【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 采用點(diǎn)光源和圓形光闌，上靶束斑的電流密度在橫截面上呈二維高斯分布，等流線為圓形。束斑直徑為 ~ 1 ?m ，最小可達(dá)到 ?m 。其主要優(yōu)點(diǎn)是 分辨率高，制作圖形時(shí)精細(xì)靈活。主要缺點(diǎn)是 曝光效率低。 五、電子光學(xué)柱的類型 固定方形束光柱 采用面光源和方形光闌。束斑尺寸一般取為圖形的最小特征尺寸。主要優(yōu)點(diǎn)是 曝光效率高，主要缺點(diǎn)是曝光不靈活，某些區(qū)域可能被重復(fù)曝光而導(dǎo)致曝光過(guò)度。 成形偏轉(zhuǎn)板 光闌 1 光闌 2 通過(guò)光闌 1后形成的固定方形束 與光闌 2 的相互位置 偏轉(zhuǎn)后的方形束 通過(guò)光闌 2 后形成的可變矩形束 可變矩形束光柱 主要優(yōu)點(diǎn)是曝光效率更高，更靈活，且無(wú)重復(fù)曝光區(qū)域。主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。但由于它是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜精細(xì)圖形的直接書(shū)寫(xiě)、高生產(chǎn)效率曝光的重要手段，已經(jīng)得到了越來(lái)越多的使用。 所產(chǎn)生的矩形束斑的尺寸可按需要隨時(shí)變化。由兩個(gè)方形光闌和兩個(gè) x、 y 方向的成形偏轉(zhuǎn)器構(gòu)成。 三種光柱曝光效率的比較 例 10d 5d 5d 10d 13d 115d2 例 1M DRAM 的芯片尺寸為 mm2，最小線寬 1 ?m，平均曝光面積 4 4 mm2 ，曝光圖形約為 460 萬(wàn)個(gè)。每個(gè) 4 英寸硅片上可容納 52 個(gè)芯片。若采用 D = ?m 的高斯圓形束 ，每點(diǎn)的曝光時(shí)間為 1 ?s ，則單純用于曝光的時(shí)間近 4 個(gè)小時(shí) ；若采用可變矩形束，每點(diǎn)的曝光時(shí)間為 ?s ，則單純用于曝光的時(shí)間僅 7 分鐘。 六、直寫(xiě)電子束光刻機(jī)的掃描方式 光柵掃描 采用高斯圓形束。電子束在整個(gè)掃描場(chǎng)里作連續(xù)掃描，通過(guò)控制光閘的通斷來(lái)確定曝光區(qū)與非曝光區(qū)。 光柵掃描的優(yōu)點(diǎn)是 控制簡(jiǎn)單，不需對(duì)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行控制。缺點(diǎn)是 生產(chǎn)效率低。 由于掃描場(chǎng)的范圍較小，必須配合工件臺(tái)的移動(dòng)來(lái)完成對(duì)整個(gè)硅片的曝光。按工件臺(tái)的移動(dòng)方式又可分為 分步重復(fù)光柵掃描 和 連續(xù)光柵掃描 兩種。 矢量掃描 除高斯圓形束外，也可以采用固定方形束或可變矩形束。矢量掃描的優(yōu)點(diǎn)是 曝光效率高，因?yàn)殡娮邮恍鑼?duì)占總面積約 60% ~ 70% 的無(wú)圖形區(qū)域進(jìn)行掃描，而且可采用可變矩形束。 缺點(diǎn)是 控制系統(tǒng)要復(fù)雜一些，因?yàn)槭噶繏呙璞仨殞?duì)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行控制，而不象光柵掃描那樣采用固定的偏轉(zhuǎn)方式。 直寫(xiě)電子束光刻概要和展望 直寫(xiě)電子束光刻的主要優(yōu)點(diǎn)是 分辨率高，作圖靈活。主要缺點(diǎn)是 曝光效率低，控制復(fù)雜。為了提高效率，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了高亮度源、矢量掃描系統(tǒng)、與大數(shù)值孔徑透鏡相結(jié)合的低感應(yīng)偏轉(zhuǎn)線圈等。但是直寫(xiě)電子束光刻在最好的情況下也比光學(xué)光刻系統(tǒng)慢一個(gè)數(shù)量級(jí)?？赡艿慕鉀Q方法是使用一種大量電子束源同時(shí)曝光的多電子束曝光系統(tǒng)， 直寫(xiě)電子束光刻目前主要用于光刻版的制造。也可用于產(chǎn)量不大，但要求分辨率特別高，圖形要經(jīng)常變化的場(chǎng)合，如高速 GaAs 集成電路等。 X 射線源 為了提高分辨率，可以采用波長(zhǎng) λ= ~ 4 nm 的 X 射線作為曝光的光源。 電子碰撞 X 射線源 用高能電子束轟擊金屬靶（如 Al、 W、 Mo），使靶金屬的內(nèi)層束縛電子離開(kāi)靶材料，當(dāng)另一個(gè)束縛電子去填充這一空位時(shí)，即可發(fā)射出 X 射線。 這種 X 射線源的主要缺點(diǎn)是效率很低，只有幾萬(wàn)分之一。功率消耗達(dá)數(shù)萬(wàn)瓦，并產(chǎn)生大量的熱。除了用水冷卻外，還可使陽(yáng)極高速旋轉(zhuǎn)。 等離子體 X 射線源 用聚焦的高能電子束或激光束轟擊金屬薄膜，使之蒸發(fā)成為等離子體。超熱的金屬等離子體蒸汽將發(fā)射 X 射線，波長(zhǎng)為 ~ 10 nm 。 這種 X 射線源從激光到 X 射線的轉(zhuǎn)換效率約為 10%，光強(qiáng)比較強(qiáng)，并有非常小的直徑，比較適合于光刻。 X 射線 硅片 電子在同步加速器中作圓周運(yùn)動(dòng)，加速方向與其運(yùn)動(dòng)切線方向相垂直，在沿運(yùn)動(dòng)方向的切線上發(fā)射出 X 射線，電子在發(fā)射 X 射線過(guò)程中損失的能量在射頻腔中得到補(bǔ)充 。 同步加速器 X 射線源 這種 X 射線源的亮度最強(qiáng)，效率較高，一臺(tái) X 射線源可以支持多達(dá) 16 臺(tái)曝光設(shè)備。 但這種 X 射線源極其龐大昂貴，電子同步加速器的直徑可達(dá) 5 米以上。限制來(lái)自磁場(chǎng)方面。如果將來(lái)能獲得高臨界溫度的超導(dǎo)材料，則利用超導(dǎo)磁場(chǎng)可建立直徑約 2 米的緊湊型電子同步加速器。此外，這種 X 射線源還存在輻射安全問(wèn)題。 靶 激光 X 射線 掩模版 硅片 抽氣 由于很難找到合適材料對(duì) X 射線進(jìn)行反射和折射， X 射線透鏡的制造是極其困難的，因此只能采用 接近式曝光方式 。為了使由點(diǎn)光源發(fā)射的 X 射線盡量接近平行光，應(yīng)該使光源與掩模的距離盡量遠(yuǎn)。對(duì)于大規(guī)模集成電路的制造來(lái)說(shuō)，由于受到掩模尺寸的限制，只能采用 步進(jìn)的 接近方式。 接近式 X 射線系統(tǒng) 光刻用的 X 射線波長(zhǎng)約為 1nm，可以忽略衍射效應(yīng)。影響 X 射線分辨率的主要因素是由于 X 射線源不是嚴(yán)格的點(diǎn)光源而引起的 半影畸變 ，和由于 X 射線的發(fā)散性而引起的 幾何畸變 。 ,ddSS D D? ??? m a x m a x2 , 2WW SS D D? ? ? ??? 要使 δ 和 ?max 減小，應(yīng)增大 D 或減小 S 。但太大的 D 值會(huì)減小 X 射線的強(qiáng)度。另外，由于幾何畸變的影響要比半影畸變的大，可以采用步進(jìn)的方法來(lái)減小每步曝光的視場(chǎng)尺寸 W ，從而減小幾何畸變 ?max ，或在設(shè)計(jì)掩模版時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。 例如，若 d = 5 mm， D = 400 mm， S = 5 ?m ，則半影畸變?chǔ)?= ?m 。 視場(chǎng)直徑 W 要根據(jù)所允許的幾何畸變 ?max 來(lái)確定。如果允許 ?max = ?m，則 W 僅為 16 mm。反之，若 W 為 100 mm ，則 ?max 會(huì)高達(dá) ?m。 正在研究中的 X 射線反射鏡與透鏡 掠射角金屬反射鏡 Kumakhov 透鏡 多層反射鏡 X 射線光刻工藝最困難的地方之一就是掩模版的制造，對(duì)掩模版的基本要求是反差要大，但是對(duì)于 X 射線，當(dāng)波長(zhǎng)小于 nm 時(shí)，對(duì)絕大部分材料都能穿透；當(dāng)波長(zhǎng)大于 4 nm 時(shí)，對(duì)絕大部分材料都將被吸收。只有在 nm ~ 4 nm 的范圍內(nèi)，可以用低吸收的輕比重材料如 S