電子束光刻是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，其曝光過(guò)程中涉及到電子束與物質(zhì)的作用，這部分我們將在后續(xù)的過(guò)程中介紹，這里我們將介紹一下電子束光刻的曝光工藝條件中非常重要的參數(shù) – 曝光劑量。

當(dāng)前我們常見(jiàn)的高斯束電子束光刻系統(tǒng)的直寫(xiě)方式是基于矢量掃描技術(shù)。其束班可以理想的簡(jiǎn)化為圓班，其光強(qiáng)呈現(xiàn)高斯分布，并在直寫(xiě)中束班一般沿直線移動(dòng)。為了更直觀的說(shuō)說(shuō)明這一特點(diǎn)，我們可以將曝光區(qū)域理解為包括有限數(shù)量的掃描線填充區(qū)域如下圖1所示。

圖1 電子束光刻的直寫(xiě)模式和能量分布示意圖

曝光劑量計(jì)算

所有工藝和曝光參數(shù)由操作技術(shù)確定，這同時(shí)也決定了曝光劑量。劑量的概念是建立為所需的入射電子的數(shù)量，以充分顯影特定厚度的電子束光刻膠，這里我們需要區(qū)別曝光圖形的形狀為：面掃描、單像素線（SPL，或者無(wú)寬度線）和單點(diǎn)。每種情況下的表達(dá)式略有不同（如下圖2所示）：

圖2 點(diǎn)、線、面形狀的曝光區(qū)域?qū)?yīng)的劑量計(jì)算公式

上述公式我們可以得到電子束曝光的劑量是一定時(shí)間內(nèi)束流決定的光刻膠上的電荷累計(jì)量。這里束班是非零維的，但它由一個(gè)影響區(qū)域即有效半徑(S，步長(zhǎng))。 因此，在曝光期間的掃描速度是基于這種假設(shè)和停留時(shí)間的定義來(lái)執(zhí)行的(Tdwell，束班在每個(gè)像素中保持傳遞有效劑量的時(shí)間)。步長(zhǎng)和停留時(shí)間決定了曝光過(guò)程中束班的掃描速度。 

如何確定合適的曝光劑量是我們?cè)诖_定電子束光刻工藝中非常重要的工作，通常曝光劑量取決于許多相關(guān)參數(shù)：電子束光刻膠的類(lèi)型、顯影液種類(lèi)、烘烤溫度、顯影溫度、電子束曝光系統(tǒng)的加速電壓等，后續(xù)我們會(huì)正對(duì)典型的電子束光刻膠進(jìn)行詳細(xì)介紹。當(dāng)然，在光刻膠的使用過(guò)程中，我們也無(wú)需深入了解其影響的機(jī)制，因?yàn)槲覀兂Ｓ玫纳虡I(yè)化電子束光刻膠產(chǎn)品都有提供參考劑量，我們只需要根據(jù)自己的電子束曝光系統(tǒng)的類(lèi)型（加速電壓）、所需光刻膠的厚度，曝光圖形的結(jié)構(gòu)特征結(jié)合參考劑量做一個(gè)簡(jiǎn)單的劑量實(shí)驗(yàn)，就可以獲得較為準(zhǔn)確的劑量值，從而幫助我們確定曝光參數(shù)。