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1、第24卷第6期红外技术Vol.24No.62002年11月InfraredTechnologyNov.2002光刻技术的现状和发展*姜军,周芳,曾俊英,杨铁锋(昆明物理研究所,云南昆明650223)摘要:着重从涂胶、曝光(包括光源和曝光方式等)、光刻胶和深度光刻等方面介绍了光刻技术的现状和未来的发展趋势。关键词:光刻;涂胶;光刻机;分辨率;光刻胶;曝光中图分类号:TN215文献标识码:A文章编号:1001-8891(2002)06-0008-06[1]的涂胶方面的美国专利就达118项。在涂胶之前,对
2、引言芯片表面进行清洗和干燥是必不可少的。目前涂胶的自从60年代光刻工艺发明以来,光刻技术就在不主要方法有:甩胶(spincoating)、喷胶(spraycoating)断发展,图形从简单到复杂,线条从粗糙到精细,光源和气相沉积(deposition),但应用最广泛的还是甩胶。从光子到粒子,从表面光刻到深度光刻,现已成为大规甩胶是利用芯片的高速旋转,将多余的胶甩出去,而在模、超大规模集成电路的一项不可或缺的重要工艺。芯片上留下一层均匀的胶层,通常这种方法可以获得为了制造一个电子器件,可能采用多达20
3、几次光刻工优于?2%的均匀性(边缘除外)。胶层的厚度由下式艺。美国1997年国家半导体技术指南给出了未来10决定:[2]年半导体发展趋势,如表1。13G表11997年国家半导体技术指南FTU(1)2XQtTable11997NationalTechnologyRoadmapforSemiconductors式中:FT为胶层厚度,X为角速度,G为平衡时的粘(NTRS)度,Q为胶的密度,t为时间。由式(1)可见,胶层厚度1999年2001年2003年2006年2009年和转速、时间、胶的特性都有关系,此
4、外旋转时产生的硅片140nm120nm100nm70nm50nm气流也会有一定的影响。甩胶的主要缺陷有:气泡、彗掩膜(4@)560nm480nm400nm280nm200nm星(胶层上存在的一些颗粒)、条纹、边缘效应等,其中掩膜(1@)140nm120nm100nm70nm50nm边缘效应对于小片和不规则片尤为明显。生产甩胶机的厂商主要有:SpecialtyCoatingSystem、HeadwayRe-search、KarlSuss、SiliconValleyGroup等。从表1可看出,未来半导体
5、的发展趋势是图形越来越小,到2009年最小线宽要达到50nm的水平,这2紫外光刻样对光刻技术和掩膜版制造技术就提出了更高的要目前占光刻技术主导地位的仍然是紫外光刻。按求。目前光刻主要有两种方法:一种是紫外光刻,一种波长可分为紫外、深紫外和极紫外光刻。按曝光方式是粒子束光刻。现在一般认为紫外光刻的极限约为100nm左右,小于100nm的图形就要采用粒子束光可分为接触/接近式光刻和投影式光刻。接触/接近式刻的办法,粒子束光刻包括X射线、电子束、离子束光刻通常采用汞灯产生的365~436nm的紫外波段,等
6、,X射线光刻可能成为纳米光刻技术的主要工具。而投影式光刻通常采用准分子激光器产生的深紫外本文主要介绍了光刻技术的现状和未来的发展趋势。(248nm)和极紫外光(193nm和157nm)。[4]2.1接触/接近式光刻[3]1涂胶接触/接近式光刻是发展最早,也是最常见的曝光要制备光刻图形,首先就得在芯片表面制备一层方式。它采用1B1方式复印掩膜版上的图形,这类光均匀的光刻胶。截止至2000年5月23日,已经申请刻机结构简单,价格便宜,发展也较成熟,缺点是分辨*收稿日期:2002-01-188第24卷第6
7、期Vol.24No.6姜军等:光刻技术的现状和发展2002年11月Nov.2002率不高,通常最高可达1Lm左右。此外由于掩膜版直接和光刻胶接触,会造成掩膜版的沾污。国外这类光刻机的价格约为10~20万美元,生产效率可达100片/h(60)左右。生产这类光刻机的公司主要有KarlSuss、Cannon、OAL、ABM等。接触/接近式光刻机的分辨率由式(2)决定:3FTR=K(G+)(2)22式中:K为曝光的波长,FT为光刻胶的厚度,G为曝光图2投影式光刻机原理图时的接近距离。目前常用的光源为汞/氙灯
8、所产生的Fig.2Theprincipleofstepperandscanner紫外光,常用的三个波段为436nm(g线)、405nm(h线)和365nm(i线)。由图1可看出这三个波段的强2.2.2投影式光刻机的分辨率度最高,且紫外光成本低,比较容易获得,是接触/接近投影式光刻机的分辨率由式(3)决定:式光刻的主要光源。KR=k1(3)NA式中:K为曝光波长,NA为数值孔径,k1为工艺因子,[9]通常为0.5~1.2,理论上可达到0.25。由式3可看出,要提高投影式
