光刻工艺的种类与发展.doc

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1、光刻工艺的种类与发展光刻丁艺的利啖与发展物理学院2008301510009张乐从第一•个晶体管问世算起，半导体技术的发展已有多半个世纪了，现在它仍保持着强劲的发展态势，继续遵循Moore定律即芯片集成度18个月翻一番，每三年器件尺寸缩小0.7倍的速度发展。人尺寸、细线宽、高精度、高效率、低成本的IC生产，正在对半导体设备带來前所未有的挑战。集成电路在制造过稈屮经丿力了材料制备、掩膜、光刻、清洗、刻蚀、渗杂、化学机械抛光等多个工序，其小尤以光刻工艺最为关键，决定着制造工艺的先进程度。随着集成电路由微米级向钠米级发展，光刻采用的光波波长也从

2、近紫外(NUV)区间的436nm.365nm波长进入到深紫外(DUV)区间的248nm>193nm波长。日前人部分芯片制造丁艺采yongT248nm和193nm光刻技术。目前对于13.5nm波长的EL'V极端远紫外光刻技术研究也在提速前进。光刻工艺的种类很多，我们以时间为线索，逐个展开如下：1.以Photons为光源的光刻技术在光刻技术的研究和开发川，以光子为基础的光刻技术种类很多，但产业化前景较好的主要是紫外(UV)光刻技术、深紫外(DUV)光刻技术、极紫外(EUV)光刻技术和X射线(X-ray)光刻技术。不但取得了很人成就，而且是日

3、前产业屮使用最多的技术，特别是前两种技术，在半导体工业的进步小，起到了重要作用。紫外光刻技术是以高压和超高压汞(Hg)或者汞-範(Hg-Xe)弧灯在近紫(350〜450nm)的3条光强很强的光谱3、h、i线)线，特别是波长为365nm的i线为光源，配合使用像离轴照明技术(0AI)、移相掩模技术(PSM)、光学接近矫正技术(OPC)等等,可为0.35〜0.2511m的人生产提供成熟的技术支持和设备保障，在

4、_1前任何一家FAB-I*,此类设备和技术会占整个光刻技术至少50%的份额；同时，还覆盖了低端和特殊领域对光刻技术的要求。深紫外技术是

5、以KrF气体在高压受激而产生的等离子体发出的深紫外波长(248mn和193run)的激光作为光源，配合使用i线系统使用的一些成熟技术和分辨率增强技术(RET)、高折射率图形传递介质(如浸没式光刻使用折射率常数人于1的液体)等，可完全满足0.25〜0.18nm和0.18uni〜90nm的生产线要求;同时,90〜65nm的大生产技术已经在开发屮，如光刻的成品率问题、光刻胶的问题、光刻丁艺屮缺陷和颗粒的控制等，仍然在突破中；至于深紫外技术能否满足65〜45nni的人生产T艺要求，日前尚无明确的技术支持。相比Z下，由于深紫外(248rw和193

6、nm)激光的波长史短，对光学系统材料的开发和选择、激光器功率的提高等要求史高。极紫外(EUV)光刻技术早期有波长10〜100nm和波长1〜25nm的软X光两种，两者的主要区别是成像方式，而非波长范I韦I。前考以缩小投影方武为主，后考以接触/接近式为主，日前的研发和开发主要集小在13脚波长的系统上。极紫外系统的分辨率主要瞄准在13〜16nm的生产上。考虑到技术的延续性和产业发展的成木等因素，极紫外(EUV)光刻技术是众多专家和公司看好的、能够满足未來16nm生产的主要技术。但由于极紫外(EUV)光刻掩模版的成木愈來愈高，产业化生产川由于掩

7、模版的费用增加会导致生产成木的增加，进而会人人降低产品的竞争力，这是极紫外(EUV)光刻技术快速应用的主要障碍。为了降低成本，国外有的研发机构利用极紫外(EUV)光源，结合电子束无掩模版的思想，开发成功了极紫外(EUV)无掩模版光刻系统，但还没有商品化，进入生产线。X射线光刻技术也是20世纪80年代发展非常迅速的、为满足分辨率100nm以下要求生产的技术Z—。主要分支是传统靶极X光、激光诱发等离子X光和同步辐射X光光刻技札特别是同步辐射X光(主要是0.8側)作为光源的X光刻技术，光源具有功率高、亮度高、光斑小、准直性良好，通过光学系统的

8、光束偏振性小、聚焦深度人、穿透能力强；同时可有效消除半阴影效应(PenumbraEffect)等优越性。1.以Particles为光源的光刻技术以Particles为光源的光刻技术主要包扭粒子束光刻、电子束光刻，特别是电子束光刻技术，在掩模版制造业屮发挥了重要作用，1=1前仍然占有霸主地位，没有被取代的迹象；但电子束光刻由于它的产能问题，一-直没有在半导体生产线上发挥作用，因此，人们一•直想把缩小投影丈电子束光刻技术推进半导体生产线。特别是在近几年，取得了很人成就，产能已经提高到20片/h(

9、快的是传统电子束光刻、低能电子束光刻、限角度散射投彩电子束光刻(SCALPEL)和扫描探针电子束光刻技术(SPL)o传统的电子束光刻已经为人们在掩模版制造业屮广泛接受，由于热/冷场发射(FE)比六鹏化澜(L