图形发生器使用说明

PAGE50PAGE1DY-2000A型纳米通用图形发生器DY-2000A型纳米通用图形发生器是用于电子束曝光的关键设备,它与扫描电子显微镜(SEM)或聚焦离子束系统(FIB)连接能够方便地制作微米和纳米结构,特别适用于微电子器件、量子器件、光电子器件、声表面波器件、微机电系统的研究和开发。图形发生器控制聚焦电子束在有电子抗蚀剂的基片上扫描，扫描后抗蚀剂的物理和化学性能发生变化，经过显影处理后基片上就会形成图形，这就是电子束曝光的过程。由于扫描电子显微镜可以形成小到几纳米的束斑，因此利用它可光刻极高分辨率的图形。利用图形发生器的曝光剂量控制功能，也可以制作三维微细结构。图形发生器的构成与功能1.构成：高速数字信号处理器（DSP）高精度图形数据采集器先进、快速的SCSI接口带有温控的16位数模转换器（D/A）5英寸液晶跟踪显示器（LCD）控制用PC计算机（Windows2000操作系统）2.功能：接受GDSⅡ、CIF和DXF图形数据格式绘图功能（矩形、三角形、梯形、圆形、圆环、扇形和任意曲线图形）加工过程控制（曝光、工件台移动、束闸通断）扫描场位置、尺寸和旋转修正标记检测与位置修正邻近效应修正加工过程跟踪显示3.尺寸、重量与功率:长×宽×高：450×430×190（mm）重量：kg电源功率：300W输入电压：220V±10%50Hz4.计算机配置:Dell高端商用机GX270P42.0GCPU80G硬盘带SCSI接口卡Windows2000操作系统17寸液晶显示器

图形发生器提供的曝光方式1．单场单层曝光这是电子束曝光的最简单方式，它不需要高精度和电机控制的工件台，但是这种方式下要求曝光的图形小于SEM一个曝光场的大小，并且曝光的最小特征尺寸在线性区内。2．单场多层曝光当制作的器件需要几个曝光步骤时需要使用这种方式，这时必须精确放置每层曝光的图形以使其与前面的图形对应，每层曝光前执行标记识别和场校正程序来完成套刻功能。3．在不同位置曝光多个结构系统可以在样品的不同位置自动曝光相同或不同的结构图形，这时需要电机控制的工件台，曝光任务可以包含上面的单场多层曝光。4．多场曝光（场拼接）/掩模制作与以上描述的曝光方式不同，这种方式要求有高精度的样品工件台（如：带有激光干涉仪）。曝光场尺寸必须根据图形要求的分辨率自由选择，太大会带来场边缘的非线性，所以当设计的图形大于一个曝光场时，需要多个场拼接起来形成完整图形。为了得到高拼接精度，曝光场尺寸和畸变必须利用激光干涉仪系统校正。软件自动分割设计的图形，控制完成整个曝光过程。5．用预先在每个曝光场制作的标记进行多场曝光这种方式可以在没有激光干涉仪的情况下制作大尺寸的结构图形，这时在每一个曝光场中要预先制作标记，标记可以用光刻机或电子束曝光机制作，拼接的精度与标记制作的精度有关。

图形发生器的面板与连接DY-2000A型纳米通用图形发生器的前面板系统复位电镜控制电源开关束闸极性显示复位系统复位电镜控制电源开关束闸极性显示复位图1DY-2000A图形发生器的前面板图显示面板：用于曝光图形的跟踪显示系统复位：用于图形发生器系统复位操作显示复位：当显示屏出现故障时进行复位操作束闸极性：用于束闸极性的翻转，相应的指示灯用于显示束闸极性电镜控制：用于控制扫描电子显微镜的内、外扫描方式的切换。其上相应的指示灯用于显示扫描电子显微镜的工作状态，指示灯亮表示电镜处于外扫描方式；指示灯灭表示电镜处于内扫描方式。电源开关：用于图形发生器的开关

DY-2000A型纳米通用图形发生器的后面板图2DY-2000A图形发生器的后面板图X输出：BNC接头，用于扫描电子显微镜的X方向扫描Y输出：BNC接头，用于扫描电子显微镜的Y方向扫描束闸输出：BNC接头，用于接束闸电源，进行束闸开关控制遥控输出：BNC接头，用于扫描电子显微镜的内、外扫描控制保险丝：图形发生器的保险丝（220V，2A）电源插头：用于交流电源220V输入检测输入：BNC接头，用于二次电子检测信号的输入SCSI数据通讯：连接SCSI线，用于和计算机中SCSI卡的数据通讯位置误差信号输入：对于配备激光控制工件台的曝光系统，用于工件台的位置误差信号输入

DY-2000A型纳米通用图形发生器与计算机的连接DY-2000A型纳米通用图形发生器的SCSI信号线与计算机的SCSI卡连接见图3。图4所示为正在工作的图形发生器界面。图形发生器SCSI信号线插头显示器插头鼠标插头键盘插头电源插头图形发生器SCSI信号线插头显示器插头鼠标插头键盘插头电源插头图3计算机的后面板图4正在工作的图形发生器计算机界面开机时的注意事项由于本设备需要对特殊计算机板卡的识别，因此在开机时请严格遵守操作规程，否则将无法正常运行此设备。打开计算机前先打开图形发生器本身，如果你已经打开了计算机，请在打开图形发生器后再重新启动计算机。打开控制用计算机或者重新启动计算机。进入Windows2000操作系统，可以利用Administrator账户进入，该账户在首次安装时将不安装账户口令。为了您的方便，请安装多用户并且给各个账户设置口令。在Windows2000桌面就可以看到曝光软件的快捷图标，请参见本说明书进入曝光程序。关于曝光图形的编辑可使用本曝光软件，也可以使用其他的曝光图形编辑软件，如L-Edit、CAD等，本曝光软件识别*.CIF、*.GDS和*.DXF格式的曝光文件。可能出现的故障和相应的解决办法开电源开关，图形发生器没有响应。请检查电源插头是否接好。打开图形发生器，进入曝光软件后出现错误信息。请检查SCSI卡或SCSI连线是否接好。进行曝光操作时，曝光软件运行正常，但图形发生器的显示屏幕没有跟踪显示。请联系我们进行相应的修理。曝光过程正常，但基片上没有曝光结果。扫描信号线X、Y未接好，或扫描电镜工作不正常（无束流，未加高压或灯丝电流），请检查X、Y扫描信号线和扫描电子显微镜。曝光图形出现重复性断条或线端拖尾。束闸信号线未接好或束闸电源未打开，请作相应检查。控制工件台移动时，工件台没有响应。请检查工件台连线是否接好。敬告：遇到故障时，如用户无法按上述办法解决，请立即与我们联系。用户切勿打开图形发生器盲目修理，以免造成器件损坏。

第二章曝光测试本章使用户初步掌握软件，通过曝光现有测试图形得出最初结论。图形的设计将在第三章讲解。样品准备：开始曝光测试前，应先把样品放到电镜中。样品通常是表面涂有电子抗蚀剂（如PMMA胶）的硅片。为了便于定位曝光区域和进行聚焦，建议在样品上作标记。利用尖针或者小刀在样品的一个角上划痕，然后在样品表面上划出两条正交的直线（十字叉线）把样品分成4部分。电镜启动：一旦装入软件打开电子设备开关，图形发生器就可以控制电子束。束闸按钮可以控制电子束通断束闸按钮可以控制电子束通断曝光测试中建议最好安装法拉第杯来测量束流，也可以采用样品台上的小孔来测量。找到样品，利用划痕的角聚焦电子束，然后沿着长十字线找到样品中央，在那里尽量用高放大倍数再次聚焦。用束闸按钮切断电子束。第一步：设置桌面点击工程菜单中的打开命令。在弹出的对话框中选择后缀为.dsk的一个工程。每个工程含有不同的界面和参数设置，用户可以设置和保存自己定义的工程。打开GDSⅡDatabase、MicroscopeControl、Exposure三个窗口，窗口中显示曝光测试的所有参数，都可以进行编辑。点击图标保存桌面可以将此时的桌面设置保存，下次进入软件后点击相应图标可以调出。点击激活GDSⅡDatabase窗口。第二步：打开曝光图形点击文件菜单中的打开命令。选择数据库文件exptest.csf，点击打开。123窗口显示新数据库文件的名称，在其中选择结构123第三步：了解图形点击GDSⅡDatabase窗口的编辑按钮用GDSⅡ编辑器打开图形，了解图形信息。点击选项菜单中显示剂量命令，将显示剂量分布，不同的颜色代表不同的剂量。22曝光测试中整个图形大小为400µm,由正方形阵列组成，每个正方形采用不同剂量曝光。双击正方形就可以获得它的数据信息，比如双击左下角的正方形后出现编辑方块窗口。33双击选中后的正方形用四个角的小黄点高亮显示。除了剂量，也给出了U和V坐标以及层的信息。可以单独修改正方形的这些参数。例子中，剂量为0.5是标准剂量的一半。如果不想更改这些设置，点击取消。图形是按照这样的规则设计的。垂直方向上（V轴）剂量按2的倍数递增，比如从0.5到1、2、4；水平方向上（U轴）一次增加19%，下一行按此规律继续。点击几个正方形显示数据，右上方的正方形剂量最大，双击可以看到最大剂量为6.724，为标准剂量的672.4%。5图形中边框和隔离线宽为2µm。双击任意一条线就显示线条数据。例子中直线的剂量为5.0属于过曝光，因此曝光后线条容易找到。5第四步：MicroscopeControl窗口设置放大倍数和场尺寸1曝光400µm的场，根据使用的电镜设置合适的放大倍数，本例设为200X。1首先点击MicroscopeControl窗口中向下的箭头显示下拉列表框。如果有400µm的曝光场，选中并点击设置，现在场尺寸出现在Exposure窗口中。如果没有合适的设置，利用编辑输入生成一个400µm的场。提示：请注意早期的电镜没有软件调节放大倍数，可能需要手动调节，但这不影响使用MicroscopeControl窗口，只要在电镜上手动调节倍数即可。第五步：计算曝光参数假定在20kev、100pA情况下曝光。对给定的400µm场选择0.05µm的区域步距尺寸，步距尺寸的数值会自动跳到最接近的像素间隔整数值。在Exposure窗口中点击计算打开曝光参数计算窗口，这个窗口可帮助用户找到最优的曝光参数。束流约为100pA，即为0.1nA，录入此值。如果样品是PMMA，20kev下的典型剂量为100µAS/cm2.，录入此值。区域步距来自Exposure窗口。输入了所有的参数后，就可以计算每个曝光点所需的停留时间。点击区域停顿时间行的计算按钮可以计算出停留时间，此例中计算结果为23µS。对话框可以计算这4个参数中的任意一个。通常用户必须设置3个参数，然后程序计算第四个参数。按确定确认后，计算的值传输到Exposure窗口。22345场尺寸在MicroscopeControl窗口设置1点击时间图标获得估计的曝光时间，此例中为18分钟。例子中如果要求选择哪一层曝光，选择0层。66第六步：找到样品的曝光区域既然已经在Exposure窗口设置了所有参数，下面我们要在样品上找到第一个曝光区。点击MicroscopeControl窗口的设置图标（或者在电镜上手动选择所需的倍数），移动样品台到样品的一个四分之一区域。第七步：开始曝光点击曝光层，选择0层。点击曝光，并选择确认开始曝光。曝光中自动控制电子束开/关，通常当曝光特征时，图形显示中这个特征将改变颜色来显示曝光进程。曝光完毕，电子束自动切断。112第八步：不同场尺寸重复曝光测试在其他的四分之一区域按不同曝光场尺寸重复曝光测试移动样品到另一个四分之一区域。点击MicroscopeControl窗口选择200µm的曝光场和相应倍数（400µm场时的两倍）。如果没有这个设置，点击编辑生成一个。点击设置改变Exposure窗口中的曝光场大小和电镜的放大倍数。改变区域步距尺寸为0.05µm，因为场大小改变时如果像素数目不变区域步距会自动改变。22在GDSⅡDatabase窗口中选择ET200结构，点击查看在浏览器窗口打开图形，现在图形分布在200µm场中，这里只显示结构引用，但在曝光期间显示图形细节。点击Exposure窗口中的计算图标，计算新曝光场所需的停留时间等。点击曝光并确认开始曝光。334第九步：检查曝光图形从电镜中取出样品，在显影液（MIBK:IPA=1:3）中浸30秒，用IPA清洗然后烘干。在光学显微镜下检查样品，如果没有光学显微镜就用电镜检查。我们设定胶的灵敏度为100µAS/cm2，如果此例中灵敏度合适，那么所曝图形中第二行最左边正方形（剂量为1）曝光图形最好。否则，找到最佳曝光的正方形查看它在设计中的剂量。如果剂量为2的正方形最好，则所使用光刻胶灵敏度为50µAS/cm2。计算新的曝光剂量用于以后的曝光。提示：曝光场中也可能有几个欠曝光的正方形，它们在光学显微镜下颜色各不相同。

第三章曝光图形设计本章使用户熟悉GDSⅡ编辑器的设计规则，现在我们将自己设计曝光检测中所用的图形。第一步：设置桌面打开GDSⅡDatabase窗口。第二步：生成新的GDSⅡ数据库文件激活GDSⅡDatabase窗口，点击文件菜单中的新建命令，出现新建文件对话框。2输入文件名，点击保存确认。21111第三步：生成新结构接下来在数据库中生成新结构。点击编辑菜单中的创建命令出现创建新结构对话框。输入新的结构名et400并点击确定。22第四步：调整工作区出现新的GDSⅡ编辑器窗口，默认大小为100µm。因为要生成400µm大小的图形，所以需要改变工作区大小设置。点击查看菜单中的窗口命令，出现一个对话框。将设置改为400，然后点击确定。编辑器窗口中的标尺将自动调整以适应新的工作区。112第五步：设计正方形我们打算设计4X4的剂量不同的正方形阵列图形，正方形应该位于每一个100µm区域的中央，大小为40µmX40µm。首先设计位于左下角的正方形，正方形的左下角和右上角坐标为(30，30)和(70，70)。通过下面的步骤完成正方形的设计：123点击GDSⅡ编辑器中右边第3个小图标，这是一个蓝色的工具箱。点击它可以激活GDS123点击GDSⅡ工具窗口的矩形图标。移动光标到画图区域中的任意位置后点击，然后朝相反的方向移动光标一段距离后再点击，这样就出现了一个矩形。因为不想再生成其他正方形，所以需要取消命令。点击标识栏中的红色交叉图标取消命令。5454在矩形区域内双击鼠标出现编辑方块窗口，这时可以调节正方形坐标。在U,V坐标中输入左下(30，30)，右上(70，70)，如图所示。输入0层和0.5的剂量，点击确定。第六步：生成正方形阵列生成一个正方形后，复制就可以生成正方形阵列。选中正方形（四个角上有小黄点显示），点击修改菜单中复制，矩阵。11234出现复制元素对话框。因为打算生成4X4的正方形阵列，所以在矩阵尺寸处输入4X4个元素，矩阵方式选为正交，基本向量1和2都输入100µm，这样每个100µm场的中心有一个正方形。5剂量缩放有2个选项，点击向下的箭头，打开由加和乘组成的下拉列表框。选用乘，这样一个正方形的剂量乘以输入的比例因子是下一个正方形的剂量。V方向上每行之间输入因子2，U方向上剂量比为1.1892，是2开4次方根。这样的设计可以保证整个阵列正方形的剂量均匀上升，如：第2行第1列正方形的剂量是1，约是第1行第4列的1.1892倍。5点击确定。点击文件菜单中的保存命令，保存设计的结构。66这样一个完整的正方形阵出现在窗口中。检查所有正方形的属性，先双击左下角的正方形，浏览U、V坐标及剂量等参数，剂量为0.5，点击取消。现在检查U方向上的正方形。点击右上角正方形显示曝光测试的最大剂量6.724。如果认为输入的参数合适，比较满意就可以点击取消。如果愿意的话，也可以检查阵列中的其他正方形。提示：每次浏览后一定要确保点击取消，以便按照初始的设计顺序来曝光。如果点击确定就会改变曝光顺序，这时无论什么时候双击了一个正方形，这个正方形的曝光顺序就会提前。如果偶然点击了确定，那么在程序询问是否保存新的设置时只要选择不保存即可。这样，曝光时将从左下角的第一个图形开始，一行接一行直到右上角的最后一个正方形曝完为止。第七步：生成边框接下来使用大剂量在曝光场周围生成边框，以便容易辨认曝光后的图形。边框宽度设计为2µm，剂量采用5。边框由4个独立的又长又窄的矩形组成，其中两个沿着水平轴，两个沿着垂直轴。要画边框，点击GDSⅡ工具箱的矩形图标，先移动光标到画图区域的左下角，画一个又长又窄的垂直矩形。同样，再画一个垂直方向的矩形和2个水平方向的矩形。点击红色交叉图标取消画矩形的命令。接下来调整矩形形成边框。先在底部水平矩形内部双击鼠标，输入下列数据：左下(0,0)；右上(398,2)；剂量：5；层：0。在左边垂直矩形内部双击鼠标，输入下列数据：左下(0,2)；右上(2,400)；剂量：5；层：0。在顶部水平矩形内部双击鼠标，输入下列数据：左下(2,398)；右上(400,400)；剂量：5；层：0。在右边垂直矩形内部双击鼠标，输入下列数据：左下(398,0)；右上(400,398)；剂量：5；层：0。点击文件菜单中的保存命令，完成边框设计。第八步：生成间隔线生成边框后接下来是生成直线分开剂量不同的正方形。点击矩形图标，移动光标生成一条垂直线和一条水平线。点击红色交叉图标取消重复命令。双击水平线内部输入数据：左下(2,99)；右上(398,101)；剂量：5；层：0。点击确定。33点击修改菜单中复制，矩阵，因为不想在U方向上复制直线，所以在复制元素对话框U位置输入元素数1，基本向量1为0；V位置处输入元素数3，基本向量2为100µm；矩阵方式选为正交；剂量缩放若采用乘填1，用加的话填0，这样所有线的剂量相等。双击垂直线内部输入数据：左下(99,2)；右上(101,398)；剂量：5；层：0。点击修改菜单中复制，矩阵，在复制元素对话框U位置处输入元件数3，基本向量1为100µm；V位置输入元素数1，基本向量2为0；剂量缩放若采用乘填1，用加的话填0，这样所有线的剂量相等。点击确定。点击文件菜单中的保存命令存盘。这样就完成了间隔线的设计。尽管边框线拼接设计良好，但是间隔线是相互交叉的，这样交叉处剂量会更大。第九步：检查图形点击选项菜单中的显示剂量命令来检查曝光图形。不同剂量用不同的颜色来表示。要看剂量颜色定义，点击选项菜单中的剂量颜色命令，就可以打开相应的窗口。双击结构中任意特征的内部就可以获得U、V坐标、所在层以及剂量等参数的详细信息。现在400µm场的结构设计完成。第十步：设计200µm场的结构要想在不同电镜放大倍数下实现同样的设计，比如设计200µm场，没有必要再重新绘制图形，因为它可以任意缩放。按照下列步骤就可以把刚刚设计的400µm场结构缩小到200µm场中。激活GDSⅡDatabase窗口，点击编辑菜单中创建命令。文件名处输入et200。通过查看菜单中的窗口命令将工作区改为200µm大小，然后点击确定。为了避免重复单步操作，最好使用结构引用。点击添加菜单中的结构引用命令，出现对话框。选择ET400，放大倍数为0.5。其他参数不需更改，点击确定。33有两种方法可以把图形放到曝光场中。4A:先拖曳光标到曝光场中期望的位置，点击鼠标释放，结构就会放到所选位置处。然后可以通过双击编辑放置位置。点击文件菜单中的保存存盘。4B:为了更准确地定位，可以按下键盘上任意一个数字键，这时出现输入点对话框，输入光标位置的准确坐标(0,0)，点击确定，然后点击文件菜单中的保存退出命令。5现已完成了编辑模式的设计，可以利用浏览器在GDSⅡ数据库中打开ET200结构。5点击GDSⅡDatabase窗口的查看按钮用GDSⅡ浏览器打开图形，点击选项菜单中层级，选择1-8层级中的任意一级来浏览具体结构。0级只显示ET400结构引用，1或其他更高层级显示ET200的实际结构。第十一步：设计100µm场的结构激活GDSⅡDatabase窗口，点击编辑菜单中创建命令。文件名处输入ET100。点击确定。点击添加菜单中的结构引用命令，选择ET400，倍数选为0.25得到100µm场。光标直接指向结构。按下键盘上任意一个数字键激活输入点对话框，输入(0,0)，点击确定，然后点击文件菜单中的保存退出命令。GDSⅡ编辑器关闭。GDSⅡ数据库中选择ET100，点击查看。点击选项菜单中层级，选择1-8层中的任意一层浏览实际结构。55

第四章场校正本章讲解400µm方形曝光场的校正过程。场校正时一般用标准标记样品，它包含不同尺寸的图形，也能用于电镜放大倍数的校准。如果没有标准样品，可以用特征位置已知的任意样品。第一步：预备对准区装入标准样品，用电镜在样品表面聚焦。标准样品由1µm的正方形块组成，先由5x5个正方形组成10µm的方形图形，再由5x5个这样的10µm方形块组成100µm方形图形。每个100µm方形区的两个角上有特定的标记，利用这些标记进行场校正。使用电镜的样品台旋转或者扫描旋转，调整图形和屏幕大致平行。高放大倍数下移动样品直到在屏幕中央找到一个标记，如右图所示。降低倍数直到整个成像区大于400µm的方形场为止，确保整个区域中都是样品图形。第二步：通过图形发生器扫描成像将开关控制转到用图形发生器控制电子束扫描。点击文件菜单中的新图像命令，打开一个空白图像窗口。2323提示：如果在软件控制成像过程中碰到问题的话，请参考第六章，在那里将详细讲述扫描成像。选择放大倍数使成像区略微大于400µm的方形场，这一点非常重要。可以在MicroscopeControl窗口中选择任一种现有的设置，如果得不到所需尺寸的扫描图像，通过编辑按钮生成新的电镜设置，然后点击设置使电镜控制参数起作用。55打开AlignWritefield窗口，确保窗口显示的数字和右图中一样。否则，点击复位按钮，然后再次扫描图像，因为这些数字实际控制曝光场的大小。第三步：由位置列表定义标记区我们利用四个标记中的三个对准，这四个标记大致位于图像的四个象限的中心。理想情况下，曝光场恰好是400µm的方形场，标记也恰好位于正确的位置上。对准不理想时需要通过软件计算和校正正确的位置，用实际位置的偏差来计算校正参数。为此我们通过位置列表来扫描定义的标记区，这样可以在高放大倍数下显示标记。11点击文件菜单中的新建位置列表命令，打开空白位置列表，在这里将创建标记扫描区。点击滤波器菜单中的定义标记命令，打开对话框可以定义标记扫描区的参数。首先输入标记的名称。图像中的UV坐标测量原点在中心，单位为µm。因此第一个标记区的中心坐标为U=-100和V=100。扫描区为50µm的方形区，相对标记中心对称。最后每个方向上256个像素来扫描标记区。输入完这些数据后，点击刻写场标记和确定。22现在显示了位置列表的第一行，相应的标记区在图像窗口中高亮显示。如果标记区太小，覆盖不了实际的标记，选中位置列表的相应数据行，点击编辑扩大标记区，或者删除位置列表的数据行再重新生成一个新的标记区。33再次点击滤波器菜单中的定义标记命令，按照相同的方法再生成两个标记区，这时只需要改变中心坐标，这样图像有三个高亮显示的标记区。三个标记足以用于对准。标记2和3的UV坐标分别为：标记2：U=-100，V=-100标记3：U=+100，V=+1001第四步：测量实际标记位置1扫描三个标记区，然后比较实际标记位置和以上所设计标记的位置。点击扫描菜单中的全部命令，自动逐一扫描三个标记区。正在扫描的标记区在位置列表中高亮显示并且前面有个绿色的圆点。图像中绿色的十字叉丝定义理想情况下标记出现的位置。22现在显示的是第一个标记区的扫描图像，可以看出，实际标记的位置在中心的外边。为了测量实际标记和理想标记位置之间的距离，同时按下<Ctrl>键和鼠标左键，然后拖动鼠标向实际标记位置移动，到达标记中心时释放。33这样在实际标记位置处就会生成一个十字叉线，但是理想标记位置中心仍然是高亮显示。如果必要的话，可以再次利用<Ctrl>键和鼠标左键来优化这个位置。此过程中出现对话框，点击继续扫描下一个标记区并重复上述的测量过程。最后完成对位置列表的扫描。第五步：曝光场校正11点击AlignWritefield窗口中的获取标记图标。软件将显示三个标记已经用于校正并列出标记的名称。同时在窗口中部显示计算的六个校正值。计算的增益小于1，说明现在实际曝光场大于设计曝光场。另外，如果单纯旋转的话，那么两个角度应该大小相等符号相反。如果大小不等，那么表明场不正交，需校正正交误差。如果认为参数正确就可以点击发送，这些参数将会出现在窗口的左侧，也会送往电子线路中的6个数模转换器，即用硬件实现对增益、偏移和旋转误差的校正。点击文件菜单中的新图像命令和单次扫描图标扫描整个图像。这次可以看到，图像刚好充满400µm场，标记出现在理想位置处。55为了提高准确度，可以不断点击扫描菜单中的全部命令来重复校正过程。扫描完第一个完整的标记区后，可以通过下列步骤把扫描区进一步缩小以提高精度。先用光标指向所需扫描区的一个角，点击鼠标右键打开快捷菜单，点击选择区域，然后移动鼠标到所需扫描区的另一个对角并点击鼠标左键确认，这样就得到了一个矩形区域。光标指向区域内，点击鼠标右键打开快捷菜单，点击放大命令，开始对新扫描区的扫描。66图像放大后可以更精确地定义标记位置。用相同的方法放大另外两个标记。点击获取标记图标观察迭代对准的结果。AlignWritefield窗口中心有刚刚计算的附加校正结果，偏移和旋转校正应该和以前计算的校正系数相加，增益校正应该和以前计算的结果相乘。如果以前的校正已经非常接近最后的校正，那么新值应接近于1（增益）或者0（偏移和旋转）。如果认为参数正确就可以点击发送实现最终校正。如果需要的话也可以手动输入校正值。最后点击MicroscopeControl窗口的保存来存储这些校正参数和所用的放大倍数及场尺寸设置。无论什么时候再调用这个电镜控制参数时，也同时设置了这些校正参数。

第五章工件台调整本章讲述工件台的调整，通过工件台调整后可以在曝光前找到新的曝光区或者找到已曝光和处理的区域进行检查或者多层曝光。这里假定工件台由电机驱动，受软件的控制。如果工件台不是电机驱动，也可以使用工件台调整软件，但是工件台位置的输出和设置必须利用手动来完成。在本章的最后解释了这种方法。坐标系介绍软件中定义了两个坐标系：工件台坐标系(XY)和样品坐标系(UV)。工件台坐标用于描述工件台相对于电子束的位置。由于只知道样品在工件台上，但是不知道确切的位置，所以XY坐标没有给出样品的位置信息。工件台调整的目的就是要找到XY和UV坐标在偏移、比例和旋转方面的关系，从而实现两个系统之间的坐标转换。工件台调整和曝光场校正没有关系。如果在样品上某个UV坐标处曝光，那是说曝光场的中心在这个点上。第一步：设置桌面打开StageControl、AdjustUV、Coordinates三个窗口。StageControl窗口可以执行驱动工件台命令。点击目的地按钮，选择（UVW或XYZ），输入期望的位置并选择寻址模式（绝对还是相对）。最后，点击开始按钮驱动工件台。点击命令。这里共有用XY坐标存储的7个工件台位置，通过下拉列表框进行选择，按下运行按钮驱动工件台。7个位置的坐标可以通过编辑按钮进行编辑。本章中工件台调整使用角度校正法，它是通过测量工件台X轴和样品的U轴之间的角度实现校正，任一特征点都可作为UV坐标的原点。本例中距离的测量由工件台决定。另外工件台调整还可以采用3点法，就是利用样品上3个坐标已知的点进行校正。坐标的单位为mm，可以精确到nm。如果需要的话，窗口激活时可以点击编辑菜单中选项改变这些设置。第二步：找到U轴在电镜屏幕上找到样品的下边缘或者图形中任一直线，将它当作U轴。轴上两点的实际XY位置就可以定义U和X之间的角度。第三步：AdjustUV窗口/角度校正点击AdjustUV窗口中角度校正，移动工件台在电镜高倍数下找到U轴上靠近左下角的一个点的像，使其位于屏幕的中心（不要使用电镜的像偏移），这时点击标号1的读取按钮，旁边的文本框中将显示实际的XY坐标。11此处写入工件台坐标坐标自动更新23沿着样品下边缘移动几个mm的距离到右下角处。使右下角的点在高倍数下位于屏幕中心，这时点击标号2的读取23自动计算校正角度并用红色显示，本例中为3.81度。点击校正。第四步：输入参考标记移动工件台找到样品上的一个参考标记，它可以是样品上的一个标记，也可以是样品左下角的特征点（确保这个特征适于高倍数下观察，另外确保样品处理以后该特征仍然存在。）3当高倍数下该特征点位于屏幕中心时，点击原点校正，这时可以将工件台实际坐标设为U=V=0。3通常这个参考标记坐标U、V分别为0，0，但是也可以输入其他值。点击校正。提示：执行完工件台调整程序后，移动样品到右上角并记录下UV坐标。样品上所有位置的UV坐标必须在这两个对角的坐标之间。第五步：移动到样品的准确位置经过工件台调整后，可以准确地移动工件台到样品上某一UV坐标处，这时不用考虑样品在工件台上怎样放置。比如第一次曝光位置在U=V=3处，点击StageControl窗口中目的地，输入UV坐标值，点击开始于是电机驱动工件台到期望位置处，曝光第一个图形，然后驱动工件台在其他UV位置处曝光其他图形。这时不必担心工件台的XY坐标，因为工件台调整的过程中会按照找到的关系计算出这些坐标。不同曝光之间可以移动工件台到所存的位置处，这样便于随时用法拉第杯检查束流。手动工件台使用软件如果工件台没有电机驱动，工件台调整软件可以在演示模式下使用。所有的工件台命令只会引起虚拟的工件台运动和显示虚拟位置。调整过程中在电镜中找到校正点或参考标记的像后，先人工读取工件台XY坐标，然后在StageControl窗口手动输入坐标后点击开始模拟驱动，Coordinates窗口XY坐标只能作为到此位置的虚拟值，而后通过读取覆盖XY坐标。若想工件台调整后找到样品某一位置，必须在StageControl窗口模拟驱动工件台到期望的UV坐标处，这样就能读取Coordinates窗口中相应的XY坐标，然后手动驱动工件台到这些坐标处。提示：工件台调整或者定位时，不要使用电镜像偏移，因为这将影响调整精度。

第六章成像本章使用户熟悉软件的图像采集功能。第一步：打开图像点击文件菜单中的打开图像命令就可以显示现有的图像文件。要扫描新图像，点击新建图像命令。第二步：慢扫选项2为了优化成像可以编辑慢扫选项的参数。点击文件菜单中的新建图像获得空白的图像窗口。2窗口激活时，点击慢扫菜单中的选项。打开的对话框给出了以下选项：输入两个轴上像素数选择图像的分辨率，最大分辨率为2048x2048。可以进行图像黑白翻转。选择逐帧、逐线和逐点的采集数据次数，多次采集的数据平均后可以减少噪声。因为逐点平均不会受到图像小幅度偏移的影响，所以它最常用。图像要么保存为TIFF格式要么保存为位图格式，另外也可以保存成特定的SSC文件，这个文件包含诸如放大倍数等的附加信息，因此通过本软件打开图像时，总是会显示标尺。使用Windows操作系统的位图格式保存时也能保存标尺。选择了图5-2.1所示的参数后点击确定。最大化图像窗口。屏幕上场的大小和所选的像素数一致，一个图像像素就代表一个屏幕像素（和屏幕的分辨率有关）。图像中的µm标尺与MicroscopeControl窗口或者Exposure窗口所选的曝光场尺寸有关。55点击单次扫描图标（与慢扫菜单中的单次命令功能相同）扫描图像，图像的对比度和亮度受相应电镜控制的影响。第三步：独特的缩放功能通过逐渐增大电镜的放大倍数，总是可以放大图像的中心，这种方法适用于电镜成像，但是曝光时了解大范围曝光场外围的曝光质量也很重要。图像的质量和曝光的质量是一致的，本软件可以放大图像的任意位置来检查成像质量从而得出曝光质量。1按照以下步骤放大任一区域：1移动光标到想要放大的区域的一个角，点击鼠标右键打开快捷菜单，点击鼠标左键激活选择区域命令。移动光标到区域的另一个对角点击鼠标左键。22要放大所选区域，在区域内部点击鼠标右键，从快捷菜单中选择放大命令。如果所选区域是一个矩形而不是正方形，标尺的长度将会不同。要缩小图像，在图像的任意位置点击鼠标右键，从快捷菜单中选择缩小。ABC右图显示了标准样品的一部分。图中可以看到两个较大的1mm正方形，很多较小的100µm正方形，可以在某些区域看到10µm正方形。这个倍数下看不到1ABC对不同区域（A-C）放大得到以下图像：AA图A是中心区域的放大图像的一部分。这种情况下1µm正方形非常清晰。BB图B是右下角的像。这种情况下，1µm正方形很不清晰。这表明这个位置的曝光分辨率低于1µm。CC图C是位于A、B之间的一个区域的像。这种情况下单个1µm正方形比较清晰，但是质量不如图A。第四步：保存图像点击文件菜单中的另存图像为命令来保存图像，在出现的对话框中输入文件名。文件可以保存为位图文件或TIF格式，同时自动保存软件自定义的SSC图像文件。

第七章通用图形设计本章给出了通过使用内部GDSⅡ编辑器设计各种图形的框架。软件也可以导入其他编辑器比如AutoCAD设计的图形，但是建议使用内部的编辑器，这主要是因为GDSⅡ编辑器中各个层上每个图形都可以独立设计剂量。第一步：生成新数据库文件打开并激活GDSⅡDatabase窗口。点击文件菜单中新建命令，输入一个新数据库文件名，比如TEST。第二步：生成新结构数据库文件中可以有很多结构。点击编辑菜单中的创建命令，对话框中输入结构名，比如TEST1，点击确定就生成了第一个结构。GDSⅡ编辑器窗口默认工作区尺寸为100µm方形，默认层为0层。如果想改变工作区的大小，点击查看菜单中的窗口命令，然后输入两个对角的UV坐标就可以实现。如果想改变GDSⅡ的层（比如多层曝光时），可以点击添加菜单中的预设，图层命令，选择想要的层。要增加图层，点击选项菜单中的图层属性命令。软件中设计了不可见的栅格帮助设计图形，这种栅格可以通过光标步距（S=）来选择，编辑器窗口激活时通过键盘上的<*>和</>键使光标步距在1nm-20µm之间变化。如果选择1µm的光标步距，那么鼠标只能按照所选的栅格1µm的倍数移动。44第三步：打开工具箱点击GDSⅡ编辑器窗口右边第3个图标，激活工具箱。工具箱的图标是16个主要功能的快捷键，这些功能也可以通过添加、修改、查看和选项菜单来实现。工具箱中4个红色图标可以设计特定图形，绿色图标用来修改图形，蓝色图标的功能是放大和缩小，另外两个图标用来测量和填充图形。第四步：设计矩形我们在第二章中已经讲述了矩形的设计，通过在矩形的两个对角点击鼠标就可以画出图形，继续点击鼠标开始下一个矩形的设计，如果要取消该命令点击红色的交叉图标。双击选中图形可以对矩形数据进行修改，打开的对话框允许修改所有相关参数。第五步：设计多边形点击位于工具箱的多边形图标，移动光标到曝光场中再次点击鼠标，然后每到达多边形的一个角就点击鼠标左键，最后一个角时点击鼠标右键完成多边形的设计。设计过程中因为总是假设下一个角是最后一个，所以显示的总是封闭图形。设计新的多边形必须再次点击多边形图标（不是重复性命令）。双击完成的多边形可以修改参数。多边形多边形直线点提示：为了图形更精确，可能更希望在放大的场中设计。如果设计多边形时碰到放大的场的边缘，只要通过相应的图标缩小返回后即可完成整个设计。第六步：设计直线点击直线图标。在直线的两个端点点击鼠标左键就可以画出相连的直线，最后一个端点点击鼠标右键结束。这种线可以成为宽度为0的单像素线（只有沿着直线方向的像素）或者成为任意宽度的区域。双击打开对话框就可以定义线宽。第七步：设计点点击点图标。移动光标到画点的地方点击鼠标左键就可以放上一个点。放完所有点后，点击红色交叉图标取消重复该命令。双击点打开对话框可以修改点的参数。提示：直线，即单像素线（宽度为0）和点不占空间，它们是很特殊的图形，需要用特殊的参数曝光，曝光时在Exposure窗口点击相应的检查框后输入曝光参数。区域暂停时间与电子束聚焦状态和工艺关系不大，很容易计算，但是点和单像素线的暂停时间和所期望的宽度有关，必须特别计算。22第八步：图形的复制复制图形时点击图形的内部，本例中采用直线说明。按住<ctrl>键重复点击鼠标可以选中多个图形或者通过编辑菜单中选择，内部命令拖曳鼠标选中框内的所有图形。点击修改菜单中复制，单个，此处选中的图形只想复制一次。33点击所选图形的内部，出现一个红色的框把所选图形包起来。移动框到新位置处。44再次点击光标就可以放置复制的图形。提示：通过编辑菜单的复制和粘贴可以从一个结构中复制一组图形粘贴到另一个结构中去。有关阵列复制，第二章中已作介绍。第九步：元素旋转12123点击工具箱中旋转图标，出现旋转对话框，输入旋转角度或者从已定义的角度中选一个。点击复制前面的选择框，这样旋转元素是最初未旋转元素的复制。选择90度并点击确定。元素按照定义的角度复制并且仍处于选中状态。使用移动图标（旋转图标的上面）点击元素内部就可以把它移动到新位置处。44选取元素，然后点击自由旋转图标就可以使元素自由旋转。当点击选中的元素时，靠近元素处有一个红色的手柄允许自由旋转。提示：元素选中时，可以通过按下键盘上的<Del>键或者利用编辑菜单的删除命令来删除它。第十步：测量距离点击工具箱中测量图标可以测量任意距离，先点击要测距离的一个端点，然后点击另一个端点，这样就出现一个显示数据的对话框。第十一步：结构的保存、删除和复制可以通过点击文件菜单中的保存或者保存退出命令来保存结构。数据库文件内现有的结构，可以在选中时通过编辑菜单中的删除命令将其删除。可以通过编辑菜单中的复制命令复制这个结构。有时候需要复制整个数据库文件，这时可以通过选中数据库窗口时点击文件菜单中的另存为命令实现。

第八章层级设计本章将介绍层级设计图形的优势。举例设计的图形类似于用于曝光场校正的标准样品。第一步：建立新的数据库文件打开GDSIIDatabase窗口点击文件菜单中的新建命令，输入文件名，如：Standard。第二步：建立新的结构点击编辑菜单中的创建命令出现创建新结构对话框。输入新的结构名S2，点击确定。这时GDSIIEditor窗口自动打开，工作区默认大小为100µm。第三步：调整工作区点击查看菜单中的窗口命令，出现对话框，选择工作区2µm大小，然后点击确定。点击GDSIIEditor窗口上面的信息条选项光标步长(这时显示S=0.001，表明步长为1nm)选择为1µm，光标步长也可以通过键盘的<*>和</>键增加和减小。第四步：2µm方形区域图形设计打开工具箱，画出两个宽1µm的方块，第一个方块位于左上角。选择矩形图标，点击窗口左上角和中心。在右下角画第二个方块，首先点击右下角，再点击窗口中心。点击红色交叉图标，停止重复命令。点击工具箱元素填充图标或<F>键，查看填充区域。点击文件菜单中的保存退出命令，完成结构S2的设计。画图区域光标指针根据设定的步长移动，因此本例中它在中心点和对角间只有一步。第五步：20µm方形区域图形设计点击编辑菜单中的创建命令，输入新的结构名S20，点击确定。点击查看菜单中的窗口命令，选择工作区20µm大小。点击添加菜单中的结构引用命令。在对话框中选择结构S2，输入行列数5，U、V间距为2，点击确定。3344如果事先光标步长已经增至1或5µm，可将结构移至画图区域通过鼠标操作精确定位。另外选择光标指针位置可通过数字输入，在窗口中点击任意数字键然后在对话框中输入坐标(0,0)，点击确定。第六步：结构复制点击要复制的结构，使其高亮显示。点击修改菜单中的复制，单一命令。33再次点击该结构，出现与光标相连的方框，它包含了复制的区域。可通过鼠标拖动该方框到任意位置然后点击鼠标放置。44当发生放置位置错误时，你可以双击结构，在编辑结构引用对话框中输入U、V坐标10。点击文件菜单中的保存退出命令。图7-6.2在编辑结构应用中输入正确的坐标。第七步：图形显示打开GDSIIViewer窗口，可看到两个红色的结构引用区域。选择选项菜单中的层级，1命令，可以看到方块图形。点击工具箱中元素填充图标或<F>键，显示填充区域变为蓝色。关闭窗口。第八步：在层级结构中创建下一级4点击编辑菜单中的创建命令，输入S200。4设置光标步长至10µm。点击查看菜单中的窗口命令，选择工作区200µm大小。点击添加菜单中的结构引用命令，选择结构S20，输入行列数为5，U、V间距为20，点击确定，移至(0,0)处。使用修改菜单中的复制，单一命令复制该结构，拖动光标至新位置(100,100)处。点击文件菜单中的保存退出命令。层级1层级1层级2打开GDSIIViewer窗口，为了打开所有层级，点击选项菜单中的层级，2命令。（选择层级1显示结构引用的矩阵）使用工具箱中蓝色图标可以查看图形细节。另外可选择使用<+>和<->键放大和缩小图形。第九步：层级图形的优势通过WindowsExplorer检查可以发现，我们创建的数据库文件仅有1KB的容量，它包含了5000个方块。这样的图形若是平面设计则需要500kB。本例中的层级图形很容易增加到5cm方形，这时平面设计和层级设计图形的差异会更加明显。关闭图形，在GDSIIDatabase窗口中选中结构S200。在编辑菜单中选择Save*.ASC。在对话框中定义S200为ASCII文件名，以及定义存储的路径。在编辑菜单中选择Load*.ASC。选择S200.asc，点击打开。平面数据库文件的S200.asc结构将在窗口显示。该结构也可在编辑器中打开，并且允许对图形进行修改。可打开WindowsExplorer检查新的数据库文件，保存的ASCII文件有686kB容量。

第九章分辨率测试图形设计本章解释分辨率测试图形的设计方法，它包含了很广范围的剂量。第一步：建立新的数据库文件打开GDSIIDatabase窗口，点击文件菜单中的新建命令，输入文件名，如：Resolution。第二步：建立新的结构点击编辑菜单中的创建命令，输入结构名RES，点击确定。GDSIIEditor窗口自动打开。第三步：调整工作区点击查看菜单中的窗口命令，选择工作区为400µm大小，然后点击确定。3第四步：光栅线的设计3在工具箱中选择矩形图标，在画图区域画一个长方形。单击红色交叉图标取消重复命令。双击长方形内部，编辑参数。输入坐标U为0、4，V为0、100，剂量1，层0。该创建的长方形长为100µm，宽为4µm。44需要设计4个4µm宽的长方形。选中该长方形，点击修改菜单中的复制，矩阵命令，我们只想在U方向复制结构，设置矩阵尺寸U为4、V为1，矩阵方式为正交，U方向设置基本向量1为8µm。长方形被复制4次，产生了一个4µm间隔的光栅图形。66在GDSII工具箱中选择矩形图标，画出另一个长方形。编辑该长方形的参数，输入坐标U为0、2，V为150、250，剂量1，层0。77选中该长方形，点击修改菜单中的复制，矩阵命令，输入矩阵尺寸U为8、V为1，矩阵方式为正交，U方向设置基本向量1为4µm。这组光栅线宽和间距都只是前一个光栅的一半。88在GDSII工具箱中选择矩形图标，画出另一个长方形。编辑该长方形的参数，输入坐标U为0、1，V为300、400，剂量1，层0。99选中该长方形，点击修改菜单中的复制，矩阵命令，输入矩阵尺寸为U为16、V为1，矩阵方式为正交，U方向设置基本向量1为2µm。这组光栅周期是前一组光栅的一半，是第一组光栅的四分之一。我们已经设计了三组线宽和间距相等的光栅，三组光栅的线宽和间距分别为4µm、2µm和1µm。11第五步：不同剂量图形的复制方法好的曝光结果需要合适的曝光剂量，因此设计图形在U方向复制光栅十次，每步剂量缩放乘以1.2，即下一组的剂量比这一组要增加20％。点击编辑菜单中的选择，全部命令选中所有元素。22点击修改菜单中的复制，矩阵命令，输入矩阵尺寸U为10、V为1，矩阵方式为正交，U方向设置基本向量1为40µm，U方向剂量缩放为1.2，选择乘。点击确定。结构被复制，充满整个画图区域。很容易观察到间距的不同。第六步：显示剂量点击选项菜单中的显示剂量命令，剂量由不同的颜色标记显示。点击文件菜单中的保存退出命令。第七步：缩放整个结构首先创建结构RES200。点击添加菜单中的结构引用。在对话框中选择结构RES，输入放大倍数0.5，然后点击确定。现在点击任一数字键，在坐标参数中输入(0,0)，然后点击确定。忽略图形显示，点击文件菜单中的保存退出命令。通过GDSIIViewer打开结构RES200，点击选项菜单中