透镜问题和反射系统:在光刻图形形状极端的情况下,通过透镜系统曝光光束成为一个问题,这个问题就是吸收。一个曝光系统应该传送特定的波长(或受控的一组波长)到光刻胶表面。透镜所用的材料能在要求的范围内吸收辐射,在193nm以下这变成了严的问题。氟化钙(CaF2)一种在这个范围传送的材料,并期望应用在157nm节点。

高于光学光刻变动和进入下一代(NGL),有两个主要候选者:极紫外线(EUV)和电子束投影光刻机(EPL)。EUV采用深紫外线(DUV)光源,它取自具有10-15nm范围波长的波谱的更短的端(参见下图)投影系统能更真实地将辐射输送到晶圆而没有在透镜系统发生畸变。在晶圆的表面,用步进一扫描的方式操控电子束。

电子束

我们已经描述了电子束系统的基础。遗憾的是无掩模(光栅式或矢量扫描式)系统将图形复制到晶圆表面速度太慢。一种使用电子束曝光的先进技术是电子束投影光刻(EPL)。该系统使用电子束曝光源、掩模版和扫描投影方法(参见下图)。由Lucent技术公司开发的这个系统称为SCALPEL,使用了扫描掩模版。电子是高能的,并能通过大多数材料。而传统的掩模版阻止了部分曝光束,并允许其他部分通过,扫描掩模版允许这两段电子束通过。然而,如显示的那样.一部分掩模版散射电子束。减少了透镜聚焦束到达晶圆。在此之间是一个孔径,它基本上允许未受阻的束流通过达到晶圆表面,并阻止被散射束流。现在针对这个系统设计的掩模版使用了多层结构。图形被定义在氮化硅上,它是淀积在硅品圆上。除了硅“支柱”留下保持掩模的强度,晶圆的大部分被刻蚀掉。将这种配置固定在薄膜上。该掩模的所有部分都能传送电子束。然而,被定义的图形因为入射束被分成两部分一一散射的和未散射的。因为该图形被散射到晶圆表面上,支柱不会进入被散射的图形中。

表11

相掩模版(PSM)

对于传统的光学光刻,使用一些技术从掩模版到晶圆改善图形保真度。一个衍射问题发生在当两个掩模图形非常接近时。在某一点,正常的衍射波开始接触叠加,导致该区域光刻胶不能正常曝光。两个衍射波混在一起是因为它们的相位相同。相位是一个描述波的名词,它与波峰、波谷的相对位置有关(参见下图),在图左图中的波是同相的,而在右图中的波是异相的。一个解决衍射叠加的办法是将其中一个透光部分用透明物质覆盖,而这一透明物质可以改变波的相位,从而达到克服衍射叠加的目的(参见下图)。基于以上原理而产生的交互相移掩模版(或称交互孔径相移掩模版,AAPSM)就是将一层二氧化硅膜淀积在掩模版/放大掩模版上,然后将其中一部分移去,形成交替图形。图形多为重复性阵列,比如存储器产品,交替盖住透光部分这一方法比较适用。

表12

另一种方法是相位移动涂层在掩模版/放大掩模版图形边缘的扩展使用。这一工艺同样要在掩模版上加涂二氧化硅层并完成其他所有掩模版制作工艺步骤。这一方法有一些衍生方法,比如亚分辨率(图形外延)相移掩模版和镶边相移掩模版。

表14

光学临近修正或光学工艺修正掩模版(OPC)

我们知道在0.5um以下工艺制成中,由于临近效应的存在,在掩模版/放大掩模版上完美的图形,在光刻胶上可能形成扭曲的图形。OPC掩模版试图在掩模版/放大掩模版上做出扭曲的图形,将它们曝光在光刻胶上时,却可以形成完美图形。特别易受攻击的情况是邻近透光/不透光区域密集的图形和短的和/或像小接触孔这样的图形拐角周围。借助于计算机,对曝光工艺条件〔反差效应)进行分析,然后设计掩模版上的图形。对于一个圆端图形修正的例子如下图所示。另一个技术是双掩模。第一个掩模是相移掩模,在光刻胶上产生部分图形。接在其后的掩模(整形掩模)是有点涨大,并完成设计的图形。

表15

环孔照射

环孔照射(annular ring illumination)作为一种技术手段,首先是由Perkin Elmer扫描投影光刻机采用的。在解决分辨率这一问题上,均匀一致的光源是一个重要武器。遗憾的是,传统的光学曝光源产生的光斑太不均匀一致了。然而,在这个光斑中,我们可以找到能量均匀一致的区域(比如环状区域)。环孔光源挡去了大部分光,只透过环状的均匀一致的光照射在晶圆上。

另 一 种 方 法 是 相 位 移 动 涂 层 在 掩 模 版 / 放 大 掩 模 版 图 形 边 缘 的 扩 展 使 用 。 这 一 工 艺 同 样 要 在 掩

模 版 上 加 涂 二 氧 化 硅 层 并 完 成 其 他 所 有 掩 模 版 制 作 工 艺 步 猓 。 这 一 方 法 有 . . 、 些 衍 生 方 法 , 比 如 亚 分

辨 率 ( 图 形 外 延 ) 相 移 淹 模 版 和 镶 边 相 移 掩 模 版 。