樊　鄉(xiāng)

摘要：文章通過對目前國內(nèi)外光刻設(shè)備生產(chǎn)廠商對下一代光刻技術(shù)的開發(fā)及目前已經(jīng)應(yīng)用到先進生產(chǎn)線上的光刻技術(shù)及設(shè)備進行了對比研究，對光刻技術(shù)和光刻設(shè)備的發(fā)展趨勢進行了介紹，并對我國今后半導體光刻技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展提出了合理化建議。

關(guān)鍵詞：半導體光刻技術(shù)； PSM技術(shù)；離子束曝光技術(shù)；極紫外光刻技術(shù)

中圖分類號：TN305文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）06-0089-02

隨著芯片集成度的提高，對光刻技術(shù)提出了越來越高的要求。在80年代，普遍認為光學光刻技術(shù)所能達到的極限分辨率為0.5，但是隨著一些新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，包括光源、成像透鏡、光致抗蝕劑、分步掃描技術(shù)以及光刻分辨率增強技術(shù)（RET）的發(fā)展，使其光刻極限已推進到目前的0.1 以下。盡管有人對光學光刻的潛力充滿懷疑，但其仍以頑強的生命力，不斷突破所謂的極限分辨率，是目前所采用的主流光刻技術(shù)。

一、推動光刻技術(shù)和設(shè)備發(fā)展的動力

經(jīng)濟利益是Si片直徑由200mm向300mm轉(zhuǎn)移的主要因素。300mm的Si片出片率是200mm的215倍。300mm工廠的投資為15～30億美元，其中約75%的資金用于設(shè)備投資，因此用戶要求設(shè)備能向下延伸3～4代。300mm片徑是從180nm技術(shù)節(jié)點切入的，這就要求設(shè)備在150、130nm，甚至100nm仍可使用。

為了推進300mmSi片的大生產(chǎn)，設(shè)備廠商在幾年前就著手解決這方面的問題。Canon于1995年著手300mm曝光機，推出了EX3L和I5L步進機，于1997～1998年提供日本半導體超前邊緣技術(shù)（SELETE）集團使用，ASML公司的300mm步進掃描曝光機使用193nm波長，型號為FPA2500，也于1999年提供給SELETE集團使用?，F(xiàn)在Canon的第三代300mm曝光機的混合匹配曝光能力已經(jīng)達到（<110nm）。目前300mm片徑生產(chǎn)180、150、130nm的IC設(shè)備都已經(jīng)進入生產(chǎn)線，100nm的設(shè)備也已經(jīng)開始提供。

曝光是芯片制造中最關(guān)鍵的制造工藝，由于光學曝光技術(shù)的不斷創(chuàng)新，一再突破人們預(yù)期的極限，使之成為當前曝光的主流技術(shù)。1997年美國GCA公司推出了第一臺分布重復(fù)投影曝光機，被視為曝光技術(shù)的一大里程碑，1991年美國SVG公司推出了步進掃描曝光機，它集分布投影曝光機的高分辨率和掃描投影機的大視場、高效率于一身，更適合（<0125μm）線條的大規(guī)模生產(chǎn)曝光。為了提高分辨率，光刻機的曝光波長不斷縮小，從436、365nm、近紫外（NUV）到246、193nm的深紫外（DUV）。246nm的KrF準分子激光，首先應(yīng)用于0125μm的曝光，后來Nikon公司又推出了NSR2S204B，用KrF，使用變形照明（MBI）可做到0115μm的曝光。ASML公司也推出PAS15500/750E，使用該公司的AERILALII照明，可解決0113μm曝光。但1999ITRS建議，0113μm曝光方案是用193nm或248nm加分辨率提高技術(shù)（RET）；0110μm曝光方案是用157、193nm加RET、接近式X光曝光（PXL）或離子束投影曝光（IPL）。所謂的RET技術(shù)是指采用移相掩模（PSM）、光學臨近修正（OPC）等措施，進一步提高分辨率。值得指出的是，現(xiàn)代曝光技術(shù)不僅要求高的分辨率，而且要有工藝寬容性和經(jīng)濟性，如在RET中采用交替移相掩模（altPSM）時，就要考慮到它的復(fù)雜、價格昂貴、檢查、修正等不利因素。

二、光刻技術(shù)發(fā)展及進展情況

（一）PSM技術(shù)

實現(xiàn)單個獨立的小尺寸圖形的轉(zhuǎn)移并不是很困難的事，困難的是很多小尺寸圖形聚集在一起時的圖形轉(zhuǎn)移，因為在這種情況下光源的散射或者干涉將會造成圖形的畸變。解決這一難題的辦法就是采用PSM技術(shù)。絕大多數(shù)在半導體工藝中使用的PSM版都是使用石英玻璃加工制造的。試驗證明，通過使用PSM技術(shù)，最小的特征尺寸可以達到曝光波長的1/5，這種技術(shù)也被稱為亞波長光刻技術(shù)。

（二）離子束曝光技術(shù)

同電子束曝光技術(shù)一樣，離子束曝光技術(shù)的分辨率也遠遠超過了傳統(tǒng)的光學曝光技術(shù)。離子束曝光技術(shù)同樣可以應(yīng)用于直寫式曝光和投影式曝光。離子束曝光的優(yōu)點在于在進行曝光的同時，可以進行腐蝕工藝的操作。這樣將大大節(jié)省工藝的操作步驟，簡化工藝流程。然而離子束曝光的效率特別低，不可能應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中。這種技術(shù)目前最可能的應(yīng)用是掩模版制造，也可以應(yīng)用于針對器件缺陷的檢驗和修復(fù)。

（三）極紫外光刻技術(shù)（EUV）

下一代可能實現(xiàn)的亞011μm圖形轉(zhuǎn)移光刻技術(shù)就是極紫外光刻技術(shù)，這種曝光光源的波長在11～14nm。波長在1～50nm的光波覆蓋紫外線和X射線區(qū)域。所以使用這一波長范圍的曝光技術(shù)也被稱為極紫外曝光或者軟X射線曝光或稱為真空紫外曝光。極紫外曝光的原理主要是利用曝光光源的波長從而降低光學系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，進而提高光刻技術(shù)的分辨率。但就目前所知的材料而言，沒有合適的材料能夠作為極紫外曝光光學系統(tǒng)的透鏡，因為目前的材料對短波長光源的吸收效應(yīng)都非常強，極紫外光刻技術(shù)也必須基于光學系統(tǒng)才能實現(xiàn)。另外，極紫外光刻的光源目前正在進行研發(fā)，最有可能成為這種技術(shù)使用的光源是激光泵浦的氙等離子體光源。而極紫外光刻技術(shù)需要的掩模版還需要進行多層金屬的涂覆才能使用。

傳統(tǒng)的光學光刻技術(shù)處于不斷的發(fā)展之中，同時結(jié)合了一些分辨率增強技術(shù)和改善工作焦深的新方法，比如相移掩模（PSM）技術(shù)、離軸照明（OAI）技術(shù)、光學鄰近效應(yīng)校正（OPC）、瞳孔濾波等，使得現(xiàn)有的光學光刻依然保持著活力。但由于始終存在著焦深和分辨率的矛盾，使得其物理極限客觀存在。而下一代的光刻技術(shù)盡管取得了一些突破，但由于費用、生產(chǎn)率、實現(xiàn)性等問題，投入大規(guī)模使用尚待時日。這些技術(shù)目前處于替代光學光刻的“候選者”地位，在未來具體采用哪一種光刻技術(shù)，取決于它們的技術(shù)成熟程度、設(shè)備成本、生產(chǎn)效率等，目前的形式還不明朗。此外，目前還出現(xiàn)了一些新的光刻技術(shù)和方法，如干涉光刻、成像干涉光刻、全息光刻、原子光刻等，對現(xiàn)有的光刻技術(shù)形成了有益的補充和推動。

參考文獻

[1]莫大康．光刻技術(shù)最新進展[J]．電子產(chǎn)品世界，2004，（11）．

[2]袁瓊雁，王向朝，施偉杰，李小平．浸沒式光刻技術(shù)的研究進展[J]．激光與光電子學進展，2006，（8）．

[3]童志義，葛勱沖．國外半導體制造設(shè)備市場[J]．電子工業(yè)專用設(shè)備，2005，（12）．

[4]童志義．光學光刻技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]．電子工業(yè)專用設(shè)備，2001，（1）．