第二讲光刻掩模第三讲离子束技术.pptVIP

三．光刻工艺流程（以正胶为例） 第二讲 紫外光刻掩模制作 掩模是光刻工艺中最重要的组成部分，掩模的制造是光刻中最关键的技术。 本讲主要介绍几种掩模的制作技术。 一．掩模结构 二．产生掩模图形的方法1. 照相精缩法 这是比较原始的一种方法。先将要制作的图形画在坐标纸上，再把“红膜”铺在坐标纸上，用刀片把坐标纸上的图形刻在“红膜”上。用白光光源在“红膜”的背面均匀照明，用专用照相机拍下图形，即成为胶片掩模。 如果用于紫外光刻，再把胶片掩模图形利用光刻工艺转移到铬版上。 照相精缩法适合制作线宽5μm以上的图形。 2. 图形发生器法 图形发生器是一种专用仪器。把设计好的图形输入计算机（有专用软件格式），由计算机控制图形发生器产生的光斑在铬版（商用铬版已涂好光刻胶）上逐点曝光，显影后的光刻胶图形再用化学腐蚀或离子束刻蚀转移到铬膜上。 这种方法可以做到1-2 μm 的线宽。如果图形复杂，数据量较大，制作一块4″的掩模要花费几小时时间。 一套好的图形发生器设备大约要40万美元. 3. 电子束曝光法 3.1 原理 电子束曝光是在电子束曝光机上进行的。一束聚焦很细的电子束在计算机的控制下偏转，在基片表面的光刻胶上逐点曝光，制作出所设计的图形。 这是60年代就发展起来的一种高分辨曝光技术。 在电子束曝光中，采用的加速电压一般为10~20kv。当V=15kv时，电子的德布罗意波长为 ?=h/(2mV)1/2=0.01nm 可见，电子的波长比光学曝光的波长短得多，衍射效应可以忽略不计，因而可获得很高分辨。 图31. 电子束曝光机原理图 3.2 扫描方式 电子束曝光的扫描方式一般有两种： 1) 矢量扫描 把整个掩模分成若干个单元，一个单元一个单元进行扫描。 2) 光栅扫描 逐行扫描。 3.3 电子束曝光的特点 优点：分辨率高 缺点：a. 设备昂贵（几百万~上千万美元） b. 曝光时间长，生产效率低 c. 二次效应严重 ▲ 关于二次效应问题 由于电子束能量大，电子质量小，曝光时电子在光刻胶层中散射和在基片表面产生的背散射，即二次效应。这种效应通常称之为“临近效应”。 临近效应的存在，影响电子束曝光分辨率的提高，如图32所示。 图32. “临近效应” 4. 激光直写法 激光直写系统(Laser Direct Write System)是由计算机控制的高精度聚焦激光束，按照设计在光刻胶上扫描曝光出图形。 激光直写系统是90年代国际上制作光刻掩模版的新型专用设备。成都光电所1996年从加拿大进口的ISI-2802型激光直写系统主要由He-Cd激光器、声光调制、气轴转镜扫描、CCD显微摄像、气浮精密工作台、激光干涉仪精密定位、自动调焦、计算机控制和数据处理等部分构成。 系统的主要性能： 可写范围 150mm?150mm 可写最小线宽 1um 线条均匀性 0.1um 三．相移掩模 提高光刻的分辨率是超大规模集成电路制造所不断追求的目标。 曝光时，光线通过光掩模，由于边缘衍射的作用，造成光刻胶图形的展宽，三种曝光方式影响程度不同，下图可以看出其差别。 图34. 曝光中来自掩模图形的典型光衍射曲线 1．限制光刻分辨率的因素 在过去，为了提高光刻分辨率，大多着眼于缩短曝光波长和提高光刻系统物镜的数值孔径。 分辨率 R=K1λ/NA （3） 焦 深 DOF=K2λ/NA2 （4） 式中 λ--曝光波长 NA---光刻系统的数值孔径 K1和K2---与工艺有关的常数 从（3）和（4）式可见，缩短曝光波长可提高分辨率，但也使焦深减小；增大NA可提高分辨率，但同样减小了焦深。 焦深是光刻中的重要因素，实用焦深有个最低限度（一般0.5 um左右），不能无限减小。原因