第7章微细加工与MEMS技术光学光刻祥解.ppt

1 7.7 先进掩模概念 一、保护薄膜 分步重复缩小投影虽然可以减少小缺陷的影响，但大缺陷的影响更严重，因为它可以被复制到每一个小视场中。 解决的办法是给步进机的掩模版蒙上一层保护薄膜，并使薄膜离开掩模版表面约 1 cm。这样可使任何落在薄膜上的颗粒保持在光学系统的聚焦平面之外。 另一种用于接触式光刻机的保护薄膜直接涂在掩模版上 ，它可以使接触式光刻在保持高分辨率优点的同时，提高掩模版的使用寿命，减少芯片上的缺陷。 二、抗反射膜 光线在掩模版和透镜表面的部分反射会使光能受到损失。有些光线经多次反射后会打到硅片上，使图形质量受到影响。为了减小这个问题，一种新掩模技术采用在掩模版靠近镜头的一面加上 10% 的抗反射剂。 由公式 可知，由于 NA 对焦深的作用更大，所以通常希望采用较小的NA 值。一般将 NA 值取为 0.16 到 0.6。当 k1 为 0.75 时，有 ~ 上式在一段时期内被认为是光学曝光法的分辨率极限。若要进一步减小线宽，只能采用波长更短的光源，例如 X 射线。 三、相移掩模技术 对光刻胶和镜头等的改进只能稍微减小 k1 值。而 相移掩模技术 等 超分辨率技术 的发明使 k1 突破性地下降了一半以上 ，从而使分辨率极限进入了 亚波长 范围，使 i 线和深紫外光 的分辨率分别达到了 0.25 ?m 和 0.10 ?m以下，同时也使 X 射线光刻机的使用比原来预期的大大推迟。 除了相移掩模技术外，超分辨率技术还包括 光学邻近效应修正技术、双层及多层光刻胶技术 和 浸没式镜头 等。 Microelectronic Fabrication MEMS Technology * 第 7 章 光学光刻 光刻 曝光 刻蚀 光源 曝光方式 7.1 光刻概述 评价光刻工艺可用三项主要的标准：分辨率、对准精度 和生产效率。 涂光刻胶（正） 选择曝光 光刻工艺流程 显影（第 1 次图形转移） 刻蚀（第 2 次图形转移） * 8)显影后检查 5) 曝光后烘焙 6)显影 7)坚膜 UV Light Mask ? ? 4) 对准和曝光 Resist 2) 涂胶 3)前烘 1) 气相成底膜 HMDS 光刻工艺的８个步骤 光源 紫外光（UV） 深紫外光（DUV） g 线：436 nm i 线：365 nm KrF 准分子激光：248 nm ArF 准分子激光：193 nm 极紫外光（EUV），10 ~ 15 nm X 射线，0.2 ~ 4 nm 电子束 离子束 * Visible Radio waves Micro- waves Infrared Gamma rays UV X-rays f (Hz) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 4 6 8 10 12 14 16 22 18 20 ? (m) 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -14 -10 -12 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 365 436 405 248 193 157 g h i DUV DUV VUV l (nm) Common UV wavelengths used in optical lithography. 电磁光谱 * l (nm) 700 4 550 600 650 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 紫外光谱 可见光 汞灯 准分子激光 Photolithography light sources g h i 365 405 248 193 13 436 157 126 Violet Red Blue Green Yellow Orange Mid-UV EUV DUV VUV 紫外光谱 可见光谱：波长在390nm到780nm之间； 紫外光谱：波长在4nm到450nm之间。 有掩模方式 无掩模方式 （聚焦扫描方式） 接触式 非接触式 接近式 投影式 反射 折射 全场投影 步进投影 扫描步进投影 矢量扫描 光栅扫描 混合扫描 曝光方式 7.2 衍射 当一个光学系统中的所有尺寸，如光源、反射器、透镜、掩模版上的特征尺寸等，都远大于光源波长时，可以将光作为在光学元件间直线运动的粒子来处理。 但是当掩模版上的特征尺寸接近光源的波长时，就应该把光的传输作为电磁波来处理，必须考虑衍射和干涉。由于衍射的作用，掩模版透光区下方的光强减弱，非