同步辐射x射线光刻技术

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1、第22卷第4觏应用光学Vo1．22，No．42001拒2001文章编号1O022082(2001)04004005同步辐射X射线光刻技术张东平，乐德芬，胡一贯(1．中国科技大学物理系，安徽台肥230026；2．国家同步辐射实验室t安徽台肥230027)摘要：同步辐射x射线光刻(SRXL)是本世纪超大规模集成电路(V1SI)发展中最有希望的探亚微米图形加工技术，本文综述了SRX1技术研究的现状及存在的问题、井对其今后的发展进行展望关键词：同步辐射X射线；光刻技术中图分类号：04341：TN305．7文献标识码：A引言

2、SRXi技术。图1为同步辐射x射线曝光系统以集成电路为核心的微电子技术是当代国际社会竞争的重点，其技术的先进与否将直接影响到国家的战略地位。自从上世纪6O年代集成电路问世以来，在短短的30多年时间里，已经历了从小规模、中规模、太规模超太规模乃至甚大规模的发展过程。集成电路的迅速发展，对加工精度要求越来越高。最小线度要求越来越细，现已达到探亚微米量级。在集图1同步辐射x射线嘎光系统构成简图成电路加工中，光刻技术是最核心的一种工艺构成简图。同步辐射光束从高真空一侧的真空技术。SRXI技术由于具有高分辨率、高精度、窗进人

3、曝光室，经掩模版照射至片子的光刻胶高生产率等优点，成为近年来光刻技术中非常上进行曝光。用同步辐射光源进行光刻主要有活跃的研究领域_1]。本文将介绍SRXL技术研以下优点：究发展的现状，同时讨论其中存在的问题及今(1)同步辐射光谱范围宽，并且连续可后发展的方向。调，因此可根据掩模版材料和光刻胶性能选择最佳曝光波长。普通x射线中连续谱强度低，lSRXI的优点曝光中被光刻胶吸收的主要是特征谱，而特征作为光刻曝光用x射线源，目前常用的有谱波长是由靶原子所决定的，故曝光时受特征普通x射线与同步辐射x射线两种。利用同波长限制，

4、不可任意选择步辐射光作为光源进行曝光的光刻技术称为(2)同步辐射光的强度太，一般较普通x收稿日期：21JcIOO923基金项目：国家自然科学基金资助项目(No：69~76026)。作者简介：张东平(1972)，男，微电子专业，现在安徽马鞍山华东冶金学院数理实验中L'I作，主要事金刚石基底x射线掩模基础研究。射线高两个量级以上，可太太缩短曝光时间，导致严重辐射损伤这主要是因为吸收大量x提高生产率。射线后，部分氢原子迁移至薄膜表面，产生了(3)同步辐射光的平行性好，发散角小，内应力的改变和化学退化，导致几何形变和光在曝

5、光中引起的半影畸变和几何畸变小，曝光学透明度降低。金刚石薄膜含氢量极少，仅在分辨率和套刻精度也较普遥x射线高得多。ppm量级，而且具有特别优良的力学、热学和另外，普通x射线平行性差，曝光时只在片子光学性质，基本上符合以上要求，使其成为理立体角内的x射线才对曝光起作用，因而效想的下一代同步辐射光刻掩模基底材料的最率低。佳候选者，也是当前这一领域研究的热门0：。M．R．Ravet及其合作者制作了兼容于商用x2SRXL掩模射线步进光刻机的高分辨率金刚石基底掩模图2为同步辐射x射线光刻掩模示意采用常规矢量扫描图形发生器优化

6、产生掩模图，它是由吸收体图彤、基底、衬底和加强环构图形，获得了最小线宽和周期分别为60nm和成。与光学掩模相比，SRXI掩模由于利用同120nrn的高精度高分辨率金栅。目前工作主步辐射光源的特殊性，其制作难度较大，对基要是在优化生长金刚石薄膜方面，以便找到各底材料和吸收体材料也有特殊的要求。项性能均满足制作高分辨率SRXI掩模的薄膜生长条件2．2SRXI．啦收体要求SRXI掩模吸收体通常采用高原子序数的重元素材料、并且要满足以下要求：图2SRXL掩模示意图(1)有适当的X射线吸收系数，以保证掩2．1对SRXI掩模基

7、底材料的要求模反差；SRXI掩模基底材料有如下要求：(2)易于用常规的方法制作低缺陷密度(1)要在光刻应用x射线波长范围内透的亚微米图形，最好有陡直侧壁}射率大于50j(3)有高的杨氏模量，以减少掩模热畸(2)要有较高的杨氏模量，以减少平面内受；畸变；(4)与衬底有良好的附着性；(3)要有高的张应力，减少非平面内畸(5)有较低的内应力，以减少掩模本征畸变和热胀效应；变；(4)与衬底材料吸收体材料有类似的热(6)与基底有良好的热匹配特性；导率和导热系数，以减少热畸变；(7)有良好的化学惰性，以利于后序加(5)平整性要

8、好，以满足图形高分辨率要工{求；(8)好的材料稳定性(6)要有高的热稳定性和化学惰性，在曝目前国际上研究的吸收体材料主要有光过程中薄膜保持其物理和力学特性；w、Au、Ta、Ni、Cu等，对以Au、W、Ta研究最(7)光学透明度要好，以利于光学对准。多。Au可以满足以上大多数要求，不足之处目前世界上实验研究的掩模基底材料主在于它不能用减法工艺制造，而且一旦衬基