光刻完整版本

光刻掩膜版制作光刻機(jī)工作模式曝光光源光學(xué)原理光刻要求：光刻的要求分辨率（高）曝光視場(chǎng)（大）圖形對(duì)準(zhǔn)精度(高)產(chǎn)率（throughput）（大）缺陷密度（低）光刻成本占到整個(gè)硅片加工成本的三分之一。掩膜版制作：CAD設(shè)計(jì)、模擬、驗(yàn)證后產(chǎn)生數(shù)字圖形X1掩膜版制作：接觸式接近式光刻

數(shù)字圖像

X4或X5投影掩模版：投影式光刻投影掩膜版和掩膜版的比較參數(shù)投影掩膜版掩膜版曝光次數(shù)多次曝光一次曝光關(guān)鍵尺寸在硅片上容易形成亞微米尺寸圖形，由于版圖尺寸較大（例如4：1，5：1）沒有縮小的光學(xué)系統(tǒng)很難在掩膜版和硅片上形成亞微米尺寸圖形曝光場(chǎng)小曝光場(chǎng)需要步進(jìn)重復(fù)過程曝光場(chǎng)就是整個(gè)硅片掩膜版技術(shù)光學(xué)縮小允許較大的投影掩膜版尺寸掩膜版與硅片有相同的關(guān)鍵尺寸產(chǎn)量要求先進(jìn)的自動(dòng)化來步進(jìn)和重復(fù)掃過整個(gè)硅片可能較高（如果設(shè)備不能自動(dòng)化就不總是正確的）芯片對(duì)準(zhǔn)和聚焦可以調(diào)節(jié)單個(gè)芯片的對(duì)準(zhǔn)和聚焦整個(gè)硅片對(duì)準(zhǔn)，但沒有單個(gè)芯片對(duì)準(zhǔn)和聚焦缺陷密度增加產(chǎn)量但不允許投影掩膜版缺陷缺陷在硅片上不會(huì)多次重復(fù)表面平整度在最初全場(chǎng)預(yù)對(duì)準(zhǔn)測(cè)量或逐場(chǎng)曝光中可進(jìn)行補(bǔ)償除整場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)和聚焦外，沒有補(bǔ)償投影掩膜版的材料：熔融石英×4或×5投影掩膜版在制版時(shí)容易檢查缺陷版上缺陷可以修補(bǔ)蒙膜(pellicle)保護(hù)防止顆粒玷污投影掩膜版的尺寸步進(jìn)光刻機(jī)通常使用的投影掩膜版縮小比例為5：1或4：1。步進(jìn)掃描光刻機(jī)使用的投影掩膜版為4:1.1、高透明度（散射?。?、熱膨脹小透鏡類型10：15：14：11：1投影掩膜版現(xiàn)場(chǎng)尺寸（mm）100x100100x100100x10030x30硅上的曝光視場(chǎng)（mm）10x1020x2025x2530x30每個(gè)曝光視場(chǎng)的芯片數(shù)（假設(shè)芯片尺寸5mmx5mm）4162536投影掩膜版縮影倍率和曝光場(chǎng)的比較電子束直寫光刻膠10~15nmARC（anti-reflectioncoating）80nmCr熔融石英玻璃片在投影掩膜版上之所以電子書代替光學(xué)光刻形成圖形，是因?yàn)榕c紫外光源比起來電子束有更短的波長(zhǎng)和更高的曝光速度。這些性質(zhì)能帶來較好的尺寸控制并增加產(chǎn)量。掩模版制作過程12.Finished投影掩膜版上的結(jié)構(gòu)文獻(xiàn)研討《基于準(zhǔn)分子激光工藝制作X射線光掩膜》陳少軍,李以貴（上海交通大學(xué)微納米科學(xué)技術(shù)研究院薄膜與微細(xì)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,微米納米加工技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

文章主要討論為了解決LIGA工藝掩膜版制造成本問題,在Au薄膜上用準(zhǔn)分子激光直寫的方法制作掩膜,這樣既能夠很快得到雛形,同時(shí)也能夠降低制作的掩膜版的成本。分析討論了基于電子束制作掩膜版和基于準(zhǔn)分子激光制作掩膜版兩種方法,得出了準(zhǔn)分子激光制作的掩膜在成本和時(shí)間上都有優(yōu)勢(shì)的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：OptecLightbench準(zhǔn)分子激光器激光源：ATLEX-300i（波長(zhǎng)248nm，脈沖能量10mJ，脈沖時(shí)間5ns，峰值頻率300Hz）制造采用掩膜版投影法1、基于電子束制作X射線掩膜電子束刻蝕制作掩膜流程圖圖為利用電子束刻蝕,結(jié)合沉積薄膜層技術(shù)制作X射線掩膜版的示意圖。首先沉積一層犧牲層,如圖（a）步驟然后在犧牲層上甩一層光刻膠,利用電子束刻蝕光刻膠層,如圖（b）步驟。電子束刻蝕后,再電鑄一層金如圖（c）步驟,最后通過顯影去掉犧牲層如圖（d）步驟。2、基于準(zhǔn)分子激光制作X射線掩膜基于準(zhǔn)分子激光技術(shù)加工的LIGA掩膜版是在Au薄膜上通過激光直寫的方式設(shè)計(jì)掩膜版圖形的。當(dāng)X射線透過厚度為38μm的Kapton薄膜時(shí)，隨著射線波長(zhǎng)變長(zhǎng)，X射線的穿透系數(shù)明顯衰減，如下圖所示。造成這種問題的主要原因是激光燒蝕過程中被激光轟擊出來的金顆粒沉積在周圍，從而增加了金薄膜的厚度，影響了加工結(jié)構(gòu)的精度。兩種工藝的比較利用電子束刻蝕制作掩膜的工藝流程復(fù)雜,步驟多,這樣會(huì)增加制造成本同時(shí)制作周期也比較長(zhǎng),通常需要1個(gè)多月,不利于反復(fù)試驗(yàn)。而采用準(zhǔn)分子激光技術(shù)制作掩膜流程簡(jiǎn)單、步驟少,這樣成本就降低了同時(shí)周期也短,通常只要1周。實(shí)驗(yàn)結(jié)果刻蝕深度與激光照射次數(shù)之間的比例關(guān)系接近線性比例。有4種基板材料。如下圖所示。圖6是沉積了1.5μm厚的金薄膜經(jīng)過10次激光燒蝕后制作的掩模版,將此金薄膜作為下一次射線曝光的掩膜版。圖7是利用圖6所示掩膜版在PMMA基板光刻的結(jié)構(gòu)。由于激光燒蝕的原因,燒蝕后的表面不是很光滑,以至于加工的結(jié)構(gòu)也不是很完美。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整激光能量和燒蝕次數(shù)可以提高幾何形狀規(guī)范化以及表面的光滑程度。結(jié)論通過比較電子束制作掩膜版和準(zhǔn)分子制作掩膜,在需要快速制作LIGA掩膜時(shí),可以采用準(zhǔn)分子激光燒蝕技術(shù)。通過控制激光燒蝕參數(shù)可以獲得各種形狀和大小的掩膜版圖形。采用準(zhǔn)分子激光技術(shù),本論文制作了形狀相似、大小不一的球狀微結(jié)構(gòu)陣列掩膜版,然后借助X射線光刻,將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)寫到PMMA基板上。最終的形狀質(zhì)量能夠很好地滿足微光學(xué)元件的應(yīng)用。因此,本實(shí)驗(yàn)證明了準(zhǔn)分子激光燒蝕技術(shù)所制作的LIGA掩膜版結(jié)構(gòu)可以達(dá)到微米尺寸。光刻機(jī)及三種曝光模式接觸式接近式投影式（步進(jìn)）1：1曝光系統(tǒng)4倍或5倍曝光系統(tǒng)接觸/接近式光刻機(jī)系統(tǒng)接觸式光刻機(jī)依賴人手動(dòng)操作，并且容易被沾污，因?yàn)檠谀ぐ婧凸饪棠z是直接接觸的。顆粒沾污損壞光刻膠層、掩膜版或者兩者都損壞，顆粒周圍區(qū)域存在分辨率問題。掩膜版又包含整個(gè)硅片的圖形，隨著尺寸增加又有套準(zhǔn)精度問題。他被用于線寬5微米及以上的生產(chǎn)方式中，如今已不被廣泛使用。接近式光刻機(jī)是從接觸式光刻機(jī)中發(fā)展而來。如今仍在生產(chǎn)量曉得實(shí)驗(yàn)室或較老的生產(chǎn)分離器件的硅片生產(chǎn)線中使用。它們適用于線寬尺寸2~4微米。接近式光刻機(jī)通過增加光刻膠和掩膜版的間隙來解決沾污問題。紫外光線通過掩膜版透明區(qū)域和空氣時(shí)會(huì)發(fā)散，這樣會(huì)減小系統(tǒng)的分辨能力，減小線寬關(guān)鍵尺寸就成了主要問題。掃描投影式光刻機(jī)為了解決顆粒沾污、邊緣衍射、分辨率限制等問題而誕生。掩膜版與硅片尺寸1：1。適用于線寬尺寸大于1微米的非關(guān)鍵層。由于芯片的亞微米特征尺寸的引入，使得這種光刻方法存在局限性。步進(jìn)重復(fù)投影式光刻機(jī)80年代末～90年代，曝光場(chǎng)22mmx22mm，線寬0.35μm（Iline）～0.25μm（DUV）。掩膜板縮小比例（4：1）。步進(jìn)掃描光刻機(jī)90年代末～至今，用于≤0.18μm工藝。采用6英寸的掩膜板按比例曝光，曝光場(chǎng)26×33mm。透鏡視場(chǎng)為一個(gè)細(xì)長(zhǎng)條，在步進(jìn)到下個(gè)位置前，它通過校正好的22x33mm像場(chǎng)掃描掩膜版。掃描過程中具有調(diào)節(jié)聚焦的能力，使透鏡缺陷和硅片平整度變化能得到補(bǔ)償。優(yōu)點(diǎn)：增大了每次曝光的視場(chǎng)；提供硅片表面不平整的補(bǔ)償；提高整個(gè)硅片的尺寸均勻性。但是，同時(shí)因?yàn)樾枰聪蜻\(yùn)動(dòng)，增加了機(jī)械系統(tǒng)的精度要求。曝光光源1、汞燈典型高壓汞燈發(fā)射光譜UV光波長(zhǎng)（nm）描述符CD分辨率（μm）436G線0.5405H線0.4365I線0.35248深紫外（DUV）0.25汞燈強(qiáng)度峰2.準(zhǔn)分子激光材料波長(zhǎng)（nm）最大輸出（毫焦每脈沖）頻率（脈沖每秒）脈沖長(zhǎng)度（ns）CD分辨率（μm）KrF248300~150050025≤0.25ArF193175~30040015≤0.18F215761020≤0.15半導(dǎo)體光刻中使用的準(zhǔn)分子激光器光學(xué)原理

焦深焦平面光刻膠分辨率與焦深的對(duì)應(yīng)關(guān)系光刻中，對(duì)圖像質(zhì)量起關(guān)鍵作用的兩個(gè)因素是分辨率和焦深。但是由分辨率公式和焦深公式可以看出，分辨率的增大必然會(huì)導(dǎo)致焦深的減小。增加圖形分辨率對(duì)亞微米特征尺寸是必要的，然而焦深減小的結(jié)果是嚴(yán)重縮減光學(xué)系統(tǒng)的工藝寬容度。文獻(xiàn)研討《SteppingandscanningintotheNA>1immersionexposureera.》Duringthepasttwoyears,immersion193nmlithographyhasmadeastonishingstridesinmovingfromtheconceptualstageinR&Dtothedevelopmentandtestingofthefirstfull-fieidscannersthatusewaterbetweenthewaferandexposurelenstoimprovedepth-of-foeus(DOF)andprintingresolution.ThisarticleprovidesnewdetailsabouttheresultsfromimmersionArFlithographycomparedtoequivalentdryArFscanners,anditoutlinesASML'sroadmapforrollingoutnewproductionimmersionsystemswithnumerical-apertureoptics>1.0NA.Atthistime,severalXT:1250i0.85NAimmersionsystemsareoperatinginthefield.Polarizationisaresolutionenhancementtechnology(RET)initsownright,thefullpotentialofthetechnologyisexploitedincombinationwithimmersion.Initialexperimentscombiningimmersionandpolarizationconfirmthetheoreticalpredictions.Bothexposurelatitude

andDOFshowsignificantimprovements.

Thegreatestadvantageofpolarizedilluminationisthereductionofmaskerrorenhancementfactor.Evaluatingimmersion'sresultsChallengeThechallengeforphotoresistsuppliersisadaptingtheirArF

resistforwaterimmersion.Thecurrentfocusofresistdevelopmentisondevelopingdefect-free,immersion-compatibleresists.Anadditionalchallengeforawetsystemistoobtainthesameoverlayasadrysystem.1.2NAsystemscomein2006ASMLplanstostartshippingafourth-generationimmersionsysteminthefirsthalfof2006.TheNAoftheXT:1700isystemwillbe1.2tosupport<50nmresolution.FurtherextensionofimmersionThetheoreticallimitinNAistheindexofwaterwhenitistheimmersionfluid.Thepracticallimitforlensdesignisestimatedtobe~1.3NA.Thiswouldresultin40nmhalf-pitchresolutionwithk1of0.27.ConclusionRevolutionarystepsin193nmlithographydevelopmenthavebeenmadewiththeintroductionofimmersiontechnology.Inlessthantwoandahalfyears,threegenerationsofimmersiontoolshavebeenbuilt,tested.andshipped.

TheDOFincreaserelativetodrysystemshasbeendemonstrated.Thesystemexposesedgedies,andintrafieldandfullwaferCDuniformityresultsshowthatimmersionlithographycandeliverthehighlevelsofprintingaccura