适用于移相掩模的光刻模拟

<正> 引言 1990年处于这样一种状况,各DRAM厂家都结束了16M DRAM的开发而开始了正式的试制,并着手开发更大容量的64M DRAM。据报导,这一年中,16M DRAM的最小加工尺寸已达到0.5μm,64M DRAM已达到0.35μm。其中,0.5μm的最小加工尺寸是由采用NA0.5左右透镜的缩小投影曝光实现的。而要实现0.35μm的线宽必须采用i线曝光,不过,如果仅是采用i线源和高NA化透镜,在焦深等方面却又不尽人意。当前,光刻技术在透镜和抗蚀剂方面的改进已接近极限,故剩下来的一个可能性当然就     

为使移相曝光更容易实现而开发的移相器遮光方式

<正> 我公司开发了能够适用于各种图形的相位移动法,称为“移相器遮光方式”。用该法试制了设计规则为0.4μm的64M DRAM,已确认具有64M第一代产品所需的光刻分辨率,与数值孔径NA为0.5的i线步进机组合使用,在试制的芯片中得到最小线宽为0.3μm及孔径为0.35μm的图形。在64M DRAM时代的曝光技术中,i线和相位移动法的组合,或者KrF准分子激光器光刻都已成为可选择的方法。我们开发了能够沿用i线技术的相位移动法作为第一候选法。若将准分子激光器和相位移动法组合使用,则更进一步扩展了光学曝光技术的极限。     

Ⅰ线光刻的进展

I线波长为365μm。I线光刻具有分辨率高、焦深比g线深、光刻简单和价廉物美等许多优点。0.45的数值孔径透镜和专门设计的光刻胶系统的应用,使I线光刻实现了0.5μm特征尺寸的亚微米光刻,而且曝光量比g线获得的曝光量高得多。     

各种光刻技术极限性能比较

本文介绍紫外线光刻、X射线光刻及电子束光刻的分辨率、套刻精度及象场尺寸的极限,但不涉及这些光刻方法的经济性比较及其在特殊薄膜器件应用方面的适用性问题。研究得出的部分结论如下:(1)在1μm线宽时,光字投影光刻的对比度可高于电子束光刻法;(2) 当线宽大于0.1μm时,X射线光刻可给出最高的对比度和抗蚀剂纵横比值,但在小于0.1μm的尺寸下,能获着最大纵横比值的则是电子束光刻技术;(3)用电子束对大面积样品曝光时,倘若抗蚀剂层很薄,则其在50nm线宽下所达到的对比度几乎和μm线宽时之值相同;(4)归根结底,在电子束光刻中,次级电子射程对分辨率的限制,完全同X射线光刻中光电子射程对分辨率所造成的限制一样。在这两种情况下,其密集图形的最小线宽和间距均约为20nm。     

光刻系统的分辨率、套刻精度和视场

本文描述了紫外、x射线电子束及离子束光刻中分辨率、套刻精度及视场的限制。在讨论中得出如下结论:1)对1μm宽的线条,光学投影的对比度比电子束的对比度可能更高;2)采用反射式光学系统及远紫外可生产接近0.5μm的线条;3)为比较电子束和光学系统的分辨率,可将最小线宽定义为曝光系统的对比度降至30％时的线宽的两倍;4)线宽在0.1μm以上时,x射线光刻能提供最大的抗蚀剂厚宽比和最高的对比度,而对0.1μm以下的图形最大的厚宽比是用电子束曝光得到的;5)用电子束在基体试样中曝光,只要抗蚀剂层很薄,对50nm的线宽和1μm的线宽来说,对比度是相同的。较高的加速电压使校正邻近效应和保持原抗蚀剂的分辨率更容易;6)最后,正如光电子的射程限制了x射线光刻的分辨率一样,二次电子的射程限制了电子束光刻的分辨率。在以上两种情况下,致密图形中的最小线宽和间隔约为20nm,用离子束光刻时,分辨率也可能相同,因为离子的相互作用范围与电子是类似的。     

21世纪的光刻技术

当前世界半导体工业按照摩尔定律,以快速发展的势头向21世纪,光刻特征线宽越来越小,硅片直径越来越大,制造成本越来越高。到2000年0.18μm工艺、300mm硅片的技术将完全进入规模化大生产阶段。在不远的将来,微电子设备的发展将达到传统光学方法的分辨率极限,光学光刻曝光波长将由i线向深紫q外迈进。现在在0.25μm—0.35μm生产阶段,当IC器件     

电子束零宽度线曝光及其应用

为了提高电子束光刻的图形质量及光刻分辨率,从入射束能和束流密度等方面探讨了克服邻近效应影响的途径,在制备亚30 nm结构图形时采用零宽度线曝光的方法。该方法把版图上线条的宽度设为零,因此该线条的光刻尺寸取决于电子束束斑大小、曝光剂量与显影条件。在400 nm厚HSQ抗蚀剂层上通过零宽度线曝光技术制作出了线宽20 nm网状结构的抗蚀剂图形,实验证明采用零宽度线曝光技术可以比较容易地制作出密集线以及高深宽比的抗蚀剂图形。将该技术应用到扫描电镜放大倍率校准标准样品的制备,取得了较好的效果。零宽度线曝光技术是实现电子束直写曝光极限分辨率的有效方法。     

极限分辨率为0.55μm的10:1缩小投影曝光装置

<正> 日立中央研究所研制了极限分辨率为0.55μm 的10:1缩小投影曝光装置。过去研制成的RA-101型10:1缩小投影曝光装置,使用波长为436nm 的 g 线,极限分辨率为1.5～1.0μm。而这次研制的装置,使用波长为365nm 的 i 线,提高了分辨率极限。光源仍用过去的500W 高压水银灯,这个灯的发光光谱在365nm 很强。透镜是美国トロパル公司制造的,数值孔径为0.4。从掩模到片子的距离为400nm,焦深为±1μm,分辨率为0.6μm 时 MTF(调制传递函     

全息光刻微细图形加工技术

<正> 从曝光光源看,光刻技术分光学(UV,DeepUV)、X 射线、电子束、离子束等类别。目前,下一代亚微米领域的图形形成技术的实用化研究工作正在全面展开。当前的主流仍然是光学光刻。为使光学光刻的分辨率提高到0.8μm,有希望达到0.5μn 以下的 X 射线、电子束、离子束等光刻技术亦应在纷繁的光刻     

亮暗衬线法校正邻近效应及其实验研究

光学光刻中的邻近效应校正是实现亚微米光刻的必要手段。作者基于波前加工的思想,提出亚分辨亮暗衬线结合辅助线条实现邻近效应校正的方法,分析了其校正机理,采用这种新方法,在可加工0.7μm光刻图形的I线投影曝光装置上加工出了0.5μm的光刻图形,取得了较好的实验结果,并与其它邻近效应的校正方法进行了比较。     

4Gbit DRAM用的ArF准分子激光曝光技术

据日本《电子技术》1996年第8期报道，日本富士通公司为了1GbitDRAM的规模生产需要，开发了ArF准分子激光曝光技术，成功地形成了用于4GbitDRAM的0．13μm尺寸的图形。ArF准分子激光（波长193nm）因比原i线光学光刻（波长365nm）的波长短，所以必须同时开发新的光刻材料。该公司开发了环氧树脂类的单层胶（2MAdMA—MLMA）和超高分辨率技术。并结合移相掩模技术实现了最小线宽为0．12μm的图形。采用该技术适用于4GbitDRAM0．13μm尺寸的存储单元，单元尺寸为0．59μ×0．34μm，单元面积为0．20μm2。4Gbit DRAM用的ArF准分子…     

0.5μm光刻的方法

为了研究获得0.5μm光刻的方法,用高数值孔径(N.A.)透镜,采用多层和反差增强层的抗蚀工艺以及用激励物激光的远紫外分步机进行了实验。0.6N.A.透镜适用于g-线,视场尺寸为5× 5mm。由于高倾斜照射无影响而焦距景深为1.25μm,单层抗蚀曝光显露出不良好的0.6μm线宽/间隔(L/s)刻面。采用玻璃自转的多层抗蚀剂和反差增强层及使用大N.A.透镜改善分辨率为0.5μm。因为大数值孔径独自不能达到0.5μm,并因大视场、大N.A.透镜难以制造,用中等N.A.和大视场的i-线透镜似乎是更好的方法。作为一个较高级的实验,用N.A.=0.37的消色差石英/萤石透镜的KrF激发物激光分步机没有出现斑纹的影响。而在k=0.5时,在PMMA中产生了0.35μmL/s。由于远紫外的吸收,使用MP2400光致抗蚀剂的分辨率只有0.4μm。这表明对实用的远紫外光致抗蚀剂还需要作更多的工作。     

0.3微米移相掩模光刻

用移相掩模提高i线步进曝光的分辨率,这是本文讨论的问题。文中研究了重复线条,也研究了孤立线和孔状图形。为在光刻孤立窗口时,得到窄细亮线,在掩模主体狭缝的两侧附加辅助狭缝。辅助狭缝的宽度小于镜头的临界值。主体狭缝与辅助狭缝的光相位相反。辅助狭缝的作用在于减小亮线的宽度,使其小于镜头的线扩展函数值。主体狭缝及周围的四个辅助狭缝,也同样适用于小孔图形光刻。文中对移相掩模和普通掩模在片子上的光强分布进行了计算对比,并用额定分辨率为0.55μm的i线步进曝光机,将图形制作在片子上。用移相掩模光刻,0.3μm线条/间隔、0.3μm孤立窗口及0.4μm孔图形都可以分辨。而用普通掩模光刻,其图形不能分辨。对辅助狭缝光相位的变化作用,本文也进行了讨论。光强计算及实验结果表明,改变狭缝的光相位,能够控制最佳聚焦位置。     

影像干涉光刻技术

采用λ／２的光束复制出了更高分辨率极限的线间图形。它将电路图形的ＣＤ尺寸极限推进到λ／４，当采用１９３ｎｍ光源曝光时，ＣＤ尺寸为５０ｎｍ以下。干涉光刻技术（ＩＬ）探讨了这种周期性图形的最终极限。影像干涉光刻技术未来的发展，将使光学方法制作１００ｎｍ以下的电路图形成为可能。     

探讨研制精细光刻掩模的途径

一、问题的提出 传统的光刻工艺所用的光致抗蚀剂、光源和照明光学系统都在光谱波长为3500(?)～4500(?)范围内,图形的极限尺寸在理论上可以作到0.2μ。但由于照相镜头的分辨率,精缩机的精度、感光版的分辨率及平整度等因素的影响,要达到这样的极限尺寸是不可能的。如果把条宽作到小于1.5μ,从目前国外发展方向来看,只有采用远紫外光刻技术,或采用更先进的X射线光刻、电子束投影光刻及电子束直接光刻等技术。但这些从我国目前情况出发,暂时还行不通,必须寻找别的路子实现光刻掩模条宽为0.8μ甚至更细的图形。     

微细加工中的光学成像

随着时间的推移,当硅片尺寸不断地增大时,集成电路微细图形尺寸和对准极限公差也不断地缩小。由于硅片增大和图形尺寸缩小,这样就对接触式和接近式光刻机造成了困难,并且也不可能在一个透镜视场内对整个片子进行投影光刻。目前,在一个透镜视场内能分辨的单元的上限是～10~8,而在4英寸硅片上1μ分辨率相当于能分辨的单元为2×10~9。通过扫描和分步重复光刻划分光学视场,能使硅片上的单元分辨率提高到量大数值。对于分步重复光刻来说,10~8单元极限适用于芯片。此外,从原理讲,芯片视场本身能通过扫描和成像分步重复划分。光学光刻的实际极限是由分辨率、套刻以及光致抗蚀剂特性确定的。以光致抗蚀剂为例,将用引进的多层以及无机抗蚀剂,能够得到很好的效果。新型抗蚀剂明显的好处是完全消除了驻波缺陷。新型抗蚀剂是光刻低于1～1.5μm线条的关键因素。光刻极限约为0.4～0.8μm,这主要取决于我们挖掘远紫外、图象分布以及设计潜力。     

深亚微米光学光刻设备制造技术

相对于其它“后光学”光刻技术 ,在 0 1 3μm甚至 0 1 3μm以下集成电路制造水平上 ,光学光刻仍然具有强大的吸引力。随着光学光刻极限分辨率的不断提高 ,当代光学光刻设备正面临着越来越严重的挑战。论述了深亚微米光学光刻设备的技术指标和面临的技术困难 ,对其中一些关键的技术解决方案进行了分析。     

下一代光学掩模制造技术

尽管其它光刻技术在不断快速发展,然而在0．13μm及0．13μm以下集成电路制造水平上,光学光刻仍然具有强大的生命力。随着光学光刻极限分辨率的不断提高,当代光学掩模制造技术面临着越来越严重的挑战。本文对下一代光学掩模工艺技术的技术指标和面临的技术困难进行了论述,并对其中一些关键的技术解决方案进行了简要分析。     

FPA—2000i1型i线步进机

<正> FPA—2000il型i线步进机是日本佳能公司生产的用于16MDRAM批量生产的机型。该装置配备了数值孔径为0.52、曝光面积为加20mm见方的i谱线透镜。16MDRAM的设计规范约为0.5μm。FPA一2000il型机具有0.5μm的分辨率,是满足0.5μm工艺时代的大数值孔径i线步进机。     

用等倍SOR曝光技术复制0.1μm图形

Soltec公司和日立制作所,最近利用等倍接近曝光方式的SOR光刻技术成功地复制0.1μm图形。在确认此项开发技术有效性的同时,证实了具有4Gbit—DRAM级的分辨率。