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数值孔径与分辨力
光刻工作分辨力是光刻机最主要的性能指标,它主要由光刻物镜的
性能决定,根据瑞利(Rayleight)分辨力公式:R=k1λ/NA,式
中λ为工作波长,NA为投影物镜的数值孔径,K1为条件因子。可知
在通常K1值不变情况下,提高光刻工作分辨力主要是缩短工作波长,
增大成像物镜的数值孔径NA。
影响线宽的其他因素和采取的技术措施
物镜的数值孔径确定后,还有以下影响光刻最细线条质量因素,需
要一一采取相应的措施:
(1)成像物镜的像质,包含波象差,光学调制传递函数MTF,以及
像面弯曲、像散和畸变等。像质欠好都直接影响最细线宽的质量。设
计要求波差必须在λ/4内,对应分辨线条全视场达到光学调制传递
函数MTF≥0.55,在一定离焦情况下,全视场传递函数MTF0.4,
畸变0.1μm,像散和像面弯曲小。
(2)成像照明与物镜光路匹配、照明相干度选择,以及照明不均匀性
也都直接影响最细线条质量。必须与成像物镜匹配设计,出入瞳对应,
相干度可调,掩模和硅片表面光强分布均匀,其不均匀性控制在±2%
以内。
(3)曝光能量的不均影响线条质量,积分控制误差≤±015%,能使
曝光能量均匀。
(4)光刻焦平面位置的不准确和不重复,以及硅片本身的挠曲变形,
都对线条影响较大。硅片工作面位置调整应考虑整场高精度调平,逐
场调焦。为了方便光刻工艺,调焦调整采取可编程偏置计算机自动控
制,数码量值为0.05μm,精度±0.1μm(3sigma)。
(5)掩模版的热膨胀和倾斜挠曲变形也影响线条质量。增大对流散的
空间与通道,提高真空吸附承载面精度,以及光刻物镜设计成双远
心系统,可克服倾斜带来的影响。
(6)硅片目标位抖动和机械振动也影响线条质量。提高工件台的重复
定位精度和定位稳定性,精度达0.08μm(3sigma),并且选用无机
械接触,冲击小的光学编码器旋转快门,以减小图形目标位抖动及
快门开启时振动。
(7)温度、气压环境条件变化可引起物镜倍率变化、焦点漂移,从而
影响光刻线条质量。一方面实行温度、气压控制补偿,另一方面,采
用零膨胀系数的合金材料,克服环境影响。
(8)离轴照明可提高分辨力和增大焦深,在照明系统中设置照明相
干片,实现四极和环形离轴照明,虽然曝光时间增长,但在光刻超
微细线条(0.5μm1)时,可达到超高分辨力。
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