微细和纳米加工技术 光学曝光技术（2.6 短波长曝光技术）.pptVIP

* ★标准的光学曝光一般是在3100~4500埃的光谱范围内进行的，它的实际分辨率约为1~1.5μm。 ★从接近式最小可分辨的线宽公式和投影式最小可分辨的线宽公式都可以看出，照射光波长对提高光刻图形的分辨率起着关键作用。因此，研究深紫外光、极紫外光和x射线曝光技术十分必要。 ★从原理上说，深紫外光曝光方法所用的并不是一种新的曝光原理，它只是引入了一种新的光源- 深紫外光源。换句话说，前面介绍的接触式、接近式和投影式的曝光装置机构对深紫外光曝光都适用。 2.6.1 深紫外曝光技术 2.6短波长曝光技术 * ★深紫外光(deep ultraviolet)的波长在2000~3000埃，与以往光刻- 曝光工艺采用的4000埃左右的紫外光相比，光的波长缩短1／2～1／3。因此，可获得更高图形分辨率的光刻线条。这种曝光方式的光学系统原则上可以用前述的接触式、接近式和投影式等结构。 深紫外光的波长 * 二、深紫外曝光(deep UV lithography)技术中的光源 深紫外曝光技术中的光源 波长 波段 产生方法 436 nm(g 线) 紫外 长弧形汞灯 405nm(h 线) 365 nm(I 线) 311 nm 351nm 深紫外 （XeF）氟化氙准分子激光器 308nm （XeCl）氯化氙准分子激光器 248nm （KrF）氟化氪准分子激光器 193 nm （ArF）氟化氩准分子激光器 157nm （F2）氟分子准分子激光器 * ★深紫外光曝光是否有实用价值，取决于有无合适的抗蚀剂；曝光机构的输出光谱和抗蚀剂吸收光谱之间的匹配程度决定了这种曝光技术的生产能力。 ★通常采用与X射线和电子束曝光相同的电子抗蚀剂作为深紫外光曝光的抗蚀剂，而不用与紫光和紫外光相同的光致抗蚀剂，这是因为深紫外线的能量与电子束曝光中起感光作用的二次激发电子的能量大致相同之故。 ★对于掩模，常用高质量的人造石英作掩模基底材料，它对深紫外光有良好的透射性；而用铝膜或铬膜作为对深紫外光的掩蔽膜。 深紫外曝光技术中的光刻胶与掩模 * 157nm深紫外曝光技术中的难点 ★在透镜方面，过去用于I 线与G线的石英透镜在248nm和193nm还可以适用，而在157nm要采用氟化钙(CaF2)晶体作为透镜材料。这是因为石英透镜在对157nm波长有强吸收作用而不再适用，只有采用氟化钙晶体才能作为透镜材料。 ★要解决以上技术难题所需要的研究开发投资巨大，而157nm的波长只能将集成电路的最小电路尺寸延伸一代。另一方面，对极紫外(extreme UV，EUV)曝光技术和浸没式曝光(immersion lithography)技术的早期开发证明，193nm波长光源结合浸没式成像技术可以完全实现70nm集成电路的生产，而更小电路尺寸可以由极紫外曝光技术实现。因此，到2004年集成电路制造工业已经达成共识：中止157 nm曝光技术的开发，全力投入极紫外曝光技术的开发。 ★在光刻胶方面，为248 nm和193 nm光源开发的光刻胶也因为强吸收作用而不再适用于157nm光源。 * 2.6.2极紫外曝光技术 ★极紫外是波长为13 nm的光辐射。 ★极紫外不是严格意义上的光辐射，而是一种软X射线。为了与穿透力更强的硬X射线区别，半导体工业界普遍把13nm波长的极紫外曝光仍归为光学曝光技术一类。这同时也因为极紫外曝光与传统光学曝光技术很相近，也是将掩模图形投影成像到硅片表面。 ★极紫外曝光与传统深紫外曝光有本质的不同。极紫外波长几乎被所有材料吸收，传统的折射式透镜成像已完全不适用，所有光学元件包括掩模本身都必须是反射式的。 * ★由光源发出的极紫外辐射由一组反射镜收集并投射到反射式掩模上，被反射的掩模图形由另一组反射镜会聚缩小，然后投射到硅片上实现极紫外光刻胶的曝光。 极紫外曝光系统的组成 图2.19 极紫外曝光系统的示意图 * ★极紫外曝光技术由4个关键部分组成： 极紫外曝光系统的组成 极紫外光刻胶 极紫外掩模 极紫外光学系统 极紫外光源 图2.19 极紫外曝光系统的示意图 * (1)极紫外光源 ★极紫外光可以由两种方法产生：等离子体激发和同步辐射源。 ★基于高能电子加速器的同步辐射源是一种大型科学研究装置，只能由政府建造并运行，很难应用于工业生产。关于同步辐射源，见X射线源部分。 ★作为集成电路生产应用的极紫外光源主要是等离子体源。按照等离子体产生的方式，这类极紫外光源又可分为激光等离子体源和气体放电等离子体源。而激光等离子体源较常用。 极紫外曝光系统的组成之极紫外光源 * ★激光等离子体源产生EUV光源的原理是用准分子激光轰击靶材产生EUV，它具有技术成熟，亮度高、光谱范围可与多层膜反射峰相匹配、位置稳定性高、体积小、价格相对便宜等优点，最为人们所看好。 激光等离子体源 * ★靶