂量修正方法如何提升图形保真度？
• RQ4 混合PEC方法在哪些方面优于单一方法，从而提升修正精度与效率？
• RQ5 不同PEC技术在计算成本、吞吐量与修正精度之间存在哪些权衡？

主要发现

• 自洽PEC方法基于PSF和邻近相互作用矩阵提供数学上唯一的解，但未考虑未曝光区域的曝光问题。
• 未处理区域补偿方法通过最小化未曝光区域的曝光量，扩展了自洽方法，从而提升了图形保真度。
• 基于边缘的剂量修正方法通过聚焦于关键几何位置（如图形边缘）的曝光，显著提升了线条图案的精度。
• 混合PEC方法（如结合解析形状修正处理前向散射与迭代剂量修正处理背向散射）可实现更高的精度与效率。
• GHOST方法具有广泛的系统兼容性与简便性，但吞吐量降低约两倍，且导致抗蚀剂对比度下降。
• 剂量调节技术需要庞大的数据库和较高的计算时间，限制了其在缺乏逐图形剂量控制能力的电子束投影系统中的应用。