光刻技術(shù)剖析PPT課件

1、1 第1頁(yè)/共85頁(yè)2 10.1 光刻掩模版的制造 掩模版就是將設(shè)計(jì)好的特定幾何圖形通過(guò)一定的方法以一定的間距和布局做在基版上，供光刻工藝中重復(fù)使用。 制造商將設(shè)計(jì)工程師交付的標(biāo)準(zhǔn)制版數(shù)據(jù)傳送給一個(gè)稱作圖形發(fā)生器的設(shè)備，圖形發(fā)生器會(huì)根據(jù)該數(shù)據(jù)完成圖形的產(chǎn)生和重復(fù)，并將版圖數(shù)據(jù)分層轉(zhuǎn)移到各層光刻掩模版（為涂有感光材料的優(yōu)質(zhì)玻璃板）上，這就是制版。 第2頁(yè)/共85頁(yè)3 掩模版使用低膨脹系數(shù)的熔融石英上淀積金屬鉻（1000埃）制成。 通過(guò)電子束直寫，將設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)化為掩模版圖形。 特征尺寸減小，要求保護(hù)掩模版避免掉鉻、擦傷、顆粒污染和靜電放電損傷。第3頁(yè)/共85頁(yè)4 光刻版第4頁(yè)/共85頁(yè)5第5頁(yè)/共8

2、5頁(yè)6 (A)電路圖；(B)版圖(A)(B)第6頁(yè)/共85頁(yè)7 10.1.1 制版工藝簡(jiǎn)介 掩模版的制作流程 第7頁(yè)/共85頁(yè)8 10.1.1 制版工藝簡(jiǎn)介 n硅平面晶體管或基層電路掩膜版的直走，一般來(lái)講要經(jīng)過(guò)原圖繪制（版圖繪制和刻分層圖）、初縮、精縮兼分布重復(fù)、復(fù)印陰版和復(fù)印陽(yáng)版等幾部。n在實(shí)際制作中，掩膜版制作人員根據(jù)圖形產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，再加上不同的應(yīng)用需求及規(guī)格，會(huì)選用不同的制作流程。第8頁(yè)/共85頁(yè)910.1.1 制版工藝簡(jiǎn)介 一般集成電路的制版工藝流程示意圖 第9頁(yè)/共85頁(yè)10 10.1.1 制版工藝簡(jiǎn)介 n版圖繪制：在版圖設(shè)計(jì)完成后，一般將其放大100-1000倍，在坐標(biāo)紙上畫出版圖

3、總圖。n刻分層圖：生成過(guò)程中需要幾次光刻版，總圖上就含有幾個(gè)層次的圖形。為了分層制出各次光刻版，首先分別在表面貼有紅色膜的透明聚酯塑料膠片（紅膜）的紅色薄膜層上刻出各個(gè)層次的圖形，揭掉不要的部分，形成紅膜表示的各層次圖形?？碳t膜第10頁(yè)/共85頁(yè)11 10.1.1 制版工藝簡(jiǎn)介 n初縮：對(duì)紅膜圖形進(jìn)行第一次縮小，得到大小為最后圖形十倍的各層初縮版。n緊縮兼分布重復(fù)：一個(gè)大圓片上包含有成千上萬(wàn)個(gè)管芯，所用的光刻版上當(dāng)然就應(yīng)當(dāng)重復(fù)排列有成千上萬(wàn)個(gè)相同的圖形。第一是將初縮版的圖形進(jìn)一步縮小為最后的實(shí)際大小，并同時(shí)進(jìn)行分布重復(fù)；第二是得到可用于光刻的正式掩膜版。直接由精縮兼分布重復(fù)得到的稱為模板。第1

4、1頁(yè)/共85頁(yè)12 10.1.1 制版工藝簡(jiǎn)介 n復(fù)?。涸诩呻娐飞a(chǎn)的光刻過(guò)程中，掩膜版會(huì)受磨損產(chǎn)生傷痕。使用一定次數(shù)后需要換用新掩膜版。因此得到目版后要采用復(fù)印技術(shù)復(fù)制多塊工作掩膜版工光刻用。第12頁(yè)/共85頁(yè)13 10.1.2 掩模板的基本構(gòu)造及質(zhì)量要求掩模版的基本構(gòu)造 第13頁(yè)/共85頁(yè)14 10.1.2 掩模板的基本構(gòu)造及質(zhì)量要求n玻璃基片，一般具有低熱膨脹系數(shù)、低含鈉含量、高化學(xué)穩(wěn)定性及高光穿透性等特質(zhì)；n掩膜版之所以可以作為圖形轉(zhuǎn)移的模板，關(guān)鍵就在于有無(wú)鉻膜的存在，有鉻膜的地方，光線不能穿越，反之，則光可透過(guò)石英玻璃而照射在涂有光刻膠的晶片上，晶片再經(jīng)過(guò)顯影，產(chǎn)生不同的圖形。第1

5、4頁(yè)/共85頁(yè)15 掩模版上的缺陷一般來(lái)自兩個(gè)方面： 一是掩模版圖形本身的缺陷，大致包括針孔、黑點(diǎn)、黑區(qū)突出、白區(qū)突出、邊緣不均及刮傷等，此部分皆為制作過(guò)程中所出現(xiàn)的，目前是利用目檢或機(jī)器原形比對(duì)等方式來(lái)篩選； 二是指附著在掩模版上的外來(lái)物，為解決此問(wèn)題，通常在掩模版上裝一層保護(hù)膜。掩模版保護(hù)膜功能示意圖第15頁(yè)/共85頁(yè)1610.1.2 掩模板的基本構(gòu)造及質(zhì)量要求光刻工藝對(duì)掩模版的質(zhì)量要求歸納有如下幾點(diǎn)： 每一個(gè)微小圖形尺寸精確無(wú)畸變。 圖形邊緣清晰、銳利，無(wú)毛刺，過(guò)渡區(qū)要小。 整套掩模中的各塊掩模能很好地套準(zhǔn)。 圖形與襯底要有足夠的反差，透明區(qū)無(wú)灰霧。 掩模應(yīng)盡可能做到無(wú)缺陷。 版面平整、

6、光潔、結(jié)實(shí)耐用。第16頁(yè)/共85頁(yè)17 10.1.3 鉻版的制備技術(shù)鉻版工藝的特點(diǎn)如下: 由于金屬鉻膜與相應(yīng)的玻璃襯底有很強(qiáng)的粘附性能；質(zhì)地堅(jiān)硬。所以耐磨、壽命長(zhǎng)。 圖形失真小，分辨率極高。 鉻膜的光學(xué)密度大，搭配透明襯底，反差極好。 金屬鉻在空氣中十分穩(wěn)定。 鉻膜版制備有兩個(gè)部分的內(nèi)容：蒸發(fā)蒸鍍與光刻技術(shù)第17頁(yè)/共85頁(yè)18 10.1.3 鉻版的制備技術(shù)空白鉻版制作工藝流程第18頁(yè)/共85頁(yè)19 1、玻璃基板的選擇與制備（1）基板玻璃的選擇為保證版的質(zhì)量，玻璃襯底必須滿足如下要求： 熱膨脹系數(shù)：要求越小越好，對(duì)于白玻璃，要求9.310-6K-1；對(duì)于硼硅玻璃，要求4.510-6K-1；對(duì)于

7、石英玻璃，要求0.510-6K-1。 透射率：在360nm以上的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，透射率在90%以上。 化學(xué)穩(wěn)定性：掩模版在使用和儲(chǔ)存過(guò)程中，很難絕對(duì)避免與酸、堿、水和其它氣氛接觸。它們對(duì)玻璃都有不同程度的溶解力。 選擇方法：表面光澤，無(wú)突起點(diǎn)、凹陷、劃痕和氣泡，版面平整。厚度適中、均勻。對(duì)于接觸式曝光，為能承受接觸復(fù)印壓力，厚度應(yīng)在3mm以上。第19頁(yè)/共85頁(yè)20 （2）玻璃基板的制備 挑選好的制版玻璃，通過(guò)切割、銑邊、例棱、倒角、粗磨、精磨、厚度分類、粗拋、精拋、超聲清洗、檢驗(yàn)、平坦度分類等工序后，制成待用的襯底玻璃。2、鉻膜的蒸發(fā) 鉻版通常采用純度99%以上的鉻粉作為蒸發(fā)源，把其裝在加熱用的

8、鉬舟內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)。蒸發(fā)前應(yīng)把真空度抽至10-3mmHg以上，被蒸發(fā)的玻璃需加熱。其它如預(yù)熱等步驟與蒸鋁工藝相似。 第20頁(yè)/共85頁(yè)21 3、蒸發(fā)后對(duì)鉻膜的質(zhì)量檢查從真空室中取出蒸好的鉻版，用丙酮棉球擦洗表面，然后放在白熾燈前觀察。檢查鉻層有否針孔，厚度是否均勻，厚薄是否適當(dāng)。如果鉻膜太厚，腐蝕時(shí)容易鉆蝕，影響光刻質(zhì)量。太薄則反差不夠高。鉻膜的厚度可用透過(guò)鉻版觀察白熾燈絲亮度的方法，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷；精確的厚度必須用測(cè)厚儀測(cè)量。鉻膜質(zhì)量不好的常見毛病是針孔，產(chǎn)生原因主要是玻璃基片的清潔度不夠好，有水汽吸附，鉻粉不純，表面存在塵埃等。 第21頁(yè)/共85頁(yè)2210.1.3 鉻版的制備技術(shù) 4、鉻膜質(zhì)量（

9、1）膜厚（2）均勻性（3）針孔（4）牢固度第22頁(yè)/共85頁(yè)23 10.1.4 彩色版制備技術(shù) 彩色版是一種采用新型的透明或半透明掩模，因有顏色，即俗稱彩色版，它可克服超微粒干版缺陷多，耐磨性差及鉻版針孔多、易反光、不易對(duì)準(zhǔn)等缺點(diǎn)。彩色版的最主要特點(diǎn)是對(duì)曝光光源波長(zhǎng)不透明，而對(duì)于觀察光源波長(zhǎng)透明。彩色版種類很多，有氧化鐵版、硅版、氧化鉻版、氧化亞銅版等，目前應(yīng)用較廣的是氧化鐵彩色版。 氧化鐵具備作為選擇透明掩模材料的所有要求的最佳的化學(xué)和物理特性。據(jù)報(bào)道，在紫外區(qū)（300400nm）的透射率小于1%，在可見光區(qū)（400800nm）透射率大于30%。 第23頁(yè)/共85頁(yè)24 氧化鐵版在使用上還有

10、以下優(yōu)點(diǎn)： 在觀察光源波長(zhǎng)下是透明的，而在曝光光源波長(zhǎng)下是不透明的。 反射率較低的。 克服光暈效應(yīng)。 結(jié)構(gòu)致密且無(wú)定形，針孔少。 與玻璃粘附性好、比較耐磨。 復(fù)印腐蝕特性比較好。第24頁(yè)/共85頁(yè)2510.1.5 光刻制版面臨的挑戰(zhàn) 1、傳統(tǒng)光學(xué)光刻及制版技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)2、掩模制造設(shè)備面臨的挑戰(zhàn)3、越來(lái)越重要的DFM（Design for Manufacturing）4、掩模版檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)第25頁(yè)/共85頁(yè)26第26頁(yè)/共85頁(yè)27第27頁(yè)/共85頁(yè)2810.2 光刻膠（PR-光阻）光阻） 光刻時(shí)接受圖像的介質(zhì)稱為光刻膠。 以光刻膠構(gòu)成的圖形作為掩膜對(duì)薄膜進(jìn)行腐蝕，圖形就轉(zhuǎn)移到晶片表面的

11、薄膜上了，所以也將光刻膠稱為光致抗蝕劑。 光刻膠在特定波長(zhǎng)的光線下曝光，其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。 如果膠的曝光區(qū)在顯影中除去，稱為正膠；反之為負(fù)膠。第28頁(yè)/共85頁(yè)29使用光刻膠的目的： 將掩膜版圖案轉(zhuǎn)移到硅片表面頂層的光刻膠中； 在后續(xù)工藝中，保護(hù)下面的材料；隨著尺寸的越來(lái)越小，需要注意和改進(jìn)的幾個(gè)點(diǎn)：更好的圖形清晰度、黏附性、均勻性、增加工藝容度。第29頁(yè)/共85頁(yè)30 10.2 光刻膠 聚合物材料：聚合物在廣德照射下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其主要作用是保證光刻膠薄膜的附著性和抗腐蝕性；使膠具有一定的粘度，能均勻涂覆； 感光材料：感光材料一般為復(fù)合物（簡(jiǎn)稱PAC或感光劑）。感光劑在受光輻照之后會(huì)發(fā)生化學(xué)

12、反應(yīng)。正膠的感光劑在未曝光區(qū)域起抑制作用，可以減慢光刻膠在顯影液中的溶解速度。在正性光刻膠暴露于光線時(shí)有化學(xué)反應(yīng)，是抑制劑變成感光劑，從而增強(qiáng)了膠的溶解速度。 溶劑 ：它的作用是可以控制光刻膠機(jī)械性能，使其在被涂到硅片表面之前保持液態(tài)。1、組成第30頁(yè)/共85頁(yè)31 按曝光區(qū)在顯影中被去除或保留來(lái)劃分： 正（性）膠 負(fù)（性）膠 按其用途劃分： 光學(xué)光刻膠 電子抗蝕劑 X-射線抗蝕劑2、分類第31頁(yè)/共85頁(yè)3210.2.1 光刻膠的特征量 響應(yīng)波長(zhǎng) 靈敏度，又稱光敏度，指最小曝光劑量E0 抗蝕性，指耐酸、堿能力 黏滯性，指流動(dòng)特性的定量指標(biāo) 黏附性 ，指與硅、二氧化硅表面結(jié)合力的大小 光刻膠的

13、膨脹 微粒數(shù)量和金屬含量 儲(chǔ)存壽命 第32頁(yè)/共85頁(yè)33 10.2.2 光學(xué)光刻膠n響應(yīng)波長(zhǎng)在紫光和近、中、遠(yuǎn)紫外線的光刻膠稱為光學(xué)響應(yīng)波長(zhǎng)在紫光和近、中、遠(yuǎn)紫外線的光刻膠稱為光學(xué)光刻膠。光刻膠。n其中紫光和近紫外線正、負(fù)膠有多種，用途非常廣泛。其中紫光和近紫外線正、負(fù)膠有多種，用途非常廣泛。第33頁(yè)/共85頁(yè)34 1、正膠 目前用得最多的膠，曝光后，窗口處的膠膜被顯影液除去。 當(dāng)前常用正膠為DQN，組成為光敏劑 重氮醌(DQ)，堿溶性的酚醛樹脂(N)，和溶劑二甲苯等。 響應(yīng)波長(zhǎng)330-430nm 膠膜厚1-3m，顯影液是氫氧化鈉等堿性物質(zhì)。第34頁(yè)/共85頁(yè)35 1、正膠正膠正膠IC主導(dǎo)第

14、35頁(yè)/共85頁(yè)36 DQN顯影原理 曝光的重氮醌退化，易溶于顯影液，未曝光的重氮醌和樹脂構(gòu)成的膠膜難溶于堿性顯影液。光刻膠曝光、水解和顯影過(guò)程中光刻膠曝光、水解和顯影過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)方程的化學(xué)反應(yīng)方程第36頁(yè)/共85頁(yè)372、負(fù)膠 最早用的光刻膠。曝光后，窗口處的膠膜保留，未曝光的膠膜被顯影液除去，圖形發(fā)生反轉(zhuǎn)。 負(fù)膠多由長(zhǎng)鏈高分子有機(jī)物組成。如由順聚異戊二烯和對(duì)輻照敏感的交聯(lián)劑，以及溶劑組成得負(fù)膠，響應(yīng)波長(zhǎng)330-430nm，膠膜厚度0.3-1m，顯影液二甲苯等。第37頁(yè)/共85頁(yè)382、負(fù)膠負(fù)膠負(fù)膠第38頁(yè)/共85頁(yè)39 順聚異戊二烯負(fù)膠顯影原理 曝光的順聚異戊二烯在交聯(lián)劑作用下交聯(lián)，成

15、為體型高分子，并固化，不再溶于有機(jī)溶劑構(gòu)成的顯影液，而未曝光的長(zhǎng)鏈高分子溶于顯影液，顯影時(shí)被去掉。順聚異戊二烯+交聯(lián)劑hv固化為體型分子固化為體型分子第39頁(yè)/共85頁(yè)40 3 正、負(fù)膠比較 正膠，顯影容易，圖形邊緣齊，無(wú)溶漲現(xiàn)象，光刻的分辨率高，去膠也較容易。 負(fù)膠顯影后保留區(qū)的膠膜是交聯(lián)高分子，在顯影時(shí)，吸收顯影液而溶漲，另外，交聯(lián)反應(yīng)是局部的，邊界不齊，所以圖形分辨率下降。光刻后硬化的膠膜也較難去除。但負(fù)膠比正膠相抗蝕性強(qiáng)。 第40頁(yè)/共85頁(yè)41 正膠和負(fù)膠進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移示意圖 第41頁(yè)/共85頁(yè)42 其他光刻膠：n電子束光刻膠：也是涂在襯底表面用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖形傳遞的物質(zhì)，通過(guò)電子束曝光使得

16、光刻膠層形成所需要的圖形。通常用于非光學(xué)光刻中的光刻膠由長(zhǎng)鏈碳聚合物組成。n在相鄰鏈上碳聚合物接受電子束照射的原子會(huì)產(chǎn)生移位，導(dǎo)致碳原子直接鍵合，這一過(guò)程稱為交聯(lián)。高度交聯(lián)的分子在顯影液中溶解緩慢。nX射線光刻膠：第42頁(yè)/共85頁(yè)43 10.3 光學(xué)分辨率增強(qiáng)技術(shù) 光學(xué)分辨率增強(qiáng)技術(shù)包括：移相掩模技術(shù)（phase shift mask )、 離軸照明技術(shù)(off-axis illumination)、光學(xué)鄰近效應(yīng)校正技術(shù)(optical proximity correction)、光瞳濾波技術(shù)（pupil filtering technology）等。第43頁(yè)/共85頁(yè)44 10.3.1 移

17、相掩模技術(shù) 移相掩模的基本原理是在光掩模的某些透明圖形上增加或減少一個(gè)透明的介質(zhì)層，稱移相器，使光波通過(guò)這個(gè)介質(zhì)層后產(chǎn)生180的位相差，與鄰近透明區(qū)域透過(guò)的光波產(chǎn)生干涉，抵消圖形邊緣的光衍射效應(yīng)，從而提高圖形曝光分辨率。移相掩模技術(shù)被認(rèn)為是最有希望拓展光學(xué)光刻分辨率的技術(shù)之一。 第44頁(yè)/共85頁(yè)45 通過(guò)移相層后光波與正常光波產(chǎn)生的相位差可用下式表達(dá)：) 1(2ndQ式中 d移相器厚度； n移相器介質(zhì)的折射率； 光波波長(zhǎng)。第45頁(yè)/共85頁(yè)46 附加材料造成附加材料造成光學(xué)路逕差異，光學(xué)路逕差異，達(dá)到反相達(dá)到反相第46頁(yè)/共85頁(yè)4710.3.1 移相掩模技術(shù)移相掩模的主要類型有： 交替式P

18、SM 衰減型PSM 邊緣增強(qiáng)型PSM 無(wú)鉻PSM 混合PSM第47頁(yè)/共85頁(yè)48 10.3.2 離軸照明技術(shù)n離軸照明技術(shù)是指在投影光刻機(jī)中所有照明掩模的光線都與主光軸方向有一定夾角，照明光經(jīng)過(guò)掩模衍射后，通過(guò)投影光刻物鏡成像時(shí)，仍無(wú)光線沿主光軸方向傳播。是被認(rèn)為最有希望拓展光學(xué)光刻分辨率的一種技術(shù)之一。n它能大幅提高投影光學(xué)光刻系統(tǒng)的分辨率和增大焦深。n離軸照明的種類有：二極照明、四極照明、環(huán)形照明等。第48頁(yè)/共85頁(yè)49 可以減小對(duì)分辨率的限制、增加成像的焦深且提高了可以減小對(duì)分辨率的限制、增加成像的焦深且提高了MTF第49頁(yè)/共85頁(yè)50 部分相干照明()時(shí)，傳統(tǒng)光刻截止分辨率為R傳

19、統(tǒng)/2NA(1+)。離軸照明時(shí)，所照明光都與主光軸有一定的夾角，光經(jīng)過(guò)掩模衍射，由投影透鏡成像時(shí)，系統(tǒng)截止頻率為)1 (NA2離軸R式中，為照明傾斜角。顯然離軸照明技術(shù)有利：提高分辨率。第50頁(yè)/共85頁(yè)51 OAI的原理的原理11)1(SNAkR例如：當(dāng)例如：當(dāng) 1NA（1S）時(shí)，）時(shí)，R可以可以提高提高1倍！倍！第51頁(yè)/共85頁(yè)52 實(shí)現(xiàn)方式：環(huán)形照明實(shí)現(xiàn)方式：環(huán)形照明 四極照明四極照明 兩極照明兩極照明 在投影曝光系統(tǒng)中，掩模圖形的空間像的對(duì)比度（MTF）依賴于投影物鏡中參與成像的1級(jí)以上衍射光的比例。由于收集了較多高頻信號(hào)，離軸照明技術(shù)通過(guò)降低成像光束中的低頻成分來(lái)提高高頻成分在總光

20、強(qiáng)中的比例，從而提高了空間像的對(duì)比度。第52頁(yè)/共85頁(yè)53 10.3.3 光學(xué)鄰近效應(yīng)校正技術(shù) n光學(xué)鄰近效應(yīng)是指在光刻過(guò)程中，由于掩模上相鄰微細(xì)圖形的衍射光相互干涉而造成像面光強(qiáng)分布發(fā)生改變，使曝光得到的圖形偏離掩模設(shè)計(jì)所要求的尺寸和形狀。這些畸變將對(duì)集成電路的電學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生較大的影響。光刻圖形的特征尺寸越接近于投影光學(xué)光刻系統(tǒng)的極限分辨率時(shí)，鄰近效應(yīng)就越明顯。n光學(xué)鄰近效應(yīng)校正技術(shù)，是在掩膜設(shè)計(jì)是采用將圖形預(yù)先畸變的方法對(duì)光學(xué)鄰近效應(yīng)加以校正，使光刻后能得到符合設(shè)計(jì)要求的電路圖形。n光學(xué)鄰近效應(yīng)校正的種類有：線條偏置法、形狀調(diào)整法、加襯線法、微型灰度法。 第53頁(yè)/共85頁(yè)54 10.3.

21、3 光學(xué)鄰近效應(yīng)校正技術(shù) OPC實(shí)例 第54頁(yè)/共85頁(yè)55 10.3.4 光瞳濾波技術(shù) n光瞳濾波技術(shù)就是利用濾波器適當(dāng)調(diào)整投影光學(xué)光刻成像系統(tǒng)的光瞳處掩模頻譜的零級(jí)光與高頻光的振幅或相位的關(guān)系，使高頻光部分盡量多的通過(guò)，減少低頻光的通過(guò)，從而提高光刻圖形成像對(duì)比度，達(dá)到提高光刻分辨率和增大焦深的目的。n光瞳濾波的種類有：振幅濾波、相位濾波和復(fù)合濾波。第55頁(yè)/共85頁(yè)56 光瞳濾波技術(shù)需要解決的問(wèn)題：不同的掩模圖形對(duì)應(yīng)不同的最優(yōu)濾波器，這要求濾波器在光瞳面上易于取放； 濾波器在光瞳面內(nèi)與掩模頻譜的精確對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題；濾波器對(duì)強(qiáng)紫外光長(zhǎng)時(shí)間的吸收和反射引起的熱量問(wèn)題；濾波器的材料和移相器的制造還需

22、作大量研究。第56頁(yè)/共85頁(yè)57 10.4 紫外線曝光技術(shù)n光刻技術(shù)可利用可見光、近紫外光、中紫外光、深紫外光、真空紫外光、極紫外光、X-光等光源對(duì)光刻膠進(jìn)行照射；n其它曝光技術(shù)的主要有：電子束光刻、X-射線光刻、離子束光刻 ；n以UV和DUV光源發(fā)展起來(lái)的曝光方法主要有：接近式曝光、接觸式曝光和投影式曝光。 第57頁(yè)/共85頁(yè)58 10.5 其他曝光技術(shù)n光刻技術(shù)可利用可見光、近紫外光、中紫外光、深紫外光、真空紫外光、極紫外光、X-光等光源對(duì)光刻膠進(jìn)行照射；n其它曝光技術(shù)的主要有：電子束光刻、X-射線光刻、離子束光刻 ；n以UV和DUV光源發(fā)展起來(lái)的曝光方法主要有：接近式曝光、接觸式曝光和

23、投影式曝光。 第58頁(yè)/共85頁(yè)5910.5.1 電子束光刻電子束光刻是采用電子束光刻機(jī)進(jìn)行的光刻，有兩種方式：一是在一臺(tái)設(shè)備中既發(fā)生圖形又進(jìn)行光刻，就是直寫光刻（不用光刻板的光刻）；另一種是兩個(gè)系統(tǒng)，制版和光刻分別進(jìn)行。電子束光刻已應(yīng)用于制造高精度掩模版、移相掩膜版和x射線掩模版。第59頁(yè)/共85頁(yè)60目前電子束直寫可實(shí)現(xiàn)目前電子束直寫可實(shí)現(xiàn)0.36um線寬線寬第60頁(yè)/共85頁(yè)6110.5.1 電子束光刻 電子抗蝕劑對(duì)10-30kV的電子束靈敏，有正性抗蝕劑，負(fù)性抗蝕劑。常用的正性抗蝕劑有PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）膠，分辨率可達(dá)10nm。EBR-9（丙烯酸鹽基類），靈敏度比PMMA高10

24、倍，最小分辨率只有0.2m。第61頁(yè)/共85頁(yè)62 電子束的散射有前向散射和背散射，背散射角大，是造成鄰近效應(yīng)的主要原因第62頁(yè)/共85頁(yè)6310.5.2 X射線光刻 以高強(qiáng)度的電子束轟擊金屬靶材，使其發(fā)射X射線，X射線作為曝光光源，在 0.2-4nm。 掩膜版：為了X-射線能夠透過(guò)，掩膜版很薄，對(duì)X射線透明的Si、SiN、BN和聚酯薄膜為基片在上面淀積金薄膜，以此作為空白版，金膜能吸收X射線，以電子束制版方法制備掩膜版版。第63頁(yè)/共85頁(yè)64影響分影響分辨率的辨率的不是衍不是衍射，而射，而是是半陰半陰影影和和幾幾何畸變何畸變第64頁(yè)/共85頁(yè)65 在電子抗蝕劑中加入銫、鉈等，能增加抗蝕劑對(duì)

25、X-射線的吸收能力，可以使之作為X-射線抗蝕劑。如PMMA 。第65頁(yè)/共85頁(yè)66 同步輻射x射線源，是利用高能電子束在磁場(chǎng)中沿曲線軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)出的。 同步輻射方向性強(qiáng)，準(zhǔn)直性好，可以近似看作平行光源。光源的線度尺寸約為1mm，所以半陰影效應(yīng)和幾何畸變可以忽略。同步輻射同步輻射x射線光學(xué)系統(tǒng)射線光學(xué)系統(tǒng)第66頁(yè)/共85頁(yè)6710.5.3 離子束光刻 離子束注入，是利用元素離子本身所具有的化學(xué)性質(zhì)-摻雜效應(yīng)，通過(guò)將高能雜質(zhì)離子注入到半導(dǎo)體晶體表面，以改變晶體表面的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)；另一方面則可以利用離子本身具有的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)各種工藝目的。按照離子能量的不同，工藝目的也不同，如離子能量在10ke

26、V以下時(shí)，離子束常被用來(lái)作為離子束刻蝕和離子束外延；當(dāng)能量在幾十至70keV時(shí)，則被用作離子束曝光。第67頁(yè)/共85頁(yè)68 聚焦離子束系統(tǒng)截面示意圖第68頁(yè)/共85頁(yè)69無(wú)版光刻代無(wú)版光刻代替光學(xué)光刻替光學(xué)光刻實(shí)現(xiàn)精細(xì)的實(shí)現(xiàn)精細(xì)的圖形化可以圖形化可以將總掩膜成將總掩膜成本降低本降低60% 第69頁(yè)/共85頁(yè)70 10.5.4 新技術(shù)展望 NAkR1NAkR11、浸入式光刻技術(shù)n/ 45, 32, 22 nmTechnology nodes譬如用水替代空氣譬如用水替代空氣全氟聚烷基醚油全氟聚烷基醚油第70頁(yè)/共85頁(yè)71 提高提高193nm ArF浸入式光刻機(jī)浸入式光刻機(jī)NA的方案的方案NA解決方案解決方