ЭБЛ Благодаря таким преимуществам, как короткая длина волны электронного пучка и отсутствие ограничений, накладываемых дифракцией, электронная литография обладает более высоким теоретическим пределом разрешения по сравнению с оптической литографией и широко применяется для изготовления масок‑шаблонов, а также для разработки и производства малосерийных устройств. Однако, в отличие от оптической литографии, из‑за того, что электронный пучок подвергается предварительному рассеянию в резисте и, кроме того, взаимодействует с материалом подложки, вызывая обратное рассеяние, область воздействия пучка выходит за пределы первоначально заданной зоны, что приводит к снижению разрешения изображения и появлению аномалий в размерах и морфологии; это явление широко известно среди исследователей как эффект соседства.

I. Открытие явления близкого эффекта и принцип его действия

Гауссовский пучок электронного луча для литографии Благодаря преимуществам низкой стоимости и высокого разрешения метод часто применяется для изготовления микро‑ и наноструктур [1]. Ещё в 1975 году Т. Х. П. Чанг, опираясь на экспериментальные данные, предложил гауссову функцию распределения для описания энергетического распределения электронов, возникающего при экспонировании системой электронного луча (EBL) с гауссовым пучком; это заложило теоретическую основу для концепции эффекта соседства [2]. По сути, этот эффект обусловлен тем, что во время прохождения высокоэнергетического электронного пучка через слой резиста происходит его предварительное рассеяние, а также обратное рассеяние электронов, возникающее вследствие взаимодействия электронов с валентными электронами атомов подложки; в результате часть электронов воздействует на области, находящиеся за пределами заданной зоны, что приводит к необычному уменьшению ширины линий и снижению разрешения по краям [3]. Схематическое изображение принципа его возникновения представлено на рис. 1.

II. Методы коррекции эффекта близости

Как правило, методы коррекции эффекта близости включают традиционную коррекцию геометрических размеров и дозиметрическую коррекцию [4], а также реже применяемые… Метод GHOST Коррекция геометрических размеров осуществляется путём изменения формы, размеров и других параметров проектной структуры с целью улучшения распределения энергии в локальных областях, что позволяет компенсировать влияние эффекта ближнего поля; тогда как метод коррекции дозы заключается в… Модель Монте-Карло Основным подходом является модель аппроксимации, основанная на функциях, с использованием двойного гауссовского распределения: (где α и β соответствуют дисперсиям гауссовских распределений переднего и заднего рассеяния, а η — их отношению), для описания распределения депозиции энергии электронами в различных областях; затем с помощью компьютера определяются конкретные значения α, β и η, которые подставляются в корректирующее программное обеспечение для вычисления требуемых значений компенсационной дозы в разных зонах, что позволяет уменьшить побочные эффекты, обусловленные соседними эффектами. В свою очередь, метод GHOST основывается на обратной дозе интенсивности экспозиции за счёт электронов заднего рассеяния и использует нефокусированный электронный пучок для линейного сканирования непроэкспонированных участков, обеспечивая равную дозу воздействия за счёт заднего рассеяния по всей структуре; данный метод учитывает лишь влияние электронов заднего рассеяния и подходит преимущественно для быстрой коррекции при условии сверхвысокого напряжения ускорения [5]. При этом такой метод чаще применяется в электронной литографии с угловым ограничением проекции рассеянных электронных пучков, а подложка под структуры, как правило, имеет низкий уровень [6].

Как правило, в настоящее время основным подходом к оптимизации остаётся метод коррекции дозы: на основе модели Монте‑Карло либо аппроксимирующих функций, с использованием двойной гауссовой распределительной функции, посредством компьютерного моделирования прогнозируют распределение депозиции энергии электронов и корректируют экспозиционную дозу в отдельных локальных областях, тем самым улучшая равномерность распределения энергии внутри структуры [7]. Однако при построении такой предиктивной модели игнорируются влияния вторичных электронов и других факторов, вследствие чего она остаётся лишь инструментом для получения приблизительной оптимизации, не позволяя добиться комплексной. Кроме того, задание и расчёт параметров компенсации для различных зон зависят от таких факторов, как однородность подложечного материала, а также однородность материала резиста и толщины резиста при выполнении литографии с совмещением; поэтому вычисленные значения компенсации всё же отклоняются от реальных требуемых значений. Таким образом, появление принципиально новой, более точной имитационной модели крайне необходимо для дальнейшего развития и совершенствования области коррекции эффекта соседства.

III. Примеры коррекции эффекта близости

В качестве примера рассмотрим дизайн шахматной доски, оптимизированный и протестированный отечественными разработчиками компании «ZEPTOOLS». Ширина линии одной клетки доски задана в 500 нм; в качестве подложки использована пластина из кремния, покрытая слоем фоторезиста PMMA толщиной около 100 нм. Для записи применялись параметры: ускоряющее напряжение 30 кВ и диаметр апертуры маски 10 мкм. При первичной записи экспозиция осуществлялась в диапазоне от 100 до 300 мкКл/см² с шагом 25 мкКл/см²; коррекция ближнего эффекта не выполнялась — экспозиция проводилась непосредственно, затем последовало проявление. Анализ морфологии с помощью СЭМ показал, что из‑за различий в депозиции энергии электронов на краях и в центральной области наблюдается значительное отклонение фактической структуры от заданного шаблона шахматной доски; примеры морфологических изображений при некоторых значениях дозы экспозиции приведены на рис. 2. Из рис. 2 видно, что при дозе 175 мкКл/см² графика, расположенная ближе к самому центру, вследствие недостаточной депозиции энергии электронов и слабого влияния ближнего эффекта между соседними структурами демонстрирует явление недоэкспонирования (черные участки — остатки фоторезиста); размеры структур заметно меньше нормы, при этом наблюдается избыток остаточного фоторезиста. В то же время в зонах, ближайших к краям, энергия электронов поступает более интенсивно, а ближний эффект между соседними структурами выражен сильнее, поэтому размеры структур лишь едва достигают заданных значений; однако в самых крайних областях из‑за слишком большого окружения других структур энергия электронов накапливается чрезмерно, что приводит к существенному увеличению размеров. Аналогично, при дозе экспозиции 200 мкКл/см² центральные структуры, благодаря усиленной депозиции энергии, приближаются по размерам к нормальным, тогда как ближние к краям структуры, наоборот, из‑за чрезмерно высокой энергетической нагрузки демонстрируют явление переразмера; в самых крайних зонах дальнейшее возрастание энергетической нагрузки приводит к еще большему увеличению размеров и уменьшению площади остатков фоторезиста. При повышении дозы до 225 мкКл/см² центральные структуры, также испытывая усиленную депозицию энергии и чрезмерно выраженный ближний эффект между соседними элементами, демонстрируют еще более значительное увеличение размеров, а площадь остатков фоторезиста продолжает сокращаться; в зонах, ближайших к краям, и в самых крайних областях энергетическая нагрузка возрастает еще больше, что ведет к дальнейшему уменьшению размеров структур.

Для устранения неоднородности размеров графических структур в центральной области и чрезмерной разницы по сравнению с изолированными структурами на краях была запущена соответствующая программа для коррекции эффекта ближнего поля. С помощью коррекции дозы удалось добиться более равномерного распределения общей энергетической депозиции. Эта программа также основана на модели Монте‑Карло: после выбора соответствующих параметров — материала подложки, типа фоторезиста, толщины слоя и др. — проводится имитация энергетической депозиции по всей площади структуры; затем отдельно корректируются значения энергетической депозиции в зонах недодержки и передержки: в зонах недодержки увеличивается значение дозы, а в зонах передержки — уменьшается. Полученное распределение дозы представлено на рис. 3: компенсационные коэффициенты вблизи зон недодержки повышены до значений свыше 1,25, тогда как в зонах передержки они снижены примерно до уровня ниже 1,15. На основе данных SEM, приведённых на рис. 2, было установлено, что при дозах 200 мкКл/см² и 225 мкКл/см² наблюдается практически повсеместно избыточная энергетическая депозиция; при коррекции этой депозиции неизбежно возникают либо дефицит энергии в центре, либо чрезмерная энергетическая депозиция на самых крайних участках, что приводит к неравномерности структуры. Поскольку принцип корректировки данной программы заключается в том, чтобы, исходя из текущего значения дозы, изменять соотношение энергетической депозиции между центральными и крайними зонами экспозиции, оптимальная доза, по нашим оценкам, должна находиться в районе 175 мкКл/см². После повторной экспозиции и проявки, проведённой при этой дозе, в режиме SEM были получены образцы с относительно лучшими результатами, представленные на рис. 4; среди них наиболее успешной оказалась группа, обработанная при дозе 150 мкКл/см², что видно на рис. 5.

Сопоставив поведение при плотности заряда 175 мкКл/см², показанное на верхнем рисунке, с результатами до коррекции при той же плотности заряда, представленными на рис. 2, можно явно увидеть, что эффект соседства оказывает чрезвычайно значительное влияние на электронно‑лучевую литографию. После внесения поправок изображения в основном принимают форму правильных квадратов, а разница в размерах между центральной и периферийной областями уже не столь велика, как до корректировки; в целом качество изображения заметно превосходит исходное состояние без коррекции, а воздействие эффекта соседства существенно снижено. Аналогично, в группе при плотности заряда 190 мкКл/см² изображения в центральной области также получаются достаточно однородными, однако различия между центральными и периферийными участками остаются несколько более выраженными. Тем не менее, даже при этих двух значениях дозы, как видно на верхнем рисунке, однородность размеров изображений наблюдается лишь вблизи центральной области.

Сравнивая рис. 5 и рис. 4, можно отметить незначительное улучшение однородности размеров фигур в центральной области рис. 5, а также более выражённое сокращение разницы в размерах между изолированными фигурами по краям и фигурами, расположенными ближе к центру. Однако в зонах изолированных фигур у внешних краёв — в верхней и нижней частях шахматной доски — фигуры A по‑прежнему заметно меньше по размеру по сравнению с другими областями, тогда как в соответствующих зонах на боковых сторонах доски фигуры B оказались несколько завышены по размеру относительно центральной области. Это свидетельствует о том, что в областях A и B по‑прежнему наблюдаются аномалии в распределении энергии, требующие дальнейшей корректировки и оптимизации. Кроме того, внесённые изменения параметров могут быть эффективны лишь для фигур аналогичного типа; при значительных изменениях формы или размера эффект окажется не столь заметным. Таким образом, очевидно, что технология оптимизации соседнего эффекта остаётся одной из ключевых и наиболее сложных задач в области электронно‑лучевой литографии.

Список литературы
[1] Сунь Бовэнь, Чжан Ли, Вэнь Цзисэнь и др. Десять крупнейших достижений китайской оптики: технология изготовления крупногабаритных микро‑ и нанооптических устройств (приглашённая статья) [J]. Прогресс лазерной и оптоэлектронной техники, 2025, 62(7): 1–19. DOI: 10.3788/LOP242539.
[2] Чэнь Баоцинь, Сюй Цюся, Се Чанцин и др.   Технология коррекции ближних эффектов в электронно-лучевой литографии [C] // Сборник трудов XVI Всероссийской научной конференции по полупроводниковым интегральным схемам и кремниевым материалам. 2009:1–15.
[3] Сунь Ся, Юй Сыфан, Сяо Пэй и др. Непосредственный эффект в электронно-лучевой литографии и его моделирование [J]. Журнал физики, 2006, 55(1): 148–154. DOI: 10.3321/j.issn:1000-3290.2006.01.027.
[4] Ян Цинхуа, Лю Мин, Чэнь Дапэн и др. Система экспонирования с использованием гауссова электронного пучка [J]. Специализированное оборудование для электронной промышленности, 2005, 34(2): 42–45. DOI: 10.3969/j.issn.1004-4507.2005.02.009.
[5] Цянь Цзюнь. Новая монография в области микро‑ и нанообработки — «Микро‑ и нанообработка и её применение в исследованиях наноматериалов и наноустройств» [J]. Физика, 2013, № 11: 821–821.
[6] Сяо Пэй, Сунь Ся, Янь Цзи-хун и др. Некоторые методы коррекции эффекта соседства при электронно‑лучевой литографии [J]. Журнал электронной микроскопии, 2005, 24(5): 464–468. DOI: 10.3969/j.issn.1000-6281.2005.05.003.
[7 Яо Вэньцзэ, Сюй Хунчэн, Чжао Хаоцзе и др. Программное обеспечение EDA для электронно-лучевой литографии «самостоятельное и контролируемое» HNU‑EBL [J]. Журнал Хунаньского университета (естественнонаучная серия), 2022, 49(10): 183–191. DOI: 10.6339/j.cnki.hdxbzkb.2022239.