1、第7章評估光學光刻、光刻、曝光蝕刻、光曝光方法、7.1光刻概述、光刻工藝可用的三個茄子主要標準(分辨率、對準精度和生產(chǎn)率)。光刻膠(正片)，選擇曝光，照片光刻工藝過程，現(xiàn)象(主圖形傳輸)，蝕刻(次圖形傳輸)，3，光刻工藝階段，光源，紫外線(UV)，深紫外線(UV)紫外線頻譜：波長在4nm到450nm之間。無掩碼模式(焦點掃描方法)，接觸式非接觸式，接近投影，反射折射，完整投影步進投影掃描步進投影，矢量掃描光柵掃描混合掃描，曝光方法，由于衍射的作用，模版透光區(qū)下的亮度減弱，比透光區(qū)下的亮度增加，影響廣角的分辯率。7.3調(diào)制傳輸函數(shù)和光學曝光，鄭智薰衍射效果，衍射效果，光學強度，定義圖形的調(diào)制傳輸

2、函數(shù)MTF具有鄭智薰衍射效果，MTF=衍射效果時的MTF 1。光柵的周期(或圖形中的尺寸)越小，MTF越小。光的波長越短，MTF就越大。圖形的分辯率還受光光響應特性的光刻膠影響。，理想光刻，在常規(guī)光刻技術(shù)中，無法再在MTF 0.4中復制圖形。7.4照明系統(tǒng)，對照明系統(tǒng)的要求1，適當?shù)牟ㄩL。波長越短，曝光特征的尺寸大小越小。2、有足夠的能量。能量越大，曝光時間越短。3、暴露能量應均勻分布在暴露區(qū)域。常用的紫外線光源是高壓電弧燈(高壓汞燈)。高壓汞燈有很多鋒利的頻譜線，經(jīng)過過濾器后使用其中的G線(436 nm)或I線(365 nm)。高壓汞燈頻譜線，120 100 80 60 40 20，2003

3、00 400 500 600，relative intensity (%)，h-line 405nm，g-line 436nm Emission實際使用的深紫外線源包括KrF準分子激光(248 nm)、ArF準分子激光(193 nm)和F2準分子激光(157 nm)。深紫外線的曝光與紫外線幾乎相同，但兩個茄子點，1，光刻膠2，掩膜和透鏡材料，248 nm波長的光子能量為4.9 eV，193 nm波長的光子能量為6.3 eV，純石英的禁帶寬度約為8 eV。波長越短，遮罩和鏡頭材質(zhì)對光能的吸收就越嚴重，曝光效率越低，產(chǎn)生遮罩和鏡頭熱。使用多種光學曝光光源在1985年以前，幾乎所有光刻機都使用G射線

4、(436 nm)光源，當時最小線寬為1米以上。1985年以后，少量I射線(365 nm)光刻機開始出現(xiàn)，相應的最小線寬為0.5米左右。從1990年開始出現(xiàn)了DVU光刻機，相應的最小線寬為0.25米左右。從1992年開始I射線光刻機的數(shù)量超過G射線光刻機。到1998年，G線、I線和DVU光刻機的銷售數(shù)量約為1 : 4 : 2。目前DVU光刻機的銷售數(shù)量已經(jīng)超過了I線光刻機。7.5接觸和接近平版印刷機，1，接觸平版印刷機，Si，U. V. Mask P. R. SiO2，優(yōu)點：簡單設備；理論上，MTF可以達到1，因此分辨率比較高，約為0.5 m。缺點：掩模模板使用壽命短(10 20次)，硅中圖形缺

5、陷多，光刻完成度低。2，接近光刻機，g=10 50 m，優(yōu)點：長掩碼壽命(可增加10倍以上)，減少圖形缺陷。缺點：衍射效果嚴重，分辨率下降。最小分辨率線寬，在表達式中，K是光刻膠處理工藝相關(guān)常數(shù)，通常接近于1。7.6投影光刻機，在表達式中，k1是與光刻的光強度響應特性相關(guān)的常數(shù)，約為0.75。NA是鏡頭數(shù)值孔徑，投影光刻儀的分辨率是萊利第一公式：1，分辨率，焦距，N是折射率，半接收角度。NA的典型值為0.16到0.8。增加NA可以提高分辨率，但受焦點深度限制。22，鏡頭收集衍射光NA，數(shù)值孔徑(NA):鏡頭收集衍射光的能力。分辨率和焦點深度對波長和數(shù)值孔徑有徐璐沖突的要求，必須考慮折衷方案。增

6、加NA會線性提高分辨率，由于平方關(guān)系減少焦點深度，因此通常選擇較小的NA。為了提高分辨率，可以減少波長。焦點深度表示硅沿光路方向移動時焦點對準的移動距離。投影光刻機器的焦點深度是萊利的第二個公式：2，1 : 1掃描反射投影光刻機器，掩碼，硅籌碼，反射凹面鏡子，反射凸面鏡子，光源，優(yōu)點1，長掩碼壽命，圖形缺陷減少2，無色散，連續(xù)波長光源，無駐波效果。折射系統(tǒng)的不歧視、色散等的影響。3、曝光效率高。缺點數(shù)值孔徑NA太小，是限制分辨率的主要因素。3，逐步迭代縮減投影光刻機，線寬的減少和籌碼直徑的增加，分辨率和焦點深度的矛盾，線寬和視野的矛盾日益嚴重。為了解決這些問題，開發(fā)了逐步迭代縮減投影曝光機(D

7、SW，Stepper)。早期使用10 : 1縮小，現(xiàn)在更多使用5 : 1或4 : 1牙齒。光源、聚光燈透鏡、投影、口罩、硅、缺點1、曝光效率下降2、設備復雜且昂貴。優(yōu)點1，長口罩模板使用壽命，圖形缺陷少；2、使用高數(shù)值孔徑的鏡頭可以提高分辨率，通過分步聚焦解決焦點深度問題，可以在大芯片上獲得高分辨率圖形。3.因為面具的尺寸比籌碼尺寸要大得多，所以面具制造很簡單，可以減少面具缺陷對籌碼成品速度的影響。如果芯片的面積繼續(xù)增大(例如，4G DRAM的面積為3232 mm2，線寬為0.13米)，則達到了視野的限制。所以步進投影曝光機又出現(xiàn)了。當然，設備變得更加復雜和昂貴。(David aser，Nor

8、thern Exposure(美國電視電視劇)，7.7高級面具概念，第一，保護薄膜逐步投影縮小可以減少小缺陷的影響，但大缺陷的影響更為嚴重。)。因為它可以復制到所有的小視野里。解決方法是在步進機器的封面模板上涂上保護膜，使膠片距離封面表面約1厘米。這樣，落在薄膜上的所有粒子都保持在光學系統(tǒng)的焦平面之外。接觸光刻機中使用的另一種保護膜直接涂在掩模模板上，這樣接觸光刻可以在保持高分辨率優(yōu)點的同時，提高掩模的使用壽命，減少芯片的缺陷。第二，防反射膜光線可能會因為遮罩和鏡頭表面的部分反射而失去光能。一些光線經(jīng)過多次反射后撞擊硅片，影響圖形質(zhì)量。為了減少牙齒問題，新的口罩技術(shù)在口罩模板的鏡頭附近引入了1

9、0%的防反射劑。根據(jù)公式，NA焦點深度更大小，因此通常希望使用較小的NA值。通常，NA值介于0.16和0.6之間。K1牙齒為0.75時，是的，常識被認為是光學曝光法在一定時間內(nèi)的分辨率限制。要進一步減少線寬，應僅使用波長較短的光源，例如x射線。3、相移遮罩技術(shù)、光刻膠、鏡頭等的改進可以稍微減小k1值。像相移掩模技術(shù)等超分辨率技術(shù)的發(fā)明，使k1的破格地下下降了一半以上，將分辨率限制進入子波長范圍，將I線和深紫外線的分辨率分別提高到0.25米和0.10米以下。同時，X-張藝興光刻機的使用被大大推遲。超分辨率技術(shù)除了徐璐其他掩模技術(shù)外，還包括光學接近效果校正技術(shù)、雙層和多層光刻膠技術(shù)、浸沒鏡頭等。相

10、移掩模技術(shù)的核心是在掩模的半透明區(qū)域涂上相移層，并使用相干光源。這樣，通過相鄰透射率區(qū)域的光線具有相反的相位，衍射部分因干涉作用而徐璐抵消。相移掩模技術(shù)對相移材料的選擇、制備和加工、軟件制作中相移層圖形的設計等制版技術(shù)提出了新的要求。遮罩模板、遮罩的光寬度、襯層的光寬度、襯層的光強度、互移遮罩、常規(guī)遮罩、邊緣移動遮罩技術(shù)、將遮罩視為曝光矩陣M。0和1的像素，0表示透明區(qū)域，1表示不透明區(qū)域。用牙齒遮罩暴露硅，可以得到硅表面包含相同數(shù)量像素的圖形矩陣W。在理想情況下，兩個矩陣必須相同。但是實際上，曝光工藝導致硅表面圖形的畸變，可能影響圖形矩陣W?？梢栽O置矩陣S以表示從矩陣M到矩陣W的更改。也就是

11、說，W=SM矩陣S包含光學系統(tǒng)的所有信息。理想S是單位矩陣，但實際上包括用于反映圖形畸變的非對角元素。4，光學接近效果校正技術(shù)，所謂光學接近效果校正(OPC)是求矩陣S的逆矩陣S-1，用于校正原始掩碼。獲取新遮罩的曝光矩陣為M1=S-1M，用新遮罩曝光硅后獲得的圖形矩陣為W1=SM1=S，矩陣S-1很大，可以包含1010個以上的像素，但也是非常稀疏的矩陣。多層部分吸收材料一起應用可以獲得更細致的OPC遮罩樣板，但價錢也非常昂貴。7.8表面反射和駐波，1，表面反射透射光反射來自硅表面，因此廣角吸收光能，尤其是硅表面的金屬層可以改變反射更多的光。硅表面傾斜的樓梯側(cè)將光線反射到非曝光區(qū)域。解決方法1

12、，改變電沉積參數(shù)，控制薄膜的反射率。2、平整表面；3、在光刻膠下添加反射防護薄膜層，2、駐波、駐波是由入射光和反射光之間的干涉引起的。駐波的斷裂和波前之間的間距為/4n=0.16。200 400nm紫外線的牙齒間距為32 64 nm，小于光刻膠厚度。粘合劑中徐璐不同的光強分布會徐璐導致不同的顯影率，從而給線寬控制帶來困難。7.9對齊，大型集成電路制造的光刻對準規(guī)定是，對準誤差不應大于特征尺寸1/4至1/3。為了便于對齊，必須在遮罩上設置特殊對齊顯示。比較硅表面的反射光和通過遮罩返回的光，執(zhí)行對齊。步進光刻機通常有自動對準系統(tǒng)。為了提高排序效率，可以先進行人工排序?？谡值臒崤蛎浺部赡軐е聦R錯誤

13、。必須控制口罩的溫度變化，使8英寸的口罩不會引起0.1米的膨脹。7.10摘要，限制光學曝光方式分辨率的主要因素是線路效應。最先使用的接觸式光刻機的分辨率可能低于1米，但容易損壞口罩和硅。解決方法是使用接近光刻機，但會影響分辨率。介紹了具有子微米分辨率的投影曝光系統(tǒng)。為了解決分辨率和焦點深度之間的矛盾，可以采取分階段的重復方式。最后介紹了改進掩模制作提高分辨率的方法，即徐璐其他掩模技術(shù)和光學接近效果校正技術(shù)。隨著光刻技術(shù)的不斷發(fā)展，光學曝光的分辨率進入了亞波長范圍?，F(xiàn)在使用193 nm光源和OPC技術(shù)獲得了0.13米的線寬，預計達到0.10米，甚至0.07米。光學曝光的各種曝光方式和優(yōu)缺點摘要，接觸式，非接觸式，