第7章-光学光刻要点教学内容
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Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
10
7.4 光源系统
对光源系统的要求 1、有适当的波长。波长越短，曝光的特征尺寸就越小； 2、有足够的能量。能量越大，曝光时间就越短； 3、曝光能量必须均匀地分布在曝光区。 常用的 紫外光 光源是高压弧光灯（高压汞灯）。高压汞灯 有许多尖锐的光谱线，经过滤光后使用其中的 g 线（436 nm） 或 i 线（365 nm）。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
11
Relative Intensity (%)
高压汞灯的光谱线
120
Emission spectrum of high-intensity mercury lamp
100
i-line
365 nm
80
g-line
第7章-光学光刻要点
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
1
光刻工艺的８个步骤
HMDS
Resist
1) 气相成底膜
2) 涂胶
3)前烘
UV Light
Mask
4) 对准和曝光
5) 曝光后烘焙
6)显影
7)坚膜
8)显影后检查
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
但是当掩模版上的特征尺寸接近光源的波长时，就应该把 光的传输作为电磁波来处理，必须考虑衍射和干涉。由于衍射 的作用，掩模版透光区下方的光强减弱，非透光区下方的光强 增加，从而影响光刻的分辩率。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
7
7.3 调制传输函数和光学曝光
深紫外光的曝光方式与紫外光基本相同，但需注意两点， 1、光刻胶 2、掩模与透镜材料 248 nm 波长的光子能量为 4.9 eV，193 nm 波长的光子能量 为 6.3 eV ，而纯净石英的禁带宽度约为 8 eV。波长越短，掩模 与透镜材料对光能的吸收就严重，造成曝光效率降低和掩模与 透镜发热。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
60
h-line 405 nm
436 nm
40
20
0
DUV 248 nm
200
300
400
500
600
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
12
由于衍射效应是光学曝光技术中限制分辨率的主要因素， 所以要提高分辨率就应使用波长更短的光源如 深紫外光。实际 使用的深紫外光源有 KrF 准分子激光（248 nm）、ArF 准分子 激光（193 nm）和 F2 准分子激光（157 nm）等。
Photolithography light sources
可见光谱：波长在390nm到780nm之间； 紫外光谱：波长在4nm到450nm之间。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
55
接触式
有掩模方式
接近式
非接触式
反射
投影式
全场投影
曝
光
折射 步进投影
方
扫描步进投影
式
矢量扫描
无掩模方式
光栅扫描
（聚焦扫描方式） 混合扫描
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
6
7.2 衍射
当一个光学系统中的所有尺寸， 如光源、反射器、透镜、掩模版上的 特征尺寸等，都远大于光源波长时， 可以将光作为在光学元件间直线运动 的粒子来处理。
光 强
无衍射效应
有衍射效应
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
8
定义图形的调制传输函数 MTF 为
MTF Imax Imin Imax Imin
无衍射效应时，MTF = 1 ；有衍射效应时 ，MTF < 1 。 光栅的周期（或图形的尺寸）越小，则 MTF 越小；光的波长 越短，则 MTF 越大。
22
g 线：436 nm 紫外光（UV） i 线：365 nm
深紫外光（DUV）
KrF 准分子激光：248 nm ArF 准分子激光：193 nm
光
源
极紫外光（EUV），10 ~ 15 nm
X 射线，0.2 ~ 4 nm
电子束 离子束
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
157 193 248 (nm)
VUV hDUV DUV
365 405 436
i
g
Common UV wavelengths used in optical lithography.
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
44
紫外光谱
紫外光谱
EUV
VUV DUV
(nm)
可见光
Mid-UV
Violet Blue Green Yellow Orange Red
Fra Baidu bibliotek
4 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700
13
126 157 193 248
365 405 436
i hg
准分子激光
汞灯
3
电磁光谱
Visible
f (Hz)
MicroGamma rays X-rays UV Infrared waves Radio waves
1022 1020 1018 1016 1014 1012 1010 10 8 10 6 10 4
(m) 10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 10 0 10 2 10 4
13
各种光学曝光光源的使用情况
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
9
图形的分辩率还要受光刻胶对光强的响应特性的影响。
D100 Dcr
D0
理想光刻胶：光强不到临界光强 Dcr 时不发生反应，光强 超过 Dcr 时完全反应，衍射只造成线宽和间距的少量变化。
实际光刻胶：光强不到 D0 时不发生反应，光强介于 D0 和 D100 之间时发生部分反应，光强超过 D100 时完全反应，使线条 边缘出现模糊区。在一般的光刻胶中，当 MTF < 0.4 时，图形
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7.4 光源系统
对光源系统的要求 1、有适当的波长。波长越短，曝光的特征尺寸就越小； 2、有足够的能量。能量越大，曝光时间就越短； 3、曝光能量必须均匀地分布在曝光区。 常用的 紫外光 光源是高压弧光灯（高压汞灯）。高压汞灯 有许多尖锐的光谱线，经过滤光后使用其中的 g 线（436 nm） 或 i 线（365 nm）。
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Relative Intensity (%)
高压汞灯的光谱线
120
Emission spectrum of high-intensity mercury lamp
100
i-line
365 nm
80
g-line
第7章-光学光刻要点
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
1
光刻工艺的８个步骤
HMDS
Resist
1) 气相成底膜
2) 涂胶
3)前烘
UV Light
Mask
4) 对准和曝光
5) 曝光后烘焙
6)显影
7)坚膜
8)显影后检查
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但是当掩模版上的特征尺寸接近光源的波长时，就应该把 光的传输作为电磁波来处理，必须考虑衍射和干涉。由于衍射 的作用，掩模版透光区下方的光强减弱，非透光区下方的光强 增加，从而影响光刻的分辩率。
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7.3 调制传输函数和光学曝光
深紫外光的曝光方式与紫外光基本相同，但需注意两点， 1、光刻胶 2、掩模与透镜材料 248 nm 波长的光子能量为 4.9 eV，193 nm 波长的光子能量 为 6.3 eV ，而纯净石英的禁带宽度约为 8 eV。波长越短，掩模 与透镜材料对光能的吸收就严重，造成曝光效率降低和掩模与 透镜发热。
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h-line 405 nm
436 nm
40
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0
DUV 248 nm
200
300
400
500
600
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由于衍射效应是光学曝光技术中限制分辨率的主要因素， 所以要提高分辨率就应使用波长更短的光源如 深紫外光。实际 使用的深紫外光源有 KrF 准分子激光（248 nm）、ArF 准分子 激光（193 nm）和 F2 准分子激光（157 nm）等。
Photolithography light sources
可见光谱：波长在390nm到780nm之间； 紫外光谱：波长在4nm到450nm之间。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
55
接触式
有掩模方式
接近式
非接触式
反射
投影式
全场投影
曝
光
折射 步进投影
方
扫描步进投影
式
矢量扫描
无掩模方式
光栅扫描
（聚焦扫描方式） 混合扫描
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
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7.2 衍射
当一个光学系统中的所有尺寸， 如光源、反射器、透镜、掩模版上的 特征尺寸等，都远大于光源波长时， 可以将光作为在光学元件间直线运动 的粒子来处理。
光 强
无衍射效应
有衍射效应
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
8
定义图形的调制传输函数 MTF 为
MTF Imax Imin Imax Imin
无衍射效应时，MTF = 1 ；有衍射效应时 ，MTF < 1 。 光栅的周期（或图形的尺寸）越小，则 MTF 越小；光的波长 越短，则 MTF 越大。
22
g 线：436 nm 紫外光（UV） i 线：365 nm
深紫外光（DUV）
KrF 准分子激光：248 nm ArF 准分子激光：193 nm
光
源
极紫外光（EUV），10 ~ 15 nm
X 射线，0.2 ~ 4 nm
电子束 离子束
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
157 193 248 (nm)
VUV hDUV DUV
365 405 436
i
g
Common UV wavelengths used in optical lithography.
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
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紫外光谱
紫外光谱
EUV
VUV DUV
(nm)
可见光
Mid-UV
Violet Blue Green Yellow Orange Red
Fra Baidu bibliotek
4 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700
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365 405 436
i hg
准分子激光
汞灯
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电磁光谱
Visible
f (Hz)
MicroGamma rays X-rays UV Infrared waves Radio waves
1022 1020 1018 1016 1014 1012 1010 10 8 10 6 10 4
(m) 10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 10 0 10 2 10 4
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各种光学曝光光源的使用情况
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
9
图形的分辩率还要受光刻胶对光强的响应特性的影响。
D100 Dcr
D0
理想光刻胶：光强不到临界光强 Dcr 时不发生反应，光强 超过 Dcr 时完全反应，衍射只造成线宽和间距的少量变化。
实际光刻胶：光强不到 D0 时不发生反应，光强介于 D0 和 D100 之间时发生部分反应，光强超过 D100 时完全反应，使线条 边缘出现模糊区。在一般的光刻胶中，当 MTF < 0.4 时，图形