掩模曝光DMD无掩模数字光刻更新共27页
无掩模光刻降低成本的下一代光刻技术
无掩模光刻:降低成本的下一代光刻技术据国际市场调研公司VLSI报道，尽管浸入式光刻技术似乎为全球半导体工艺路线图又打开了一扇明亮的窗，但是昂贵的价格，又让人望而生畏。
据估计一台浸入式光刻机的价格在0.2～0.3亿美元以上，而一架波音737的飞机价格也仅为0.23亿美元。
因此一个显而易见的问题，有多少客户能买得起。
除了昂贵的价格之外，如果真要建一个能满足下一代技术45 nm/Φ300 mm芯片厂，估计要投资30-35亿美元。
其实，不仅浸入式光刻具有成本高的缺点，如今，随着器件特征尺寸的继续缩小，器件的开发成本都越来越高，已经到了阻碍新品继续开发的地步。
尤其在进入纳米尺度之后，采用光刻掩模已成为各种光刻技术方法中一项可决定其应用前景的关键技术，但同时，掩模成本在整个光刻成本中可占份额也不断攀升。
掩模的价格，也是呈直线上升态势，平均的价格如180nm的掩模，每套为26万美元，130 nm为87万美元，90 nm为150万美元，65nm为300万美元，45 nm为600万美元。
下表给出光刻尺寸在100 nm 以下各种光刻掩模成本的比较，由于掩模版价格日益高涨，全球掩模版厂商竞争更加激烈，2004年整个掩模行业艰难前行。
2004年10月同本凸版印刷（Toppan Printing）同意收购美围杜邦光掩模（Dupont photomasker），收购价近65亿美元。
表：光刻尺寸≤100nm的各种光刻掩模成本(来源：“无掩模光刻技术的前景”，电子工业专用设备，2005（8）1-3)因此，开发无掩模的电子束直接在硅片上的光刻技术成为潮流。
全球业界已经进行了至少10年以上的努力，但成效甚微。
一个主要原因，速度太慢，不能适用于工业化量产。
2005年1月国际半导体联盟International Sematech 主办全球无掩模大会（Maskless Meeting），会上光刻专家讨论了无掩模光刻技术的前景，推出了众多的无掩模光刻工具。
掩模曝光DMD无掩模数字光刻更新
➢计算机将所需的光刻图案通过图形生成器输入到DMD芯片中，根据图形中黑 白像素的分布来改变DMD 中微反射镜的转角，并通过准直光源照射DMD表面 形成与所需图形一致的光图像，利用相应的光刻镜头将该图像投影到基片表面 并通过控制样品台的扫描运动，实现任意形状的大面积微结构制备。
➢投影物镜
➢曝光光源能量分布实际测试图
➢利用特殊的衍射匀光光学元 件和405nm激光，形成高均 匀、高效照明光源
➢丰富的投影光刻物镜光学、光机设 计经验以及成熟的精密装调工艺， 保证每一个投影光刻物镜的成像质 量。 ➢标准物镜： ➢1X：分辨力10.8μm，曝光面积21X10.5mm2
➢数值孔径NA=0.1
（2013.04.17 授权公告日） 授权
数字处理方面: 一种用于数字光刻系统的光强不均匀性测量与校正方法 刘华;卢振武 （已提交）
系统装调方面: DMD光学系统光源位置的定位辅助装置及光源位置装调方法 刘华 谭向全 党博石 发明专利
201510263495 用于定位DMD光刻系统中相机焦平面位置的新型分划板 刘华 谭向全 党博石 卢振武 发明专
利201510316684.0
发表论文：
Xiao-Duo Wang HuaLiu*、 Zhen-WuLu Li-WeiSong Tai-shengWang Bo-Shi Dang XiangQianQuan Yun-PengLi Design of a spectrum-folded Hadamard transform spectrometer in nearinfrared band Opt. Commu. 333. 80-83 (2014)
➢核心技术3——数据处理
（国内同类产品形成固定数据，分块存储，国外同类产品形成滚动数据，分块存储。）
2μm分辨DMD光刻系统镜头设计
2μm分辨DMD光刻系统镜头设计郭华;周金运;刘志涛;雷亮【摘要】针对2μm分辨力的光刻，在以数字空间微反射器(DMD)为空间光调制器(SLM)的光刻系统中，采用一种新的非对称式结构组合，使用较少的透镜组成了一个高分辨力、大孔径的投影光刻镜头。
利用ZEMAX光学设计软件对其进行了建模和优化，最终得到其全视场波像差小于λ/10，畸变小于0.02％，像方数值孔径NA=0.158，最小分辨力为2μm，近轴缩小倍率β=-0.217，其结果有效的减少了DMD栅格效应对空间数字掩模图形的影响，满足数字投影光刻光学系统的各项指标要求。
最后，对设计结果进行了公差分析，在修改过少数几个默认公差后，采用Monte Carlo方法进行模拟装配，证明了这种新结构镜头加工和校装的可行性。
%For the 2μm resolution lithography, in the lithography system with the digital micro-mirror device as space light modulator, we design a high resolution and large-area projection lens with new asymmetric structure assembly and fewer lens. By using ZEMAX optical design software to simulation-design and optimize, the results show that its optical path difference for entire field of view is less thenλ/10, its distortion is less than 0.02%, its image space numerica l apertureNA=0.158, its resolution is 2μm, its paraxial reduced ratio isβ=-0.217. This can effectively reduce the DMD grid effect for the digital space mask and meet all kinds of requirement for projection lens optical system. Finally,we analyze the tolerance of the design results. By amending a few default tolerances and using the Monte Carlo method, it is verified the assembling and fabricating feasibility of this kind of new structure projection lens.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】6页(P83-88)【关键词】DMD无掩模光刻;栅格效应;投影镜头;光学设计【作者】郭华;周金运;刘志涛;雷亮【作者单位】广东工业大学物理电子学，广州510006;广东工业大学物理电子学，广州510006;广东工业大学物理电子学，广州510006;广东工业大学物理电子学，广州 510006【正文语种】中文【中图分类】TN305薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)，广泛应用于平板电脑、触屏手机和其他电子显示产品中。
步进投影数字光刻机在中科院光电所研制成功
作者： 何坤尧 周鹏浩
作者机构： 中国科学院光电技术研究所
出版物刊名： 科技创新与品牌
页码： 29-29页
主题词： 光电技术 光刻机 投影 中国科学院成都分院 中科院 科技成果鉴定 完成情况 研发成果
摘要：近日，由中国科学院光电技术研究所与南昌航空大学研制的“步进投影数字光刻机”，顺利通过中国科学院成都分院主持的科技成果鉴定。
专家们对项目的研发成果和完成情况给予了充分的肯定及高度评价，一致认为，该项目采用数字微镜阵列（DMD）技术，实现了图形与灰度等级均可实时编辑的数字掩模，研制成功了首台实用的微米级步进缩小投影无掩模版数字化光刻设备。
设备功能完整，工艺兼容性强，总体集成技术具有创新性，达到国际先进水平，并具有广泛的应用前景。
半导体工艺图形曝光与光刻PPT课件
ln
ET E1
1
γ值越大，即表示曝光能量增加时，抗蚀剂溶解度增加越快，可得陡峭的图形。
第16页/共78页
正性和负性抗蚀剂
第17页/共78页
三层抗蚀剂的工艺步骤
第18页/共78页
图案转移
第19页/共78页
相关的图案转移工艺还有剥离与浮脱技术。
1、旋涂抗蚀剂 2、曝光 3、显影 4、淀积金属膜 5、浸泡腐蚀液中
4x 不需要 穿透 单层 是
EUV
X射线
极远紫外线 有 折射式 是 20-30
同步辐射 有 直接光照 是 30
4x 需要 反射 表面成像 不是
1x 需要 穿透 单层 是
离子束
离子束 没有 全区折射式 步进机 30
4x 不需要 印刷式 单层 不是
第39页/共78页
各种曝光系统的分辨率与硅片产率的关系
光学曝光方法：遮蔽式曝光和投影式曝光。 遮蔽式曝光：可分为掩模版与晶片直接接触的接触式曝光和二者紧密相 邻的接近式曝光。若有尘埃或硅渣嵌入掩模版中，将造成掩模版永久性 损坏，在后续曝光的晶片上形成缺陷。
投影式曝光：在掩模版与晶片间有一距离，10-50um。但这一间隙会在掩 模版图案边缘造成光学衍射。导致分辨率退化。
第23页/共78页
电子束图形曝光
电子束图形曝光主要用于掩模版的制作，只有相当少数装置用于将电子 束直接对抗蚀剂曝光而不需掩模版。 优点：可以参数亚微米的几何抗蚀剂图案、高自动化及高精度控制的操 作、比光学图形曝光有较大的聚焦深度与不同掩模版可直接在半导体晶 片上描绘图案。 缺点：电子束光刻机产率低，在分辨率小于0.25um时，约为每小时10片 晶片。这对生产掩模版、需求量小的定制电路或验证性电路是足够了。 而对不用掩模版的直写形成图案方式，设备必须尽可能提供产率，故要 采用与器件最小尺寸相容的最大束径。 聚焦电子束扫描主要分成两种形式：顺序扫描、向量扫描。
第二章-光学曝光技术PPT课件
10
Intel巨资开发的Intel’s Micro Exposure Tool（MET）
IMEC开发的EUV alpha demonstration tool
敏感性
差
好 非常好 一般 一般
分辨率 很好 一般 很差 好 很好
侧壁光滑性 很好 很差 很差 好 很好
耐强腐蚀 差 很好 好 很差 很好
在基底地 好 好 好 差 好 粘附性能
27
LIGA技术应用
微齿轮（sandia 国家实验室）
28
29
LIGA技术的优点:
( 1) 深宽比大, 准确度高。所加工的图形准确度小于 0. 5微米, 表面粗糙度仅10nm, 侧壁垂直度>89. 9°, 纵向高度可500微米以上; ( 2) 用材广泛。从塑料( PMMA、聚甲醛、聚酰胺、 聚碳酸酯等) 到金属( Au, Ag, Ni, Cu) 到陶瓷( ZnO2) 等, 都可以用LIGA技术实现三维微结构; ( 3) 由于采用微复制技术, 可降低成本, 进行批量生 产。 LIGA的缺点： （1）成本昂贵（X光源需要昂贵的加速器） （2）用于X光光刻的掩膜板本身就是3D微结构，复 杂，周期长
东南大学 · 南京
MEMS
教育部重点实验室
5
(1) 光学无掩模光刻
无掩膜光刻技术的两大研究方向为光学无掩模光刻（Optical Maskless Lithography）和带电粒子无掩膜光刻（Charged Particle Maskless Lithography）。
光学无掩膜技术是从传统的光学光刻机 构造发展而来的，最大的不同是掩膜版 被一排光调制器（DMD，Digital Micromirror Device，数字微镜阵列）取代， 通过实时控制制作出需要的图形。
DMD无掩膜光刻设备成为PCB板
掩模曝光
➢更 新
DMD无掩模数字光刻
➢三维立体光刻（实验室）
2005年，UC Berkeley的X. Zhang 课题组，微投影立体光刻装置，特 征尺寸达到0.6um
u高密度DNA芯片 u器官芯片 u微流控芯片
➢生物芯片制造
➢生物3Du行打打移印植印多；孔生物支架，生长组织，进
u打 印 立 体 微 环 境 ， 进 行 体 外 环 境 模 拟；
相对于单光束扫描曝光系统：多光束扫描曝光
❖ DMD芯片上的每一个微反射镜都可以等效的看作是一处独 立光源，其曝光过程相当于多光束逐点曝光，通过匹配微 反射镜的开关频率与样品台的运行速度，实现DMD的图形 滚动曝光，提高了系统的生产效率。
2.3基于DMD的紫外高速数字光刻设备的应用方向
PCB板工业制造
4
平台扫描方向
3 432
3
Video 1. : Number
利用部分数据预制模版来进一步平衡照明的不均匀性。
否
差值Dn
逐行关闭像素
关闭像素的 灰度值和Gn Gn≥Dn & Gn≤3Dn/2
校正后的均匀度 是否大于95%
否
结束
利用畸变补偿方法，对数据预制处理，以抵消镜头畸变的影响， 降低对镜头的质量的要求。
我们的优势
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
ห้องสมุดไป่ตู้
掩模曝光DMD无掩模数字光刻更新
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。