Monte Carlo simulation and experiments of electron beam direct writing on curved

Mengtao XIE; Junbiao LIU; Pengfei WANG; Yulu ZHANG; Li HAN

doi:10.37188/OPE.20223018.2232

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Monte Carlo simulation and experiments of electron beam direct writing on curved

Micro/Nano Technology and Fine Mechanics | 更新时间：2022-09-26

- Monte Carlo simulation and experiments of electron beam direct writing on curved
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 18, Pages: 2232-2240(2022)
- 作者机构：
  
  1.中国科学院电工研究所，北京 100190
  2.中国科学院大学，北京 100049
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223018.2232
  CLC： TN305.7
- Received：07 June 2022，
  
  Revised：28 June 2022，
  
  Published：25 September 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
解孟涛,刘俊标,王鹏飞等.电子束曲面直写的Monte Carlo仿真与实验[J].光学精密工程,2022,30(18):2232-2240.

XIE Mengtao,LIU Junbiao,WANG Pengfei,et al.Monte Carlo simulation and experiments of electron beam direct writing on curved[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(18):2232-2240.
解孟涛,刘俊标,王鹏飞等.电子束曲面直写的Monte Carlo仿真与实验[J].光学精密工程,2022,30(18):2232-2240. DOI： 10.37188/OPE.20223018.2232.

XIE Mengtao,LIU Junbiao,WANG Pengfei,et al.Monte Carlo simulation and experiments of electron beam direct writing on curved[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(18):2232-2240. DOI： 10.37188/OPE.20223018.2232.

摘要

电子束直写技术具有分辨率高、操作简单等优势，是制备微纳米曲面器件的一种理想工具。光刻胶的吸收能量沉积密度分布直接决定了直写后图形的精度和分辨率，由于曲面直写时吸收能量沉积密度分布非对称，因而现有的平面直写工艺不再适用于曲面直写。本文采用基于立方体计算微元的Monte Carlo方法计算不同直写参数变化下的吸收能量沉积密度分布。仿真结果表明：随着入射能量或入射角度的增加，直写点的椭圆度也在增加；而减小束斑和薄胶层可以提升曲面直写的分辨率。实验结果表明：在其他参数不变下，以入射能量（5、10、15 keV）和入射角度（5°、10°、15°）进行单一变量实验，直写点的长宽比分别为1.458、2.323、2.924和1.014、1.113、1.173。可以看出，入射能量对椭圆度地增加更为明显。实验与仿真有了较好地验证，本文结果为曲面直写工艺参数选择提供理论依据。

Abstract

Electron beam direct writing （EBDW） technology is an ideal tool for fabricating micro curved-surface electronics， which has high resolution and simple operation. The absorption energy deposition density distribution of resist directly affects the accuracy and resolution of the exposure pattern， but the existing plane process is no longer suitable for curved-surface direct writing because of its asymmetric distribution. In this paper， Monte Carlo simulation based on micro-cube element is used to calculate the absorption energy deposition density distribution under different direct writing parameters. The simulation results are shown that the ellipticity of the exposure dot increase with increasing incident energy or with the incident tilt angle increases. By reducing the beam spot size and thin layer， the resolution by direct writing on the curved can be improved. The experiment results are shown that aspect rations of the exposure dot are 1.458，2.323， 2.924， as well as 1.014，1.113，1.173 with incident energy （5 keV， 10 keV， and 15 keV） and incident angle （5°，10°， and 15°） parameters respectively. The increased incident energy on the ellipticity is even more obviously. The results of this study provide a theoretical basis for practical direct writing on curved-surface and are of relevance to the process.

关键词

Keywords

references

WU H ， TIAN Y ， LUO H B ， et al . Fabrication techniques for curved electronics on arbitrary surfaces ［J］. Advanced Materials Technologies ， 2020 ， 5 （ 8 ）： 2000093 . doi: 10.1002/admt.202000093 http://dx.doi.org/10.1002/admt.202000093

寇婕婷，吴娜，巴音贺希格，等 . 凹面光栅衍射效率测试仪精度分析和优化［J］. 光学精密工程， 2012 ， 20 （ 6 ）： 1225 - 1232 . doi: 10.3788/OPE.20122006.1225 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20122006.1225

KOU J T ， WU N ， BAYANHESHIG ， et al . Precision analysis and optimization on diffraction efficiency instrument for concave gratings ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2012 ， 20 （ 6 ）： 1225 - 1232 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20122006.1225 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20122006.1225

刘玉娟，崔继承，巴音贺希格，等 . 凸面光栅成像光谱仪的研制与应用［J］. 光学精密工程， 2012 ， 20 （ 1 ）： 52 - 57 . doi: 10.3788/ope.20122001.0052 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20122001.0052

LIU Y J ， CUI J C ， BAYANHESHIG ， et al . Design and application of imaging spectrometer with convex grating ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2012 ， 20 （ 1 ）： 52 - 57 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20122001.0052 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20122001.0052

巴音贺希格，高键翔，齐向东 . 机械刻划长焦距凹面金属光栅的研制［J］. 光学精密工程， 2006 ， 14 （ 3 ）： 391 - 395 . doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2006.03.010 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1004-924X.2006.03.010

BAYANHESHIG ， GAO J X ， QI X D . Manufacturing for ruling concave metal grating with a long focal length ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2006 ， 14 （ 3 ）： 391 - 395 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2006.03.010 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1004-924X.2006.03.010

SONG Y M ， XIE Y Z ， MALYARCHUK V ， et al . Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye ［J］. Nature ， 2013 ， 497 （ 7447 ）： 95 - 99 . doi: 10.1038/nature12083 http://dx.doi.org/10.1038/nature12083

TONG X J ， XU C ， ZHU J Y ， et al . A study of greyscale electron beam lithography for a 3D round shape Kinoform lens for hard X-ray optics ［J］. Microelectronic Engineering ， 2020 ， 234 ： 111435 . doi: 10.1016/j.mee.2020.111435 http://dx.doi.org/10.1016/j.mee.2020.111435

顾文琪 . 电子束曝光微纳加工技术［M］. 北京：北京工业大学出版社， 2004 .

GU W Q . Electron Beam Exposure Micro Nano Machining Technology ［M］. Beijing ： Beijing University of Technology Press ， 2004 . （in Chinese）

WU B ， NEUREUTHER A R . Energy deposition and transfer in electron-beam lithography ［J］. Journal of Vacuum Science & Technology B： Microelectronics and Nanometer Structures ， 2001 ， 19 （ 6 ）： 2508 . doi: 10.1116/1.1421548 http://dx.doi.org/10.1116/1.1421548

宋会英 . 电子束光刻的Monte Carlo模拟及邻近效应校正技术研究［D］. 济南：山东大学， 2006 .

SONG H Y . Study on Monte Carlo simulation of electron beam lithography and proximity effect correction technique ［D］. Jinan ： Shandong University ， 2006 . （in Chinese）

任黎明，陈宝钦 . 电子束曝光的Monte Carlo模拟［J］. 微细加工技术， 2002 （ 1 ）： 1 - 5， 17 .

REN L M ， CHEN B Q . Monte Carlo simulation of electron beam lithography ［J］. Microfabrication Technology ， 2002 （ 1 ）： 1 - 5， 17 . （in Chinese）

任黎明 . 电子束曝光的 Monte Carlo 模拟及邻近效应校正技术研究［D］. 北京，中国科学院研究生院， 2002 .

REN L M . Study on Monte Carlo Simulation of Electron beam Lithography and Proximity Effect Correction Technique ［D］. Beijing ， Graduate school of the Chinese Academy of Sciences ， 2002 . （in Chinese）

BERGER M J . Monte carlo calculation of the penetration and diffusion of fast charged particles ［J］. Methods in Computational Physics ， 1963 ， 53 .

KYSER D F ， MURATA K . Monte Carlo Simulation of Electron Beam Scattering and Energy Loss in Thin Films on Thick Substrates ［M］. Electron and ion beam science and technology ， 1974 .

KYSER D F ， MURATA K . Quantitative electron microprobe analysis of thin films on substrates ［J］. IBM Journal of Research and Development ， 1974 ， 18 （ 4 ）： 352 - 363 . doi: 10.1147/rd.184.0352 http://dx.doi.org/10.1147/rd.184.0352

宋会英，张玉林，魏强，等 . 高能电子束对抗蚀剂曝光的Monte Carlo模拟［J］. 高能物理与核物理， 2005 ， 29 （ 12 ）： 1219 - 1224 . doi: 10.3321/j.issn:0254-3052.2005.12.022 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:0254-3052.2005.12.022

SONG H Y ， ZHANG Y L ， WEI Q ， et al . Monte Carlo simulation of high-energy electron beam exposure in resist ［J］. High Energy Physics and Nuclear Physics ， 2005 ， 29 （ 12 ）： 1219 - 1224 . doi: 10.3321/j.issn:0254-3052.2005.12.022 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:0254-3052.2005.12.022

宋会英，张玉林，孔祥东 . 低能电子束对抗蚀剂曝光的Monte Carlo模拟［J］. 微细加工技术， 2004 （ 4 ）： 1 - 6 .

SONG H Y ， ZHANG Y L ， KONG X D . Monte Carlo simulation of low-energy electron beam exposure in resist ［J］. Microfabrication Technology ， 2004 （ 4 ）： 1 - 6 . （in Chinese）

任黎明，陈宝钦，谭震宇 . Monte Carlo方法研究低能电子束曝光沉积能分布规律［J］. 物理学报， 2002 ， 51 （ 3 ）： 512 - 518 . doi: 10.7498/aps.51.512 http://dx.doi.org/10.7498/aps.51.512

REN L M ， CHEN B Q ， TAN Z Y . Studies of energy dissipation distribution in low-energy electron beam lithography by Monte Carlo method ［J］. Acta Physica Sinica ， 2002 ， 51 （ 3 ）： 512 - 518 . （in Chinese） . doi: 10.7498/aps.51.512 http://dx.doi.org/10.7498/aps.51.512

Views

728

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

No data

Related Author

No data

Related Institution

No data

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China Postal code：130033
Tel：0431-86176855 Email：gxjmgc@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰