NANO编辑优选:结合SEM图像和阈值分割算法的电子束光刻残胶定量评估

文章介绍
Qingyuan Mao(毛清源),Jingyuan Zhu(朱静远)and Zhanshan Wang(王占山)
通讯作者:
- 朱静远,同济大学精密光学技术工程研究所
研究背景:
电子束光刻(EBL)技术广泛应用于微纳加工领域,特别是在高精度图形转移和纳米器件制造中。然而,残胶问题是影响EBL工艺质量的关键因素之一。残胶的存在会直接干扰后续的刻蚀、lift-off等工艺,降低加工精度和良品率。尽管目前残胶评估主要依赖于定性观察手段,如扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM),这些方法存在较高的主观性和误差,因此缺乏有效的定量分析手段。我们的研究旨在为微纳加工中的光刻胶残胶定量评估提供一种高效、精确、可重复的实验方法,同时为后续光刻工艺的优化和高分辨率图形转移技术奠定基础。通过这一方法,实现精确量化光刻胶残胶与曝光剂量之间的关系,为优化EBL工艺参数提供科学依据。
研究内容:
本研究针对电子束光刻(EBL)工艺中光刻胶残胶对后续工艺质量影响的关键问题,提出了一种结合扫描电子显微镜(SEM)图像和阈值分割算法的创新方法,用于精确量化光刻胶残胶水平。通过Otsu阈值分割算法,研究实现了对SEM图像中光刻胶结构区域和残胶区域的精确分割,结合灰度值比值计算残胶水平,并采用灰度值标准化方法消除了实验条件差异的影响,确保了数据的可比性和方法的可重复性。实验首先在氢硅倍半氧烷(HSQ)光刻胶上验证了该方法的有效性,研究了30nm线宽环形光栅结构在2000–2500μC/cm²曝光剂量范围内的残胶变化规律,成功预测并验证了最佳曝光剂量为1800μC/cm²。随后,将该方法扩展至正性电子束光刻胶PMMA和ZEP-520A的二维结构残胶评估中,分别研究了700–740μC/cm²和210–260μC/cm²的曝光剂量范围,得出了与理论模型一致的残胶变化规律,进一步证明了方法的广泛适用性和可靠性。本研究为微纳加工中残胶定量分析提供了系统化解决方案,不仅成功预测了不同光刻胶的最佳曝光剂量,显著降低了实验成本和优化难度,还为高精度微纳制造工艺的优化和推进提供了科学依据。
作者介绍

朱静远 助理教授
同济大学
- 朱静远,同济大学助理教授。长期从事微纳光学器件及其微纳米制备工艺技术的相关研究。针对光谱成像核心光学元件与片上集成器件等内容,研制了包括了兼顾通道数、带宽、透过率和光谱分辨率的高性能金属-介质复合材料彩色滤光片、3倍频跨谱段高效率衍射元件、高消光比偏振光栅、片上集成偏振光谱探测结构、跨谱段双闪耀光栅等微纳光学器件。在Optics Express、Nanomaterials、Light: Science & Applications、ACS Photonics、Optica、Laser&Photonics Reviews等期刊发表SCI论文10篇(第一/共一/通讯作者6篇)。
期刊介绍

- 2023年影响因子:2.9 Citescore:7.1
- Nanotechnology(NANO)创刊于1990年,是第一本纳米科研和技术领域的专业期刊。NANO发表纳米技术研究发展前沿的高水平研究论文及纳米研究进展的综述,主要集中在纳米能源、生物和医学、电子和光子、图案和纳米加工、传感和驱动、材料合成和材料性能等领域。