光學(xué)曝光技術(shù)

1、關(guān)于光學(xué)曝光技術(shù)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共50頁光刻工藝的基本要素光刻工藝的基本要素 光源(light sources) 曝光系統(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；掩膜版(mask): 對光進(jìn)行掩膜，在光刻膠上制造掩膜版的圖形；對準(zhǔn)系統(tǒng)(Aligner): 在硅片上把掩膜版和以前的圖形對準(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?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共50頁光刻工藝的基本流程光刻工藝的基本流程現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共50頁第二章第二章 光學(xué)曝光技術(shù)光

2、學(xué)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u 光刻膠的特性光刻膠的特性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 短波長曝光技術(shù)短波長曝光技術(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 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)室現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共50頁（1 1）接觸式光學(xué)曝光技術(shù)）接觸式光學(xué)曝光技術(shù)東南大學(xué)

3、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)：設(shè)備簡單，分辨率高（約優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，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?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁，共50頁（2 2）接近式光學(xué)曝光技術(shù)）接近式光學(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)：掩模壽命長（可提高優(yōu)點(diǎn)：掩模壽命長（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。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共50頁（3 3）

4、投影式光學(xué)曝光技術(shù)）投影式光學(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。掩模壽命長。 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。 掩模尺寸遠(yuǎn)大于芯片尺寸，使掩模制掩模尺寸遠(yuǎn)大于芯片尺寸，使掩模制造簡單，可減少掩模上的缺陷對芯片造簡單，可減少掩模上的缺陷對芯片成品率的影響。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， 曝曝光效率低。光效率低。 步進(jìn)式投影光刻步進(jìn)式投影光刻投影式光刻投影式光刻現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共50頁光刻工藝的相關(guān)光學(xué)基礎(chǔ)光刻工藝的相關(guān)光學(xué)基礎(chǔ) 光在空間中以電磁波的形式傳播

5、當(dāng)物體的尺寸遠(yuǎn)大于波長時，把光作為粒子來處理當(dāng)物體的尺寸和波長可比擬時，要考慮光的波動性衍射光的衍射效應(yīng)光的衍射效應(yīng)光的衍射影響分辨率，決定分辨率極限：2minL現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共50頁q如果想在像平面(如光刻膠）對小孔進(jìn)行成像，可以用透鏡收集光并聚焦到像平面現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁，共50頁數(shù)值孔徑(Numerical Aperture NA) 光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑描述透鏡收集光的能力 n是透鏡到硅片間介質(zhì)的折射率，對空氣而言為1sin61. 0)sin2(22. 122. 1nfnffDR分辨率分辨率現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁，共50頁分辨率-ResolutionfdNANAdfbl261. 022.

6、 12)(min K1是一個獨(dú)立于光學(xué)成像的因子，取決于光刻系統(tǒng)和光刻膠的性質(zhì)等其它因素一般來說，最小線寬K10.60.8NAK1 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁，共50頁 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），會使景深變差大透鏡），會使景深變差現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁，共50頁 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，圓片可以移動而依然保持圖形聚焦清晰的移動距離。對于投影系統(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)是沿透鏡中焦點(diǎn)是沿透鏡中心出現(xiàn)最佳圖像心出現(xiàn)最佳圖

7、像的點(diǎn)，焦深是焦的點(diǎn)，焦深是焦點(diǎn)上面和下面的點(diǎn)上面和下面的一個范圍。焦點(diǎn)一個范圍。焦點(diǎn)可能不是正好在可能不是正好在光刻膠層的中心光刻膠層的中心，但是焦深應(yīng)該，但是焦深應(yīng)該穿越光刻膠層上穿越光刻膠層上下表面。下表面?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共50頁NGL: X射線(5)，電子束(0.62)，離子束(0.12 )光源光源波長波長 (nm)術(shù)語術(shù)語技術(shù)節(jié)點(diǎn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)汞燈汞燈436g線0.5mm汞燈汞燈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)

8、Xe等離子體等離子體13.5EUVReflective mirrors光光 源源現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁，共50頁第二章第二章 光學(xué)曝光技術(shù)光學(xué)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u 光刻膠的特性光刻膠的特性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 短波長曝光技術(shù)短波長曝光技術(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 LIGA技術(shù)技術(shù)東南大學(xué)東南大

9、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)室現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁，共50頁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)，使在完成光刻工藝后，達(dá)到轉(zhuǎn)移圖形的目的。該光敏物質(zhì)稱為在完成光刻工藝后，達(dá)到轉(zhuǎn)移圖形的目的。該光敏物質(zhì)稱為光刻光刻膠膠。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)室光刻膠基本成分組成：光刻膠基本成分組成：（1）樹脂（Resin）（2）感

10、光劑（PAC）（3）溶劑（Solvent）（4）添加劑（Additive）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁，共50頁樹脂（樹脂（ResinResin）：光刻膠中的基體材料，是一種對光敏感的高分子化合物，當(dāng)它受適當(dāng)波長的光照射后，就能吸收一定波長的光能量，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)。感光劑感光劑（PAC，photoactive compound)：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，而在暴露于光線時有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，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)，降低膠的溶解性（負(fù)膠）。溶劑（溶劑（solvent）：使

11、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，對光刻膠的化學(xué)性質(zhì)幾乎沒有什么影響。添加劑（添加劑（additive）：）：用來控制和改變光刻膠材料的特定化學(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?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁，共50頁 凡是在能量束（光束、電子束、離子束等）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)為主的光刻膠稱為的照射下，以交聯(lián)反應(yīng)為主的光刻膠稱為 ，簡稱，簡稱 。 凡是在能量束（光束、電子束、離子束等）的照凡是在能量束（光束、電子束、離子束等）的照射下，以降解反應(yīng)為主的光刻膠稱為射下，以降解反應(yīng)為主的光刻膠稱為 ，簡，簡稱稱 。光刻膠是長

12、鏈聚合物光刻膠是長鏈聚合物u正膠在感光時，曝光對聚合物起斷鏈作用正膠在感光時，曝光對聚合物起斷鏈作用，使長鏈變短，使長鏈變短，使聚合物更容易在顯影液中溶解。，使聚合物更容易在顯影液中溶解。u負(fù)膠在曝光后，使聚合物發(fā)生交聯(lián)負(fù)膠在曝光后，使聚合物發(fā)生交聯(lián)，在顯影液中溶解，在顯影液中溶解變慢。變慢。光刻膠類型光刻膠類型現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁，共50頁正膠正膠IC主導(dǎo)主導(dǎo)負(fù)膠負(fù)膠現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁，共50頁 光刻膠通過顯影完全被清除所需要的曝光劑量（正膠）；光刻膠在光刻膠通過顯影完全被清除所需要的曝光劑量（正膠）；光刻膠在顯影后有顯影后有50%以上的膠厚得以保留時所需要的曝光劑量（負(fù)膠）。是衡量曝光速

13、度以上的膠厚得以保留時所需要的曝光劑量（負(fù)膠）。是衡量曝光速度的指標(biāo)，靈敏度越高，所需曝光劑量越小，曝光時間越短。的指標(biāo)，靈敏度越高，所需曝光劑量越小，曝光時間越短。 靈敏度太低會影響生產(chǎn)效率，所以通常希望光刻膠有較高的靈敏度。但靈敏度靈敏度太低會影響生產(chǎn)效率，所以通常希望光刻膠有較高的靈敏度。但靈敏度太高會影響分辨率。太高會影響分辨率?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁，共50頁指的是光刻膠上從曝光區(qū)到非曝光區(qū)過渡的陡度指的是光刻膠上從曝光區(qū)到非曝光區(qū)過渡的陡度。對比度代表著只適于在掩膜版透光區(qū)規(guī)定范圍內(nèi)曝光的光刻膠的能力。對比度代表著只適于在掩膜版透光區(qū)規(guī)定范圍內(nèi)曝光的光刻膠的能力。差的光刻膠對比度斜側(cè)

14、壁膨脹差的反差光刻膠膜好的光刻膠對比度陡直側(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，光刻膠的對比度就越大，這樣有助于得到清晰的圖形輪廓和高的分辨率。一般光刻膠的對比度在輪廓和高的分辨率。一般光刻膠的對比度在 0.9 2.0 之間。對于亞微米圖形之間。對于亞微米圖形，要求對比度大于，要求對比度大于 1。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁，共50頁 光進(jìn)入光刻膠后，其強(qiáng)度按下式衰減光進(jìn)入光刻膠后，其強(qiáng)度按下式衰減 0( )ezI zI式中，式中，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，則為光刻膠的厚度，則可定義

15、光刻膠的可定義光刻膠的 為為RR000RR( ) d1e1TTII zzAI TT 可以證明，對比度可以證明，對比度 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 TR 之間有如下關(guān)系之間有如下關(guān)系 R1T 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁，共50頁指光刻時所能得到的光刻圖形的最小尺寸。通常以每毫米最多可分辨的線條數(shù)來表示。光刻工藝中影響分辨率的因素有：光刻工藝中影響分辨率的因素有：和和 （包括靈敏度、對比度、顆粒的大小、顯影時的溶脹、電子散射等）（包括靈敏度、對比度、顆粒的大小、顯影時的溶脹、電子散射等）、硅片表面狀況等。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

16、時，時，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 范圍內(nèi)。為保證范圍內(nèi)。為保證出現(xiàn)最低劑量時不少于規(guī)定劑量的出現(xiàn)最低劑量時不少于規(guī)定劑量的 90%，也即，也即 。由此可得由此可得 。因此對于小尺寸曝光區(qū)，必須滿足。因此對于小尺寸曝光區(qū)，必須滿足NN%10NN100minN2minminminmin()10SWNqqNqWSS式中，式中，Wmin 為最小尺寸，即分辨率?？梢?，為最小尺寸，即分辨率?？梢姡F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁，共50頁 S = h / E單位面積的光刻膠膜上的針孔數(shù)目稱為針孔密度。單位面積的光刻膠膜上的針孔數(shù)目稱為針孔密度。指光刻膠薄膜與襯底的粘附能力，主

17、要衡量光刻膠抗?jié)穹ǜ腹饪棠z薄膜與襯底的粘附能力，主要衡量光刻膠抗?jié)穹ǜg能力。它不僅與光刻膠本身的性質(zhì)有關(guān)，而且與襯底的性質(zhì)和其蝕能力。它不僅與光刻膠本身的性質(zhì)有關(guān)，而且與襯底的性質(zhì)和其表面情況等有密切關(guān)系。表面情況等有密切關(guān)系。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。這種性質(zhì)被稱為抗蝕性?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁，共50頁光刻膠具有產(chǎn)生相對大的表面張力的分子間力，所以在不光刻膠具有產(chǎn)生相對大的表面張力的分子間力，所以在不同工藝步驟中光刻膠分子會聚在一起。同時光刻膠的表面張力必須足

18、夠同工藝步驟中光刻膠分子會聚在一起。同時光刻膠的表面張力必須足夠小，從而在應(yīng)用時能提供良好的流動性和硅的覆蓋。小，從而在應(yīng)用時能提供良好的流動性和硅的覆蓋?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁，共50頁第二章第二章 光學(xué)曝光技術(shù)光學(xué)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u 光刻膠的特性光刻膠的特性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 短波長曝光技術(shù)短波長曝光技術(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

19、光技術(shù)u 厚膠曝光技術(shù)厚膠曝光技術(shù)u LIGA 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)室現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁，共50頁 掩膜版的材料掩膜版的材料u襯底材料：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（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。熔融石英相對昂貴，但性能優(yōu)越。它有著很高的光學(xué)透射。熔融石英相對昂貴，但性能優(yōu)越。它具有很低的熱膨脹系數(shù)。具有很低的熱膨脹系數(shù)。u圖形材料：圖形材料：用于掩膜版上不透

20、明的圖形材料通常是薄層的鉻（用于掩膜版上不透明的圖形材料通常是薄層的鉻（Chrome，Cr）。厚度通常小于）。厚度通常小于1000A，通過濺射淀積。有時，通過濺射淀積。有時候會在鉻上形成一層氧化鉻（候會在鉻上形成一層氧化鉻（200A）的抗反射涂層。）的抗反射涂層。掩模版（掩模版（Photomask）：）：一種透明一種透明的平板，上面有要轉(zhuǎn)印到硅片上光的平板，上面有要轉(zhuǎn)印到硅片上光刻膠層的圖形?？棠z層的圖形?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁，共50頁 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，圖形旋轉(zhuǎn)，增加套刻格式。包括數(shù)據(jù)分割，

21、尺寸標(biāo)記，圖形旋轉(zhuǎn)，增加套刻標(biāo)記，內(nèi)部參照標(biāo)記，以及一個標(biāo)記，內(nèi)部參照標(biāo)記，以及一個jobdeck（掩膜上不同（掩膜上不同圖形的位置的說明）。圖形的位置的說明）?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁，共50頁 掩膜版上用于掩膜版上用于StepperStepper對準(zhǔn)的套刻標(biāo)記對準(zhǔn)的套刻標(biāo)記現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁，共50頁掩膜版上的參照標(biāo)記掩膜版上的參照標(biāo)記 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁，共50頁掩膜版的制備掩膜版的制備 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

22、后，通過濕法或干法刻蝕去掉不需要的鉻層?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十一頁，共50頁CAD設(shè)計(jì)、模擬、驗(yàn)證后由圖形發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)字圖形設(shè)計(jì)、模擬、驗(yàn)證后由圖形發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)字圖形數(shù)字圖形數(shù)字圖形4或或5投影光刻投影光刻版（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現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十二頁，共50頁掩模版制作過程：是一個微納加工過程掩模版制作過程：是一個微納加工過程12. Finished現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十三頁，共50頁掩膜版缺陷掩膜版缺陷掩膜版上的缺陷會被復(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)行大量

23、測試來檢查缺陷和顆粒。掩膜版缺陷的來源可能是掉鉻，表面擦傷，靜電放電或灰塵顆?！，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十四頁，共50頁第二講第二講 光學(xué)曝光技術(shù)光學(xué)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u 光刻膠的特性光刻膠的特性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 短波長曝光技術(shù)短波長曝光技術(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 LIGA技術(shù)技術(shù)東南大學(xué)東南

24、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)室現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十五頁，共50頁u 深紫外曝光技術(shù)深紫外曝光技術(shù) 一般，436nm為G線，356nm的為I線，。采用準(zhǔn)分子激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) 極紫外是波長為13nm的光輻射。而其本質(zhì)是一種軟X射線。極紫外波長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。組成：極紫外光源等離子體激發(fā)和同步輻射源；極紫外光學(xué)系統(tǒng)利用多層膜反射鏡，可提高反射率；極紫外掩模掩模基板和金屬層；極紫外光刻膠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) X射線是指波長在0.0110nm間的電磁波譜，又可分為

25、軟硬兩種。X射線不能被折射，故只能做成1 1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本?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十六頁，共50頁第二章第二章 光學(xué)曝光技術(shù)光學(xué)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u 光刻膠的特性光刻膠的特性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 短波長曝光技術(shù)短波長曝光技術(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

26、 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)室現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十七頁，共50頁1mNAlkDsinNADn 大數(shù)值孔徑是高分辨率成像的必要條件 但增加數(shù)值孔徑會受到焦深的影響和限制，過大的數(shù)值孔徑會使焦深過小。 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，光波通過透鏡會被極化成s極和p極分量，在大入射角的情況下，s極分量會被反射，使得入射光的能量損失以及成像對比度下降。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)方方案案現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十八頁，共50頁浸沒式曝光浸沒式曝光1

27、mNAlkD n=1.0, DNA=0.93, lm 60 nm n=1.44, DNA=1.34, lm 42 nm21.44H On增加數(shù)值孔徑增加數(shù)值孔徑:sinNADn193 nm浸沒式光刻技術(shù)已在2006年投入使用現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十九頁，共50頁東南大學(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)對浸沒液當(dāng)今高精度的浸沒式步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)對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。的要求。u 一般地，使用水作為一般地，使用水作為193nm193nm光刻的浸沒液體。

28、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透鏡的下表面或者光刻膠上，引起成像缺陷物鏡最后一個透鏡的下表面或者光刻膠上，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)生散射，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，目前業(yè)界普遍使用價格便宜、簡單易得的和折射。因此，目前業(yè)界普遍使用價格便宜、簡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。體。u 另外，還要考慮水層的厚度對掃描速度的影響。在另外，還要考慮水層的厚度對掃

29、描速度的影響。在500mm/s 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12mm12mm?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十頁，共50頁第二章第二章 光學(xué)曝光技術(shù)光學(xué)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u 光刻膠的特性光刻膠的特性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 短波長曝光技術(shù)短波長曝光技術(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

30、膠曝光技術(shù)u LIGA 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)室現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十一頁，共50頁除了除了和和NANA外，提高分辨率的另一個方法就是改變外，提高分辨率的另一個方法就是改變因子。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0.250.25。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 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通過透鏡射光波的高次諧波分量通過透

31、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)形離軸照明和四級離軸方式：環(huán)形離軸照明和四級離軸照明。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)，成本最低的分辨率增強(qiáng)技術(shù)成本最低的分辨率增強(qiáng)技術(shù)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十二頁，共50頁（2）移相掩模技術(shù)(PSM, Phase Shifting Mask)調(diào)制光波的相位來改善成像的對比度和焦深。常見形式有：輔助式，交替式，周邊式，無鉻式，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。相的邊緣部分產(chǎn)生抵消作用。選擇一種具有一定厚度和折射率的材料，選擇

32、一種具有一定厚度和折射率的材料，使得相位移動使得相位移動180,形成相消干涉。形成相消干涉。普通鉻掩模移相掩?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十三頁，共50頁（3）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，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，不會在光刻膠上成像，但其會影響光強(qiáng)分布，從而影響設(shè)計(jì)圖形的成像質(zhì)量?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十四頁，共50頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十五頁，共50頁（4）消除表面反射和駐波效應(yīng)抗反射層和表面平坦化技術(shù)駐波：駐波：由于入射光和反射光間的相長與相消干涉造成。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