微细加工（微电子工艺）9.ppt

4、三种光柱曝光效率的比较 例1、 10d 5d 5d 10d 13d 115d2 例2、1M DRAM 的芯片尺寸为 9.6×9.6 mm2，最小线宽 1 ?m，平均曝光面积 4×4 mm2 ，曝光图形约为 460 万个。每个 4 英寸硅片上可容纳 52 个芯片。若采用 D = 0.25 ?m 的高斯圆形束 ，每点的曝光时间为 1 ?s ，则单纯用于曝光的时间近 4 个小时 ；若采用可变矩形束，每点的曝光时间为 1.8 ?s ，则单纯用于曝光的时间仅 7 分钟。 六、直写电子束光刻机的扫描方式 1、光栅扫描 采用高斯圆形束。电子束在整个扫描场里作连续扫描，通过控制光闸的通断来确定曝光区与非曝光区。 光栅扫描的优点是 控制简单，不需对偏转系统进行控制。缺点是 生产效率低。 由于扫描场的范围较小，必须配合工件台的移动来完成对整个硅片的曝光。按工件台的移动方式又可分为 分步重复光栅扫描 和 连续光栅扫描 两种。 2、矢量扫描 除高斯圆形束外，也可以采用固定方形束或可变矩形束。矢量扫描的优点是 曝光效率高，因为电子束不需对占总面积约 60% ~ 70% 的无图形区域进行扫描，而且可采用可变矩形束。 缺点是 控制系统要复杂一些，因为矢量扫描必须对偏转系统进行控制，而不象光栅扫描那样采用固定的偏转方式。 9.3 直写电子束光刻概要和展望 直写电子束光刻的主要优点是 分辨率高，作图灵活。主要缺点是 曝光效率低，控制复杂。为了提高效率，已经开发出了高亮度源、矢量扫描系统、与大数值孔径透镜相结合的低感应偏转线圈等。但是直写电子束光刻在最好的情况下也比光学光刻系统慢一个数量级。可能的解决方法是使用一种大量电子束源同时曝光的多电子束曝光系统， 直写电子束光刻目前主要用于光刻版的制造。也可用于产量不大，但要求分辨率特别高，图形要经常变化的场合，如高速 GaAs 集成电路等。 9.4 X 射线源 为了提高分辨率，可以采用波长λ= 0.2 ~ 4 nm 的 X 射线作为曝光的光源。 1、电子碰撞 X 射线源 用高能电子束轰击金属靶（如 Al、W、Mo），使靶金属的内层束缚电子离开靶材料，当另一个束缚电子去填充这一空位时，即可发射出 X 射线。 这种 X 射线源的主要缺点是效率很低，只有几万分之一。功率消耗达数万瓦，并产生大量的热。除了用水冷却外，还可使阳极高速旋转。 2、等离子体 X 射线源 用聚焦的高能电子束或激光束轰击金属薄膜，使之蒸发成为等离子体。超热的金属等离子体蒸汽将发射 X 射线，波长为 0.8 ~ 10 nm 。 这种 X 射线源从激光到 X 射线的转换效率约为 10%，光强比较强，并有非常小的直径，比较适合于光刻。 X 射线 硅片 电子在同步加速器中作圆周运动，加速方向与其运动切线方向相垂直，在沿运动方向的切线上发射出 X 射线，电子在发射 X 射线过程中损失的能量在射频腔中得到补充 。 3、同步加速器 X 射线源 这种 X 射线源的亮度最强，效率较高，一台 X 射线源可以支持多达 16 台曝光设备。 但这种 X 射线源极其庞大昂贵，电子同步加速器的直径可达 5 米以上。限制来自磁场方面。如果将来能获得高临界温度的超导材料，则利用超导磁场可建立直径约 2 米的紧凑型电子同步加速器。此外，这种 X 射线源还存在辐射安全问题。 靶 激光 X 射线 掩模版 硅片 抽气 由于很难找到合适材料对 X 射线进行反射和折射， X 射线透镜的制造是极其困难的，因此只能采用 接近式曝光方式。为了使由点光源发射的 X 射线尽量接近平行光，应该使光源与掩模的距离尽量远。对于大规模集成电路的制造来说，由于受到掩模尺寸的限制，只能采用 步进的 接近方式。 9.5 接近式 X 射线系统 光刻用的 X 射线波长约为 1nm，可以忽略衍射效应。影响 X 射线分辨率的主要因素是由于 X 射线源不是严格的点光源而引起的 半影畸变，和由于 X 射线的发散性而引起的 几何畸变。 要使δ 和 ?max 减小，应增大 D 或减小 S 。但太大的 D 值会减小 X 射线的强度。另外，由于几何畸变的影响要比半影畸变的大，可以采用步进的方法来减小每步曝光的视场尺寸 W ，从而减小几何畸变 ?max ，或在设计掩模版时进行补偿。 例如，若 d = 5 mm，D = 400 mm