Chap.8+光刻与刻蚀(2)

天津工业大学 8 4曝光系统 曝光系统 光学曝光系统 非光学曝光系统 紫外 UV 深紫外 DUV 电子束曝光系统 X射线曝光系统 离子束曝光系统 天津工业大学 8 4 1紫外 UV 光源 水银弧光灯光源i线 365nm h线 405nm g线 436nm 缺点 波长较长 限制分辨率能量利用率低 2 准直性差 天津工业大学 深紫外 DUV 光源 KrF ArF F2准分子激光器优点 更高有效能量 各向异性 准直 波长更小 空间相干低 分辨率高缺点 带宽宽 脉冲式发射 能量峰值大 损伤 天津工业大学 特征尺寸与曝光波长 天津工业大学 8 4 2曝光方式 Exposure 曝光方式 遮蔽式Shadesystem 投影式projectionsystem 接触式Contactprinter 接近式proximityprinter 天津工业大学 接近式曝光 proximityprinter 接近式曝光 3um 由于光的衍射 导致最小线宽LCD 1 4 S 1 2减少了掩膜版的损坏 但分辨率受到限制 天津工业大学 接触式曝光 contactprinter 接触式曝光S 0 分辨率得到提高 1 3um 尘埃粒子的产生 导致掩膜版的损坏 降低成品率 天津工业大学 接触式曝光机 天津工业大学 投影式曝光 projectionsystem 最小尺寸 Lmin 0 61 NA 亚微米级工艺 优点 1 分辨率高 2 样品与掩膜版不接触 避免缺陷产生 掩膜板不易损坏 可仔细修整 3 可进行等比例缩小曝光缺点 结构复杂 工艺要求高 产率低 扫描方式 1 1步进重复M 1缩小的步进重复 天津工业大学 天津工业大学 数值孔径 NA NA表示透镜收集发散光的能力 NA越大 则能得到更锐利的图形 从而得到更小的特征尺寸及更大的分辨率 天津工业大学 M 1缩小的步进重复曝光 天津工业大学 ASM2500 5000投影光刻机 Electron BeamLithographyElectron BeamDirectWritingLithography 8 0um5 0um3 0um2 0um1 3um0 8um0 5um0 35um0 25um0 18um0 13um90nm65nm45nm32nm22nm 分辨率增强技术使光学光刻不断突破分辨率极限 19681971197419771980198319861989199219951998200120042007201020132016 19681971197419771980198319861989199219951998200120042007201020132016 16K 1M 16M 1G 16G 436nmG线10 2 0um接触式光刻 436nmG线2 0 0 5um投影光刻 365nmI线0 08 0 28um投影光刻 248nmKrF0 5 0 13um投影光刻 OPC 193nmArF0 18 0 1umKrF PSM OPC OAI 光刻工艺特征尺寸 芯片集成度 ArF 浸没透镜 PSM OPC OAI 157nmF2EUV EPL ML2 IPL PXL PEL EUV extremeultravioletEPL electronprojectionlithographyML2 masklesslithographyIPL ionprojectionlithographyPXL proximityx raylithographyPEL proximityelectronlithography 1 1012256 10964 10916 1094 1091 109256 10664 10616 1064 1061 106256 10364 10316 1034 1031 103 546nmE线 10um接触式光刻 光学曝光区MEFMaskErrorFactor掩模精度控制技术 1980 1980 1980年左右曾经有人预言 光刻线宽不能小于1微米 1989年曾经有预言 到1997年光刻技术将走到尽头 1994年也曾经有比较乐观的长期预测 2007年线宽达到0 1微米 保守的预计为0 5微米 这些预测都被光刻技术神话般的进步的步伐远远抛在后头 下一代光刻技术NGLNextGenerationLithography 天津工业大学 8 4 3分辨率增强技术RET L K1 NA 开发更短波长的曝光光源546 e line 436 g line 365 i line 248 KrF 193 ArF 157 F2 EUV电子束 0 1 0 05 离子束 X射线 研制大数值孔径光学透镜0 2 0 85 1 44 浸没光刻 浸没透镜技术突破 移相掩模邻近效应校正离轴照明等波前工程技术 高分辨率高灵敏度高抗刻蚀能力的抗蚀剂 双重曝光灰化 侧壁等各种三维加工技巧的应用 天津工业大学 焦深 DOF 与数值孔径和波长 天津工业大学 分辨率越高 焦深越小 太小的焦深会导致曝光不均匀 要求光刻胶更薄 更平坦 天津工业大学 浸没透镜 Immersion 光刻的突破 分辨率 提高光刻分辨率有三种途径 一是缩短曝光光源波长 需要高昂的设备原理性换代 二是改善工艺因子K1 其代价是缩小了制造工艺窗口 同时还需要改变集成电路版图的设计规则 改善光刻胶的工艺和分辨率增强技术 但还难以满足45nm节点生产的需求 所以需要回过头来在改善光学系统数值孔径上做文章了 即第三条途径 目前要继续提高光学透镜的数值孔径需要设计更大口径更复杂的镜头已经不太切合实际 因此光刻专家们根据高倍油浸显微镜提高分辨率的原理 设法在曝光镜头的最后一个镜片与硅片之间增加高折射率介质以达到提高分辨率的目的 因为提高该介质的折射率可以加大光线的折射程度 等效地加大镜头口径尺寸与数值孔径 同时可以显著提高焦深 DOF 和曝光工艺的宽容度 EL 天津工业大学 Immersion光刻 传统的光刻机 空气中 折射率n 1 NA 1 浸没光刻技术 水 水折射率n 1 44 NA 1磷酸折射率为1 54正在开发折射率达到1 65的高折射率浸没液体 分辨率 天津工业大学 移相掩模 PSM 技术 根据光波衍射原理 当掩膜版图形尺寸 集成电路的特征尺寸 远大于光波波长时 硅片上光刻图形与掩膜版图形基本相同 但在超深亚微米工艺下 集成电路特征尺寸在0 09 m甚至0 045 m以下 已经接近甚至小于光波波长的情形下 光的衍射效果将非常明显 硅片上光刻图形与掩膜版图形之间的偏差不可以忽略 移相掩膜的基本原理是在光掩膜版的某些透明图形上增加或减少一个透明的介质层 使光波通过这个介质层后产生180o的相位差 与邻近透明区域透过的光波产生干涉 从而抵消图形边缘的光衍射效应 提高曝光分辨力 天津工业大学 天津工业大学 天津工业大学 光学邻近效应校正技术 OPC OpticalProximityEffectCorrection 天津工业大学 光刻过程中 在图形相互邻近的部位 由于光波干涉和衍射作用明显 图形偏差会相对较大 例如 在线段顶端和图形拐角处偏差就比较明显 而这些图形部位往往是对电路的电学性能和电路功能起关键作用的地方 从而影响了整个芯片的性能 甚至导致电路失效 这种由于光