光刻对准和曝光.ppt

集成电路工艺 第一章 半导体产业介绍 集成电路工艺 集成电路工艺 第14章光刻：对准和曝光 目标 解释光刻中对准和曝光的目的 描述光学光刻中光的特性及光源的重要性 解释分辨率，描述它的重要参数并讨论计算方法 论述五代用于对准和曝光的设备 描述投影掩膜版，如果制造，及在精细光刻中的应用 论述用于短波长光刻的光学增强技术 解释光刻中对准是怎样获得的 1.提纲 1.概述 2.光学光刻 3.光刻设备 4.混合和匹配 5.对准和曝光质量测量 1.概述 一个紫外光源 一个光学系统 一块由芯片图形组成的投影掩膜版 一个对准系统 一个覆盖光敏光刻胶的硅片 光刻机 分布重复光刻机(step-and-repeat aligner) 光刻机(aligner) 步进光刻机(stepper) 步进光刻机的目标 使硅片表面和石英掩膜版对准并聚集 通过对光刻胶曝光，把高分辨率的投影掩膜版上图形复制到硅片上 在单位时间内生产出足够多的符合质量规格的硅片 2.光学光刻 光学光刻一直是不断缩小芯片特征尺寸的主要限制因素。 光刻的长命归功于设备和工艺的改进。 光 在光学光刻中，需要一个光源来把版图投影到光刻胶上并引起光化学反应。 光的实质是能被人眼看到的电磁波。 光可用波长和频率来描述。 v=λf 光波的干涉 波本质上是正弦曲线。 任何形式的正弦波只要有相同的频率就能相互干涉。 相长干涉：两列波相位相同彼此相加 相消干涉：两列波相位不同彼此相减 光学滤光器 滤光器利用光的干涉阻止不需要的入射光，通过反射或干涉来获得一个特定波长。 滤光器通常由玻璃制成，玻璃上面有一层或多层薄涂层。 涂层的类型和厚度决定了什么波长的光会相消干涉而阻止进入玻璃。 曝光光源 汞灯 准分子激光 汞灯 高压汞灯作为紫外光源被使用在所有常规的I线步进光刻机上。 电流通过装有氙汞气体的管子产生电弧放电。这个电弧发射出一个特征光谱，包括240nm到500nm之间有用的紫外辐射。 汞灯强度峰 光的波长与工艺 光强和曝光剂量 光强——单位面积的功率(mW/cm2)，光强在光刻胶的表面进行测量。 曝光剂量——光强乘以曝光时间，表示光刻胶表面获得的曝光能量。 光刻胶的吸收问题 光刻胶树脂对入射辐射过多的吸收是不希望的。 如果光刻胶吸收过多，光刻胶底部接受的光强就会比顶部的少很多，这个差异导致图形测墙倾斜。 要获得垂直测墙图形，光刻胶必须只吸收入射辐射的一小部分，一般20% 准分子激光 主要优点：可在248n深紫外及以下波长提供较大光强。 准分子是不稳定分子，由惰性气体原子和卤素构成，如ArF，这里分子只存在于准稳定激发态。 常用准分子激光器 透镜材料 透镜传统上由玻璃制成。 对于波长248nm的深紫外光，一种合适的透镜材料是熔融石英，它在深紫外波长范围有较少的光吸收 在193nm深紫外和157nm深紫外波长，可采用氟化钙(CaF2) 光的衍射 光在传播路径中，遇到一个小孔或缝隙时，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。 光的衍射和光刻密切相关。因为掩膜版上有细小图形并且间距很窄，衍射图样夺走了曝光能量，并使光发射，导致光刻胶上不要曝光的区域被曝光。 数值孔径 一个透镜能够俘获一些衍射光。透镜收集衍射光的能力被称做透镜的数值孔径(numerical aperture,NA)。 对于一个给定的透镜，NA测量透镜能够接收多少衍射光，并且把衍射光会聚到一点成像。 NA越大就能把更多的衍射光会聚到一点。 数值孔径 浸没式光刻技术 在32纳米技术节点乃至进一步向下延伸时将要求193纳米浸没式光刻技术在一些领域，如高折射率液体，高折射率光学镜头材料以及高折射率光刻胶等方面取得突破性的进展 浸没式光刻技术的魅力在于将折射率大于1的水介于镜头和硅片之间，从而赋予光刻设备更高的数值孔径，由此也进一步提升了193纳米光刻技术的分辨率极限。 更大的NA 干法光刻系统 193 纳米干法光刻系统Twinscan XT:1450 是ASML必威体育精装版推出的193nm干法光刻系统。数值孔径为0.93；新Aerial-PT 投影光源支持高效偏振化，透镜象差控制和套刻精度水平的提高，使干法ArF 光刻的分辨率延伸至57nm。Twinscan XT:1450 产能达到了每小时143片晶圆Twinscan XT:1450还能采用两次图形曝光技术，助力用户开发32nm 节点工艺。 抗反射涂层 曝光光线通过投影掩膜版后在光刻胶上形成图案。如果光刻胶的底层膜是反光的（如金属和多晶硅层），那么光线将从这个膜层反射并有可能损害临近的光刻胶。 这个损害对控制线宽产生不利影响。 把一种抗反射层(ARC-antireflective coating)直接用于反射材料的表面来减小影响。 分辨率 分辨率——清晰分辨出硅片上间隔很近的特征图形对的能力。 R=k