本中心「奈米微影製程技術團隊」將半導體製程依技術分類，從設計、黃光微影、電子束微影、蝕刻至後處理製程，由專業的工程師負責技術開發，並由專人負責「製程整合」，跨越單站設備與單站設備之間的鴻溝，可協助產學研各單位進行多樣化的元件製造（圖二）。然而，元件製造是一種將光學、電學、材料學、物理學等理念實現的過程，不管是新創的概念或是承襲文獻的製程，往往遭遇許多製程上的困難，尤其面對多步驟的製程，製程與製程間的搭配與參數千變萬化，在這迷宮之中如何採用正確的方法與方向就顯得格外的重要，因為製程是一門講求訣竅(know-how)的學問，除了基礎知識之外，更需要經驗的累積，才能走出這一重重的困境。本團隊具有多年之元件製造經驗，開發各種製程間之整合，將各製程設備進行點、線、面的串聯，進行各式之元件製造。本期電子報詳述本團隊的核心特色製程─電子束微影技術（如圖一）。此技術提供專業的一對一理論與實作課程教學，亦由資深工程師提供專業的代工，包含：CAD設計、奈米圖形製作與校正分析等，目前已可與專業半導體廠的製程整合，進行多道且大尺寸之奈米級圖案製作。

      由於光學式的曝光系統正面臨極限，加上在進行雙重、三次或甚至四次微影曝光時，越來越昂貴的光罩成本已經和無光罩（Maskless, ML2）製程成本相當，台積電曾經評估無光罩微影製程的成本比較，當少量生產或是當光學式的曝光設備太昂貴（如EUV系統）時，採用無光罩微影的成本較光學式曝光方式的成本低，另外一個重要的因素為EUV的光罩良率太低，其光罩的缺陷控制相當困難，因此無光罩的製程又重新回到半導體產業的未來選項之中。無光罩式的直寫技術由於撰寫速度較慢，適合少量以及多變化的研發製程，可減少光罩的成本，若要進行奈米尺度的直寫製程，則需要電子束微影製程是成熟的技術，目前超高加速電壓的電子束微影已被證明可進行4 nm的線寬製作，本中心目前已有開發出10nm之製程。 

      本中心的電子束微影設備（ELS-7500 EX, ELIONIX, Japan），有別於一般電子顯微系統（SEM）中外加圖形產生器（Pattern generator），具有高精準度雷射干涉載台，如圖三，其優異之X、Y、Z定位機制，可達sub-20 nm對準精確度，以及50 kV加速電壓，提供長時間穩定的超細電子束(最小直徑2 nm)，可製作10 nm線寬之圖形、Zone plate、光子晶體及T-Gate等元件，其原理是利用電子束聚焦直寫的方式，可克服一般光學微影的繞射極限問題，直接將CAD設計直寫於光阻上，在相容的阻劑上產生次微米至奈米等級的精細圖案，不須等待光罩的製作，可以快速地將研究上的想法實現。

      本中心已有六年之電子束微影製程經驗，目前開發出多項特色製程，包含高精準度多層對準（sub-20 nm accuracy）、整合製程（Mix&Match）、圖形校正等（圖四），並有開發多樣應用元件之經驗，包含光學元件、電子元件、壓印模板、3D結構等（圖五）。 

      在電子束曝寫程序中，高能電子在光阻和基板上散射常會使曝光範圍擴散，造成光阻層中的沉積能量分佈不均勻，而導致曝寫之圖案失真，稱之為鄰近效應。尤其是曝寫50 nm以下圖形或者密集的圖形時，此現象極其嚴重。為解決此問題，本系統搭配專業的Layout Beamer software，可修正電子束在曝光過程中所產生的鄰近效應。該軟體具有三大功能：

1. 圖形數據處理功能。除了常規的圖形數據處理功能外，並具有多樣化之圖形處理，可將任意圖形X和Y方向放大縮小、圖形邊長增減、移除圖形重疊區、編排曝寫方位及順序等功能。
2. 圖形數據格式轉換功能。除了常規的GDSII、CIF格式及常用電子束曝光數據格式（Elionix, JEOL, Vistec）外，並具有AutoCAD的DXF格式和手編數據格式的轉換功能。
3. 電子束鄰近效應校正數據處理功能和電子束曝光光阻吸收能量模擬功能。可藉由模擬看到光阻輪廓及其修正之曝光劑量結果，並可實現3D光阻曝光技術。

      本中心之電子束微影系統置放於class 1000之無塵室（圖六），已控制溫度、濕度、電磁波與震動確保實驗品質。本系統可進行長時間的圖案撰寫，24小時開放，透過e化系統預約，歡迎產學研界使用。

◆諮詢窗口：楊穎枚工程師

◆儀器訓練課程：「電子束微影系統」，每月開課，歡迎報名！