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1、微細(xì)加工技術(shù)03微細(xì)圖形技術(shù) 第三章微細(xì)圖形技術(shù) §3.1前言 ●光刻過程： 光刻（Lithography）的最初含義是照相制板印刷。在微電子和光電子工藝中，光刻技術(shù)的具體含義是:以芯片上開窗口的掩模板的形式形成微細(xì)圖形，將IC設(shè)計(jì)的圖形信息轉(zhuǎn)移到芯片表面上,以后再在開窗口部位通過淀積、蝕刻或晶體生長(zhǎng)等過程形成微細(xì)結(jié)構(gòu)。與照相印制類似，光刻液需要有一個(gè)“底片”－掩模（mask）。光刻的主要過程是：通過光學(xué)系統(tǒng)使涂覆在芯片表面的光敏物質(zhì)膠層（抗蝕膠resist）曝光，再通過顯影(develop
2、ing)等過程，在芯片表面形成與掩模同樣的微細(xì)圖形的窗口。 為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的器件功能和導(dǎo)線互連，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)通常要分成若干工藝層，通過多次光刻實(shí)現(xiàn)。甚至有多到二十幾層的微系統(tǒng)（見下表）。 線路設(shè)計(jì)線 寬（微米）電路層數(shù) 每一層對(duì)應(yīng)一個(gè)物理工序，具有一個(gè)平面圖形，本層圖形的實(shí)現(xiàn)便需要用一次光刻工藝，需用一個(gè)掩模。不同層相互對(duì)應(yīng)的幾何位置，則通過對(duì)準(zhǔn)套刻來實(shí)現(xiàn)?！ 」饪淌俏㈦娮庸に囍凶顬閺?fù)雜、昂貴和關(guān)鍵的工藝。目前，光刻約占IC總制造成本1/3，還有升高的趨勢(shì)。 對(duì)于光刻機(jī)的主要技術(shù)要求是
3、： ?。嚎煞直娑帜鼙３忠欢ǔ叽缛莶畹淖睢€寬） 小特征尺寸。光刻機(jī)的分辨率通常取決于曝光光學(xué)系統(tǒng)和抗蝕膠兩者?！ ?σ）：統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，一般不超過特征尺寸的 10％?！ ?對(duì)準(zhǔn) 精度與對(duì)準(zhǔn)標(biāo)志機(jī)操作人員的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)；大規(guī)模IC制造一般有自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。套刻精度（3σ）大約為分辨率的1/3?！ 毓獾牟课豢v向（垂直于芯片平面的方向）要在多大的范圍內(nèi)才 能保證曝光的分辨率。景深涉及對(duì)襯底及抗蝕膠的平整度要求。 一個(gè)曝光“場(chǎng)”的尺度（面積）?！ ∩a(chǎn)率（throughput）——取決于完成曝光過
4、程的時(shí)間?！ ∧壳爸髁鞯腣LSI大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)中，主要使用電子束曝光光刻技術(shù)來制備掩模，而使用紫外線光學(xué)曝光光刻技術(shù)于大規(guī)模半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)制造。但是，近年來在100納米以下的“納米IC制造”或“未來光刻(nextgenerationlithography)”技術(shù)研發(fā)中，正在大力研究液體浸沒紫外線曝光等“先進(jìn)”光學(xué)光刻技術(shù)，并極力開發(fā)波長(zhǎng)更短的極紫外線和電子束光刻技術(shù)?！ ∫后w浸沒紫外線曝光光刻技術(shù),是在目前的ArF準(zhǔn)分子激光曝光技術(shù)的基礎(chǔ)上，將芯片浸沒在折射率較高的液體中，以提高光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔
5、徑，將衍射限制分辨率極限越來越推進(jìn)到納米量級(jí)。目前已經(jīng)用于研制90納米量級(jí)IC，并使用到60納米，甚至40納米、32納米等量級(jí)的IC制造技術(shù)正在大力研究開發(fā)之中。 研究開發(fā)極紫外線曝光技術(shù)，對(duì)于幾十納米線寬IC的大規(guī)模生產(chǎn)光刻具有重要意義。最近，荷蘭ASML（ASMIHoldingNV）向比利時(shí)IMEC和美國(guó)AlbanyNanoTech提供了該公司生產(chǎn)的EUV（遠(yuǎn)紫外光）曝光設(shè)備α機(jī)“AlphaDemoTool”。雖然該設(shè)備面向的是工藝開發(fā)，但可進(jìn)行用于LSI量產(chǎn)的整片（FullField）曝光。
6、用于芯片試制的設(shè)備將于2009年開始供貨。此次ASMI得以供貨EUV曝光的α機(jī)，是因?yàn)椤斑_(dá)到了整片曝光的成像及重合性能的指標(biāo)”（該公司）。2006年2月在美國(guó)舉行的“31stInternationalSymposiumonMicrolithography”上，該公司已展示了AlphaDemoTool的最初成像效果，受到“效果良好”的好評(píng)。當(dāng)時(shí)該公司就計(jì)劃“2006年上半年”開始供貨?！ ∈褂肵射線和電子束曝光光刻也是未來光刻(nextgenerationlithography)”技術(shù)的重要研究開發(fā)領(lǐng)
7、域。富士通和愛德萬測(cè)試于2006年11月1日在富士通川崎 事務(wù)所內(nèi)設(shè)立從事LSI試制服務(wù)的合資公司“E-Shuttle”。使用愛德萬的電子束曝光裝置“F3000”試制支持300mm晶圓及65nm工藝的LSI。在試制時(shí)，將利用電子束將半導(dǎo)體元件的電路圖直接繪制在晶圓上，這樣便可縮短試制時(shí)間。富士通此前一直使用支持130nm、90nm工藝的電子束技術(shù)試制LSI。新公司最初將從2007年4月～9月開始提供支持65nm工藝的服務(wù)，將來還計(jì)劃提供支持45nm工藝的服務(wù)?！ ?.2光學(xué)光刻 光學(xué)光刻的
8、含義是：利用各個(gè)波段的光子（可見光、紫外線、深紫外線和極紫外線）的曝光作用實(shí)現(xiàn)光刻?！ ?.2.1光學(xué)光刻概述 光刻過程：光刻機(jī)是個(gè)具有曝光功能的光學(xué)成像系統(tǒng)；光學(xué)曝光過程是通過光化作用使某種光敏介質(zhì)（抗蝕膠）上形成微細(xì)圖形的潛像，再通過顯影過程形成具有微細(xì)圖形的窗口。曝光機(jī)由光源、照明裝置、掩模、投射光路、帶抗蝕膠的襯底和實(shí)現(xiàn)套刻對(duì)準(zhǔn)等功能的機(jī)械和控制系統(tǒng)組成?！ 」庠矗嚎梢姽?、紫外線（UV）、深紫外線（DeepUV）、極紫外線（ExtremeUV）。掩模是使用放
