15-图形曝光与光刻教材课程.ppt

SCALPEL?writing strategy 电子束抗蚀剂 电子束抗蚀剂是一种聚合物，其性质与一般光学用抗蚀剂类似。换言之，通过光照造成抗蚀剂产生化学或物理变化，这种变化可使抗蚀剂产生图案。 邻近效应 在光学图形曝光中，分辨率的好坏是由衍射来决定的。在电子束图形曝光中，分辨率好坏是由电子散射决定的。当电子穿过抗蚀剂与下层的基材时，这些电子将经历碰撞而造成能量损失与路径的改变。因此入射电子在行进中会散开，直到能量完全损失或是因背散射而离开为止。 100个能量为20keV的电子 在PMMA中的运动轨迹模拟 在抗蚀剂与衬底界面间，正向散射 与背散射的剂量分布 极远紫外光图形曝光（EUV） EUV技术极有肯成为下一代图形曝光系统技术。可将曝光波长延伸到30 nm而不会降低产率。 因为EUV光束很窄，必须利用光束扫描方式将描述电路图案的掩模版层完全扫描。 EUV已经证实可利用波长为13nm的光源，在PMMA抗蚀剂上制作出50 nm的图案。 挑战：所以的材料对EUV光都有强的吸收能力，所以曝光过程必须在真空下进行。照相机必须使用反射透镜器件，而且必须覆盖多层的覆盖层才可以参数1/4波长的布喇格反射分布。掩模版空片必须覆盖多层膜，以便在波长为10-14nm得到最大的反射率。 X射线图形曝光（XRL） XRL图形曝光极有潜力继承光学图形曝光来制作100nm的集成电路。当利用同步辐射光储存环进行批量生产时，一般选择X射线源。它提供一个大的聚光通量，且可轻易容纳10-20台光刻机。 XRL是利用类似光学遮蔽接近式曝光的一种遮蔽式曝光。 掩模版为XRL系统中最困难且关键的部分，而且X射线掩模版的制作比光学掩模版来得复杂。为了避免X射线在光源与掩模版间被吸收，通常曝光都在氦的环境下完成。 可以利用电子束抗蚀剂来作为X射线抗蚀剂，因为当X射线被原子吸收，原子会进入激发态而射出电子。激发态原子回到基态时，会释放出X射线，此X射线被原子吸收，故此过程一直持续进行。所有这些过程都会造成电子射出，所以抗蚀剂在X射线照射下，就相当于被大量的二次电子照射。 X射线图形曝光的几何效应 离子束图形曝光 离子束图形曝光比光学、X射线与电子束图形曝光技术有更高的分辨率，因为离子有较高的质量而且比电子有较小的散射。最主要的应用为修补光学图形曝光用的掩模版。下图为60keV的50个氢离子注入PMMA及不同衬底中的电脑模拟轨迹。 不同图形曝光方法的比较 先前讨论的图形曝光方法，都有100nm的或更好分辨率。每种都有其限制：光学法的衍射现象、电子束的邻近效应、X射线的掩模版制作复杂、EUV的掩模版空片的制作困难、离子束的随机空间电荷效应。 对于IC的制造，多层掩模版是必需的，然而，所有的掩模版层并不需要都用相同的图形曝光方法。采用混合与配合的方法，可利用每一种图形曝光工艺的优点来改善分辨率与提供产率。 根据半导体工业协会的设想，IC制作技术将在2010年时会达到50nm。对于每一代新技术，由于要求更小的特征尺寸与更严格的套准容差，图形曝光技术更成为推动半导体工业的关键性技术。 各种图形曝光技术的比较如下 光学 248/193nm SCALPEL EUV X射线 离子束 光刻机 光源 激光 电子束 极远紫外线 同步辐射 离子束 衍射限制 有 没有 有 有 没有 曝光法 折射式 折射式 折射式 直接光照 全区折射式 步进与扫描 是 是 是 是 步进机 200mm硅晶片的产率（片/h） 40 30-35 20-30 30 30 掩模版 缩小倍率 4x 4x 4x 1x 4x 光学邻近修正 需要 不需要 需要 需要 不需要 辐射路径 穿透 穿透 反射 穿透 印刷式 抗蚀剂 单层或多层 单层 单层 表面成像 单层 单层 化学放大抗蚀剂 是 是 不是 是 不是 各种曝光系统的分辨率与硅片产率的关系 湿法化学腐蚀（WCE） WCE在半导体工艺中广泛使用，从半导体晶片被切割开始，WCE就用在研磨与抛光上，以获得平整与无损伤的表面。热氧化与外延前，化学清洗去除污染。尤其适合将多晶硅、氧化物、氮化物、金属与III-V族化合物等作整片的腐蚀。 WCE包括三种主要步骤： 1、反应物通过扩散方式到达反应表面； 2、化学反应在表面发生； 3、反应生成物通过扩散离开表面。 搅动、腐蚀液的温度都会影响腐蚀速率。IC工艺中，大多数WCE是将晶片浸入化学溶液中，或是喷射腐蚀液在晶片表面。 腐蚀速率均匀度可用腐蚀速率的百分比均匀度来表示： WCE的基本机制 硅的腐蚀 对半导体而言，WCE通常是先将表面氧化，然后再将氧化层以化学反应加以溶解。对硅而言，常见的腐蚀剂为硝酸（HNO3）和氢氟酸（HF） 水可以作为上述腐蚀剂的稀释剂，然而醋酸比水要好，它可减缓硝酸的溶解。 一些腐蚀剂溶解某些单晶硅晶面