第二章-光學(xué)曝光技術(shù)課件(1)教學(xué)提綱

1、第二章第二章 光學(xué)曝光光學(xué)曝光(bo gung)技術(shù)技術(shù)u 光學(xué)曝光的工藝過程光學(xué)曝光的工藝過程u 光學(xué)曝光的方式和原理光學(xué)曝光的方式和原理(yunl)u 光刻膠的特性光刻膠的特性u(píng) 光學(xué)掩膜的設(shè)計(jì)與制造光學(xué)掩膜的設(shè)計(jì)與制造u 短波長(zhǎng)曝光技術(shù)短波長(zhǎng)曝光技術(shù)u 大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術(shù)大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術(shù)u 光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)u 光學(xué)曝光的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)光學(xué)曝光的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)u 其它光學(xué)曝光技術(shù)其它光學(xué)曝光技術(shù)u 厚膠曝光技術(shù)厚膠曝光技術(shù)u LIGA技術(shù)技術(shù)東南大學(xué)東南大學(xué) 南京南京 MEMS教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室第一頁(yè)，共49頁(yè)。光刻工藝光刻工藝(

2、gngy)的基本要素的基本要素 光源(light sources) 曝光(bo gung)系統(tǒng)(exposure system) 光刻膠(photoresist)能量(光源): 引起光刻膠化學(xué)反應(yīng)，改變光刻膠溶解速率(sl)；掩膜版(mask): 對(duì)光進(jìn)行掩膜，在光刻膠上制造掩膜版的圖形；對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)(Aligner): 在硅片上把掩膜版和以前的圖形對(duì)準(zhǔn)；光刻膠(Resist): 把圖形從掩膜版轉(zhuǎn)移到硅片；襯底(substrate)：具有以前的掩膜版圖形。第二頁(yè)，共49頁(yè)。光刻工藝光刻工藝(gngy)的基本流程的基本流程第三頁(yè)，共49頁(yè)。第二章第二章 光學(xué)光學(xué)(gungxu)曝光技術(shù)曝光技術(shù)u 光

3、學(xué)曝光的工藝過程光學(xué)曝光的工藝過程u 光學(xué)曝光的方式和原理光學(xué)曝光的方式和原理u 光刻膠的特性光刻膠的特性u(píng) 光學(xué)掩膜的設(shè)計(jì)光學(xué)掩膜的設(shè)計(jì)(shj)與制造與制造u 短波長(zhǎng)曝光技術(shù)短波長(zhǎng)曝光技術(shù)u 大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術(shù)大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術(shù)u 光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)u 光學(xué)曝光的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)光學(xué)曝光的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)u 其它光學(xué)曝光技術(shù)其它光學(xué)曝光技術(shù)u 厚膠曝光技術(shù)厚膠曝光技術(shù)u LIGA技術(shù)技術(shù)東南大學(xué)東南大學(xué) 南京南京 MEMS教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室第四頁(yè)，共49頁(yè)。（1）接觸式光學(xué)曝光）接觸式光學(xué)曝光(bo gung)技術(shù)技術(shù)東南大學(xué)東南大學(xué) 南

4、京南京 MEMS教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(yudin)：設(shè)備簡(jiǎn)單，分辨率高（約：設(shè)備簡(jiǎn)單，分辨率高（約1 m ）。）。 缺點(diǎn)：掩模壽命短（缺點(diǎn)：掩模壽命短（10 20次），硅片上圖形缺陷多，光刻成品率低。次），硅片上圖形缺陷多，光刻成品率低。第五頁(yè)，共49頁(yè)。（2）接近）接近(jijn)式光學(xué)曝光技術(shù)式光學(xué)曝光技術(shù)東南大學(xué)東南大學(xué) 南京南京 MEMS教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(yudin)：掩模壽命長(zhǎng)（可提高：掩模壽命長(zhǎng)（可提高10 倍以上），圖形缺陷少。倍以上），圖形缺陷少。 缺點(diǎn)：衍射效應(yīng)使分辨率下降。缺點(diǎn)：衍射效應(yīng)使分辨率下降。 第六頁(yè)，共49頁(yè)。（3）

5、投影）投影(tuyng)式光學(xué)曝光技術(shù)式光學(xué)曝光技術(shù)投影式曝光的優(yōu)點(diǎn)：投影式曝光的優(yōu)點(diǎn)： 掩模壽命長(zhǎng)。掩模壽命長(zhǎng)。 可以在不十分平整的大晶片上獲得高分可以在不十分平整的大晶片上獲得高分辨率的圖形。辨率的圖形。 掩模尺寸掩模尺寸(ch cun)遠(yuǎn)大于芯片尺寸遠(yuǎn)大于芯片尺寸(ch cun)，使掩模制造簡(jiǎn)單，可減少掩模上，使掩模制造簡(jiǎn)單，可減少掩模上的缺陷對(duì)芯片成品率的影響。的缺陷對(duì)芯片成品率的影響。投影式曝光的缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜、昂貴，投影式曝光的缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜、昂貴， 曝光效率低。曝光效率低。 步進(jìn)式投影步進(jìn)式投影(tuyng)光刻光刻投影式光刻投影式光刻第七頁(yè)，共49頁(yè)。光刻工藝的相關(guān)光刻工藝的相

6、關(guān)(xinggun)光學(xué)基礎(chǔ)光學(xué)基礎(chǔ) 光在空間中以電磁波的形式傳播 當(dāng)物體的尺寸遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)時(shí)，把光作為粒子來(lái)處理 當(dāng)物體的尺寸和波長(zhǎng)可比擬(bn)時(shí)，要考慮光的波動(dòng)性衍射光的衍射光的衍射(ynsh)效應(yīng)效應(yīng)光的衍射影響分辨率，決定分辨率極限：2minL第八頁(yè)，共49頁(yè)。q如果想在像平面(如光刻膠）對(duì)小孔進(jìn)行成像，可以(ky)用透鏡收集光并聚焦到像平面第九頁(yè)，共49頁(yè)。數(shù)值孔徑(Numerical Aperture NA) 光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑描述透鏡(tujng)收集光的能力 n是透鏡到硅片間介質(zhì)(jizh)的折射率，對(duì)空氣而言為1sin61. 0)sin2(22. 122. 1nfnffDR分

7、辨率分辨率第十頁(yè)，共49頁(yè)。分辨率-ResolutionfdNANAdfbl261. 022. 12)(min K1是一個(gè)獨(dú)立于光學(xué)(gungxu)成像的因子，取決于光刻系統(tǒng)和光刻膠的性質(zhì)等其它因素一般來(lái)說(shuō)，最小線寬K10.60.8NAK1 第十一頁(yè)，共49頁(yè)。 然而采用高數(shù)值孔徑的光學(xué)系統(tǒng)然而采用高數(shù)值孔徑的光學(xué)系統(tǒng)(大透鏡大透鏡(tujng)），會(huì)使），會(huì)使景深變差景深變差第十二頁(yè)，共49頁(yè)。 焦深（DoF）焦深就是聚焦深度（焦深就是聚焦深度（Depth of Focus），它是指沿著光通路，圓片），它是指沿著光通路，圓片可以移動(dòng)而依然保持圖形聚焦清晰的移動(dòng)距離。對(duì)于投影可以移動(dòng)而依然保持

8、圖形聚焦清晰的移動(dòng)距離。對(duì)于投影(tuyng)系統(tǒng)，焦深由下式給出：系統(tǒng)，焦深由下式給出：2DoFNAk2 +-光刻膠光刻膠膜膜焦深焦深焦平面焦平面透鏡透鏡焦點(diǎn)是沿透鏡中心焦點(diǎn)是沿透鏡中心出現(xiàn)最佳圖像的點(diǎn)出現(xiàn)最佳圖像的點(diǎn)，焦深是焦點(diǎn)上面，焦深是焦點(diǎn)上面和下面的一個(gè)范圍和下面的一個(gè)范圍(fnwi)。焦點(diǎn)可。焦點(diǎn)可能不是正好在光刻能不是正好在光刻膠層的中心，但是膠層的中心，但是焦深應(yīng)該穿越光刻焦深應(yīng)該穿越光刻膠層上下表面。膠層上下表面。第十三頁(yè)，共49頁(yè)。NGL: X射線(5)，電子束(0.62)，離子束(0.12 )光源光源波長(zhǎng)波長(zhǎng) (nm)術(shù)語(yǔ)術(shù)語(yǔ)技術(shù)節(jié)點(diǎn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)汞燈汞燈436g線0.5mm汞

9、燈汞燈365i線0.5/0.35mmKrF(激光激光)248DUV0.25/0.13mmArF (激光激光)193193DUV90/6532nmF2 (激光激光)157VUVCaF2 lenses激光激發(fā)激光激發(fā)Xe等離子體等離子體13.5EUVReflective mirrors光光 源源第十四頁(yè)，共49頁(yè)。第二章第二章 光學(xué)曝光光學(xué)曝光(bo gung)技術(shù)技術(shù)u 光學(xué)曝光的工藝過程光學(xué)曝光的工藝過程u 光學(xué)曝光的方式和原理光學(xué)曝光的方式和原理u 光刻膠的特性光刻膠的特性(txng)u 光學(xué)掩膜的設(shè)計(jì)與制造光學(xué)掩膜的設(shè)計(jì)與制造u 短波長(zhǎng)曝光技術(shù)短波長(zhǎng)曝光技術(shù)u 大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術(shù)大

10、數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術(shù)u 光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)u 光學(xué)曝光的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)光學(xué)曝光的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)u 其它光學(xué)曝光技術(shù)其它光學(xué)曝光技術(shù)u 厚膠曝光技術(shù)厚膠曝光技術(shù)u LIGA技術(shù)技術(shù)東南大學(xué)東南大學(xué) 南京南京 MEMS教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室第十五頁(yè)，共49頁(yè)。光刻膠基本成分光刻膠基本成分 光學(xué)曝光過程中，為了將掩模上的圖形轉(zhuǎn)移到圓片上，輻照必須作用在光敏物質(zhì)上，該光敏物質(zhì)必須通過光照，改變材料性質(zhì)，使在完成(wn chng)光刻工藝后，達(dá)到轉(zhuǎn)移圖形的目的。該光敏物質(zhì)稱為光刻膠。東南大學(xué)東南大學(xué) 南京南京 MEMS教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光刻膠基本成分

11、組成光刻膠基本成分組成(z chn)：（1）樹脂（）樹脂（Resin）（2）感光劑（）感光劑（PAC）（3）溶劑（）溶劑（Solvent）（4）添加劑（）添加劑（Additive）第十六頁(yè)，共49頁(yè)。樹脂（樹脂（Resin）：光刻膠中的基體材料，是一種對(duì)光敏感的高分）：光刻膠中的基體材料，是一種對(duì)光敏感的高分子化合物，當(dāng)它受適當(dāng)波長(zhǎng)子化合物，當(dāng)它受適當(dāng)波長(zhǎng)(bchng)的光照射后，就能吸收一的光照射后，就能吸收一定波長(zhǎng)定波長(zhǎng)(bchng)的光能量，發(fā)生交聯(lián)、聚合或分解等光化學(xué)反的光能量，發(fā)生交聯(lián)、聚合或分解等光化學(xué)反應(yīng)，使光刻膠改變性質(zhì)。應(yīng)，使光刻膠改變性質(zhì)。感光劑（感光劑（PAC，photo

12、active compound)：在曝光前作為抑制劑（：在曝光前作為抑制劑（inhibitor），降低光刻膠在顯影液中的溶解速度，而在暴露于光），降低光刻膠在顯影液中的溶解速度，而在暴露于光線時(shí)有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生線時(shí)有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生(fshng)，使抑制劑變成了感光劑，增加，使抑制劑變成了感光劑，增加了膠的溶解性（正膠），或產(chǎn)生交聯(lián)催化劑，使樹脂交聯(lián)，降了膠的溶解性（正膠），或產(chǎn)生交聯(lián)催化劑，使樹脂交聯(lián)，降低膠的溶解性（負(fù)膠）。低膠的溶解性（負(fù)膠）。 溶劑（溶劑（solvent）：使光刻膠保持液體狀態(tài)。絕大多數(shù)的溶）：使光刻膠保持液體狀態(tài)。絕大多數(shù)的溶劑在曝光前揮發(fā)除去，對(duì)光刻膠的化學(xué)性質(zhì)幾乎沒有什

13、么劑在曝光前揮發(fā)除去，對(duì)光刻膠的化學(xué)性質(zhì)幾乎沒有什么影響。影響。 添加劑（添加劑（additive）：用來(lái)控制和改變光刻膠材料的特定）：用來(lái)控制和改變光刻膠材料的特定(tdng)化學(xué)性質(zhì)或光刻膠材料的光響應(yīng)特性，也包括控制化學(xué)性質(zhì)或光刻膠材料的光響應(yīng)特性，也包括控制光刻膠反射率的染色劑。光刻膠反射率的染色劑。第十七頁(yè)，共49頁(yè)。 凡是在能量束（光束、電子束、離子束等）的凡是在能量束（光束、電子束、離子束等）的照射下，以交聯(lián)反應(yīng)照射下，以交聯(lián)反應(yīng)(fnyng)為主的光刻膠稱為為主的光刻膠稱為 負(fù)性光刻膠，簡(jiǎn)稱負(fù)性光刻膠，簡(jiǎn)稱 負(fù)膠。負(fù)膠。 凡是在能量束（光束、電子束、離子束等）凡是在能量束（光束

14、、電子束、離子束等）的照射下，以降解反應(yīng)的照射下，以降解反應(yīng)(fnyng)為主的光刻膠稱為主的光刻膠稱為為 正性光刻膠，簡(jiǎn)稱正性光刻膠，簡(jiǎn)稱 正膠。正膠。光刻膠是長(zhǎng)鏈聚合物光刻膠是長(zhǎng)鏈聚合物正膠在感光時(shí)，曝光對(duì)聚合物起斷鏈作用正膠在感光時(shí)，曝光對(duì)聚合物起斷鏈作用(zuyng)，使長(zhǎng)鏈變短，使聚合物更容易在顯影液中溶解。使長(zhǎng)鏈變短，使聚合物更容易在顯影液中溶解。負(fù)膠在曝光后，使聚合物發(fā)生交聯(lián)，在顯影液中溶解負(fù)膠在曝光后，使聚合物發(fā)生交聯(lián)，在顯影液中溶解變慢。變慢。光刻膠類型光刻膠類型(lixng)(lixng)第十八頁(yè)，共49頁(yè)。正膠正膠IC主導(dǎo)主導(dǎo)負(fù)膠負(fù)膠第十九頁(yè)，共49頁(yè)。第二十頁(yè)，共49頁(yè)

15、。差的光刻膠對(duì)比度斜側(cè)壁膨脹差的反差光刻膠膜好的光刻膠對(duì)比度陡直側(cè)壁沒有膨脹好的反差光刻膠膜 靈敏度曲線越陡，光刻膠的對(duì)比度就越大，這樣有助于得到清晰的圖形靈敏度曲線越陡，光刻膠的對(duì)比度就越大，這樣有助于得到清晰的圖形(txng)輪廓和高的分辨率。一般光刻膠的對(duì)比度在輪廓和高的分辨率。一般光刻膠的對(duì)比度在 0.9 2.0 之間。對(duì)于亞微米之間。對(duì)于亞微米圖形圖形(txng)，要求對(duì)比度大于，要求對(duì)比度大于 1。 通常正膠的對(duì)比度要高于負(fù)膠。通常正膠的對(duì)比度要高于負(fù)膠。第二十一頁(yè)，共49頁(yè)。 光進(jìn)入光進(jìn)入(jnr)光刻膠后，其強(qiáng)度按下式衰減光刻膠后，其強(qiáng)度按下式衰減 0( )ezI zI式中，式

16、中，為光刻膠的光吸收系數(shù)。設(shè)為光刻膠的光吸收系數(shù)。設(shè) TR 為光刻膠的厚度為光刻膠的厚度(hud)，則可定義光刻膠的，則可定義光刻膠的 光吸收率光吸收率 為為RR000RR( ) d1e1TTII zzAI TT 可以證明，對(duì)比度可以證明，對(duì)比度 與光吸收系數(shù)與光吸收系數(shù)及光刻膠厚度及光刻膠厚度(hud) TR 之間有如下關(guān)系之間有如下關(guān)系 R1T 第二十二頁(yè)，共49頁(yè)。分辨率與靈敏度的關(guān)系分辨率與靈敏度的關(guān)系:當(dāng)入射電子數(shù)為當(dāng)入射電子數(shù)為 N 時(shí)，時(shí)，由于隨機(jī)漲落，實(shí)際入射的電子數(shù)在由于隨機(jī)漲落，實(shí)際入射的電子數(shù)在 范圍范圍(fnwi)內(nèi)。為保證內(nèi)。為保證出現(xiàn)最低劑量時(shí)不少于規(guī)定劑量的出現(xiàn)最

17、低劑量時(shí)不少于規(guī)定劑量的 90%，也即，也即 。由此可得由此可得 。因此對(duì)于小尺寸曝光區(qū)，必須滿足。因此對(duì)于小尺寸曝光區(qū)，必須滿足NN%10NN100minN2minminminmin()10SWNqqNqWSS式中，式中，Wmin 為最小尺寸為最小尺寸(ch cun)，即分辨率?？梢?，若靈敏度越高（即，即分辨率?？梢?，若靈敏度越高（即 S 越?。瑒t越?。?，則 Wmin 就越大，分辨率就越差。就越大，分辨率就越差。第二十三頁(yè)，共49頁(yè)。光刻膠膠膜必須保持它的粘附性，并在后續(xù)的濕刻和干刻中光刻膠膠膜必須保持它的粘附性，并在后續(xù)的濕刻和干刻中保護(hù)襯底表面。這種性質(zhì)被稱為抗蝕性。保護(hù)襯底表面。這種

18、性質(zhì)被稱為抗蝕性。第二十四頁(yè)，共49頁(yè)。第二十五頁(yè)，共49頁(yè)。第二章第二章 光學(xué)曝光光學(xué)曝光(bo gung)技術(shù)技術(shù)u 光學(xué)曝光的工藝過程光學(xué)曝光的工藝過程u 光學(xué)曝光的方式和原理光學(xué)曝光的方式和原理u 光刻膠的特性光刻膠的特性(txng)u 光學(xué)掩膜的設(shè)計(jì)與制造光學(xué)掩膜的設(shè)計(jì)與制造u 短波長(zhǎng)曝光技術(shù)短波長(zhǎng)曝光技術(shù)u 大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術(shù)大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術(shù)u 光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)u 光學(xué)曝光的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)光學(xué)曝光的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)u 其它光學(xué)曝光技術(shù)其它光學(xué)曝光技術(shù)u 厚膠曝光技術(shù)厚膠曝光技術(shù)u LIGA技術(shù)技術(shù)東南大學(xué)東南大學(xué) 南京南京 MEMS教育部

19、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室第二十六頁(yè)，共49頁(yè)。 掩膜版的材料掩膜版的材料(cilio)u襯底材料：最主要的用于亞微米光刻的投影掩膜版襯底材襯底材料：最主要的用于亞微米光刻的投影掩膜版襯底材料是熔融石英（料是熔融石英（fused silica）。它在深紫外光譜部（）。它在深紫外光譜部（248nm和和193nm）有著很高的光學(xué)透射。熔融石英相對(duì)昂貴，但性）有著很高的光學(xué)透射。熔融石英相對(duì)昂貴，但性能優(yōu)越。它具有很低的熱膨脹系數(shù)。能優(yōu)越。它具有很低的熱膨脹系數(shù)。u圖形材料：用于掩膜版上不透明的圖形材料通常是薄層的圖形材料：用于掩膜版上不透明的圖形材料通常是薄層的鉻（鉻（Chrome，Cr）。厚度通

20、常小于）。厚度通常小于1000A，通過，通過(tnggu)濺射淀積。有時(shí)候會(huì)在鉻上形成一層氧化鉻（濺射淀積。有時(shí)候會(huì)在鉻上形成一層氧化鉻（200A）的抗反）的抗反射涂層。射涂層。掩模版（掩模版（Photomask）：一種透明的）：一種透明的平板平板(pngbn)，上面有要轉(zhuǎn)印到硅，上面有要轉(zhuǎn)印到硅片上光刻膠層的圖形。片上光刻膠層的圖形。第二十七頁(yè)，共49頁(yè)。 光學(xué)工程師將用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為寫入系統(tǒng)所能接受的格式。包括數(shù)據(jù)分割，尺寸標(biāo)記，圖形(txng)旋轉(zhuǎn)，增加套刻標(biāo)記，內(nèi)部參照標(biāo)記，以及一個(gè)jobdeck（掩膜上不同圖形(txng)的位置的說(shuō)明）。第二十八頁(yè)，共49頁(yè)。 掩膜版上用于掩膜版上用于

21、Stepper對(duì)準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)(du zhn)的套刻標(biāo)記的套刻標(biāo)記第二十九頁(yè)，共49頁(yè)。掩膜版上的參照掩膜版上的參照(cnzho)標(biāo)記標(biāo)記 第三十頁(yè)，共49頁(yè)。掩膜版的制備掩膜版的制備(zhbi) 通常采用電子束直寫的方式把高分辨率的圖形轉(zhuǎn)印到掩膜版表面。 電子源產(chǎn)生的電子被加速并聚焦成形射到投影(tuyng)掩膜版上。電子束可以通過光柵掃描或矢量掃描的方式在掩膜版上形成圖形。 掩膜版上的電子束膠在曝光顯影后，通過濕法或干法刻蝕去掉不需要的鉻層。第三十一頁(yè)，共49頁(yè)。CAD設(shè)計(jì)、模擬、驗(yàn)證后由圖形發(fā)生器產(chǎn)生設(shè)計(jì)、模擬、驗(yàn)證后由圖形發(fā)生器產(chǎn)生(chnshng)數(shù)字?jǐn)?shù)字圖形圖形數(shù)字?jǐn)?shù)字(shz)圖圖形形4

22、或或5投影投影(tuyng)光刻版（光刻版（reticle）投影式光刻投影式光刻1掩膜版（掩膜版（mask）制作）制作接觸式、接近式光刻接觸式、接近式光刻掩膜版制作掩膜版制作第三十二頁(yè)，共49頁(yè)。掩模版制作過程：是一個(gè)微納加工過程掩模版制作過程：是一個(gè)微納加工過程12. Finished第三十三頁(yè)，共49頁(yè)。掩膜版缺陷掩膜版缺陷(quxin) 掩膜版上的缺陷會(huì)被復(fù)制到光刻膠層中，從而進(jìn)一步復(fù)制到硅片上。制造好的掩膜版要進(jìn)行(jnxng)大量測(cè)試來(lái)檢查缺陷和顆粒。 掩膜版缺陷的來(lái)源可能是掉鉻，表面擦傷，靜電放電或灰塵顆粒。第三十四頁(yè)，共49頁(yè)。第二講第二講 光學(xué)光學(xué)(gungxu)曝光技術(shù)曝光技

23、術(shù)u 光學(xué)曝光的工藝過程光學(xué)曝光的工藝過程u 光學(xué)曝光的方式和原理光學(xué)曝光的方式和原理u 光刻膠的特性光刻膠的特性(txng)u 光學(xué)掩膜的設(shè)計(jì)與制造光學(xué)掩膜的設(shè)計(jì)與制造u 短波長(zhǎng)曝光技術(shù)短波長(zhǎng)曝光技術(shù)u 大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術(shù)大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術(shù)u 光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)u 光學(xué)曝光的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)光學(xué)曝光的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)u 其它光學(xué)曝光技術(shù)其它光學(xué)曝光技術(shù)u 厚膠曝光技術(shù)厚膠曝光技術(shù)u LIGA技術(shù)技術(shù)東南大學(xué)東南大學(xué) 南京南京 MEMS教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室第三十五頁(yè)，共49頁(yè)。u 深紫外曝光技術(shù)深紫外曝光技術(shù)u 一般，一般，436nm為為G線，

24、線，356nm的為的為I線，線，。采用準(zhǔn)分子激。采用準(zhǔn)分子激光器的深紫外曝光技術(shù)。光器的深紫外曝光技術(shù)。u 極紫外曝光技術(shù)極紫外曝光技術(shù) u極紫外是波長(zhǎng)為極紫外是波長(zhǎng)為13nm的光輻射。而其本質(zhì)是一種軟的光輻射。而其本質(zhì)是一種軟X射射線。極紫外波長(zhǎng)可被幾乎所有材料吸收，故所有的光學(xué)系線。極紫外波長(zhǎng)可被幾乎所有材料吸收，故所有的光學(xué)系統(tǒng)包括掩模都必須是反射式的。統(tǒng)包括掩模都必須是反射式的。u組成：極紫外光源組成：極紫外光源等離子體激發(fā)和同步輻射源；等離子體激發(fā)和同步輻射源；極紫外光學(xué)系統(tǒng)極紫外光學(xué)系統(tǒng)利用多層膜反射鏡，可提高反射率；利用多層膜反射鏡，可提高反射率；極紫外掩模極紫外掩模掩?；搴徒?/p>

25、屬掩?；搴徒饘?jnsh)層；極紫外光刻膠層；極紫外光刻膠更高靈敏度和分辨率。更高靈敏度和分辨率。u X射線曝光技術(shù)射線曝光技術(shù) uX射線是指波長(zhǎng)在射線是指波長(zhǎng)在0.0110nm間的電磁波譜，又可分為軟間的電磁波譜，又可分為軟硬兩種。硬兩種。X射線不能被折射，故只能做成射線不能被折射，故只能做成1 1鄰近式曝光，鄰近式曝光，不可做成縮小式曝光，這樣就加大了掩模的制造難度和成不可做成縮小式曝光，這樣就加大了掩模的制造難度和成本。本。第三十六頁(yè)，共49頁(yè)。第二章第二章 光學(xué)光學(xué)(gungxu)曝光技術(shù)曝光技術(shù)u 光學(xué)曝光的工藝過程光學(xué)曝光的工藝過程u 光學(xué)曝光的方式和原理光學(xué)曝光的方式和原理(y

26、unl)u 光刻膠的特性光刻膠的特性u(píng) 光學(xué)掩膜的設(shè)計(jì)與制造光學(xué)掩膜的設(shè)計(jì)與制造u 短波長(zhǎng)曝光技術(shù)短波長(zhǎng)曝光技術(shù)u 大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術(shù)大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術(shù)u 光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)u 光學(xué)曝光的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)光學(xué)曝光的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)u 其它光學(xué)曝光技術(shù)其它光學(xué)曝光技術(shù)u 厚膠曝光技術(shù)厚膠曝光技術(shù)u LIGA技術(shù)技術(shù)東南大學(xué)東南大學(xué) 南京南京 MEMS教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室第三十七頁(yè)，共49頁(yè)。1mNAlkDsinNADn 大數(shù)值孔徑是高分辨率成像的必要條件(b yo tio jin) 但增加數(shù)值孔徑會(huì)受到焦深的影響(yngxing)和限制，過大的數(shù)

27、值孔徑會(huì)使焦深過小。 進(jìn)一步增加數(shù)值孔徑還受到光極化效應(yīng)的影響當(dāng)數(shù)值孔徑達(dá)到0.8以上時(shí)，光波通過透鏡會(huì)被極化成s極和p極分量(fn ling)，在大入射角的情況下，s極分量(fn ling)會(huì)被反射，使得入射光的能量損失以及成像對(duì)比度下降。2DoFNAk2 投影物鏡的設(shè)計(jì)和加工難度增大投影物鏡的設(shè)計(jì)和加工難度增大單單軸軸和和多多軸軸設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)方方案案第三十八頁(yè)，共49頁(yè)。浸沒浸沒(jn mi)式曝光式曝光1mNAlkD n=1.0, DNA=0.93, lm 60 nm n=1.44, DNA=1.34, lm 42 nm21.44H On增加增加(zngji)數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑:sinNADn

28、193 nm浸沒(jn mi)式光刻技術(shù)已在2006年投入使用第三十九頁(yè)，共49頁(yè)。東南大學(xué)東南大學(xué) 南京南京 MEMS教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室u 當(dāng)今高精度的浸沒式步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)對(duì)浸沒液體的當(dāng)今高精度的浸沒式步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)對(duì)浸沒液體的選擇相當(dāng)苛刻，高折射率和高透射系數(shù)是最基本的要求選擇相當(dāng)苛刻，高折射率和高透射系數(shù)是最基本的要求。u 一般地，使用水作為一般地，使用水作為193nm光刻的浸沒液體。光刻的浸沒液體。u 在曝光過程中，由于水中溶解的物質(zhì)有可能沉積到投影在曝光過程中，由于水中溶解的物質(zhì)有可能沉積到投影物鏡最后一個(gè)透鏡的下表面或者光刻膠上，引起成像缺物鏡最后一個(gè)透鏡的下

29、表面或者光刻膠上，引起成像缺陷，而水中溶解的氣體也有可能形成氣泡，使光線發(fā)生陷，而水中溶解的氣體也有可能形成氣泡，使光線發(fā)生散射和折射。因此散射和折射。因此(ync)，目前業(yè)界普遍使用價(jià)格便宜，目前業(yè)界普遍使用價(jià)格便宜、簡(jiǎn)單易得的去離子和去氣體的純水作為第一代浸沒式、簡(jiǎn)單易得的去離子和去氣體的純水作為第一代浸沒式光刻機(jī)的浸沒液體。光刻機(jī)的浸沒液體。u 另外，還要考慮水層的厚度對(duì)掃描速度的影響。在另外，還要考慮水層的厚度對(duì)掃描速度的影響。在500mm/s 的掃描速度下，水層的厚度應(yīng)該控制在的掃描速度下，水層的厚度應(yīng)該控制在12mm。第四十頁(yè)，共49頁(yè)。第二章第二章 光學(xué)曝光光學(xué)曝光(bo gun

30、g)技術(shù)技術(shù)u 光學(xué)曝光的工藝過程光學(xué)曝光的工藝過程u 光學(xué)曝光的方式和原理光學(xué)曝光的方式和原理u 光刻膠的特性光刻膠的特性u(píng) 光學(xué)掩膜的設(shè)計(jì)與制造光學(xué)掩膜的設(shè)計(jì)與制造(zhzo)u 短波長(zhǎng)曝光技術(shù)短波長(zhǎng)曝光技術(shù)u 大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術(shù)大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術(shù)u 光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)u 光學(xué)曝光的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)光學(xué)曝光的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)u 其它光學(xué)曝光技術(shù)其它光學(xué)曝光技術(shù)u 厚膠曝光技術(shù)厚膠曝光技術(shù)u LIGA技術(shù)技術(shù)東南大學(xué)東南大學(xué) 南京南京 MEMS教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室第四十一頁(yè)，共49頁(yè)。除了除了和和NA外，提高分辨率的另一個(gè)方法就是改變外，提高

31、分辨率的另一個(gè)方法就是改變(gibin)因子。因子。因子包含了透鏡光學(xué)以外的因素，它的理論極限值是因子包含了透鏡光學(xué)以外的因素，它的理論極限值是0.25。這些技術(shù)統(tǒng)稱為光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)。（這些技術(shù)統(tǒng)稱為光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)。（7種）種）（1）離軸照明技術(shù)）離軸照明技術(shù)有意將中有意將中心軸部分的光遮住，這有利于衍心軸部分的光遮住，這有利于衍射光波的高次諧波分量射光波的高次諧波分量(fn ling)通通過透鏡過透鏡成像到硅片表面上。主要有兩種成像到硅片表面上。主要有兩種方式：環(huán)形離軸照明和四級(jí)離軸方式：環(huán)形離軸照明和四級(jí)離軸照明。該技術(shù)是一種最易實(shí)現(xiàn)，照明。該技術(shù)是一種最易實(shí)現(xiàn)，成本最低的

32、分辨率增強(qiáng)技術(shù)成本最低的分辨率增強(qiáng)技術(shù)第四十二頁(yè)，共49頁(yè)。（2）移相掩模技術(shù)）移相掩模技術(shù)(PSM, Phase Shifting Mask)調(diào)制光波的相位來(lái)調(diào)制光波的相位來(lái)改善成像的對(duì)比度和焦深。常見形式有：輔助式，交替式，周邊式，無(wú)改善成像的對(duì)比度和焦深。常見形式有：輔助式，交替式，周邊式，無(wú)鉻式，衰減式。各種移相掩模的目的都是通過引進(jìn)相反的相位光波，在鉻式，衰減式。各種移相掩模的目的都是通過引進(jìn)相反的相位光波，在相的邊緣部分產(chǎn)生抵消作用。選擇一種具有一定厚度相的邊緣部分產(chǎn)生抵消作用。選擇一種具有一定厚度(hud)和折射率的材料，和折射率的材料，使得相位移動(dòng)使得相位移動(dòng)180,形成相消干

33、涉。形成相消干涉。普通鉻掩模移相掩模第四十三頁(yè)，共49頁(yè)。（3）光學(xué)鄰近效應(yīng)校正技術(shù)）光學(xué)鄰近效應(yīng)校正技術(shù)有意的改變掩模的設(shè)計(jì)尺寸和形狀來(lái)補(bǔ)有意的改變掩模的設(shè)計(jì)尺寸和形狀來(lái)補(bǔ)償圖形局部曝光過強(qiáng)或過弱。另外一種校正技術(shù)不是修改設(shè)計(jì)圖形本身，償圖形局部曝光過強(qiáng)或過弱。另外一種校正技術(shù)不是修改設(shè)計(jì)圖形本身，而是在設(shè)計(jì)圖形附近加一些圖形（亞分辨率輔助圖形）或散射條。這些輔助圖而是在設(shè)計(jì)圖形附近加一些圖形（亞分辨率輔助圖形）或散射條。這些輔助圖形的尺寸很小，不會(huì)在光刻膠上成像，但其會(huì)影響光強(qiáng)分布，從而形的尺寸很小，不會(huì)在光刻膠上成像，但其會(huì)影響光強(qiáng)分布，從而(cng r)影響影響設(shè)計(jì)圖形的成像質(zhì)量。設(shè)計(jì)

34、圖形的成像質(zhì)量。第四十四頁(yè)，共49頁(yè)。第四十五頁(yè)，共49頁(yè)。（4）消除表面反射和駐波效應(yīng)）消除表面反射和駐波效應(yīng)抗反射層和表面平坦抗反射層和表面平坦(pngtn)化技術(shù)化技術(shù)駐波：駐波：由于入射光和反射光間的相長(zhǎng)與相消干涉造成。駐波造成光刻膠中的光強(qiáng)隨厚度變化，由于曝光的變化產(chǎn)生光刻膠溶解率的變化，則表現(xiàn)為光刻膠側(cè)壁出現(xiàn)螺旋狀條紋。表面反射：來(lái)表面反射：來(lái)自曝光區(qū)的光自曝光區(qū)的光被圓片表面圖被圓片表面圖形不同的高低形不同的高低(god)形貌形貌反射，然后被反射，然后被不曝光的區(qū)域不曝光的區(qū)域的光刻膠吸收的光刻膠吸收，導(dǎo)致不希望，導(dǎo)致不希望的曝光。的曝光。 由于光學(xué)在金屬表面反射(fnsh)，使得光刻圖形尺寸改變。 利用防反射(fnsh)層(Anti Reflection Coating, ARC) 光刻膠表面平面化。第四十六頁(yè)，共49頁(yè)。（5）面向制造的掩模設(shè)計(jì)技術(shù)）面向制造的掩模設(shè)計(jì)技術(shù) 首先確定制造工藝首先確定制造工藝(gngy)的可能性，然后通改