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1、关于光学曝光技术第1页，讲稿共50张，创作于星期日光刻工艺的基本要素光刻工艺的基本要素光源(lightsources)曝光系统(exposuresystem)光刻胶(photoresist)能量(光源):引起光刻胶化学反应，改变光刻胶溶解速率；掩膜版(mask):对光进行掩膜，在光刻胶上制造掩膜版的图形；对准系统(Aligner):在硅片上把掩膜版和以前的图形对准；光刻胶(Resist):把图形从掩膜版转移到硅片；衬底(substrate)：具有以前的掩膜版图形。第2页，讲稿共50张，创作于星期日光刻工艺的基本流程光刻工艺的基本流程第3页，讲稿共50张，创作于星期日第二章第二章 光学曝光技术光
2、学曝光技术u 光学曝光的工艺过程光学曝光的工艺过程u 光学曝光的方式和原理光学曝光的方式和原理u 光刻胶的特性光刻胶的特性u 光学掩膜的设计与制造光学掩膜的设计与制造u 短波长曝光技术短波长曝光技术u 大数值孔径与浸没式曝光技术大数值孔径与浸没式曝光技术u 光学曝光分辨率增强技术光学曝光分辨率增强技术u 光学曝光的计算机模拟技术光学曝光的计算机模拟技术u 其它光学曝光技术其它光学曝光技术u 厚胶曝光技术厚胶曝光技术u LIGA LIGA技术技术东南大学东南大学 南京南京 MEMS教育部重点实验室教育部重点实验室第4页，讲稿共50张，创作于星期日（1 1）接触式光学曝光技术）接触式光学曝光技术东
3、南大学东南大学 南京南京 MEMS教育部重点实验室教育部重点实验室 优点：设备简单，分辨率高（约优点：设备简单，分辨率高（约1 m）。）。缺点：掩模寿命短（缺点：掩模寿命短（10 20次），硅片上图形缺陷多，光刻成品率低。次），硅片上图形缺陷多，光刻成品率低。第5页，讲稿共50张，创作于星期日（2 2）接近式光学曝光技术）接近式光学曝光技术东南大学东南大学 南京南京 MEMS教育部重点实验室教育部重点实验室 优点：掩模寿命长（可提高优点：掩模寿命长（可提高10 倍以上），图形缺陷少。倍以上），图形缺陷少。缺点：衍射效应使分辨率下降。缺点：衍射效应使分辨率下降。第6页，讲稿共50张，创作于星期日
4、（3 3）投影式光学曝光技术）投影式光学曝光技术投影式曝光的优点：投影式曝光的优点：掩模寿命长。掩模寿命长。可以在不十分平整的大晶片上获得高分辨可以在不十分平整的大晶片上获得高分辨率的图形。率的图形。掩模尺寸远大于芯片尺寸，使掩模制造简单，掩模尺寸远大于芯片尺寸，使掩模制造简单，可减少掩模上的缺陷对芯片成品率的影响。可减少掩模上的缺陷对芯片成品率的影响。投影式曝光的缺点：设备复杂、昂贵，投影式曝光的缺点：设备复杂、昂贵，曝曝光效率低。光效率低。步进式投影光刻步进式投影光刻投影式光刻投影式光刻第7页，讲稿共50张，创作于星期日光刻工艺的相关光学基础光刻工艺的相关光学基础光在空间中以电磁波的形式传
5、播当物体的尺寸远大于波长时，把光作为粒子来处理当物体的尺寸和波长可比拟时，要考虑光的波动性衍射光的衍射效应光的衍射效应光的衍射影响分辨率，决定分辨率极限：第8页，讲稿共50张，创作于星期日q如果想在像平面(如光刻胶）对小孔进行成像，可以用透镜收集光并聚焦到像平面第9页，讲稿共50张，创作于星期日数值孔径(NumericalApertureNA)光学系统的数值孔径描述透镜收集光的能力 n是透镜到硅片间介质的折射率，对空气而言为1分辨率分辨率第10页，讲稿共50张，创作于星期日分辨率-Resolution K1是一个独立于光学成像的因子，取决于光刻系统和光刻胶的性质等其它因素一般来说，最小线宽K1
6、0.60.8第11页，讲稿共50张，创作于星期日 然而采用高数值孔径的光学系统然而采用高数值孔径的光学系统(大透镜），会使景深变差大透镜），会使景深变差第12页，讲稿共50张，创作于星期日焦深（DoF）焦深就是聚焦深度（焦深就是聚焦深度（Depth of Focus），），它是指沿着光通路，圆片可以移动而依然保持图形聚焦清晰的移动距离。对于投影系统，焦深由下式给出：k2+-光刻胶光刻胶膜膜焦深焦深焦平面焦平面焦平面焦平面透镜透镜焦点是沿透镜中心焦点是沿透镜中心出现最佳图像的点，出现最佳图像的点，焦深是焦点上面和焦深是焦点上面和下面的一个范围。下面的一个范围。焦点可能不是正好焦点可能不是正好在光
7、刻胶层的中心，在光刻胶层的中心，但是焦深应该穿越但是焦深应该穿越光刻胶层上下表面。光刻胶层上下表面。第13页，讲稿共50张，创作于星期日NGL:X射线(5)，电子束(0.62)，离子束(0.12)光源光源波长波长(nm)术语术语技术节点技术节点汞灯汞灯436g线0.5mm汞灯汞灯365i线0.5/0.35mmKrF(激光激光)248DUV0.25/0.13mmArF(激光激光)193193DUV90/6532nmF2(激光激光)157VUVCaF2lenses激光激发激光激发Xe等离子体等离子体13.5EUVReflectivemirrors光光 源源第14页，讲稿共50张，创作于星期日第二章
8、第二章 光学曝光技术光学曝光技术u 光学曝光的工艺过程光学曝光的工艺过程u 光学曝光的方式和原理光学曝光的方式和原理u 光刻胶的特性光刻胶的特性u 光学掩膜的设计与制造光学掩膜的设计与制造u 短波长曝光技术短波长曝光技术u 大数值孔径与浸没式曝光技术大数值孔径与浸没式曝光技术u 光学曝光分辨率增强技术光学曝光分辨率增强技术u 光学曝光的计算机模拟技术光学曝光的计算机模拟技术u 其它光学曝光技术其它光学曝光技术u 厚胶曝光技术厚胶曝光技术u LIGA LIGA技术技术东南大学东南大学 南京南京 MEMS教育部重点实验室教育部重点实验室第15页，讲稿共50张，创作于星期日光刻胶基本成分光刻胶基本成
9、分光学曝光过程中，为了将掩模上的图形转移到圆片上，辐照必须作光学曝光过程中，为了将掩模上的图形转移到圆片上，辐照必须作用在光敏物质上，该光敏物质必须通过光照，改变材料性质，使在完用在光敏物质上，该光敏物质必须通过光照，改变材料性质，使在完成光刻工艺后，达到转移图形的目的。该光敏物质称为成光刻工艺后，达到转移图形的目的。该光敏物质称为光刻胶光刻胶。东南大学东南大学 南京南京 MEMS教育部重点实验室教育部重点实验室光刻胶基本成分组成：光刻胶基本成分组成：（1）树脂（Resin）（2）感光剂（PAC）（3）溶剂（Solvent）（4）添加剂（Additive）第16页，讲稿共50张，创作于星期日树
10、树脂脂（ResinResin）：光刻胶中的基体材料，是一种对光敏感的高分子化合物，当它受适当波长的光照射后，就能吸收一定波长的光能量，发生交联、聚合或分解等光化学反应，使光刻胶改变性质。感光剂感光剂（PAC，photoactive compound)：在曝光前作为抑制剂（inhibitor），降低光刻胶在显影液中的溶解速度，而在暴露于光线时有化学反应发生，使抑制剂变成了感光剂，增加了胶的溶解性（正胶），或产生交联催化剂，使树脂交联，降低胶的溶解性（负胶）。溶剂（溶剂（solvent）：使光刻胶保持液体状态。绝大多数的溶剂在曝光前挥发除去，对光刻胶的化学性质几乎没有什么影响。添加剂（添加剂（ad
11、ditive）：）：用来控制和改变光刻胶材料的特定化学性质或光刻胶材料的光响应特性，也包括控制光刻胶反射率的染色剂。第17页，讲稿共50张，创作于星期日 凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，以交联反应为主的光刻胶称为的照射下，以交联反应为主的光刻胶称为 负性光负性光刻胶刻胶，简称，简称 负胶负胶。凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，以降解反应为主的光刻胶称为的照射下，以降解反应为主的光刻胶称为 正性光正性光正性光正性光刻胶刻胶刻胶刻胶，简称，简称 正胶正胶正胶正胶。光刻胶是长链聚合物光刻胶是长链
12、聚合物u正胶在感光时，曝光对聚合物起断链作用正胶在感光时，曝光对聚合物起断链作用，使长链变短，使长链变短，使聚合物更容易在显影液中溶解。使聚合物更容易在显影液中溶解。u负胶在曝光后，使聚合物发生交联负胶在曝光后，使聚合物发生交联，在显影液中溶解变慢。，在显影液中溶解变慢。光刻胶类型光刻胶类型第18页，讲稿共50张，创作于星期日正胶正胶IC主导主导负胶负胶第19页，讲稿共50张，创作于星期日1 1、灵敏度、灵敏度、灵敏度、灵敏度:光刻胶通过显影完全被清除所需要的曝光剂量（正胶）；光刻胶在显影后有光刻胶通过显影完全被清除所需要的曝光剂量（正胶）；光刻胶在显影后有50%以上的胶厚得以保留时所需要的曝
13、光剂量（负胶）。是衡量曝光速度的指标，灵敏以上的胶厚得以保留时所需要的曝光剂量（负胶）。是衡量曝光速度的指标，灵敏度越高，所需曝光剂量越小，曝光时间越短。度越高，所需曝光剂量越小，曝光时间越短。灵敏度太低会影响生产效率，所以通常希望光刻胶有较高的灵敏度。但灵敏度太高灵敏度太低会影响生产效率，所以通常希望光刻胶有较高的灵敏度。但灵敏度太高会影响分辨率。会影响分辨率。通常负胶的灵敏度高于正胶。通常负胶的灵敏度高于正胶。通常负胶的灵敏度高于正胶。通常负胶的灵敏度高于正胶。光刻胶的一些特性光刻胶的一些特性正胶负胶的灵敏度和对比度定义正胶负胶的灵敏度和对比度定义正胶负胶的灵敏度和对比度定义正胶负胶的灵敏
14、度和对比度定义第20页，讲稿共50张，创作于星期日二二二二.对比度（反差比）：对比度（反差比）：对比度（反差比）：对比度（反差比）：指的是光刻胶上从曝光区到非曝光区过渡的陡度。对指的是光刻胶上从曝光区到非曝光区过渡的陡度。对比度代表着只适于在掩膜版透光区规定范围内曝光的光刻胶的能力。比度代表着只适于在掩膜版透光区规定范围内曝光的光刻胶的能力。差的光刻胶对比度斜侧壁膨胀差的反差光刻胶膜好的光刻胶对比度陡直侧壁没有膨胀好的反差光刻胶膜 灵敏度曲线越陡，光刻胶的对比度就越大，这样有助于得到清晰的图形轮廓灵敏度曲线越陡，光刻胶的对比度就越大，这样有助于得到清晰的图形轮廓和高的分辨率。一般光刻胶的对比度
15、在和高的分辨率。一般光刻胶的对比度在 0.9 2.0 之间。对于亚微米图形，要求对比之间。对于亚微米图形，要求对比度大于度大于 1。通常正胶的对比度要高于负胶通常正胶的对比度要高于负胶通常正胶的对比度要高于负胶通常正胶的对比度要高于负胶。第21页，讲稿共50张，创作于星期日 光进入光刻胶后，其强度按下式衰减光进入光刻胶后，其强度按下式衰减 式中，式中，为光刻胶的光吸收系数。设为光刻胶的光吸收系数。设 TR 为光刻胶的厚度，则可为光刻胶的厚度，则可定义光刻胶的定义光刻胶的 光吸收率光吸收率光吸收率光吸收率 为为 可以证明，对比度可以证明，对比度 与光吸收系数与光吸收系数及光刻胶厚度及光刻胶厚度
16、TR 之间有如下关系之间有如下关系 减小光吸收系数与胶膜厚度有利于提高对比度减小光吸收系数与胶膜厚度有利于提高对比度减小光吸收系数与胶膜厚度有利于提高对比度减小光吸收系数与胶膜厚度有利于提高对比度。第22页，讲稿共50张，创作于星期日三、分辨率：三、分辨率：三、分辨率：三、分辨率：指光刻时所能得到的光刻图形的最小尺寸。通常以每毫米最多可分辨的线条数来表示。光刻工艺中影响分辨率的因素有：光刻工艺中影响分辨率的因素有：光源、曝光方式光源、曝光方式光源、曝光方式光源、曝光方式 和和 光刻胶本光刻胶本光刻胶本光刻胶本身身身身（包括灵敏度、对比度、颗粒的大小、显影时的溶胀、电子散射等）（包括灵敏度、对比
17、度、颗粒的大小、显影时的溶胀、电子散射等）、硅片表面状况等。通常正胶的分辨率要高于负胶通常正胶的分辨率要高于负胶通常正胶的分辨率要高于负胶通常正胶的分辨率要高于负胶。分辨率与灵敏度的关系分辨率与灵敏度的关系:当入射电子数为当入射电子数为 N 时，时，由于随机涨落，实际入射的电子数在由于随机涨落，实际入射的电子数在 范围内。为保证范围内。为保证出现最低剂量时不少于规定剂量的出现最低剂量时不少于规定剂量的 90%，也即，也即 。由此可得由此可得 。因此对于小尺寸曝光区，必须满足。因此对于小尺寸曝光区，必须满足式中，式中，Wmin 为最小尺寸，即分辨率。可见，为最小尺寸，即分辨率。可见，若灵敏度越高
18、（即若灵敏度越高（即若灵敏度越高（即若灵敏度越高（即 S S 越小），则越小），则越小），则越小），则 WWminmin 就就就就越大，分辨率就越差越大，分辨率就越差越大，分辨率就越差越大，分辨率就越差。第23页，讲稿共50张，创作于星期日五五五五.粘粘粘粘度度度度：是是是是影影影影响响响响涂涂涂涂敷敷敷敷胶胶胶胶膜膜膜膜厚厚厚厚度度度度的的的的重重重重要要要要因因因因素素素素。光光光光刻刻刻刻胶胶胶胶越越越越浓浓浓浓，它它它它的的的的粘粘粘粘度度度度就就就就越越越越大大大大，在在在在相相相相同的涂胶条件下，所得的胶膜就越厚；反之，则粘度小，胶膜薄。同的涂胶条件下，所得的胶膜就越厚；反之，则粘
19、度小，胶膜薄。同的涂胶条件下，所得的胶膜就越厚；反之，则粘度小，胶膜薄。同的涂胶条件下，所得的胶膜就越厚；反之，则粘度小，胶膜薄。四四四四.感感感感光光光光度度度度：感感感感光光光光度度度度是是是是一一一一个个个个表表表表征征征征光光光光刻刻刻刻胶胶胶胶对对对对光光光光敏敏敏敏感感感感度度度度的的的的性性性性能能能能指指指指标标标标。定定定定义义义义为为为为曝曝曝曝光光光光时使光刻胶发生光化学反应所需的最小曝光量时使光刻胶发生光化学反应所需的最小曝光量时使光刻胶发生光化学反应所需的最小曝光量时使光刻胶发生光化学反应所需的最小曝光量(E)(E)的倒数，即的倒数，即的倒数，即的倒数，即 S=h/E
20、S S为感光度，为感光度，为感光度，为感光度，h h为比例常数，为比例常数，为比例常数，为比例常数，E E为最小曝光量。为最小曝光量。为最小曝光量。为最小曝光量。光光光光刻刻刻刻胶胶胶胶对对对对于于于于不不不不同同同同波波波波长长长长的的的的光光光光源源源源其其其其敏敏敏敏感感感感程程程程度度度度是是是是不不不不同同同同的的的的，因因因因此此此此它它它它的的的的感感感感光光光光度度度度总总总总是是是是对对对对某某某某一一一一特特特特定定定定波波波波长的光来讲的。长的光来讲的。长的光来讲的。长的光来讲的。六六六六.针孔密度：针孔密度：针孔密度：针孔密度：单位面积的光刻胶膜上的针孔数目称为针孔密度
21、。单位面积的光刻胶膜上的针孔数目称为针孔密度。七七七七.粘粘粘粘附附附附性性性性：指指光光刻刻胶胶薄薄膜膜与与衬衬底底的的粘粘附附能能力力，主主要要衡衡量量光光刻刻胶胶抗抗湿湿法法腐腐蚀蚀能能力力。它它不不仅仅与与光光刻刻胶胶本本身身的的性性质质有有关关，而而且且与与衬衬底底的的性性质质和和其其表表面面情情况等有密切关系。况等有密切关系。八八八八.抗蚀性：抗蚀性：抗蚀性：抗蚀性：光刻胶胶膜必须保持它的粘附性，并在后续的湿刻和干刻中光刻胶胶膜必须保持它的粘附性，并在后续的湿刻和干刻中保护衬底表面。这种性质被称为抗蚀性。保护衬底表面。这种性质被称为抗蚀性。第24页，讲稿共50张，创作于星期日九九九
22、九.表面张力：表面张力：表面张力：表面张力：光刻胶具有产生相对大的表面张力的分子间力，所以在不同工光刻胶具有产生相对大的表面张力的分子间力，所以在不同工艺步骤中光刻胶分子会聚在一起。同时光刻胶的表面张力必须足够小，从而在艺步骤中光刻胶分子会聚在一起。同时光刻胶的表面张力必须足够小，从而在应用时能提供良好的流动性和硅的覆盖。应用时能提供良好的流动性和硅的覆盖。第25页，讲稿共50张，创作于星期日第二章第二章 光学曝光技术光学曝光技术u 光学曝光的工艺过程光学曝光的工艺过程u 光学曝光的方式和原理光学曝光的方式和原理u 光刻胶的特性光刻胶的特性u 光学掩膜的设计与制造光学掩膜的设计与制造u 短波长
23、曝光技术短波长曝光技术u 大数值孔径与浸没式曝光技术大数值孔径与浸没式曝光技术u 光学曝光分辨率增强技术光学曝光分辨率增强技术u 光学曝光的计算机模拟技术光学曝光的计算机模拟技术u 其它光学曝光技术其它光学曝光技术u 厚胶曝光技术厚胶曝光技术u LIGA LIGA技术技术东南大学东南大学 南京南京 MEMS教育部重点实验室教育部重点实验室第26页，讲稿共50张，创作于星期日 掩膜版的材料掩膜版的材料u衬底材料：衬底材料：最主要的用于亚微米光刻的投影掩膜版衬底材料是最主要的用于亚微米光刻的投影掩膜版衬底材料是熔融石英（熔融石英（fused silica）。它在深紫外光谱部（）。它在深紫外光谱部（
24、248nm和和193nm）有着很高的光学透射。熔融石英相对昂贵，但性能优越。它）有着很高的光学透射。熔融石英相对昂贵，但性能优越。它具有很低的热膨胀系数。具有很低的热膨胀系数。u图形材料：图形材料：用于掩膜版上不透明的图形材料通常是薄层的铬用于掩膜版上不透明的图形材料通常是薄层的铬（Chrome，Cr）。厚度通常小于）。厚度通常小于1000A，通过溅射淀积。有时候，通过溅射淀积。有时候会在铬上形成一层氧化铬（会在铬上形成一层氧化铬（200A）的抗反射涂层。）的抗反射涂层。掩模版（掩模版（Photomask）：）：一种透明的一种透明的平板，上面有要转印到硅片上光刻胶平板，上面有要转印到硅片上光刻
25、胶层的图形。层的图形。第27页，讲稿共50张，创作于星期日 光学工程师将用户数据转换为写入系统所能接受的格光学工程师将用户数据转换为写入系统所能接受的格式。包括数据分割，尺寸标记，图形旋转，增加套刻标式。包括数据分割，尺寸标记，图形旋转，增加套刻标记，内部参照标记，以及一个记，内部参照标记，以及一个jobdeck（掩膜上不同图（掩膜上不同图形的位置的说明）。形的位置的说明）。第28页，讲稿共50张，创作于星期日 掩膜版上用于掩膜版上用于StepperStepper对准的套刻标记对准的套刻标记第29页，讲稿共50张，创作于星期日掩膜版上的参照标记掩膜版上的参照标记 第30页，讲稿共50张，创作于
26、星期日掩膜版的制备掩膜版的制备通常采用电子束直写的方式把高分辨率的图形转印到掩膜版表面。电子源产生的电子被加速并聚焦成形射到投影掩膜版上。电子束可以通过光栅扫描或矢量扫描的方式在掩膜版上形成图形。掩膜版上的电子束胶在曝光显影后，通过湿法或干法刻蚀去掉不需要的铬层。第31页，讲稿共50张，创作于星期日CAD设计、模拟、验证后由图形发生器产生数字图形设计、模拟、验证后由图形发生器产生数字图形数字图形数字图形4或或5投影光刻版投影光刻版（reticle）投影式光刻投影式光刻1掩膜版（掩膜版（mask）制作制作接触式、接近式光刻接触式、接近式光刻掩膜版制作掩膜版制作第32页，讲稿共50张，创作于星期日
27、掩模版制作过程：是一个微纳加工过程掩模版制作过程：是一个微纳加工过程12.Finished第33页，讲稿共50张，创作于星期日掩膜版缺陷掩膜版缺陷掩膜版上的缺陷会被复制到光刻胶层中，从而进一步复制到硅片上。制造好的掩膜版要进行大量测试来检查缺陷和颗粒。掩膜版缺陷的来源可能是掉铬，表面擦伤，静电放电或灰尘颗粒。第34页，讲稿共50张，创作于星期日第二讲第二讲 光学曝光技术光学曝光技术u 光学曝光的工艺过程光学曝光的工艺过程u 光学曝光的方式和原理光学曝光的方式和原理u 光刻胶的特性光刻胶的特性u 光学掩膜的设计与制造光学掩膜的设计与制造u 短波长曝光技术短波长曝光技术u 大数值孔径与浸没式曝光技
28、术大数值孔径与浸没式曝光技术u 光学曝光分辨率增强技术光学曝光分辨率增强技术u 光学曝光的计算机模拟技术光学曝光的计算机模拟技术u 其它光学曝光技术其它光学曝光技术u 厚胶曝光技术厚胶曝光技术u LIGA LIGA技术技术东南大学东南大学 南京南京 MEMS教育部重点实验室教育部重点实验室第35页，讲稿共50张，创作于星期日u深紫外曝光技术深紫外曝光技术一般，436nm为G线，356nm的为I线，。采用准分子激光器的深紫外曝光技术。u极紫外曝光技术极紫外曝光技术极紫外是波长为13nm的光辐射。而其本质是一种软X射线。极紫外波长可被几乎所有材料吸收，故所有的光学系统包括掩模都必须是反射式的。组成
29、：极紫外光源等离子体激发和同步辐射源；极紫外光学系统利用多层膜反射镜，可提高反射率；极紫外掩模掩模基板和金属层；极紫外光刻胶更高灵敏度和分辨率。uX射线曝光技术射线曝光技术X射线是指波长在0.0110nm间的电磁波谱，又可分为软硬两种。X射线不能被折射，故只能做成11邻近式曝光，不可做成缩小式曝光，这样就加大了掩模的制造难度和成本。第36页，讲稿共50张，创作于星期日第二章第二章 光学曝光技术光学曝光技术u 光学曝光的工艺过程光学曝光的工艺过程u 光学曝光的方式和原理光学曝光的方式和原理u 光刻胶的特性光刻胶的特性u 光学掩膜的设计与制造光学掩膜的设计与制造u 短波长曝光技术短波长曝光技术u
30、大数值孔径与浸没式曝光技术大数值孔径与浸没式曝光技术u 光学曝光分辨率增强技术光学曝光分辨率增强技术u 光学曝光的计算机模拟技术光学曝光的计算机模拟技术u 其它光学曝光技术其它光学曝光技术u 厚胶曝光技术厚胶曝光技术u LIGA LIGA技术技术东南大学东南大学 南京南京 MEMS教育部重点实验室教育部重点实验室第37页，讲稿共50张，创作于星期日大数值孔径是高分辨率成像的必要条件但增加数值孔径会受到焦深的影响和限制，过大的数值孔径会使焦深过小。进一步增加数值孔径还受到光极化效应的影响当数值孔径达到0.8以上时，光波通过透镜会被极化成s极和p极分量，在大入射角的情况下，s极分量会被反射，使得入
31、射光的能量损失以及成像对比度下降。k2 投影物投影物镜的的设计和加工和加工难度增大度增大单轴和和多多轴设计方方案案第38页，讲稿共50张，创作于星期日浸没式曝光浸没式曝光l ln=1.0,DNA=0.93,lm 60nm n=1.44,DNA=1.34,lm 42nm增加数值孔径增加数值孔径:193nm浸没式光刻技术已在2006年投入使用第39页，讲稿共50张，创作于星期日东南大学东南大学 南京南京 MEMS教育部重点实验室教育部重点实验室u 当当今今高高精精度度的的浸浸没没式式步步进进扫扫描描投投影影光光刻刻机机对对浸浸没没液液体体的的选选择择相当苛刻，高折射率和高透射系数是最基本的要求。相
32、当苛刻，高折射率和高透射系数是最基本的要求。u 一般地，使用水作为一般地，使用水作为193nm193nm光刻的浸没液体。光刻的浸没液体。u 在在曝曝光光过过程程中中，由由于于水水中中溶溶解解的的物物质质有有可可能能沉沉积积到到投投影影物物镜镜最最后后一一个个透透镜镜的的下下表表面面或或者者光光刻刻胶胶上上，引引起起成成像像缺缺陷陷，而而水水中中溶溶解解的的气气体体也也有有可可能能形形成成气气泡泡，使使光光线线发发生生散散射射和和折折射射。因因此此，目目前前业业界界普普遍遍使使用用价价格格便便宜宜、简简单单易易得得的的去去离子和去气体的纯水作为第一代浸没式光刻机的浸没液体。离子和去气体的纯水作为
33、第一代浸没式光刻机的浸没液体。u 另另外外，还还要要考考虑虑水水层层的的厚厚度度对对扫扫描描速速度度的的影影响响。在在500mm/s 500mm/s 的扫描速度下，水层的厚度应该控制在的扫描速度下，水层的厚度应该控制在12mm12mm。第40页，讲稿共50张，创作于星期日第二章第二章 光学曝光技术光学曝光技术u 光学曝光的工艺过程光学曝光的工艺过程u 光学曝光的方式和原理光学曝光的方式和原理u 光刻胶的特性光刻胶的特性u 光学掩膜的设计与制造光学掩膜的设计与制造u 短波长曝光技术短波长曝光技术u 大数值孔径与浸没式曝光技术大数值孔径与浸没式曝光技术u 光学曝光分辨率增强技术光学曝光分辨率增强技
34、术u 光学曝光的计算机模拟技术光学曝光的计算机模拟技术u 其它光学曝光技术其它光学曝光技术u 厚胶曝光技术厚胶曝光技术u LIGA LIGA技术技术东南大学东南大学 南京南京 MEMS教育部重点实验室教育部重点实验室第41页，讲稿共50张，创作于星期日除了除了和和NANA外，提高分辨率的另一个方法就是改变外，提高分辨率的另一个方法就是改变 因子。因子。因子包含了透镜光学以外的因素，它的理论极限值是因子包含了透镜光学以外的因素，它的理论极限值是0.250.25。这些技术统称为光学曝光分辨率增强技术。这些技术统称为光学曝光分辨率增强技术。（7 7种）种）（1）离轴照明技术）离轴照明技术有意将中有意
35、将中心轴部分的光遮住，这有利于衍心轴部分的光遮住，这有利于衍射光波的高次谐波分量通过透镜射光波的高次谐波分量通过透镜成像到硅片表面上。主要有两种成像到硅片表面上。主要有两种方式：环形离轴照明和四级离轴方式：环形离轴照明和四级离轴照明。该技术是一种最易实现，照明。该技术是一种最易实现，成本最低的分辨率增强技术成本最低的分辨率增强技术第42页，讲稿共50张，创作于星期日（2）移相掩模技术(PSM,PhaseShiftingMask)调制光波的相位来改善成像的对比度和焦深。常见形式有：辅助式，交替式，周边式，无铬式，衰减式。各种移相掩模的目的都是通过引进相反的相位光波，在各种移相掩模的目的都是通过引
36、进相反的相位光波，在相的边缘部分产生抵消作用。相的边缘部分产生抵消作用。选择一种具有一定厚度和折射率的材料，选择一种具有一定厚度和折射率的材料，使得相位移动使得相位移动180,形成相消干涉。形成相消干涉。普通铬掩模移相掩模第43页，讲稿共50张，创作于星期日（3）光学邻近效应校正技术有意的改变掩模的设计尺寸和形状来补偿图形局部曝光过强或过弱。另外一种校正技术不是修改设计图形本身，而是在设计图形附近加一些图形（亚分辨率辅助图形）或散射条。这些辅助图形的尺寸很小，不会在光刻胶上成像，但其会影响光强分布，从而影响设计图形的成像质量。第44页，讲稿共50张，创作于星期日第45页，讲稿共50张，创作于星
37、期日（4）消除表面反射和驻波效应抗反射层和表面平坦化技术驻波：驻波：由于入射光和反射光间的相长与相消干涉造成。驻波造成光刻胶中的光强随厚度变化，由于曝光的变化产生光刻胶溶解率的变化，则表现为光刻胶侧壁出现螺旋状条纹。表面反射表面反射：来自曝光区的光被圆片表面图形不同的高低形貌反射，然后被不曝光的区域的光刻胶吸收，导致不希望的曝光。由于光学在金属表面反射，使得光刻图形尺寸改变。利用防反射层(AntiReflectionCoating,ARC)光刻胶表面平面化。第46页，讲稿共50张，创作于星期日（5）面向制造的掩模设计技术首先确定制造工艺的可能性，然后通改变调整电路设计以适应具体的制造工艺。计算
38、机模拟光刻工艺，模拟集成电路加工工艺过程（面向制造的设计（DFM）（6）光刻胶及其工艺技术例如曝光的线条边缘粗糙度（LER）的问题。许多随机效应都会造成LER。抗蚀剂的灵敏度越高，LER越明显，二者是明显矛盾的。光刻胶对紫外线的吸收随波长的缩短而增加。诸如此类一系列问题需要发展光刻胶技术及其相应工艺技术来降低K1因子。（7）二重曝光与加工技术目前唯一一种可以突破1因子的理论极限值的技术。稀疏孤立的图形比密集图形的光学曝光更容易实现。对密集图形可以分为两次曝光稀疏图形，让二次曝光的图形相重叠，最后合成的图形即为原先设计的密集图形。第47页，讲稿共50张，创作于星期日第二章第二章 光学曝光技术光学
39、曝光技术u 光学曝光的工艺过程光学曝光的工艺过程u 光学曝光的方式和原理光学曝光的方式和原理u 光刻胶的特性光刻胶的特性u 光学掩膜的设计与制造光学掩膜的设计与制造u 短波长曝光技术短波长曝光技术u 大数值孔径与浸没式曝光技术大数值孔径与浸没式曝光技术u 光学曝光分辨率增强技术光学曝光分辨率增强技术u 光学曝光的计算机模拟技术光学曝光的计算机模拟技术u 其它光学曝光技术其它光学曝光技术u 厚胶曝光技术厚胶曝光技术u LIGA LIGA技术技术东南大学东南大学 南京南京 MEMS教育部重点实验室教育部重点实验室第48页，讲稿共50张，创作于星期日研讨题目研讨题目东南大学东南大学 南京南京 MEMS教育部重点实验室教育部重点实验室如果光刻工艺过程中用错光刻胶，可能会出现哪些问如果光刻工艺过程中用错光刻胶，可能会出现哪些问题？题？不同工艺线采用的光刻胶类型一样吗？主要原因是什么？不同工艺线采用的光刻胶类型一样吗？主要原因是什么？采用不同曝光方式曝光得到不同尺寸线条时，从版图制采用不同曝光方式曝光得到不同尺寸线条时，从版图制作设计的角度来说你认为需要注意哪些方面？作设计的角度来说你认为需要注意哪些方面？第49页，讲稿共50张，创作于星期日感谢大家观看10/12/2022第50页，讲稿共50张，创作于星期日