微机电基础第三章.ppt

1 由于衍射效应是光学曝光技术中限制分辨率的主要因素，所以要提高分辨率就应当使用波长更短的光源如深紫外光。实际使用的深紫外光有 248 nm 和 193 nm 两种。 深紫外光的曝光方式与紫外光基本相同，但需注意两点， 1、光刻胶 2、掩模与透镜材料 248 nm 波长的光子能量为 4.9 eV，193 nm 波长的光子能量为 6.3 eV 。波长越短，掩模与透镜材料对光能的吸收就严重，造成曝光效率降低和掩模与透镜发热。 各种光学曝光光源的使用情况 1985 年以前，几乎所有光刻机都采用 g 线 (436 nm) 光源，当时的最小线宽为 1 ?m 以上。1985 年以后开始出现少量 i 线(365 nm) 光刻机，相应的最小线宽为 0.5 ?m 左右。从 1990 年开始出现 DVU 光刻机，相应的最小线宽为 0.25 ?m 左右。从1992年起 i 线光刻机的数量开始超过 g 线光刻机。截止到 1998 年 ，g 线、i 线和 DVU 光刻机的销售台数比例约为 1：4：2。 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，都远大于曝光波长时，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曝光波长时，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，非透光区下方的光强增加，从而影响光刻的分辩率。 调制传输函数和光学曝光 无衍射效应 有衍射效应 光强 定义图形的 调制传输函数 MTF 为 当无衍射效应时，MTF = 1；当有衍射效应时，MTF 1。光栅的周期（或图形的尺寸）越小，则 MTF 越小；光的波长越短，则 MTF 越大。 图形的分辩率还要受光刻胶对光强的响应特性的影响。 对于理想的光刻胶，当光强不到临界光强 Dcr 时完全不发生反应，当光强超过 Dcr 时完全反应，衍射只造成线宽和间距的少量变化。 但在实际光刻胶中，当光强不到 D0 时不发生反应，当光强介于 D0 和 D100 之间时发生部分反应，当光强超过 D100 时才完全反应，使线条边缘出现模糊区。在通常的光刻胶中，当 MTF 0.5 时，图形不再能被复制。 Dcr D100 D0 光衍射 光衍射影响分辨率 衍射光 投射光强度 衍射光的减小 波长越短，衍射越弱 光学凸镜能够收集衍射光并增强图像 偏离的折射光 被凸镜收集的衍射光 数值孔径（Numerical Aperture：NA） NA：表示凸镜收集衍射光的能力 NA = 2 r0 / D – r0 : 凸镜的半径 – D ： 目标（掩膜）与凸镜的距离 NA越大，凸镜收集更多的衍射光，产生更尖锐的图形 分辨率 Resolution 表征光刻精度； 定义－光刻时所能得到的光刻图形的最小尺寸。 表示方法：每mm最多可容纳的线条数。若可分辨 的最小线宽为L（线条间隔也L），则 R＝1/(2L) (mm-1) R由曝光系统的光波长λ和数值孔径NA决定， R=K1λ/NA K1 为系统常数, λ光波长, NA = 2 r0/D； NA: 凸镜收集衍射光的能力 提高分辨率 提高NA – 更大的凸镜, 可能很昂贵而不实际 – 减小DOF（焦深），会引起制造困难 减小光波长 – 开发新光源, PR和设备 – 波长减小的极限：UV到DUV, 到EUV, 到X-Ray 减小K1 – 相移掩膜（Phase shift mask） 曝光方式（Exposure） 曝光方式 遮蔽式Shade system 投影式projection system 接触式 Contact printer 接近式 proximity printer 接触式曝光(contact printer) 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 接近式曝光（proximity printer） 接近式曝光（3um） 最小线宽LCD=1.4(Sλ)1/2 减少了掩膜版的损坏，但分辨率受到限制 投影式曝光(projection system) 最小尺寸：Lmin＝0.61λ/NA（亚微米级工艺） 优点：样品与掩膜版不接触，避免缺陷产生