光学光刻的波前工程

图 ２ Ｐ Ｅ Ｍ Ｌ掩 模 结 构 与 制 造 示 意 图
（ 第１ 期 回 总 ０ ） ６
万方数据
・ 新设备与新技术・
一 一ｔｔ Ｐｔｕｉ 一 型Ｅ ｕａｕ厄月 ＥｅＥｎｄＩｔ ｇｎＴ－ ｎｒ ｄ纂－ ｓｆｇ ｐｆｃ ｒｉａ ｍｏｔ ｏＮｃ ＲｌｃｃＭｎ ｒ Ａ ｅ ］ ｒ Ｗ ｏ ｉ ）
引起的晶体管噪声。目前制备 Ｔ形栅的方法有 ３ 种， 光学光刻、 电子束光刻和 Ｘ射线光刻， ２种 后 方法由于生产效率较低， 难以量产 。光学光刻具有 成本低、 一致性好、 工艺简单和能量产等特点， 特别 适用栅长 绪＞０ ｉ 的 Ｔ形栅制备。对于 绪＜ ， ． ｓ ５ ｍ ０５ ｍ的 Ｔ形栅制造必须采用移相掩模和其他一 ．ｉ ｓ 些光学光刻波前工程 以及若干特殊工艺如侧墙压 缩、 斜蒸等。目前移相掩模有赖文森、 辅助图形、 移 相框边缘增强、 多级相位移相和全透明移相等。 中电科第 ３ １ 所根据移相掩模的基本原理， 通 过光学光刻工艺模拟， 发明一种制备 Ｔ形栅的新移 相掩模技术， 简称 Ｍ－Ｅ ［ Ｐ Ｌ１ ３ 。它利用相邻图形之间 的相消干涉， 经过单层厚胶 、 一次光刻形成 Ｔ形栅 所需要理想的抗蚀剂形貌。 通过光刻工艺模拟和初 步实验， 证明该技术的工艺简单、 实用、 Ｔ形抗蚀剂 剖面 良好、易控制和具有较好的潜在量产价值， 如 在 ９ Ｎ ＝ ． ， ０ 线、Ａ ２ ａ ． ０ ８ ＝ ７的投影光学光刻机上， 可 制备 绪毛０５ Ｔ形栅抗蚀剂形貌 ， ．ｕ ｍ的 由此可推 断，若采用 ｉ ｓｐｅ （Ａ ． ） 线 ｔ ｐｒ ＞０ ０，可能制造出 ｅ Ｎ ６ Ｌ ＜０ ５ ｇ ． ｕ Ｔ形栅器件； ２ ｍ的 采用 ２ ８ ｓ ｐ ｅ ４ ｎ ｔ ｐｒ ｍ ｅ （Ａ ６）可能制造出绪，０１ ｕ Ｔ形栅器 Ｎ ） ０， ０ ． ＜ ． ｍ的 ５ 件。图 １ 给出 Ｍ Ｅ Ｐ Ｌ掩模投影光刻原理示意图， 图 ２ Ｍ－Ｅ 为 Ｉ Ｌ掩模结构与制造示意图。由于采用 ＇
一 对相位边 ， 使所有图形均互为 １０位相关系， ８“ 当 光刻曝光时， 所有相邻图形之间在边界处都产生相 消干涉， 空间影像的光强分布变得陡峭。只要适当 调节 ３个亮条图形的尺 寸比例，就 可获得理相的、 适 于Ｔ形栅制造的光强分布 。 该所采用英国卢瑟福 国家实验室微结构研究中心崔锋博士的光刻工艺 模拟软件 “ Ｏ Ａ Ｅ＂ 针对每 一 Ｃ ＭＰ Ｒ ， 个投影光学系 统 的光学参数 （ Ｎ ａ， ０ 、 明方式等 ） 按 Ａ，Ａ， Ｄ Ｆ 照 ， 设计的掩模图形参数 （ 各图形尺 寸、光透射率、 位 相等） 和抗蚀剂曝光／ 显影参数，进行光刻工艺模 拟， 并对掩模参数和工艺参数反复优化， 直到满足 Ｏ Ｃ是采用预畸变掩模 图形来改善光学成像 Ｐ
内科研单位在研究光学光刻 Ｐ Ｍ和 Ｏ Ｃ等方面 Ｓ Ｐ
的 一 些成果。
１ 移相掩模 （Ｓ ） Ｐ Ｍ 技术 在制造微波低噪声器件中，如 Ｇ Ａ Ｍ Ｓ ａ ｓ － Ｅ Ｈ ＭＴ 膺配高迁移率晶体管） 必须制 Ｆ ＴＰ Ｅ Ｅ ， 等，
备 Ｔ形栅。为了提高微波低噪声器件的工作频率， 需不断地缩小栅长，栅长的缩小导致栅 电阻的增 大， 为此， 需制作 Ｔ形栅来降低 由于栅寄生电阻而
Ｔ ｅ ｖ Ｆｏｔ ｐｉ ｌ ｏｒｐｌ ｈ Ｗａｅ ｎ ｏ Ｏ ｔａＬｔ ｇａｔ ｒ ｆ ｃ ｉ ｈ ｙ
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（ ｘＬｏｅ ｃｏｉｃ． ｘ２４０， ｉ ） Ｗｕｉ Ｔ Ｅｅｔｎ ｏ Ｗｕｉ １０２ ｈ ａ ｕ ｌ ｒ ｃ ， ， ｃｎ
Ａ ｓ ａｔｎ ｓ ｅｔ ａｈ ｖｍ ｎ ｉ ｓｉ ｔｉｒ ｅｒ ｆ ｔ ｗ ｖ ｆ ｎ ｏ ｏｔａｌｈｙ ｐｙ ｂｔ ｃ： ｔ ｐｐｒｈ ｃｉ ｅ ｅｔ ｎ ｅ ｉｃ ａ ｈ ｈ ａｅ ｔ ｐ ｃｌ ｏｒ ｈ ｉ ｒ Ｉ ｈ ａ ，ｅ ｅ ｉ ｓ ｃ ｎｆ ｅ ｃ ｏ ｅ ｒ ｆ ｉ ｉ ａ ｎ ｓ ｒ ｏ ｔ ｈｍ ａ ｉｒ ｕｅ． ｉ ｌ ｅ Ｔ ｅ ｎ ｓ－ｈ ｔ ｋ ｃｍ ｉ ｄ ｕ ｔｎ ｔ ｏｔａｐｏ－ ｏ ｅ ｎ ｏ ｃｄ Ｉ ｎ ｕ ｓ ｎｗ ｅｓｉ ｍ ｓ ａｄ ｂｎ ｓ ｌｉ ｆ ｈ ｐ ｃｌ ｒ ｔｄ ｅ ｔ ｄ ｈ ｅ ｔ ｃ ａ ｆ ａ ｎ ｏ ｅ ｉ ａｏ ｏ ｅ ｉ ｒ ｍ ｒ ｘ ｉｉ ｅｅｔｏｐ ｊ ｔｎ ｉ ｌ ｏｒ ｈ ａｄ ｓ ｐｏｅｓ ｇ ｍｔ ｆｃ ｆ ｅ ｉ ｏｔａｌｈｇ ｐｙ ｍ ｋ ｃｓｎ． ｙ ｓ ｒ ｃｏ ｐ ｃ ｉ ａ ｆ ｏ ｔ ｎ ａ ｒ ｉ Ｋ ｙ ｏｄ： ｃｌ ｇ ｐｙ ｗｖ ｆ ｎ ＰＭ Ｏ Ｃ ｅｗ ｒｓｏｔａｌ ｏｒ ｈ； ｅ ｔ Ｓ ； ． ｐ ｉ ｉ ａ ｔ ｈ ａ ｒ ； ｏ Ｐ 光学光刻是 目前制造 Ｉ Ｃ芯片的最关键工艺， ｋ ＩＡ必须做到： １ 提高工艺系数 ｋ ｋ 在过去 ， ， ｒ Ｎ （） ，， ， 它的最大特点是成本低、 重复性好和能量产 。随着 １ ０年内从 ０７ 提高到 ０ ０ ． ０ ． ，在今后 １ 年内将提 ５ ０ Ｉ Ｃ芯片特征尺寸的不断缩小， 如按 ２ ０ 《 ０ １ 国际半 高到 ０３ ； 增大 Ｎ 光学光刻机物镜的数值 ． （） ５ ２ Ａ（ 导体技术指南 （ Ｒ ） 规划，０ ４年特征尺寸 孔径） Ｎ 已从 １９ Ｉ Ｓ Ｔ 》 ２０ ，Ａ ９ ０年的 ０５ ．０增大到 ２ ０ ０ ２年的 ９ｎ ０ ｍ的Ｉ Ｃ达量产［ Ｕ 。事实上， 英特尔、 ＭＤ Ｔ， ０７ ， ８年将增大到 ０８ ； 缩小光学光刻机 Ａ ，ｌ ． ２０ ０ ０ ．０ （ ） ３ 台联 电和 Ｉｆ ｅｎ等世 界顶级 半 导体 公 司将 于 ｎ ｎｏ ｉ 的曝光波长， 从９ （３ ｎ ） １线（６ｎ 已 线 ４６ －１ ３５ｍ） ｍ ２ ０ 年下半年投产 ９ ｎ ０３ ０ ｍ工艺。２ ０ 年 ＩＲ 还 ０１ Ｔ Ｓ ￣远紫外线 （４ ｎ ＫＦ ２８ ｒ） ｍ ￣远紫外线 （９ ｎ Ａ Ｆ １３ ｒ） ｍ 指出：０ ７ ２ ０ 年达 ７ ｎ ２ １ 年达 ５ ｎ ２ １ ０ ０ ０ ｍ， ０ ０３年 ￣远紫外线 （ ５ ｎ Ｆ） ｍ， １ ７ Ｚ 。ＡＳ 、 ｍ ＭＬ 尼康和佳能之 达 ３ ｎ ２ １ 年达 ２ ｍ 。它对光学光刻是一个 ０ ０ ６ ｍ， ２ 大光学光刻机制造商将于２０ 年推出１７ Ｆ ０３ ５ｎ ， ｍ 严峻的挑战， 因为此时光学光刻机 的光源波长将大 ｓ ｐｔ ２０ 年ＩＲ 认为： ０ 年的７ ｎ ｔ ｐ ｏ １ Ｔ Ｓ ｅ ｒ ０ ２ ７ ０ ０ ｍ仍由
和最终光刻图形质量的 一 种波前工程。 所谓预畸变 掩模就是在原设计掩模上增加 一 些微细的亮暗辅 助线条或衬线， 以补偿光学光刻成像过程因高频信 息损失而导致空间像畸变， 从而改善最终光刻图形 质量。 四川大学物理系与中科院微电子中心合作研 究， 经模拟分析， 认为在掩模设计时， 应把掩模加工 中的邻近效应和光刻图形传递过程的邻近效应进 行综合考虑， 以便设计出最优化的掩模 ， 获得最好 的邻近效应校正效果［ ［ ５ １ 目前加工掩模 的主要工具是电子束直写和激 光直写， 当加工掩模特征尺寸为 １ 时， １ ＇ 必须考 ｍ 虑加工工具的邻近效应。 电子束的邻近效应主要来 器件要求。光刻工艺模拟 与实验结果符合较好。 中科院微 电子中心认为全透明移相掩模技术 源于电子束在抗蚀剂及其基底上的散射。 当激光束 对制造Ｔ 形栅最理想［ ［ ４ Ｊ 。全透明移相掩模是在掩模 聚焦光束的束斑尺寸大于 ０５ 时，必须考虑激 ．１ １ ｍ 衬基材料上直接制作移相层， 使移相层边缘光相位 光束的邻近线条光剂量分布的影响。 投影光刻的邻 突然改变 １０ ， ８ ０利用光的相干性， 抵消部分衍射校 近效应主要来源于光学成像过程的非线性滤波和 应， 改变空间光强分布， 在不影响景深 的前提下提 高频信息损失导致的空间畸变， 即空间像光强分布 高光学光刻的分辨力。 若将全透明移相掩模与离轴 在某些地方偏弱， 在某些地方偏强， 最终导致光刻 照明结合使用 ，能进一步提高光学光刻机 的分辨 图形失真。目前光学邻近效应校正主要利用灰阶编 力。 ３给出采用全透明移相光学光刻制备 Ｔ形栅 图 码或在掩模上添加亮或暗的辅助线条和衬线， 以调 的工艺流程 。在制作全透明移相掩模的移相层时， 整投影光刻空间像的光强分布， 从而改善光刻图形 常常会引入缺陷， 一般需要对缺陷进行修补 ， 修补 的质量 。文献 ［ 组合利用 自编的 （ Ｈ Ｎ ， ５ １ Ｉ ＵＤ Ｔ 的要求要 比常规的掩模高。另外， 还必须精确控制 Ｃ ＭＰ Ｒ ， Ｃ Ｓ Ｌ等激光直写、 Ｏ Ａ Ｅ ＭＯ Ａ Ｅ 投影光刻和 移相层的厚度，移相曝光后会出现多余的黑线， 需 电子束直写等软件对掩模加工到投影光刻全过程 在下一步的曝光中除去 。 进行计算机模拟 ， 分析掩模加工过程的邻近畸变对 光刻图形的影响， 引入邻近畸变的面偏差改为几个 ２ 光学邻近效应校正（ Ｐ Ｏ Ｃ） 面分点， 从而提出一体化邻近效应的校正。
⑩ （ 第１ 期 ． ． ． 总 ０ ）面 困． “
万方数据
电 多工 业 若 用 Ｌ 备 Ｅ ３
Ｅｕ ｍｎ ｆ Ｅ ｃｏｉＰｏｕｔＭ ｎｆ ｔ ｉ ｑｉ ｅ ｏ ｌｔ ｎ ｒ ｃ ａｕ ｃ ｒｇ ｐ ｔ ｅｒ ｃ ｄ ｓ ａ ｕｎ ｒ
・ 新设备与新技术 ・
波长将向 ５ ｎ ０ ｍ过渡，３ ｎ １． ｍ波长的 Ｅ Ｖ ４ Ｕ Ｌ将 在 ７ ０ ０５ ｎ ｍ工艺中作为下一代光刻技术， 并进一
于其特征尺寸。为了提高光学光刻机的分辨力 人 二 光学光刻来完成。 业内人士分析， 未来 １７ ５ｎ ｍ曝光
收wenku.baidu.com 日期 ：０３ ０ － ５ ２０ － ６ １
作者简介： 翁寿松， （９０ ， 男 １４－） 高级工程师， 浙江宁波人，９２ １６ 年毕来于厦门大学物理系， 长期从事半导体器件和可靠性研 究， 共发表论文 １ 余篇。 ８ ０
． 备新术 新 与技． 设
Ｅｅ ＥｎｏＭａｇ 西 ｑｎ ｌｉｄ ａｕ 口 ｕｔ ｃｕ ｎｔ ｉ ｆｅ Ｐｔｕｉ ｐ ｏｃ ｒｓ ｎ ｍ ｒ ｆ ｔ ｃ ｃ ｒ ｏ ｒ
光学光刻的波前工程
翁寿松
（ 无锡市罗特电子有限公司，江苏无锡 ２ ４０ ） １０２
摘 要： 介绍了国内研 究光学光刻波前工程的一些成果， 如新型移相掩模、 投影光刻的部近效应和 掩模加工的部近效应的组合模拟等。 关键词 ： 光学光刻； 波前工程； 移相掩模 ； 光学邻近效应校正。 中图分类号：Ｎ ０ ． 文献标识码： Ｔ ３５ ７ Ａ 文章编号：０ ４４ ０ （０ ３０ －０ ００ １０ －５ ７２ ０ ）５０ ５ －３
步发展为 ５ ５ ０３ ｎ ｍ工艺的主流技术队（ ） ４ 采用光 学光刻波前工程， 如移相掩模 （ Ｓ 技术、 Ｐ Ｍ） 光学邻 近效应校正 （ Ｐ 、 Ｏ Ｃ） 离轴照明 （ ＡＩ 技术、 Ｏ ） 光瞳 滤波 （ Ｆ 技术和驻波效应校正等。 Ｐ） 通过上述措施， 才可保证获得满意的光刻图像质量。 这里仅介绍国
参考文献：
［ １ ］翁寿松． Ｒ ２０ 与芯片特征尺寸的缩小田． Ｉ Ｓ １ Ｔ ０ 微纳电 子技术， ０ （ １ ：一 ０ ２ １ ） １ ２ ［］翁寿松． ２ 摩尔定律与半导体设备田． 电子工业专用设备．
２ ０ ， ） １ ６ １ ９ ２ ０ １ ：５ ． ４ ： ９ － ９ ： ０ ３（ ） ３ 弓 ７ ０２ （
ＰＥＣＶＤ
Ｓ Ｉ Ｎ薄膜 Ｏ 常规光学光刻 Ｔ形栅头部
ＩＰ各向异性刻 Ｃ 蚀 Ｓ （ Ｉ Ｎ 压缩 Ｏ
窗口）
挖栅槽 ， 电子束 蒸发 Ｔ／六ｕ ｉ Ｐ