第三章光刻工藝技術(shù)-資料下載頁(yè)
2025-10-16 09:19本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】光刻的本質(zhì)在于將掩膜版上的圖形復(fù)制到要進(jìn)行刻蝕和離子注入的硅片上，體制造業(yè)發(fā)展的瓶頸，另一方面它卻作為推動(dòng)者，支撐著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著器件尺寸的不斷縮小，光刻技術(shù)也從最初的接觸式、接近式曝光發(fā)展到。目前普遍使用的投影式曝光，圖是投影式曝光示意圖。利用率得以提高，因此，該曝光技術(shù)成為了目前光刻技術(shù)的主流。物體成像是由物鏡收集到的各級(jí)衍射光相長(zhǎng)干涉的結(jié)果。光的光程差發(fā)生變化，圖像質(zhì)量隨之下降甚至無(wú)法成像。其中，K2是與光刻膠相關(guān)的常數(shù)。微電子學(xué)使用的光敏化合物稱(chēng)作光刻膠或光阻。光刻膠在曝光之后，被泡入顯影溶液之中，在顯影過(guò)程中，正性光刻膠。正好相反，在顯影劑中未曝光的區(qū)域?qū)⑷芙猓毓獾膮^(qū)域?qū)⒘粝?。保持液體狀態(tài)的溶劑。在正性光刻膠中，PAC在曝光前作為一種抑制劑，降低光。正性光刻膠曝露于光線時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使抑制。晶圓以最大旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)到一個(gè)固定的時(shí)間段之后以受控的方式減速至停止。
【正文】 因子 （表征光刻工藝復(fù)雜度的參數(shù)）繼續(xù)減小到 （被認(rèn)為是單次曝光的 K1 因子 的理論極限）以 下 4，如 圖 所示。 IMEC 先進(jìn)光刻技術(shù)主管 Kurt Ronse 介紹說(shuō)： “眾所周知，建立一套全新的光刻基礎(chǔ)設(shè)施需要時(shí)間，所以現(xiàn)在許多公司都將雙重圖形看作是一種潛在的過(guò)渡性方案，它能夠降低 32 nm量產(chǎn)被延遲的風(fēng)險(xiǎn)。 ” Nikon Precision Gene Fuller 認(rèn)為，從時(shí)間的觀點(diǎn)來(lái)看，在未來(lái)幾年內(nèi)，事實(shí)上只有雙重圖形是可行的。 ASML 產(chǎn)品市場(chǎng)主管 Ron Kool也將雙重圖形視為標(biāo)準(zhǔn)浸沒(méi)式光刻和 EUV 之間最可能的過(guò)渡性技術(shù)。 雙重 曝光和雙重圖形 的原理 都 是將一套高密度的電路圖形分解成兩套分立圖 不管浸沒(méi)式光刻的進(jìn)展多大，采用雙重曝光總能達(dá)到最低的 k1 因子，從而使分辨率增加 . (來(lái)源 :Sematech) 的、密度低一些的圖形，然后將它們印制到目標(biāo)晶圓上。 雙重曝光是在兩次曝光之后再進(jìn)行顯影和蝕刻加工。作為雙重曝光的一個(gè)實(shí)例， 雙重偶極子光刻技術(shù)DOL（ Double Dipole Lithography） 的做法是把現(xiàn)行的掩模圖形分成 兩 層 ，使 其中 一 層 上的 關(guān)鍵性圖形和 X 方向一致，而另一層上 的 圖形和 Y 方向保持一致；前一層掩模用 X 偶極子式照明，后一層掩模用 Y 偶極子式照明實(shí)現(xiàn)合成曝光。這種 將橫向和縱向線條分兩次曝光的方法 可 使 線條末端 收縮問(wèn)題得到明顯改善 ，提高了光學(xué)臨近修正的表現(xiàn)， 具有優(yōu)良 的 分辨率和精度。 雙重圖形 方法，顧名思義， 是 先曝光隨后進(jìn)行 顯影和 蝕刻；然后，又重新對(duì)準(zhǔn)位置，再度曝光，再度 顯影和 蝕刻。雙重圖形方法的優(yōu)點(diǎn)在于根據(jù)已有技術(shù)比較簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)充功能 ， 它根本不需要新 浸沒(méi) 液體、玻璃材料、掩模、光源和感光膠 。 已經(jīng)證實(shí)利用這種方法可形成 K1 為 以下 的 圖形。 相比于雙重圖形，雙重曝光雖然比雙重圖形快，但關(guān)鍵是要找到一種非線性光刻膠，這種光刻膠的化學(xué)特性能夠吸收來(lái)自鄰近曝光的弱光，又不會(huì)形成圖案。 雙 重曝光或雙重圖形方法 同樣存在 缺 點(diǎn) 5，每 一關(guān)鍵層都要一分為二或者需要兩個(gè)以上的掩模 ， 曝光次數(shù)也加倍 ， 若曝光次數(shù)增加 1 倍，則曝光設(shè)備的生產(chǎn)率就要減半，因此，提高了擁有成本 CoO（ Cost of Ownership）是顯而易見(jiàn)的。 而且，在雙重圖形方法里， 套刻誤差 直接和 特征 尺寸的誤差相聯(lián)系 ， 因此，對(duì)已分割的掩模相互之間 的 套刻精度 要求變得十分嚴(yán)格。例如，通常的 CD 誤差可以認(rèn)為是 最小 尺寸的 10%，由于需要考慮雙重圖形的 套刻 誤差， CD 誤差只允許是最小 尺寸的 5%。例如，當(dāng)在半間距 32nm 的工藝?yán)锸褂?雙重圖形技術(shù) 時(shí)， 套刻精度 不超過(guò) 2nm，需要現(xiàn)在的 5 倍精度。而 且，能夠編制一種專(zhuān)用軟件，也是重要的研究課題 ， 這種專(zhuān)用軟件用于把復(fù)雜 LSI 電路圖形分割成兩個(gè)圖形，而這兩個(gè)圖形能夠無(wú)誤差地合成出原來(lái) 的 復(fù)雜電路圖形。 極紫外光刻（ Extreme UltraViolet Lithography） 根據(jù) 2020 年版的國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖， 2020 年將 利用 193nm 光刻技術(shù)生產(chǎn)線寬 65nm的集成電路， 2020 年將生產(chǎn)線寬 45nm的集成電路， 2020 年生產(chǎn)線寬32nm 的集成電路。 根據(jù) 光刻機(jī)的分辨率 公式， 通過(guò)將光刻投影系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA 和工藝參數(shù) k1 延伸到 使 用極限以及 引入 浸入式系統(tǒng)， 利用 193nm 準(zhǔn)分子光源的光刻系統(tǒng)可以生產(chǎn) 65nm 線寬的集成電路，人們還希望能夠繼續(xù)使用 193nm浸入式系統(tǒng)生產(chǎn) 45nm 線寬的集成電路。采用現(xiàn)有 193nm的技術(shù) 無(wú)法 生產(chǎn) 22nm線寬的集成電路，必須尋求新的發(fā)展方向， 而 采用 光波長(zhǎng) 的極紫外光刻可以實(shí)現(xiàn)更高分辨率的跨越。 極紫外光刻系統(tǒng)有 極紫外光源及聚光系統(tǒng)、掩模、掩模工作臺(tái)、投影物鏡、硅片工作臺(tái)、對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)和對(duì)焦系統(tǒng)等七大模塊。除極紫外光源及聚光系統(tǒng)、掩模和投影物鏡外，其它四個(gè)部分都是光刻機(jī)的共性技術(shù)。 極紫外光刻技術(shù)建立在光學(xué)光刻技術(shù)的成果 之上，利用激光產(chǎn)生等離子源從而產(chǎn)生 的紫外波長(zhǎng)，該光源工作在真空環(huán)境下以產(chǎn)生極紫外射線，然后由光學(xué)聚焦形成光束，光束經(jīng)過(guò)用于掃描圖形的反射掩膜版反射。 與極紫外光刻有關(guān)的光學(xué)問(wèn)題 有 極紫外光源及聚光系統(tǒng) 反射 掩模 版等等 。 ASML 現(xiàn)推出的極紫外光刻機(jī)采用的是放電等離子體光源。 其優(yōu)點(diǎn) 是產(chǎn)生極紫外光的轉(zhuǎn)換效率高，輸出功率高，造價(jià)低；缺點(diǎn)是電極熱負(fù)載高，產(chǎn)生碎片多，機(jī)制復(fù)雜，光學(xué)器件易于受損，光收集角小 。因此 采用這種光源需要解決光源產(chǎn)生的碎片對(duì)聚光系統(tǒng)的污染。在聚光系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要考慮的是充分利用光源發(fā)出的 光和掩模上照明的均勻性。反射式掩模一直是極紫外光刻發(fā)展中的一個(gè)瓶頸，在整個(gè)掩模制作過(guò)程中，有非常多的環(huán)節(jié)可以引入缺陷，要控制整個(gè)過(guò)程不產(chǎn)生缺陷 以及控制掩膜版極低的缺陷率 是非常困難的 。 投影物鏡也是與極紫外光刻有關(guān)的另一個(gè)光學(xué)問(wèn)題。 投影物鏡是整個(gè)光刻系統(tǒng)的核心， 對(duì)其光學(xué)元件的精度要求極高，投影物鏡對(duì)于 是否能夠達(dá)到所希望的分辨率起 著 主要作用 。 小結(jié) 經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展 ， 光學(xué)光刻技術(shù)取得了巨大進(jìn)步 , 下一代光刻技術(shù) (NGL)盡管 有 了一些突破 ，然而由于 費(fèi)用 和 生產(chǎn) 效率等方面的限制， 投入大規(guī)模使用尚需 時(shí)日 ，因此 未來(lái)幾年內(nèi) ， 光學(xué)光刻的主流地位仍然不 會(huì) 動(dòng)搖。 同時(shí)，光刻技術(shù)的發(fā)展也是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)包括掩模材料、掩模設(shè)計(jì)、光刻膠以及光刻設(shè)備等機(jī)構(gòu)的相互合作 ，特別是與 DFM 技術(shù)的密切結(jié)合，以成為 90nm以下工藝技術(shù)的必需 。 參考文獻(xiàn)： 1） John N. Helbert, Principles of microlithography. 2） 2） 4） 5）
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