光刻技術研究

1、編號：1123108450光刻技術研究目錄摘要11.引言32.光刻技術的原理43.光刻系統(tǒng)的組成5 3.1 掩模版5 3.2 光刻膠5 3.2.1 光刻膠的作用5 3.2.2 光刻膠的主要技術參數(shù)5 3.2.3 光刻膠的分類7 3.3 光刻機74.基本光刻工藝流程9 4.1簡介9 4.2 光刻蝕工藝概況105.集成電路所采用的光刻技術12 5.1簡介12 5.2 EUV技術12 5.2.1 EUV技術原理淺析12 5.2.2 EUV技術目前定位困境14 5.2.3 EUV光學系統(tǒng)14 5.2.4 EUV光刻對掩膜版的要求16 5.2.5 EUV光刻前景與展望17 5.3 X射線光刻技術17 5

2、.3.1 X射線光刻基礎工藝17 5.3.2 X射線光刻掩模18 5.2.3 X射線光刻的前景與展望196.光刻技術面臨的困難和挑戰(zhàn)20參考文獻20致謝21摘要：光刻是經(jīng)過過一系列生產(chǎn)程序，將單晶硅等半導體材料表面薄膜的特定部分除去的工藝。光刻的目的是依據(jù)電路功能及性能的要求，形成有精確尺寸的特征圖形，并且各個功能塊的位置以及與其他部分連接要準確。光刻是集成電路制造中最重要的工藝步驟之一。不斷發(fā)展的IC制造工藝，使光刻工藝轉移圖形所限制的尺寸減少了兩到三個數(shù)量級，光刻技術是一種十分精密的微細加工技術。在新型材料和高新制造技術迅猛發(fā)展以及廣泛應用的21世紀，充滿了信息時代的特征。強有力的市場推動

3、著特大集成電路技術的快速發(fā)展。集成電路技術的各個發(fā)面在每年都有很多的創(chuàng)新成果出現(xiàn)。早在20世紀中葉，開始對半導體物理、器件設計原理、工藝原理和制造工藝等方面進行了全面的開發(fā)研究，半導體器件很快在電子行業(yè)中扮演了不可或缺的角色。光刻技術的不斷提高和集成電路技術需求緊密相關，要提高和發(fā)展光刻技術，主要采用更短波長的光源、新的透鏡材料和更高數(shù)字孔徑光學系統(tǒng)的加工技術，從目前的發(fā)展趨勢來看，這些技術研究的目標非常明確，就是所謂的后光學光刻或稱下一代光刻技術（Next Generation Lithography,NGL)。本文首先介紹了光刻工藝的含義和原理，闡述它在IC制造工藝中的地位和作用，具體介紹

4、了光刻工藝技術所要用到的設備和材料，研究了光刻系統(tǒng)的重要組成部分，介紹了光刻工藝的基本流程，并且主要分析了極端紫外線光刻技術的原理、要求以及光刻技術所面臨的困難和挑戰(zhàn)，試著找到擁有卓越效果的光刻工藝技術。關鍵詞： 光刻技術，重要作用，光刻工藝流程，EUV光刻 ，困難和挑戰(zhàn) 1Abstract： Photoetching is a kind of technology that removes the specific part of the surface of thin film silicon semiconductor mate

5、rials though a series of producing process. It aims to form certain picture with precise size under the requirements of the function and property of circuit. This technology is a key step in the circuit production .Lithography technology is a very precise micro processingtechnology. The 21st century

6、, with the development of new materials and high-tech manufacturing technology, is becoming an information age for their wide range of applications. The technology of large integrated circuit develops more and more rapidly duo to the promotion of strong market. Every year, there are many new achieve

7、ments made in each filed of integrated circuit. As early as the mid-20th century, the research of semiconductor physics, devices design principles, manufacturing technology, and other aspects were beginning in a round. Semiconductor devices soon play an integral role in the electronics industry. Amo

8、ng the integrated circuit manufacturing technology, the most important part is the lithography technology which charges the circuits formation and replication. Besides, its research and development make the technology leader in the updates of the integrated circuit technology in each generation. The

9、 continuous improvement of photography techniques is closely related to the needs of the integrated circuit technology, and by using shorter wavelength light source, the new lens materials, and higher numerical aperture of the optical system are the main methods to improve and develop the photograph

10、y techniques. From the current trend of this technology, the objectives of these technologies are very clear. That is, the optical lithography technology, or so-called next-generation lithography. This paper firstly introduces the meaning and principles of lithography process and explains its f

11、unction and role in the IC manufacturing process. Then, it concretely introduces the equipments and materials used by the technology, and the important parts of the lithography system. At last, this paper introduces the basic flow of the lithography process, and analyzes the principles and requireme

12、nts of reaching ultraviolet technology and the difficulties and challenges faced by photolithographic techniques, and finds the lithography technology with excellent effect. Key words: Photoetching,important rule,Lithography Process,EUVL,Difficulties and challenges1.引言 當前，集成電路發(fā)展迅猛，集成電路規(guī)模已經(jīng)達到的每個

13、IC中含有10億個左右器件，相比60年代的每個IC上僅幾十個器件得到了極大發(fā)展，IC的發(fā)展遵從上世紀摩爾提出的摩爾定律，概念為：集成度每3年提高4倍，特征尺寸縮小2倍。依照這個定律，IC產(chǎn)業(yè)在過去30年中平均每年約有百分之15的增長，而且對經(jīng)濟、軍事發(fā)展和社會也有著巨大的影響力，英國人說過，一個國家沒有掌握IC產(chǎn)業(yè)技術，這個國家就是不發(fā)達國家。集成電路能飛速發(fā)展的原因之一就是光刻技術的支持，光刻技術在IC發(fā)展中起到了很重要的作用。因為它直接決定了單個器件的物理尺寸。光刻技術所能夠得到的線寬，極大的影響這IC產(chǎn)業(yè)的更新?lián)Q代，是新一代集成電路的重要標準。集成電路的進步大家有目共睹，均勻曝光的技術已

14、經(jīng)有了很大的提高，曝光面積得到大幅度的擴大，也使集成電路的集成規(guī)模大大加強，實現(xiàn)生產(chǎn)批量化。但需要表明的是，隨著光刻技術的迅猛發(fā)展，越來越高的集成度要求，也使光刻技術面臨更大的挑戰(zhàn)。2.光刻技術的原理光刻是將單晶硅等半導體材料表面薄膜的特定部分除去的工藝。光刻的目的是依據(jù)電路功能及性能的要求，形成有精確尺寸的特征圖形，并且各個功能塊的位置以及與其他部分連接要準確。利用光致抗蝕劑（或稱光刻膠）感光后因化學反應而形成耐蝕性的特點，將掩模版上的圖形刻制到被加工表面上。圖2.1光刻技術原理簡圖3.光刻系統(tǒng)的組成3.1 掩模版在薄膜、塑料或玻璃基體材料上制作各種功能圖形并精確定位，以便用于光致抗蝕劑涂擇

15、性曝光的一種結構。 圖3.1 掩模版示意圖3.2 光刻膠光刻膠是一種由感光樹脂、增感劑、和溶劑組成的有機化合物，紫外線的照射會使光刻膠被曝光的區(qū)域發(fā)生光固化反應，使光刻膠在顯影液中所展現(xiàn)的親和性和溶解性得到顯著的變化。經(jīng)過顯影液的腐蝕處理，將其能溶解掉的部分去除，我們便能得到掩模版所要轉移的圖形。一般情況下，我們將液態(tài)的光刻膠均勻涂抹在晶圓表面，通過曝光和烘烤處理后變成固態(tài)。3.2.1 光刻膠的作用將掩模板上的圖形轉移到硅片表面的氧化層中；     在進行刻蝕或離子注入的工序中保護材料。3.2.2 光刻膠的主要技術參數(shù)分辨率（resolutio

16、n）。區(qū)別硅片表面相鄰圖形特征的能力。一般用關鍵尺寸（CD，Critical Dimension）來衡量分辨率。形成的關鍵尺寸越小，光刻膠的分辨率越好。     對比度（Contrast）。指光刻膠從曝光區(qū)到非曝光區(qū)過渡的陡度。涂膠的厚度較薄時有利于使圖形的輪廓更清晰，邊緣更明顯，有助于對比度的提高。    敏感度（Sensitivity）。要在膠層上得到清晰圖形的最小曝光量。單位：毫焦/平方厘米。   粘滯性/黏度 （Viscosity）。衡量光刻膠流動

17、特性的參數(shù)。粘滯性隨著光刻膠中的溶劑的減少而增加；高的粘滯性會產(chǎn)生厚的光刻膠；越小的粘滯性，就有越均勻的光刻膠厚度。光刻膠的比重（SG，Specific Gravity）是衡量光刻膠的密度的指標。它與光刻膠中的固體含量有關。光刻膠的比重越大表明該光刻膠的流動性越差。運動粘滯率定義為：運動粘滯率=絕對粘滯率/比重。單位：百分斯托克斯（cs）cps/SG。 粘附性（Adherence）。表征光刻膠粘著于襯底的強度。光刻膠的粘附性不足會導致硅片表面的圖形變形。光刻膠的粘附性必須經(jīng)受住后續(xù)工藝（刻蝕、離子注入等）。    抗蝕性（Anti-e

18、tching）。光刻膠必須保持它的粘附性，在后續(xù)的刻蝕工序中保護襯底表面。耐熱穩(wěn)定性、抗刻蝕能力和抗離子轟擊能力。表面張力（Surface Tension）。分子間引力的一種，作用于液體表面和液體主體之間，將前者拉向后者。要想使光刻膠能良好均勻的覆蓋到硅片表面，要求光刻膠的表面張力小，流動性強。    存儲和傳送（Storage and Transmission）。能量（光和熱）可以激活光刻膠。應該存儲在密閉、低溫、不透光的盒中。光刻膠的發(fā)揮良好的性能作用需要注意光刻膠在儲存時不能超過其閑置期限，同時要將光刻膠儲存在合適的溫

19、度環(huán)境中。圖3.2 光刻膠商品     3.2.3 光刻膠的分類 光刻膠有正膠和負膠的區(qū)別。光刻膠經(jīng)過曝光后，其被爆光的部分變得容易被溶解，稱為正膠；負膠則相反，即曝光部分變得不易溶解。光刻膠可以分為以下三類：光聚合型：采用的烯類單體在光照條件下會生成自由基，繼而引發(fā)單體發(fā)生聚合反應，可以制成正膠。 光分解型：采用能在光照的條件下改變其自身油溶性的物質，光分解之后具有水溶性。具有形成正像的特點。 光交聯(lián)型：采用聚乙烯醇月桂酸酯等作為光引發(fā)劑，在光照的條件下會打開其分子中的雙鍵，這些打開的雙鍵會發(fā)生交聯(lián)，形成具有不溶性的網(wǎng)狀結構?？梢灾瞥韶撃z1。

20、3.3 光刻機高端的光刻機其精密程度可以說是當今世界之最，制造高端光刻機的成本是巨大的，已經(jīng)存在有超過七千多萬美金的光刻機。高端光刻機對制造條件的要求非?？量?，世界上擁有這樣先進條件的公司屈指可數(shù)，被稱為現(xiàn)代光學工業(yè)之花。高端光刻機的分辨率與低端光刻機的分辨率有著天壤之別，高端光刻機包括步進式光刻機和掃描投影光刻機，它們的分辨率可以到達幾十納米到幾微米，而接近、接觸式低端光刻機的分辨率則在數(shù)微米之上。圖3.3 光刻機 光刻機一般根據(jù)操作的簡便性分為三種，手動、半自動、全自動。手動：通過手動調節(jié)旋鈕，來改變光刻機的X軸，Y軸和thita角度，因此手動光刻機的精確度不高；半自動：指的是對準可以通過

21、電動軸根據(jù)CCD的進行定位調諧；自動：通過程序控制曝光的時間和循環(huán)，生產(chǎn)商家主要用自動光刻機來處理大量的光刻需求。光源是光刻機最核心的部分。常見光源分為:紫外光（UV），g線：436nm;i線：365nm，深紫外光(DUV),KrF準分子激光：248nm,ArF準分子激光：193nm，極紫外光（EUV），10到15nm。光刻機對光源系統(tǒng)的要求：有適當?shù)牟ㄩL。波長越短，衍射現(xiàn)象會更容易發(fā)生，就越要提高刻蝕的精度控制，可曝光的特征尺寸就越小。有足夠的能量。能量越大，曝光時間就越短；曝光能量必須均勻地分布在曝光區(qū)。一般采用光的均勻度 或者叫 不均勻度 光的平行度等概念來衡量光是否均勻分布;光刻機的主

22、要性能指標有：支持基片的尺寸范圍，分辨率、對準精度、曝光方式、光源波長、光強均勻性、生產(chǎn)效率等2。分辨率是對光刻工藝加工可以達到的最細線條精度的一種描述方式。光刻的分辨率受受光源衍射的限制,所以與光源、光刻系統(tǒng)、光刻膠和工藝等各方面的限制。對準精度是在多層曝光時層間圖案的定位精度。曝光方式分為接觸接近式、投影式和直寫式。曝光光源波長為紫外、深紫外和極紫外區(qū)域，光源有汞燈，準分子激光器等。圖3.4德國Karlsuss MJB3光刻機4.基本光刻工藝流程4.1簡介 光刻工藝是要在硅片的表面構造所需圖形的操作方法，它的目的首先是在硅片的表面建立和定位我們想要得到的圖形。圖4.1圖形建立 因為最終的圖

23、形是用多個掩模版按照特定的順序在晶圓表面一層一層疊加建立起來的。圖形定位的要求就好像是一幢建筑物每一層之間所要求的正確對準。如果每一次的定位不準將會導致整個電路失效。除此之外，光刻工藝操作過程當中的復雜步驟以及多層次的光刻也容易帶來缺陷，在操作過程當中也要注重缺陷水平控制。圖4.2圖形定位對準4.2 光刻蝕工藝概況光刻蝕工藝在轉移圖形時通過兩步完成。首先圖形被轉移到光刻膠層。我們將覆蓋有光刻膠的晶片置于掩模版下曝光，光刻膠經(jīng)過曝光后自身結構和溶解性發(fā)生變化（由原來的可溶性物質變?yōu)榉强扇苄晕镔|，或者相反）。然后可以通過顯影液對曝光后的硅片進行漂洗等操作，使光刻膠層的非聚合局域溶解掉，這樣一來，圖

24、形就被轉移到了光刻膠上。其次，使用一定的方法將圖形從光刻膠轉移到硅片晶圓上。因為在晶圓上已經(jīng)存在著被光刻膠保護和沒有被保護的不同區(qū)域，通過不同的方法去掉未被保護區(qū)域的薄膜層，這是就能看作圖形轉移工作已經(jīng)完成。圖4.3對準、曝光和顯影 圖4.4刻蝕和光刻膠去除如果掩模版的圖形是由不透光的區(qū)域決定的，稱其為亮場掩模版；而暗場掩模版是相反的，暗場掩模版圖形的編碼方式和亮場掩模版恰恰相反，當采用一樣的步驟時，亮場掩模版在晶圓表面留下的圖形是下沉的，暗場掩模版留下的圖形是上凸的，就像浮雕一樣。這兩類掩模工藝在集成電路制造中都發(fā)揮著重要的作用。暗場掩模版主要用來反刻金屬互聯(lián)線。圖4.5暗場和亮場掩模版5.

25、集成電路所采用的光刻技術5.1簡介因為迅速發(fā)展的分辨率增強技術，光源波長的二分之一已經(jīng)成為光學光刻的分辨率極限。所以，193nm波長的光源分辨率可以達到0.1m，157nm波長的光源分辨率可以達到0.07m。但是許多材料會吸收深遠紫外光線，但是如果一味的縮短光源的波長又不易找到制造這些光學系統(tǒng)的材料，因此，0.07m已經(jīng)到了光學光刻所能達到的極限。在科學技術快速發(fā)展的今天，光學光刻所能做到的已經(jīng)不能滿足社會的需要了，光學光刻很難突破本身的分辨率極限，因而需要有后一代光刻技術來替代光學光刻。這些新一代的先進光刻技術就是為了在0.1m以及更精細的尺寸方面取代光學光刻，這些技術在近些年的研究熱度非常

26、高技術包括X射線光刻、極紫外光刻、電子束投影光刻、離子束投影光刻等等。 這些技術的采用是光刻分辨率提高到一個臺階，達到30nm。 5.2 EUV技術5.2.1 EUV技術原理淺析在微電子技術的發(fā)展歷程中，人們一直在研究開發(fā)新的IC制造技術來縮小線寬和增大芯片的容量。如：X射線接近式光刻、電子束投影光刻、離子柬投影光刻和軟X射線投影光刻等。我們也普遍的把軟X射線投影光刻稱作極紫外投影光刻。在光刻技術領域我們的科學家們對極紫外投影光刻EUV技術的研究最為深入也取得了突破性的進展，使極紫外投影光刻技術最有希望被普遍使用到以后的集成電路生產(chǎn)當中。它支持22nm以及更小線寬的集成電路生產(chǎn)使用。 

27、0;EUV是目前距實用化最近的一種深亞微米的光刻技術。波長為157nm的準分子激光光刻技術也將近期投入應用。如果采用波長為13nm的EUV，則可得到0.1um的細條。在1985年左右已經(jīng)有前輩們就EUV技術進行了理論上的探討并做了許多相關的實驗。J近十年之后微電子行業(yè)的發(fā)展受到重重阻礙才致人們有了憂患意識。并且從微電子技術的發(fā)展過程能判斷出，若不早日推出極紫外光刻技術來對當前的芯片制造方法做出全面的改進，將使整個芯片工業(yè)處在岌岌可危的地步。EUV系統(tǒng)主要由四部分構成：極端紫外光源；  反射投影系統(tǒng)；  光刻模板（mask）；    能夠用于極端紫外的光刻

28、涂層（photo-resist）。圖5.1點光源極端紫外光刻技術原理從目前來看，激光發(fā)生器在極端紫外光譜的輸出功率是不夠理想的，要想設計出擁有足夠能量而且符合生產(chǎn)要求的極端紫外光源是十分困難的。況且傳統(tǒng)的光刻投影設備以及空氣等都很容易吸收極端紫外光也是需要解決的又一大難題。極端紫外光刻技術所使用的光刻機的對準套刻精度要達到10nm，其研發(fā)和制造原理實際上和傳統(tǒng)的光學光刻在原理上十分相似。對光刻機的研究重點是要求定位要極其快速精密以及逐場調平調焦技術，因為光刻機在工作時拼接圖形和步進式掃描曝光的次數(shù)很多。不僅如此入射對準光波信號的采集以及處理問題還需要解決。圖5.2 步進式光刻機圖5.3 EUV

29、光刻機的結構5.2.2 EUV技術目前定位困境   EUV技術的進展還是比較緩慢的，而且將消耗大量的資金。盡管目前很少廠商將這項技術應用到生產(chǎn)中，但是極紫外光刻技術卻一直是近些年來的研究熱點，所有廠商對這項技術也都充滿了期盼，希望這項技術能有更大的進步，能夠早日投入大規(guī)模使用。 各家廠商都清楚，半導體工藝向往下刻，使用EUV技術是必須的。波長越短，頻率越高，光的能量正比于頻率，反比于波長。但是因為頻率過高，傳統(tǒng)的光溶膠直接就被打穿了。現(xiàn)在，半導體工藝的發(fā)展已經(jīng)被許多物理學科從各個方面制約了。在45nm工藝的蝕刻方面，EUV技術已經(jīng)展現(xiàn)出一些特點所以現(xiàn)在EVU技術要突破，從外

30、部支持來講，要換光溶膠，但是合適的一直沒找到3。而從EUV技術自身來講，同時盡可能的想辦法降低輸出能量。    目前EUV光刻技術存在的問題：    造價太高，高達6500萬美元，比193nm ArF浸沒式光刻機貴；    未找到合適的光源；    沒有無缺陷的掩模；    未研發(fā)出合適的光刻膠；    人力資源缺乏；    不能用于22nm工藝早期開發(fā)工作。5.2.3 EUV光學系統(tǒng)極端紫外光刻的成像條件是比較苛刻的，必須處于真空的環(huán)境之中，而且由于EU

31、V波段范圍的限制，必須采用反射式的光學系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的折射式光學系統(tǒng)，并且每一反射鏡的最大反射率也有要求，即不會超過百分之七十。EUV光學系統(tǒng)由照明系統(tǒng)和投影系統(tǒng)組成，這兩個系統(tǒng)利用的是若干個面形為非球面的反射光學元件。人們通過大量的研究和實驗發(fā)現(xiàn)由兩面或者三面反射光學元原件組成的極紫外光刻光學系統(tǒng)并沒有得到需要達到的效果，當使用四面反射光學元件組成的極紫外光刻光學系統(tǒng)所取得的效果是較為理想的，這四面反射元件通常由三面非球面反射鏡和一面球面反射鏡組成。 毋庸置疑的是采用的光學元件質量尤其是投影系統(tǒng)的質量極大影響這極紫外光刻系統(tǒng)成像，通常情況下X射線光學元件的表面要求為極其光滑的，其粗糙度要遠遠

32、比工作在可見光波段的光學元件的粗糙度低，這也是對光學元件加工方面的造成很大的困擾。面對這樣的挑戰(zhàn)，目前主要采用金剛石單點車削以及數(shù)控拋光的方式來代替以往的研磨和瀝青拋光法，以應對極紫外光刻對光學元件的高要求。金剛石單點車削的加工方法與傳統(tǒng)的光學加工方法有很多優(yōu)勢，它的車刀是用單晶金剛石制成。這種方法話費很低的成本就能制成許多復雜的曲面而且制成的光學元件擁有很高的質量，表面光滑度符合極紫外光刻技術的要求。數(shù)控拋光的方法依賴于快速發(fā)展的計算機技術，其利用數(shù)據(jù)系統(tǒng)在控制拋光過程，精準的控制磨具在光學元件表面不同位置的拋光強度和時間。值得一提的是，人們還采用惰性氣體離子束轟擊極紫外光刻光學元件的表面，

33、也能達到十分理想的效果，這種離子束刻蝕拋光法也得到了發(fā)展。為了得到極紫外光刻波段之內要求的折射率，極紫外光刻成像系統(tǒng)的表面通常被涂上多層膜涂層，因為要得到高反射率的材料是無法從由一種元素組成的物質制成的，這種方法已經(jīng)在光學元件的加工生產(chǎn)中廣泛應用，從目前的技術看，Mo/Si和Mo/Be是目前使用最多的膜涂層材料，也是目前最好的膜涂層材料，但是，影響多層膜反射率的許多因素還是難以預測。圖5.4 超精密單點金剛石車削總體上講，非球面反射元件的納米級加工技術就像制備太空天文望遠鏡一樣難。5.2.4 EUV光刻對掩膜版的要求 極紫外光刻技術所采用的是反射式掩模，這是它與現(xiàn)有光刻技術的主要區(qū)別之一，由于

34、透射式掩模用于13nm光刻時，光源的波長短，系統(tǒng)材料會大量吸收紫外光束，大幅度削弱光強，不能協(xié)調克服和熱應力變形之間的矛盾，因此目前的極紫外光刻技術采用反射式掩模替代傳統(tǒng)的透射式掩模，同時需要用高反射率的多層膜結構來作為反射式EUV掩模的襯基。且采用高水平的高真空濺射淀積法將鉻（或者其他金屬如鋁等）薄膜生長到襯機上作為吸收體。反射式EUV掩模如圖5.5所示。多層膜技術的巨大進步使得反射式掩模成為可能，但掩模中引入了多層膜之后，相應地帶來了諸如多層膜均勻性、多層膜缺陷等技術難題4。從極紫外光刻的發(fā)展歷程不難看出，要使這項技術盡早投入量產(chǎn)，必須將光刻機、光刻膠和掩膜版等各個環(huán)節(jié)共同發(fā)展，緊密配合。

35、要使EUV順利進入量產(chǎn)，無缺陷的掩膜是必不可少的。如何解決掩膜版表面多層抗反射膜的無缺陷問題成為關鍵。EUV掩膜版的制作一般是采用多層堆疊的Mo/Si薄膜，每一Mo層與Si層都必須足夠平滑，誤差容許范圍為一個原子大小。如果掩膜上存在大顆粒時，通常需要采用掩膜修正技術進行處理。可是由于太多因素的限制，EUV掩模在制造的過程中難免會出現(xiàn)缺陷，而且現(xiàn)有的缺陷檢測和修復技術仍然難以發(fā)揮出明顯的作用，因此對于EUV掩模的研究還要在尋找非常低缺陷的多層膜制備技術上花費大量精力，光刻技術發(fā)展對全新掩模版技術開發(fā)的需求十分迫切。圖5.5 反射式EUV光刻反射掩模 5.2.5 EUV光刻前景與展望在摩爾定律的規(guī)

36、律下，以及在如今科學技術快速發(fā)展的信息時代，新一代的光刻技術就應該被選擇和研究，在當前微電子行業(yè)最為人關注，而在這些高新技術當中，極紫外光刻與其他技術相比又有明顯的優(yōu)勢。極紫外光刻的分辨率至少能達到30nm以下,且更容易收到各集成電路生產(chǎn)廠商的青睞，因為極紫外光刻是傳統(tǒng)光刻技術的拓展，同時集成電路的設計人員也更喜歡選擇這種全面符合設計規(guī)則的光刻技術。極紫外光刻技術掩模的制造難度不高，具有一定的產(chǎn)量優(yōu)勢。然而EUV光刻技術也有明顯的缺陷，其設備制造成本十分高昂，包括掩模和工藝在內的諸多方面花費資金都很大。同時極紫外光刻光學系統(tǒng)的設計和制造也極其復雜，存在許多尚未解決的技術問題，但對這些難關的解決

37、方案正在研究當中，一旦將這些難題解決，極紫外光刻技術在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)應用過程中就不會有原理性的技術難關了。5.3 X射線光刻技術1895年，德國物理學家倫琴首先發(fā)現(xiàn)了X射線，也因此獲得了諾貝爾物理學獎。X射線是一種與其他粒子一樣具有波粒二象性的電磁波，可以是重原子能級躍遷或著是加速電子與電磁場耦合輻射的產(chǎn)物。X射線的波長極短，1972年X射線被最早提出用于光刻技術上，X射線在用于光刻時的波長通常在0.7到0.12nm之間，它極強的穿透性決定了它在厚材料上也能定義出高分辨率的圖形。5.3.1 X射線光刻基礎工藝 X射線波長極短，使得其不會發(fā)生嚴重的衍射現(xiàn)象。我們在使用X射線進行曝光時對波長的

38、選擇是受到一定因素限制的，在曝光過程中，光刻膠會吸收X射線光子，而產(chǎn)生射程隨X射線波長變化而相繼改變的光電子，這些光電子會降低光刻分辨率，X射線的波長越短，光電子的射程越遠，對光刻越不利。因此增加X射線的波長有助于提高光刻分辨率。然而長波長的X射線會加寬圖形的線寬，考慮多種因素的影響，通常只能折中選擇X射線的波長。今年來的研究發(fā)現(xiàn)，當圖形的線寬小到一定程度時（一般為0.01m以下），被波導效應影響，最終得到的圖形線寬要小于實際掩模圖形，因此X光刻分辨率也受到掩模版與晶圓間距大小的影響。除此之外，還需要大量的實驗研究來解決X射線光刻圖形微細加工時對圖形質量造成影響的諸多因素。圖5.6 X射線同步

39、輻射曝光系統(tǒng)的基本組成示意圖5.3.2 X射線光刻掩模在后光學光刻的技術中，其最主要且最困難的技術就是掩模制造技術，其中1：1的光刻非常困難，是妨礙技術發(fā)展的難題之一。所以說，我們認為掩模開發(fā)是對于其應用于工業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，也是決定成敗的關鍵。在過去的發(fā)展中，科學家對其已經(jīng)得到了巨大的發(fā)展，也有一些新型材料的發(fā)現(xiàn)以及應用，有一些已經(jīng)在實驗室中得以實踐，但對于工業(yè)發(fā)展還是沒有什么重大的成就。X射線掩模的基本結構包括薄膜、吸收體、框架、襯底，其中薄膜襯基材料一般使用Si、SiC、金剛石。吸收體主要使用金、鎢等材料，其結構圖如圖5.7所示：對于掩模的性能要求如下：要能夠使X射線以及其他光線的有效透過，且保障其有足夠的機械強度，具有高的X射線的吸收性，