光刻完整版本

光刻掩膜版制作光刻机工作模式曝光光源光学原理光刻要求：光刻的要求分辨率（高）曝光视场（大）图形对准精度(高)产率（throughput）（大）缺陷密度（低）光刻成本占到整个硅片加工成本的三分之一。掩膜版制作：CAD设计、模拟、验证后产生数字图形X1掩膜版制作：接触式接近式光刻

数字图像

X4或X5投影掩模版：投影式光刻投影掩膜版和掩膜版的比较参数投影掩膜版掩膜版曝光次数多次曝光一次曝光关键尺寸在硅片上容易形成亚微米尺寸图形，由于版图尺寸较大（例如4：1，5：1）没有缩小的光学系统很难在掩膜版和硅片上形成亚微米尺寸图形曝光场小曝光场需要步进重复过程曝光场就是整个硅片掩膜版技术光学缩小允许较大的投影掩膜版尺寸掩膜版与硅片有相同的关键尺寸产量要求先进的自动化来步进和重复扫过整个硅片可能较高（如果设备不能自动化就不总是正确的）芯片对准和聚焦可以调节单个芯片的对准和聚焦整个硅片对准，但没有单个芯片对准和聚焦缺陷密度增加产量但不允许投影掩膜版缺陷缺陷在硅片上不会多次重复表面平整度在最初全场预对准测量或逐场曝光中可进行补偿除整场对准和聚焦外，没有补偿投影掩膜版的材料：熔融石英×4或×5投影掩膜版在制版时容易检查缺陷版上缺陷可以修补蒙膜(pellicle)保护防止颗粒玷污投影掩膜版的尺寸步进光刻机通常使用的投影掩膜版缩小比例为5：1或4：1。步进扫描光刻机使用的投影掩膜版为4:1.1、高透明度（散射小）2、热膨胀小透镜类型10：15：14：11：1投影掩膜版现场尺寸（mm）100x100100x100100x10030x30硅上的曝光视场（mm）10x1020x2025x2530x30每个曝光视场的芯片数（假设芯片尺寸5mmx5mm）4162536投影掩膜版缩影倍率和曝光场的比较电子束直写光刻胶10~15nmARC（anti-reflectioncoating）80nmCr熔融石英玻璃片在投影掩膜版上之所以电子书代替光学光刻形成图形，是因为与紫外光源比起来电子束有更短的波长和更高的曝光速度。这些性质能带来较好的尺寸控制并增加产量。掩模版制作过程12.Finished投影掩膜版上的结构文献研讨《基于准分子激光工艺制作X射线光掩膜》陈少军,李以贵（上海交通大学微纳米科学技术研究院薄膜与微细技术教育部重点实验室,微米纳米加工技术国家级重点实验室）

文章主要讨论为了解决LIGA工艺掩膜版制造成本问题,在Au薄膜上用准分子激光直写的方法制作掩膜,这样既能够很快得到雏形,同时也能够降低制作的掩膜版的成本。分析讨论了基于电子束制作掩膜版和基于准分子激光制作掩膜版两种方法,得出了准分子激光制作的掩膜在成本和时间上都有优势的结论。实验设备：OptecLightbench准分子激光器激光源：ATLEX-300i（波长248nm，脉冲能量10mJ，脉冲时间5ns，峰值频率300Hz）制造采用掩膜版投影法1、基于电子束制作X射线掩膜电子束刻蚀制作掩膜流程图图为利用电子束刻蚀,结合沉积薄膜层技术制作X射线掩膜版的示意图。首先沉积一层牺牲层,如图（a）步骤然后在牺牲层上甩一层光刻胶,利用电子束刻蚀光刻胶层,如图（b）步骤。电子束刻蚀后,再电铸一层金如图（c）步骤,最后通过显影去掉牺牲层如图（d）步骤。2、基于准分子激光制作X射线掩膜基于准分子激光技术加工的LIGA掩膜版是在Au薄膜上通过激光直写的方式设计掩膜版图形的。当X射线透过厚度为38μm的Kapton薄膜时，随着射线波长变长，X射线的穿透系数明显衰减，如下图所示。造成这种问题的主要原因是激光烧蚀过程中被激光轰击出来的金颗粒沉积在周围，从而增加了金薄膜的厚度，影响了加工结构的精度。两种工艺的比较利用电子束刻蚀制作掩膜的工艺流程复杂,步骤多,这样会增加制造成本同时制作周期也比较长,通常需要1个多月,不利于反复试验。而采用准分子激光技术制作掩膜流程简单、步骤少,这样成本就降低了同时周期也短,通常只要1周。实验结果刻蚀深度与激光照射次数之间的比例关系接近线性比例。有4种基板材料。如下图所示。图6是沉积了1.5μm厚的金薄膜经过10次激光烧蚀后制作的掩模版,将此金薄膜作为下一次射线曝光的掩膜版。图7是利用图6所示掩膜版在PMMA基板光刻的结构。由于激光烧蚀的原因,烧蚀后的表面不是很光滑,以至于加工的结构也不是很完美。适当地调整激光能量和烧蚀次数可以提高几何形状规范化以及表面的光滑程度。结论通过比较电子束制作掩膜版和准分子制作掩膜,在需要快速制作LIGA掩膜时,可以采用准分子激光烧蚀技术。通过控制激光烧蚀参数可以获得各种形状和大小的掩膜版图形。采用准分子激光技术,本论文制作了形状相似、大小不一的球状微结构阵列掩膜版,然后借助X射线光刻,将掩膜版上的图形转写到PMMA基板上。最终的形状质量能够很好地满足微光学元件的应用。因此,本实验证明了准分子激光烧蚀技术所制作的LIGA掩膜版结构可以达到微米尺寸。光刻机及三种曝光模式接触式接近式投影式（步进）1：1曝光系统4倍或5倍曝光系统接触/接近式光刻机系统接触式光刻机依赖人手动操作，并且容易被沾污，因为掩膜版和光刻胶是直接接触的。颗粒沾污损坏光刻胶层、掩膜版或者两者都损坏，颗粒周围区域存在分辨率问题。掩膜版又包含整个硅片的图形，随着尺寸增加又有套准精度问题。他被用于线宽5微米及以上的生产方式中，如今已不被广泛使用。接近式光刻机是从接触式光刻机中发展而来。如今仍在生产量晓得实验室或较老的生产分离器件的硅片生产线中使用。它们适用于线宽尺寸2~4微米。接近式光刻机通过增加光刻胶和掩膜版的间隙来解决沾污问题。紫外光线通过掩膜版透明区域和空气时会发散，这样会减小系统的分辨能力，减小线宽关键尺寸就成了主要问题。扫描投影式光刻机为了解决颗粒沾污、边缘衍射、分辨率限制等问题而诞生。掩膜版与硅片尺寸1：1。适用于线宽尺寸大于1微米的非关键层。由于芯片的亚微米特征尺寸的引入，使得这种光刻方法存在局限性。步进重复投影式光刻机80年代末～90年代，曝光场22mmx22mm，线宽0.35μm（Iline）～0.25μm（DUV）。掩膜板缩小比例（4：1）。步进扫描光刻机90年代末～至今，用于≤0.18μm工艺。采用6英寸的掩膜板按比例曝光，曝光场26×33mm。透镜视场为一个细长条，在步进到下个位置前，它通过校正好的22x33mm像场扫描掩膜版。扫描过程中具有调节聚焦的能力，使透镜缺陷和硅片平整度变化能得到补偿。优点：增大了每次曝光的视场；提供硅片表面不平整的补偿；提高整个硅片的尺寸均匀性。但是，同时因为需要反向运动，增加了机械系统的精度要求。曝光光源1、汞灯典型高压汞灯发射光谱UV光波长（nm）描述符CD分辨率（μm）436G线0.5405H线0.4365I线0.35248深紫外（DUV）0.25汞灯强度峰2.准分子激光材料波长（nm）最大输出（毫焦每脉冲）频率（脉冲每秒）脉冲长度（ns）CD分辨率（μm）KrF248300~150050025≤0.25ArF193175~30040015≤0.18F215761020≤0.15半导体光刻中使用的准分子激光器光学原理

焦深焦平面光刻胶分辨率与焦深的对应关系光刻中，对图像质量起关键作用的两个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，分辨率的增大必然会导致焦深的减小。增加图形分辨率对亚微米特征尺寸是必要的，然而焦深减小的结果是严重缩减光学系统的工艺宽容度。文献研讨《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