电子束光刻无须使用产生图形的掩模版或放大掩模版。因为不用淹模版,一些由掩模版或放大掩模版曝光引起的缺陷和错误源被去除了。电子束开关和导向由计算机来控制,计算机中存有直接来自CAD设计阶段的晶圆图形。电子束被偏转系统导向到需要曝光的位置上,并将电子束打开,使相应的部位光刻胶曝光。更大面积的衬底被固定在羊y载台上,载台连同衬底在电子束下移动直到全部曝光完毕。这种对准和曝光技术称为“直接书写式”(direct writing)。

光刻胶的曝光图形分为光栅式和矢量式(参见下图)。光栅式扫描是电子束从晶圆一边扫描到另一边然后向下。计算机控制方向和开关电子束。光栅式扫描的紈款是费时,因为电子束要扫描整个晶圆表面。而矢量式扫描曝光,电子束直接移到需要曝光的地方,在每一个需要曝光的地方,曝出一个个小的矩形或长方形,用它们组成需要的图形。

表10

因为没有了光刻掩模版和光学系统的误差,电子束曝光的芯片有很好的对准和套准结果。目前使用的电子束曝光系统,能得到0.25um的分辨率。大规模使用电子束曝光系统存在速度和费用的问题。目前的电子束光刻机每个班次至多曝光10片6英寸的芯片,但每台设备却价值几百万美元。之所以速度慢,其中一个因素是要在曝光反应室中产生和释放真空需要很长时间。

 

其他曝光问题

 

在第前面小编已针对图形分辨率和曝光光线波长的关系做了详细说明。一般来讲,如果想要得到尺寸更小的图形,就需要使用波长更短的光源。然而,这将导致景深的缩短。在0.5um以下的工艺中,从I线到深紫外线,由于景深(DOF)的要求,我们不得不对系统做进一步改进,比如使用可变数值孔释的镜头、环形光源、离轴照明、相移掩模版等。还有,随着图形尺寸的变小和图形密度的增大,其他的一些光学效应也开始起作用。以下我们针对这些问题和解决方案做一些阐述。

镜头的数值孔径(NA):在叉子的阴影实验中,距离作为一个影响分辨率的因素被引人。在半导体的图形形成工艺中,有使用接触式/接近式光刻机的,掩模版和晶圆是接触的或接近的。但VLSI和UISI的主流产品是使用投影式光刻机的,光刻掩模版/放大掩模版和晶圆是分开的。投影光学系统有它自身独特的问题。它的挑战来自将光刻掩模版/放大掩模版上的图形投射到晶圆表面时,如何控制分辨率的损失和图形尺寸。小尺寸的图形要求使用短波长的光线。晶圆上的最小尺寸是由投影光学系统的物理属性限定的。其中一个是投影透镜的数值孔径(NA)。数值孔径代表投影透镜的集光能力。关系式为:

公式

从公式中可以看出,通过减小波长和/或增加数值孔径,可以得到更小尺寸的图形。使用深紫外线,x射线或电子束都是减小波长的办法。然而,增加NA却有一定的限制,它要和焦深(depth of focus)或景深(depth of field)这一参数折中考虑。在通常的摄影学中,当前景清晰而背景不清晰或正好相反时,我们知道这是景深问题。在半导体光刻使用的波长范围内,即使是1um的品圆表面高度差就足以引起景深问题。在芯片表面最高处和最低处都必须达到分辨率的要求和正确的尺寸。增加NA另一个要折中是减小视场。这同变焦镜头使用高倍放大率时的现象是一样的。放大倍数越大,视场越小。视场成为步进式光刻机的一个限制因素。小视场需要更多的时间来完成整片晶圆的曝光。

当更多的信息要制作在先进的电路上时,所有上述技术问题变得十分复杂。技术领头的产品是动态随机存储器(DRAM).这种产品平均每三年更新一次,信息量变为原来的4倍。随着特征尺寸的缩小,芯片尺寸的增加,器件的堆叠和更好的设计,至少三倍以上的信息(每平方厘米)要放在掩模版上。这一趋势也迫使光刻机,特别是步进式光刻机进一步发展,它包括透镜系统、曝光源、光刻餃和其他一些图形增强技术,比如光源的改进,相移掩模版等。这些技术的运用有效地降低了上述分辨率极限公式中的k值。

芯片

可变数值孔径透镜:NA这一参数是衡量透镜集光能力的。它的对立参数是景深(DOF)。一组透镜如果想有好的NA(更高的NA),那么它就会牺牲景深。遗憾的是,高级的电路往往由许多层组成,高低不平的表面(表面形貌)要求大的景深。只拥有一个透镜的步进光刻机在其相应的景深内的晶圆上曝光是受限制的,它可能包括或不包括在晶圆表面的找平。比较新的步进光刻机一般都具有可变数值孔径透镜,这样可以适应对景深的多样化需求。

离轴光线:将曝光光线从垂轴移开(off-axis)一些可以阻止在光刻胶引起驻波的光干涉现象。

 

评论

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong> 

required