光刻机分辨率

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1、第一章引言1.1光刻背景：受功能增加和成本降低的要求所推动，包括微处理器、NAND闪存与DRAM等高密度存储器以及SoC（片上系统）和ASSP（特殊应用标准产品）在内的集成电路不断以快速的步伐微缩化。光刻则使具有成本优势的器件尺寸微缩成为可能。目前， 集成电路已经从60年代的每个芯片上仅几十个器件发展到现在的每个芯片上可含约10亿个器件，其增长过程遵从一个我们所熟知的摩尔定律，即集成度每3年提高4倍。 这一增长速度不仅导致了半导体市场在过去30年中以平均每年约15%的速度增长，而且对现代经济、国防和社会也产生了巨大的影响。集成电路之所以能飞速发展，光刻技术的支持起到了极为关键的作用。因为

2、它直接决定了单个器件的物理尺寸。每个新一代集成电路的出现总是以光刻所获得的线宽为主要技术标志。光刻技术的不断发展从三个方面为集成电路技术的进步提供了保证：其一是大面积均匀曝光，在同一块硅片上同时作出大量器件和芯片，保证了批量化的生产水平；其二是图形线宽不断缩小，使用权集成度不断提高，生产成本持续下降；其三，由于线宽的缩小，器件的运行速度越来越快，使用权集成电路的性能不断提高。随着集成度的提高，光刻技术所面临的困难也越来越多。 图1-1      1.2 集成电路微缩化趋势及其对光刻的要求由于器件单元不同，存储器与逻辑IC芯片的关键曝光层（criticallayer）有着迥然不同的特征和光

3、刻容差，这便对给定的光刻系统提出了不同的性能要求和实用限制。图1给出了几种不同器件的图形特征和对光刻的启示。图1-2 第二章．当前光刻技术的主要研究领域及进展1999 年初,0.18 微米工艺的深紫外线(DUV)光刻机已相继投放市场,用于 1G 位 DRAM 生产。根据当前的技术发展情况，光学光刻用于 2003 年前后的 0.13 微米将没有问题。而在 2006 年用到的 0.1 微米特征线宽则有可能是光学光刻的一个技术极限，被称为 0.1 微米难关。如何在光源、材料、物理方法等方面取得突破，攻克这一难关并为 0.07，0.05微米工艺开辟道路是光刻技术和相应基础研究领域的共同课题。 在

4、 0.1 微米之后用于替代光学光刻的所谓下一代光刻技术（ＮＧＬ）主要有极紫外、Ｘ射线、电子束的离子束光刻。由于光学光刻的不断突破，它们一直处于“候选者”的地位，并形成竞争态势。这些技术能否在生产中取得应用，取决于它们的技术成熟程度、设备成本、生产效率等。    第三章．光刻的原理和分类 3.1光刻的原理： 光刻是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺（图4.7）。在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的岛状部分。 光刻工艺也被称为大家熟知的Photomasking,masking,photolithography, 或micr

5、olithography。在晶圆的制造过程中，晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成。这些部件是每次在一个掩膜层上生成的，并且结合生成薄膜及去除特定部分，通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留特征图形的部分。光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件（parts）的关联正确。 光刻是所有四个基本工艺中最关键的。光刻确定了器件的关键尺寸。光刻过程中的错误可造成图形歪曲或套准不好，最终可转化为对器件的电特性产生影响。图形的错位也会导致类似的不良结果。光刻工艺中的另一个问题是缺陷。光刻是高科技版本的照相术，只

6、不过是在难以置信的微小尺寸下完成。在制程中的污染物会造成缺陷。事实上由于光刻在晶圆生产过程中要完成5层至20层或更多，所以污染问题将会放大。 3.2光刻的分类： 1．光学光刻光学光刻是通过光学系统以投影方法将掩模上的大规模集成电路器件的结构图形“刻”在涂有光刻胶的硅片上，限制光刻所能获得的最小特征尺寸直接与光刻系统所能获得的分辨率直接相关，而减小光源的波长是提高分辨率的最有效途径。因此，开发新型短波长光源光刻机一直是国际上的研究热点。目前，商品化光刻机的光源波长已经从过去的汞灯光源紫外光波段进入到深紫外波段（DUV） ，如用于 0.25 微米技术的 KrF 准分子激光（波长为248纳米）

7、和用于0.18微米技术的ArF准分子激光(波长为193纳米)。 除此之外，利用光的干涉特性，采用各种波前技术优化工艺参数也是提高光刻分辨率的重要手段。这些技术是运用电磁理论结合光刻实际对曝光成像进行深入的分析所取得的突破。其中有移相掩膜、离轴照明技术、邻近效应校正等。运用这些技术，可在目前的技术水平上获得更高分辨率的光刻图形。如 1999 年初 Canon 公司推出的 FPA-1000ASI扫描步进机，该机的光源为 193 纳米 A