微電子工程學4

1、1第4章精細圖形加工技術微電子工程學2第4章 精細圖形加工技術 精細和超精細圖形加工技術包括掩模和芯片上電路圖形的產生和刻蝕（相應于圖形形成技術和圖形轉換技術）工藝技術。圖形形成技術又包括圖形發(fā)生、掩模制造和抗蝕劑圖形形成；而圖形轉換主要分兩種工藝，即濕法和干法工藝。在大規(guī)模集成電路興起前，幾乎都是采用接觸式光刻（既是將掩模版和硅片緊貼的光刻方式）獲得芯片上電路圖形或復印掩模版的。隨著集成度的提高和圖形的不斷微細化，非接觸式光刻曝光方法逐漸被推廣應用。另外，傳統(tǒng)應用的紫外光曝光光源已逐漸被遠紫外光、電子束和X射線等所取代，等離子體和離子束曝光刻蝕方法也在崛起，出現由濕法工藝向干法工藝的過渡。3

2、第4章 精細圖形加工技術4.1 光刻與制版4.2 曝光技術4.2.1 非接觸式曝光技術4.2.2 遠紫外光曝光技術4.2.3 X射線曝光技術4.2.4 電子束曝光技術4.2.5 離子束曝光技術4.3 光刻機技術發(fā)展簡介4.3.1 微光刻鏡頭的發(fā)展趨勢4.3.2 掃描投影光刻機4.3.3 掃描光刻機遇到的新問題4.3.4 掃描光刻機的生產率4.3.5 在芯片生產線中插入掃描光刻機4第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 光刻工藝的目的是將掩模版上的電路圖形在硅片上精確地再現出來。首先要在基片（硅片）上涂敷抗蝕劑，經曝光、顯影制成抗蝕劑膜圖形，作為對基片進行進一步加工的掩

3、蔽層。因此高精度和高質量的掩模版是制作超大規(guī)模集成電路的重要基礎。 掩模版的制作是集成電路生產的第一道工序。對于中、小規(guī)模集成電路來說，由于集成度低，版圖面積小和線條較寬，精度要求也不是很高，因此可采用人工繪圖、手工刻圖和照相制版等常規(guī)工藝。對于包含幾萬和幾十萬元器件的大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路來說，如果仍然用常規(guī)的制版工藝，無論從精度、速度和設計版面的幅度要求考慮，已近乎不可能了。特別是對于圖形已是十分復雜的超大規(guī)模集成電路，人工刻圖制版是不可想象的事。即使撇開其它許多困難不談，單是設計確定電路芯片上幾十萬或上百萬個元器件之間的相互連接布線圖形的工作，也許得花上幾年的時間，而且差錯失誤幾乎是不

4、可避免的。因此掩模版的設計制作成為大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的突出矛盾。5第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 解決這個矛盾的途徑是將電子計算機引用到制版工作中。 從60年代初開始，隨著電子計算機應用領域的開拓，計算機輔助設計（簡稱CAD）技術隨之興起。CAD技術是設計人員借助和利用電子計算機的快速計算功能和它所具有的記憶能力，進行各種復雜設計的專門技術。借助CAD，可以快速地求得設計的最佳方案。60年代末大規(guī)模集成電路的興起，為電子計算機的普及應用和CAD技術的推廣應用創(chuàng)造了良好條件。同時，CAD技術也很快地被移植到大規(guī)模集成電路的設計工作中，從而大大地促進大規(guī)模集

5、成電路的發(fā)展，并為70年代后半期超大規(guī)模集成電路的產生奠定了重要基礎。6第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 1. CAD的主要內容 集成電路的計算機輔助設計，不僅包括電路分析、輔助制版、布線圖形設計、元器件特性分析和邏輯設計等主要內容，還包括工藝控制分析和自動測試與檢測等偏于生產工藝的內容。 電路分析是計算機輔助設計的最主要內容之一，對于包含許多元器件的大規(guī)模集成電路來說，正如上面已指出的，想靠實際電路模擬，或者通過人工近似計算的方法，是不可能精確分析和求得電路的靜態(tài)和動態(tài)各類參數的。即使是進行最簡單的靜態(tài)分析，也是不大可能的，因為進行這類計算實在太繁復了。至于電

6、路在全溫度范圍內的電特性分析，以及噪聲、失真和可靠性分析，那就更難進行了。但是對于電路的設計者來說，在電路正式制版和試投產前，上述有關電路的諸特性往往是必須了解的。7第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 1. CAD的主要內容 輔助制版是利用或借助電子計算機進行集成電路光刻用掩模版的設計制造。從更廣的技術涵義來說，計算機輔助制版不僅僅是指光刻掩模版的設計制造，還包括在所要制作電路的芯片上直接描繪（刻蝕產生）電路的幾何圖形這一內容。因為隨著超大規(guī)模集成技術的發(fā)展，這種利用掩模版進行光刻的傳統(tǒng)方法已顯露出很多的缺點，而利用電子計算機控制電子束或光束直接地在電路芯片上描繪

7、出所設計電路圖形的方法，已開始在超大規(guī)模集成電路的研制和生產中得到應用。 計算機輔助制版除了必須應用計算機外，還必須配備大型高精度繪圖儀、數字化儀、圖形發(fā)生器和光筆顯示器等許多相應的計算機外部設備，以及一套完整的軟件系統(tǒng)。8第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 1. CAD的主要內容 邏輯設計分析是通過計算機對電路的邏輯框圖進行邏輯動作的分析，以驗證其是否能滿足所設計電路預定邏輯功能的要求。利用電子計算機可進行邏輯電路的邏輯模擬試驗，能對所要求設計的大規(guī)?；虺笠?guī)模數字電路的邏輯功能進行充分的分析研究，從而能很快地確定該電路的最佳結構問健 元器件特性分析是利用計算機

8、對電路中所包含的元器件（主要是晶體管）進行電性能的分析，為此需要先設定元器件的結構和類型，并求出模型參數。 布線圖形設計實際上應包含在輔助制版這一項內容之內?？紤]到大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路布線圖形設計的靈活性，有時也往往將布線圖形設計單獨算作計算機輔助設計的一項內容。9第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 1. CAD的主要內容 利用計算機輔助設計布線圖形就是根據所設計電路的功能要求，從電路中各元器件的構造和它們在芯片上的實際配置布局出發(fā)，在盡量少占用芯片面積和縮短互連線長度的前提下，確定布線配置圖，并將布線圖形配置數據送到自動繪圖機或相應的其它設備。 工藝控制分析

9、是利用電子計算機分析、控制和確定電路的工藝制作過程。如借助計算機來分析和控制拉制單晶過程，以獲得符合大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路制作需要的大直徑和具有最少晶體缺陷的硅單晶材料；再如利用電子計算機對外延反應管中的氣流情況進行數學模擬，從而得到晶格生長完善和厚度及電阻率十分均勻的極薄外延層；還有用電子計算機控制雜質摻雜或擴散過程等等。10第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 1. CAD的主要內容 利用計算機可很快確定能夠檢驗所制成的集成電路質量性能合格與否的測試波形，并由計算機確定（產生）進行自動測試的檢定程序。 系統(tǒng)分劃與版圖驗證程序也是計算機輔助設計的重要內容之一。所

10、謂系統(tǒng)分劃，就是應用計算機將一個完整的電子系統(tǒng)（或一個子系統(tǒng)），以最科學、最合理和最經濟的方式，劃分成一個個適于集成的功能單元。這些單元實現集成化后，就成為具有不同功能的大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路。版圖驗證程序也是借用計算機對所設計的版圖進行檢驗和驗證，以確保版圖的正確無誤。 因此，從廣義來說，集成電路的計算機輔助設計并不完全局限于對電路的分析和輔助設計，還對電路的制版和生產工藝予以控制和自動檢測。11第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 2. 制版工藝 制版工藝源于照相制版技術，二者非常相似。現根據圖41所示工序敘述制版工藝。圖41 掩模制作工序版圖設計刻圖圖形編譯

11、程序初縮圖形發(fā)生器精縮復制檢查人工制圖分版圖掩模原版主掩模工作掩模12第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 2. 制版工藝（1）人工繪制原圖 在設計的最后用人工方法繪出原圖，即繪制版圖。（2）分版圖和掩模原版 利用人工繪制的版圖制出分版圖，再進而制出大小為掩模圖形10倍的掩模原版，具體制作方法有兩種。一是刻圖和縮小法：利用精密刻圖機在表面貼有紅色膜的透明聚酯塑料膠片（俗稱紅膜）上，刻出圖形的輪廓，把不需要的紅膜部分揭掉，即成紅膜圖形。這就是分版圖（art work,亦稱原圖），該圖形的大小約為掩模圖形的100400倍。將分版圖在照相干版上縮小到原來的1/10-1/4

12、0，即成為掩模原版。掩模原版的圖形大小一般是掩模的10倍。象大規(guī)模集成電路這樣的圖形是很復雜的，最小線條寬度僅為35微米，器件極其微細，因此制圖工時數、制圖精度、縮小鏡頭的像差都是問題。這種方法在大規(guī)模集成電路中已不再使用。 另一種方法是圖形編譯程序和圖形發(fā)生器法：這種方法是把人工繪制在圖紙上的圖形分解成圖形元素（一般是矩形），讀入到電子計算機系統(tǒng)內制出圖形，現在稱為計算機輔助制版。13第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 2. 制版工藝（3）精縮照相機 精縮照相機是將掩模原版按照縮小10倍的要求在干版上分步重復曝光，制作出掩模（稱為主掩?；蛟谀＃┑难b置。用分步重

13、復（即精縮）照相機曝光后的干版，經過顯影、定影處理后，即成為正式掩模版。（4）工作掩模的復制 在對大規(guī)模集成電路進行工業(yè)生產的情況下，掩模版會產生傷痕，使用一定次數后需要更換新掩模版。因此同一掩模版的需要量是很大的。顯然，如果生產過程中每次都使用主掩模版，那是很不經濟的。一般用主掩模版按照照相復印的方法復制出多個工作掩模版供生產時使用。（5）光刻掩模版的檢查 光刻掩模版的檢查可分為尺寸測量、套刻精度測量及缺陷檢查。尺寸測量是以光電檢測方式將掩模版上的圖形變換成電信號，以檢查圖形尺寸是否符合設計要求。由于制作一種器件要使用許多塊掩模版，分步重復精度極其重要，因此需要進行套刻精度的測量。在尺寸測量

14、裝置上裝上激光測長儀，即可測量圖形重復精度。14第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 3.計算機輔助制版 計算機輔助制版（簡稱CAM）可以看做是計算機輔助分析設計的延續(xù)。大規(guī)模集成電路出現以后，改革傳統(tǒng)的集成電路制版工藝和引入新的制版手段，已顯得十分必需了。特別是70年代中期，當以存儲器和微處理器為代表的微電子產品進入大規(guī)模生產后，計算機輔助制版已成為必須具備的生產手段。 即使對于中、小規(guī)模集成電路，制版工作也是煞費時間和消耗工作人員精力的。發(fā)展到大規(guī)模、特別是超大規(guī)模集成階段后，如果仍沿用過去從刻紅膜開始的一套制版方法，那么不僅使制版周期延長到無法想象的程度，而且

15、實際上根本無法保證版子的精度和正確性的要求。比如在保證人工所能處理的刻圖有效幾何尺寸的前提下，那么一塊超大規(guī)模集成電路的刻圖紅膜將比籃球場的面積還要大。在電路中元器件數量呈現千倍、萬倍的增長和電路功能日益復雜化時，可想而知，依靠人工刻圖制版（包括應用繪圖儀刻圖），人為的差錯和失誤，幾乎是不可能避免的。15第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 3.計算機輔助制版利用計算機輔助制版可以大大縮短制版周期，不需要人工刻圖，也可以不需要繪制完整的設計制圖，甚至根本不需要圖紙；制版精度高，改版和修正版圖非常方便。實際應用的計算機輔助制版有兩種形式-初級形式和高級形式。初級形式的

16、計算機輔助制版仍然需要由人先繪制出設計總版圖，還比較多地依靠人對制版的干預。高級的計算機輔助制版只需要設計者向計算機提供邏輯圖和其它簡單的資料，計算機就能按照設計者的要求，完成制版工作。圖42示出計算機輔助制版（初級形式）的原理框圖。工作原理是先由設計人員根據電路的設計指標，繪出設計原圖。但與通常人工制版要求不同，這里的設計原圖可以是草圖形式，特別是對于具有大量重復功能單元的電路（如存儲器），或者電路內部結構具有規(guī)則性或對稱性的電路，只需畫出其中一部分電路即可。計算機接受命令后，會自動地根據這一部分電路，不厭其煩地代替人繪出電路所包含的其它各部分重復單元。人們只要告訴計算機各部分單元電路在總圖

17、中的位置坐標就可以了。16第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 3.計算機輔助制版圖42 計算機輔助制版原理框圖人工設計原圖電傳打字機人工讀出坐標數據圖形坐標數字化儀用數字化儀讀出坐標數據制版程序（軟件）電子計算機寬行打印機顯示器光筆圖形發(fā)生器大型繪圖儀精縮版17第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 3.計算機輔助制版將設計原圖中幾何圖形的數據（坐標）輸入到計算機中。這可以通過圖形坐標數字化儀進行這一部分工作。如果沒有這種儀器，那么必須由人工讀取圖形坐標數據，并通過電傳打字機輸入到計算機。但應用人工方法讀取數據，不僅十分費時，而且容易出錯

18、。計算機對輸入的圖形數據進行加工處理，最后變成大型繪圖儀和圖形發(fā)生器的控制數據。這樣計算機就可以控制大型繪圖儀繪制（刻制）出詳細無遺的各設計分圖（即光刻用的一套掩模版中的某一塊掩模版），或者套合的總設計圖。另外，計算機也可以直接控制圖形發(fā)生器制出初縮版。寬行打印機是作檢查、核對用的，因為它可將計算機的輸出結果打印出來，供人們檢驗。顯示器可以顯示出經計算機加工后所得到的設計圖形。一般為了清晰起見，往往只顯示出人們需要觀察的單個分圖，但也可以將各分圖套合成總圖顯示出來，以使人們清楚地觀察到這一套掩模版中各塊版之間的相對幾何位置和套合精度。18第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光

19、刻與制版 3.計算機輔助制版光筆是人機對話的工具，是設計者用來對計算機處理加工后的設計圖進行修改、核對或校正的工具。這一方面可以使設計人員的豐富經驗和計算機的迅速處理信息的能力很好地結合起來；另一方面，可以非常方便地修改已設計好的版圖。對于后者來說，由于設計指標的改變，或出于電路使用者的要求，或考慮到工藝因素，修改版圖是常有的事。設計人員可以用光筆，根據自己的判斷或意愿，根據自己的判斷或意愿，隨心所欲地在顯示屏幕上修改所顯示的圖形。這時計算機內部原先所存儲的圖形數據就會隨之相應地改變。以上僅是計算機輔助制版的最基本的工作原理。實際工作設備和工作過程要復雜得多。更重要的是，要使計算機完成輔助制版

20、工作，必須要有制版程序-軟件系統(tǒng)。另外，圖形發(fā)生器是計算機輔助制版系統(tǒng)中的中心部件，也是顯示或標志計算機輔助制版水平的重要儀器，是國內外關注和各國都投入很大力量予以發(fā)展的關鍵性設備。19第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 3.計算機輔助制版 圖形發(fā)生器相當于一架特殊的照相機。與一般照相機不同的是，它并不是由外界物體的光線通過物鏡在底片上直接成像的，而是接受來自計算機輸入數據成像，從而制得圖象版子的。這些由計算機輸入到圖形發(fā)生器的數據，是人們應用一種特定的制版語言，將集成電路的設計草圖的圖形數據輸入到計算機中，之后經過計算機的加工處理，變成圖形發(fā)生器所能接受的圖象信

21、號和數據，控制圖形發(fā)生器，使其在母版上產生人們所需要的電路設計圖形，從而制得掩模版。 現在已發(fā)展了三種圖形發(fā)生器，即光學圖形發(fā)生器、電子束圖形發(fā)生器和激光束圖形發(fā)生器。20第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 3.計算機輔助制版 以上介紹的計算機輔助制版系統(tǒng)，不論是利用計算機控制大型繪圖儀，繪制出電路版面，或者是驅動刻圖機制作紅膜版圖，以及直接控制圖形發(fā)生器制成光刻用的掩模版，仍然需要先由人設計和繪制出集成電路版圖。雖然設計人員并不需要繪制出完整的版圖，但人的干預還是比較多，而計算機的作用并沒有充分發(fā)揮。如為了向計算機輸入設計草圖中各個圖形單元的坐標數據，就是一項十

22、分費時的工作。 計算機輔助制版技術的進一步發(fā)展使得設計人員不僅擺脫大量重復和費時的勞動，而且即使對于一些象微處理器那樣電路圖形沒有規(guī)則的隨機邏輯電路，設計人員只要向計算機提供簡單的邏輯框圖和電路的功能參數指標，計算機也能設計繪制出合乎要求的完整版圖和制成掩模版。這就是計算機輔助制版的高級形式，是現在國內外都在積極開發(fā)和廣泛采用的制版技術。21第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 3.計算機輔助制版為此需要建立一個能存儲大量信息的數據庫。人們預先將集成電路用的各種晶體管、二極管和其它各種元器件的形狀、幾何尺寸和有關性能數據送到這個數據庫中存儲起來，而且還可以將用來組成

23、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的各種單元電路的線路形式、功能和特性（交流特性、直流特性、瞬態(tài)特性等）有關數據送到數據庫存儲起來。當人們需要計算機輔助制版系統(tǒng)繪制一套完整的集成電路版圖時，或者直接要求制成該電路的掩模版時，人們只要告訴計算機有關電路的設計要求，如邏輯功能和電路的主要設計指標，計算機就會自動地從數據庫中尋找出合適的單元電路和各種晶體管與元器件的有關特性數據，按照電路設計要求，在盡可能小的面積上拼湊成電路的版圖，并將各個分圖（一塊板子的圖形）或總圖顯示在制版系統(tǒng)的顯示器（熒光屏幕）上。設計人員運用自己豐富的設計經驗，借助光筆，以人機對話的方式，對計算機設計的圖形進行修改。當修改工作完畢后，

24、即可命令計算機進行掩模版的制作。22第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 3.計算機輔助制版 這樣，除了人們向計算機輸入所要設計和制版的集成電路的簡單信息和進行人機對話修改版圖外，電路的大量設計工作從單元電路的選定、電路的線路結構形式的確定、電路中各個單元電路或元、器件在版圖上的布局位置和布線圖，以及最后制作出供光刻用的電路掩模版，都可由計算機一氣呵成了。這不僅節(jié)省了設計人員大量而繁重的勞動，而且使電路的設計制版周期大大地縮短了（對于大規(guī)模集成電路來說，由于線路中所包含的驚人多的元、器件數量以及電路功能的復雜性，過去依靠人工設計和制作一套電路的板子，一般需要經過多次

25、反復，最后才能成功。設計制版周期往往長達數月之久。發(fā)展到超大規(guī)模集成電路后，依靠人工設計制版已是完全不可能的了）23第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術4.1 光刻與制版 3.計算機輔助制版這里困難的問題是需要建立大容量的數據庫（存儲數據信息的數據庫）。對于一些包含大量重復單元和具有對稱結構的集成電路（如大規(guī)模和超大規(guī)模存儲器），單元大電路的結構形狀比較單一，因此比較容易建立所要求的數據庫，但是象微處理器一類大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，它們所包含的單一電路形式較多，版圖的布線往往是隨機的，缺乏象存儲器那樣顯示規(guī)則性的簡單排列。這就要求計算機有大的內存容量和快速的運算速度，所需的軟件系統(tǒng)

26、也是很復雜的。大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的出現已經全面刷新了計算機的技術指標，而計算機又反過來成為大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的強有力設計制版工具。大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路與電子計算機之間這種相互促進、彼此支持的關系，現階段還只能說是一個良好的開頭。比如現在急速發(fā)展中的超大規(guī)模存儲器-超大規(guī)模集成電路的帶頭產品，將會更大量地作為計算機的內存系統(tǒng)，因而上面所談到的集成電路設計制版所需要的具有大容量數據庫的計算機，行將普遍應用于集成電路的設計制版系統(tǒng)中。24第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.1 非接觸式曝光技術4.2.2 遠紫外光曝光技術4.2.3 X射線曝光技術4

27、.2.4 電子束曝光技術4.2.5 離子束曝光技術25第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.1 非接觸式曝光技術 自從1960前后光刻工藝被應用于半導體工業(yè)中，在將近10年左右的時間里，一直是采用接觸式曝光方式，那就是將掩模版與制作電路用的晶片直接接觸進行曝光（早期通過機械裝置將兩者貼緊，后來改用真空吸住壓緊和噴氣壓緊方式）。 70年代初，當大規(guī)模集成電路推進到工業(yè)生產階段后，雖然接觸式曝光法具有分辨率高和設備價廉等優(yōu)點，但其固有缺點-易損壞掩模版和容易產生間距誤差（因此需對掩模版定期清洗和檢查），嚴重地影響大規(guī)模集成電路的成品率。為此人們尋找適應大規(guī)模集成電

28、路發(fā)展需要的非接觸式曝光方法。26第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.1 非接觸式曝光技術非接觸式曝光法又分為接近式曝光和投影曝光兩種方法。接近式曝光法就是在曝光時使掩模版與基片（硅片）不直接接觸，兩者之間間隔1030微米的間隙。這種方法適宜制作線條寬度為35微米以上的電路圖形。接近式曝光（光刻）設備在1972年出現，但真正合乎實際工藝應用要求的接近式曝光（光刻）設備到19741975年才問世。采用接近式曝光方法必須配備性能十分良好的照明系統(tǒng)（光源系統(tǒng)），這樣才能在較短時間內在硅片上均勻地刻蝕出高質量的圖形。這是因為當掩模版與硅片之間留有間隙時，光的衍射效應

29、更為嚴重的緣故。當電路圖形線條相互靠得很近時，這些線條邊緣的衍射條紋就彼此重合起來，使圖形變得模糊。掩模版與硅片之間相隔間隙越大，衍射現象越顯著。但如所設計的光源大小合適和系統(tǒng)完善的話，則將大大減弱這種衍射現象。因此接近式曝光方法的關鍵是設計配備一個良好的光源系統(tǒng)?，F在可用計算機來確定光源系統(tǒng)的最佳設計值，以得到效率高、均勻性好和成像清晰的光源系統(tǒng)（如先用橢圓凹面反射鏡來會聚全部光束，再通過大小合適的蜂窩透鏡后，就能得到接近式曝光所需要的高效率和良好均勻性的照明條件）。27第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.1 非接觸式曝光技術 由于光的衍射效應隨掩模版與被

30、曝光基片之間的間隙加大而變得顯著，因此間隙量愈大，光刻分辨率愈低。當間隙為20微米時，一般在工藝生產上只能達到4微米左右的線條寬度的電路圖形；當間隙縮小到10微米時，也只能達到3微米左右的線條寬度的電路圖形。考慮到不同電路的制作要求，這種接近式曝光設備的掩模版與基片之間距離間隙量往往是可調的。為了避免掩模版與基片相碰及混入灰塵，往往在基片與掩模版之間噴進氮氣。 接近式曝光的最顯著優(yōu)點是延長了掩模版的使用壽命。一般在相同曝光次數的條件下，采用接近法的掩模版壽命比接觸法曝光延長了10倍以上，而且間隙越大，掩模版產生的缺陷數也越少。28第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術

31、4.2.1 非接觸式曝光技術投影式曝光方法原理很簡單，它是通過光學系統(tǒng)，將掩模圖形反射或透射到硅片或其它涂敷感光材料的基片上成像。因此掩模版與硅片或基片完全不相接觸，所以也根本不存在污染或磨損掩模版的問題。按照投影成像倍數的不同，投影式曝光可分成1：1投影曝光和縮小投影曝光兩種方法。1：1投影曝光是不縮小的投影曝光。一種1：1全反射投影曝光的成像系統(tǒng)由具有同心關系的一個凹面鏡（主反射鏡）和一個凸面鏡（副反射鏡）組成。由光源發(fā)出的光經過聚光鏡后，穿過掩模圖形，并在凹面鏡和凸面鏡之間來回反射（被凹面鏡反射兩次，被凸面鏡反射一次）最后投射到片子上成像。需要指出的是，這種1：1全反射投影曝光并不象接觸

32、式或接近式那樣靜止曝光，而是以動態(tài)掃描形式進行曝光的，因為在曝光時，掩模版和基片都是快速且均勻地作線性運動（兩者的運動保持同步），使得從反射鏡出來的掩模圖形（光束）以弧形狹縫形在基片上掃描。這樣可以消除像差，在片子上可以形成高質量的電路圖形像。29第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.1 非接觸式曝光技術這種1：1全反射投影曝光技術是在70年代中期開始發(fā)展起來的，并很快被推廣應用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路實際生產中（由美國珀金埃爾默公司首先創(chuàng)制出這類1：1全反射投影光刻機）。在工藝生產線上，應用這種曝光技術很容易達到23微米的最小線條寬度。如果以遠紫外光作為光

33、源，那么有可能達到11.5微米的線條寬度。除了1：1全反射型投影曝光方法外，還有1：1透射型投影曝光方法。這是利用光線透過透鏡系統(tǒng)而在片子上成像的（類似于照相機成像原理，不過是不縮小成像的）?？s小投影曝光（光刻）概念在60年代末由美國和日本首先提出，但是直到1977年才出現第一臺可供實際使用的縮小投影曝光裝置。應用縮小投影曝光方法，在硅片上所形成的投影圖形比掩模圖形縮小了（有縮小2倍的和縮小4、5、6倍的）。它是利用具有高分辨率的縮小透鏡直接在硅片上投影成像。由于掩模的尺寸可以作得較大，即掩模的圖形可比最終實際電路圖形放大多倍，因此可以獲得很好的掩模反差和掩模尺寸精度，簡化了掩模的制造工藝。3

34、0第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.1 非接觸式曝光技術現在實際應用的縮小投影曝光裝置多是分步重復型縮小投影曝光機，簡稱為DSW系統(tǒng)（DSWDirect Step on the Wafer）。這種設備是在分步重復照相機和投影光刻系統(tǒng)兩者結合的基礎上制成的，其設計出發(fā)點是將大視場分割為許多較小的面積，以分步重復的方式將電路芯片圖形一個個或一組組地投影到硅大圓片上。這樣解決了大視場和細線條兩者難于兼顧的困難，達到高分辨率和高對準精度的要求。分步重復縮小投影曝光裝置是由高能量照明系統(tǒng)、高分辨率縮小透鏡和高精度工作臺（如采用激光干涉儀來精密控制工作臺）三者構成的。

35、現在已發(fā)展了多種分步重復縮小投影曝光設備。這種分步重復縮小投影曝光系統(tǒng)的實用性強，價格便宜（比電子束曝光設備的成本降低一個數量級）。它已成為大規(guī)模和集成度不是很高的超大規(guī)模集成電路（即超大規(guī)模集成電路的低檔產品）的常用生產設備。表43是國外幾家著名公司的分步重復縮小投影系統(tǒng)型號和投影縮小比例一覽表。31第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.1 非接觸式曝光技術表43 國外主要公司生產的分步重復縮小投影曝光機型號和縮小比例型號生產公司縮小投影比例特點FPA-121FPA-141Mann-400SireDSW-4800DSW-4800NSR-1505GCSFNSR

36、-1014GNSR-2005GSRA-100日本Canon日本Canon美國GCA荷蘭Philip美國GCA美國GCA日本光學法國Thomson日本光學日本光學2：14：110：110：110：15：15：15：110：15：110：1無自動聚焦，分辨率1.5-3.0微米無自動聚焦分辨率1.25微米硅片自動定位套準硅片自動定位套準硅片自動定位套準分辨率1.2微米；硅片自動定位套準硅片自動定位套準分辨率1.0微米；對準精度0.15微米分辨率1.0微米；對準精度0.15微米分辨率1.0微米；對準精度0.2微米32第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.1 非接觸式曝

37、光技術 與反射型投影曝光機相比，分步重復縮小投影曝光設備的不足之處是設備價格比較昂貴（約為反射型設備的23倍），而且處理硅片能力低（曝光光刻圖形的速度慢）其處理硅片的效率僅為反射型投影曝光設備的一半左右。這是因為反射型曝光裝置是一次成像的，而分步重復型曝光設備則需經過多次重復曝光（分步重復曝光），最后才能獲得完整的圖象。33第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.2 遠紫外光曝光技術 傳統(tǒng)的光刻工藝是采用波長為4,000埃左右的紫外光作為光源，對片子表面的感光膜進行曝光的。到了60年代末，在急速發(fā)展的大規(guī)模集成技術面前，這種工藝日益顯示出其自身固有的局限性。由于

38、光的衍射效應，應用4,000埃的紫外光作為光源，最小線條寬度小于23微米是很困難的。 光學理論指出：光的波長越短，則在障礙物邊緣所產生的衍射效應就越不顯著。衍射量與光的波長平方根成正比。因此人們理所當然地尋找具有更短波長的光源作為曝光光源。那就是遠紫外光和X射線曝光技術興起的緣由。34第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.2 遠紫外光曝光技術 所謂遠紫外光曝光方法，實際上不是一種新的曝光原理，而只是引入了一種新的光源。因此曝光裝置機構并沒有多大變化。遠紫外光是指波長為2,000-3,000埃的紫外線，與以往采用的4,000埃紫外光相比，光的波長縮短1/2-1/

39、3。因此根據光的衍射量與光的波長平方根成正比的理論，采用遠紫外光曝光時，其分辨率可提高1.5倍左右。工藝實踐業(yè)已表明：實際達到的分辨率提高程度遠遠超出上述理論計算值，圖形線條寬度達到1-1.5微米。 美國IBM公司于1975年首先倡導這一曝光技術。隨后美國貝爾實驗室使用波長為1,849埃的遠紫外光，應用接近式曝光裝置，制得了2微米線條寬度的電路圖形。繼之日本大力發(fā)展了遠紫外光曝光技術和曝光設備，從而使這一曝光技術陸續(xù)廣泛應用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的制作中。35第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.2 遠紫外光曝光技術 作為遠紫外光光源，氘燈的發(fā)光光譜雖然在

40、2,000-2,600埃范圍內，但發(fā)光不夠穩(wěn)定。氙汞燈作為遠紫外光源，比氘燈更理想些。另外，遠紫外光的光能量大約是普通紫外光的兩倍，因此所用抗蝕劑是不同的。光學系統(tǒng)中的透鏡和掩模基版材料必須對遠紫外光具有良好的透射性（如蘭寶石、各種氟化物和高質量的人造石英等）。 遠紫外光曝光方法的另一個優(yōu)點是它可沿用一般的曝光設備，只要對光源、透鏡和掩?；娌牧献飨鄳母淖兙托辛?。因此，與下面將敘述的X射線和電子束曝光相比，它具有工藝和設備的繼承性。36第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.3 X射線曝光技術 X射線曝光（光刻）技術向超大規(guī)模集成電路提供了可靠的工藝手段，使人

41、們有可能通過更為經濟的工藝途徑，制造出更高集成度的超大規(guī)模集成電路。X射線曝光的中心思想是以波長極短（只有幾埃）的X射線作為曝光用光源，因此幾乎不存在因衍射效應而引起的分辨率降低現象，所以可以達到非常高的圖形精度。 X射線曝光方法與通常的紫外光曝光方法相類似，只是以X射線源代替紫外光源（汞燈）。X射線源一般采用電子激勵法產生，就是在真空中將由電子槍產生的電子在高壓下進行加速后，轟擊作為陽極的靶。被轟擊的靶就會產生出X射線。應用不同的靶材料，則由靶所發(fā)出來的X射線的波長也不相同。發(fā)射8.3埃波長的鋁鉀靶是最常用的典型靶材料。37第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.

42、2.3 X射線曝光技術 由靶發(fā)射的X射線通過掩模版后，將掩模圖形投射到涂敷有感光抗蝕劑的硅片表面，從而復印出電路圖形。掩模版與硅片之間一般留有35微米的間隙，這樣使掩模版不致遭受磨損。 X射線曝光用的掩模版與紫外光掩模版有很大區(qū)別。因為X射線不能穿透通常用作掩模的玻璃基版，所以必須選用對X射線具有高度透射性的材料作為掩模基版，這也是X射線曝光技術的困難之一。 為選用合適的掩?；娌牧希M行了較長時期的試驗。曾選用摻硼的硅片作掩模基版，但可見光無法穿透硅基片，曝光時不可能應用一般光學方法進行掩模對準。用氮化硅薄膜，但強度不夠理想?，F在比較成熟的是采用聚酰亞胺作為掩模材料，但必須要有一個支架來支撐

43、聚酰亞胺薄片。38第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.3 X射線曝光技術 掩模圖形必須采用對X射線不透明的材料。由于X射線穿透力強，能穿透一般物質，包括大多數金屬，所以需用能吸收X射線的重金屬作為形成掩模上的電路圖形的材料，其中金是比較理想的材料。所以X射線曝光用的掩模圖形多是厚度為0.5微米的金膜圖形。 另外，X射線曝光用的抗蝕劑也與常規(guī)光刻用的抗蝕劑根本不同。高靈敏度和高分辨率的X射線曝光用的抗蝕劑的研制仍是一個有待解決的中心技術問題。 盡管X射線曝光技術尚有不少技術問題需要繼續(xù)加以突破，但它作為一種超大規(guī)模集成電路有力的潛在生產手段，是毫無疑問的。因為

44、它具有以下明顯的優(yōu)點：39第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.3 X射線曝光技術具有以下明顯的優(yōu)點： （1）由于X射線波長非常短，基本上可以忽略衍射現象，因而可以獲得很高的分辨率和微米量級的圖形線條寬度； （2）由于X射線可以穿透塵埃，因此采用這種曝光方法可以消除因塵埃而引起的圖形缺陷，對制作環(huán)境的凈化要求比較低； （3）與電子束曝光裝置相比，設備較簡單，可以在空氣中對硅片曝光； （4）除X射線源以外，基本上可以沿用各種已成熟的掩模對準方法。40第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.4 電子束曝光技術 電子束曝光技術雖然目前

45、仍在不斷地取得進展，但它現在已成為制造大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的一項實用工藝技術，也是今后超大規(guī)模集成電路集成度賴以提高的主要工藝手段。 電子束曝光技術早在50年代末期就已開始發(fā)展，并于60年代上半期首先應用于場效應晶體管的制作中，但在大規(guī)模集成電路興起后，這門技術才得到蓬勃的發(fā)展和更廣泛范圍的應用。41第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.4 電子束曝光技術 應用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路制作中的電子束曝光方法有兩種類型-電子束掃描式曝光和電子束投影曝光。電子束掃描式曝光就是應用電子計算機控制電子束掃描系統(tǒng)，使電子束在基片上掃描繪出電路圖形。當基片為涂有感光

46、膠的掩模版時，掃描后得到掩模版；而當以硅片作為基片時，則經電子束掃描后，就直接獲得所要制作的芯片圖形。按照掃描方式的不同，掃描式曝光又分為光柵掃描和矢量掃描兩種方法。前者于1970年由美國貝爾實驗室首創(chuàng)，后者是在1973年由美國得克薩斯公司發(fā)明的。42第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.4 電子束曝光技術 光柵掃描式的掃描方式與電視接受機中顯象管掃描方式類同，電子束一行一行地對基片進行全面積掃描，只是在不需要掃描的區(qū)域，電子束被切斷。這種掃描方式的電子光學系統(tǒng)比較容易設計，成像重復性好，但制版速度比較慢。 矢量掃描式的電子束僅在需要曝光成像的圖形區(qū)域內掃描。

47、因此這種方式的掃描面積小，制版速度快，但其電子光學系統(tǒng)設計比較困難。 電子束投影曝光可分為原寸（1：1）投影曝光和縮小投影曝光兩種方法。43第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.4 電子束曝光技術 電子束原寸投影曝光(光電子束原寸投影曝光)是圖形不縮小曝光。在以石英作為基板的掩模版上蒸發(fā)制作一層由銫碘化合物材料構成的光電陰極層，在光電陰極層下方預先制作鉻膜金屬圖形，將需要曝光的硅片與光電陰極掩模版平行地置于真空小室內。曝光時，用紫外光照射掩模版。由于紫外光受到鉻膜的圖形掩蔽，使得光電陰極層上被紫外光照射到的區(qū)域即是電路圖形區(qū)域。當光電陰極層受到紫外光照射后，就

48、發(fā)射出與圖形相對應的電子束。這些電子束被電磁場聚焦系統(tǒng)聚焦到硅片上，形成與光電陰極圖形一樣大小的象。由于這種曝光方法是使整個硅片被同時曝光（一次曝光成像），所以曝光效率較掃描電子束曝光方法要高許多，而且不需要專用電子計算機來控制電子束，設備比較簡單便宜。應用此法雖可制作出亞微米的圖形，但硅片表面的平整性好壞嚴重影響圖形的質量，而且對準也較困難。44第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.4 電子束曝光技術電子束縮小投影曝光的理論研究工作早在1964年就已開始，但直到1975年才由美國IBM公司得出實驗結果。電子束縮小投影曝光的原理與普通光學縮小投影曝光相似。此法

49、需要一塊掩模版放置在電子槍與被曝光硅片之間。由于是縮小投影，因此掩模版上的圖形可較電路實際圖形放大一定倍數，甚至可以采用普通光學方法來制作掩模版。用此法可獲得與掃描電子束相同的分辨率（亞微米級），但因只經過一次曝光成像，所以曝光效率比掃描電子束曝光方法高。電子束縮小投影曝光方法的困難是必須采用一種無基板的厚度僅為10微米左右的金屬箔掩模。因為如果采用有基板的掩模，那么電子束通過掩模版時將出現散射現象，影響所形成圖形的質量。從這點來說，電子束掃描曝光更有實用價值。45第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.5 離子束曝光技術 為了適應超大規(guī)模集成電路超精細加工的需

50、要，人們努力借用各個學科和各種領域內業(yè)已發(fā)展的新技術和新工藝，其中離子束技術被移植到微電子工業(yè)中是屬于最成功的嘗試之一。 在核物理的研究和實驗中，人們就已系統(tǒng)地觀察和研究了被電場加速的離子撞擊固體靶時產生的各種行為。但是離子束作為微電子加工技術之一，還是1964年前后才開始的，那就是利用離子注入的方法實現半導體摻雜。經過近20年的發(fā)展，除了已廣泛應用的離子束注入技術外，還包括離子束曝光、離子束刻蝕、離子束外延和離子束退火等工藝技術。46第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.5 離子束曝光技術 實際上這是屬于兩種不同的離子束加工技術。前者-離子束注入，是利用元素

51、離子本身所具有的化學性質-摻雜效應，通過高能雜質離子注入到半導體晶體表面，以改變晶體表面的化學性質和物理性質；后者則是利用離子本身具有的能量來實現各種工藝目的。按照離子能量的不同，工藝目的也不同，如離子能量在10KeV以下時，離子束常被用來作為離子束刻蝕和離子束外延；當能量在幾十至70KeV時，則被用作離子束曝光。 同電子束曝光相似，利用原子被離化后形成的離子流（離子束）作為光源，可對抗蝕劑進行曝光，從而獲得微細的電路圖形。雖然離子束曝光技術還處于發(fā)展和探索嘗試階段，但在未來超大規(guī)模集成電路制作工藝中，它將占據重要地位。47第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2

52、.5 離子束曝光技術 按照曝光方式的不同，離子束曝光分為聚焦方式和掩模方式兩種。 聚焦方式是將由液態(tài)金屬離子源產生的離子，通過電場加速和靜電透鏡聚焦，將離子流聚焦成直徑為0.1微米左右的離子束。再利用電子計算機控制離子束掃描，在基片上描繪出所需要的電路微細圖形，從而實現抗蝕劑曝光。此曝光方式十分類似于應用計算機控制的電子束掃描曝光方法。 掩模方式則是通過掩模版來實現圖形的曝光復印，類似于利用掩模版的電子束投影曝光方法。48第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.2 曝光技術4.2.5 離子束曝光技術 離子束曝光的突出優(yōu)點是分辨率和靈敏度都很高。因為與電子束曝光相比，離子的質量比電子

53、大得多，所以離子在固體中的散射作用遠較電子弱，易于獲得高精度微細圖形。同時，由于離子質量大，射入抗蝕劑后所受到的阻擋作用很大，離子在抗蝕劑層內的射程要比電子短得多，離子能量能被抗蝕劑充分吸收。所以應用相同的抗蝕劑時，離子束曝光靈敏度比電子束曝光靈敏度可高出一個數量級以上，曝光時間可縮短許多。利用離子束曝光技術可以實現大于0.5微米線條寬度的電路圖形。當然，與業(yè)已發(fā)展完善的電子束曝光技術相比，離子束曝光是一項正在急速被開發(fā)的曝光技術，尚有不少技術難關有待人們突破，如離子源的使用壽命和穩(wěn)定性的問題；實現微細離子束聚焦問題等。49第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.3 光刻機技術發(fā)展

54、簡介 就光刻技術而言，14Mb DRAM及相應復雜度的微處理器等邏輯型大規(guī)模集成電路普遍采用的是汞弧頻譜中的g線（436nm）5:1步進機（DSW），16Mb DRAM等則采用有良好分辨率和聚集深度的i線（365nm）步進機。表44給出64Mb以上器件的光刻技術途徑。對于64Mb DRAM，普通i線步進機已逼近極限，但它采用移相掩模、改進照明等所謂波前技術時，仍是主要的光刻曝光手段。限定256Mb器件的0.25mm圖形需用采用了波前技術的KrF步進機或用深紫外光（248nm）步進掃描機。此代器件還可使用單元投影型電子束直寫或X射線光刻技術。1Gb器件有幾種選擇，從ArF準分子激光步進機到配有縮

55、微系統(tǒng)的X射線光刻技術。50第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.3 光刻機技術發(fā)展簡介表44 光刻技術途徑64M256M1Gi線移相掩模改進照明DUV（深紫外光） KrF步進機DUV步進掃描移相掩模改進照明ArF步進機DUV步進掃描表面圖形處理電子束直寫單元投影系統(tǒng)（cell projection)X射線SR環(huán)X射線掩?？s微系統(tǒng)51第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.3 光刻機技術發(fā)展簡介 在70年代后期和80年代初期，投影掃描光刻機是占主導地位的光刻曝光工具。由Offner設計而由Perkin Elmer公司制造和售出的1倍投影掃描光刻機有2500多臺，其名稱

56、為Micralign。后來，隨著硅片直徑加大、器件尺寸縮小，制作芯片布滿整個硅片的好的1倍掩模變得非常困難，于是光刻工作者轉向分步重復光刻機，這種光刻機最早是由GCA公司推向市場并廣泛銷售的。這種步進光刻機采用含有一個或多個芯片的10倍（后來是5倍）母版在硅片上步進曝光，將芯片布滿硅片。如果母版是完美的，也就是說沒有可曝光出圖形的缺陷，那么將不會有由于掩模缺陷而造成的成品率損失。因此，相對于掃描投影光刻機，其成品率大大提高了。雖然起初它并未被普遍接受，但這種縮小倍數的步進光刻機在IC制造中占主導地位已有10年以上，起初工作在g線（436nm），后來是i線（365nm），現在則是248nm。52

57、第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.3 光刻機技術發(fā)展簡介 隨著芯片尺寸的增大和圖形尺寸的縮小，步進光刻機鏡頭急劇加大而且日益復雜?，F在這種鏡頭的價格超過了100萬美元。步進光刻機的生產廠家已經開始制造掃描步進光刻機，這是一種混合的工具，它將母版通過一個小的、校正好的象進行縮小掃描，然后再步進到硅片的下一個位置。這種工具可以使用比通常的步進光刻機小得多的像場，使得鏡頭制造者可以在鏡頭的光瞳平面達到小得多的波前偏差。由于掃描結構的“掃描均化”作用，某些象差也可以減小。這樣，這些步進掃描光刻機就在線寬與套準方面都達到了極好的控制。53第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術

58、4.3 光刻機技術發(fā)展簡介4.3.1 微光刻鏡頭的發(fā)展趨勢4.3.2 掃描投影光刻機4.3.3 掃描光刻機遇到的新問題4.3.4 掃描光刻機的生產率4.3.5 在芯片生產線中插入掃描光刻機54第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.3 光刻機技術發(fā)展簡介 4.3.1 微光刻鏡頭的發(fā)展趨勢 為了滿足芯片尺寸加大，同時最小圖形尺寸縮小的要求，鏡頭設計者們不得不開發(fā)更大像場、更大數值孔徑、工作波長更短的鏡頭。像素容量等于像場面積除以鏡頭可分辨的最小方形像素面積，這里鏡頭分辨率定為（/NA）。在給定的波長下，像素容量受到像場增大尺寸和滿足嚴格像差要求能達到的最大NA的限制。大的像場和NA要

59、求有大的玻璃元件，其價格隨直徑急劇增加。像場大到一定程度，例如達到22mm2時，“全場”的步進光刻機鏡頭就變得太貴了。Markle是首先指出步進掃描光刻機可以克服全場步進光刻機像素容量限制的人之一。 對于特定一代鏡頭設計的步進光刻機而言，NA與像場直徑的乘積近似為常數。若像場直徑減小，就可以提高NA，而犧牲NA時，也可以加大像場直徑。要使NA和像場尺寸都增加，通常需要新的鏡頭設計，按照Moore定則所要求的特征尺寸縮減，這種設計變得越來越困難。55第第4 4章章精細圖形加工技術精細圖形加工技術 4.3 光刻機技術發(fā)展簡介 4.3.1 微光刻鏡頭的發(fā)展趨勢做鏡頭的必須控制整個像場內的各種像差，如

60、球形像差、像場彎曲、像散、慧形像差和畸變。像差隨像場直徑增加而增加，當像場直徑超過一定值時，對各種像差特性進行平衡成為不可能。目前微處理器芯片的面積在100200mm2的范圍，其增大的速度已經減緩。Gordon Moore估計微處理器的制造成本在每英畝硅片面積10億美元左右，他認為這一成本有效地限制了最大芯片面積。因而，為了增添更多的功能（增加晶體管），芯片制造者除了增加芯片面積之外，更著重于縮減最小圖形尺寸并增添更多的連接層。與此同時，DRAM的生產繼續(xù)推動著步進光刻機技術的發(fā)展。盡管微處理器利潤很高，世界微處理器營業(yè)額仍然小于存儲器營業(yè)額的20。DRAM的芯片尺寸將繼續(xù)增大，然而目前的重點