常用的曝光方式有以下三种接触式、接近式和投影式(见图4-6)。
1.接触式曝光
掩膜板直接与光刻胶层接触,曝光出来的图形与掩膜板上的图形分辨率相当,设备简单,分辨率高。当然接触的越紧密,掩膜和材料的损伤就越大。所以接触式曝光的缺点是掩膜板容易损坏,寿命很低(只能使用5~25次),这种方法已经逐渐被淘汰了。
2.接近式曝光
掩膜板与光刻胶基底层保留一个微小的缝隙(0~200μm),可以有效避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤,缺点是衍射效果造成的光刻分辨率太低(>10μm)。但接近式曝光可能适用于X光光刻,因为X射线的衍射、反射、折射及散射都很小,一般光学曝光中接近式曝光在晶圆圆片和掩模间的间隙,对光刻分辨率的影响及X光光刻会小很多。
3.投影式曝光
投影式曝光又称为步进扫描投影曝光(stepper),是目前集成电路光刻工艺生产采用的方式。投影曝光的方式是在掩膜板与光刻胶之间使用光学系统对通过光刻板的曝光光源实行聚集而对硅片上的光刻胶实现曝光。掩膜板的尺寸比实际的图形尺寸要大,通常会比实际图形大四倍,因此可以提高图形制作的分辨率。Stepper的优点是即提高了分辨率又提高了掩膜板的使用寿命,每次曝光区域(Exposure Field)可达(26×33)mm2或更大。通过数十次的重复曝光完成对整个硅片的曝光。投影式曝光光学系统很复杂,对机械系统的精度要求也非常高。(www.xing528.com)
图4-6 三种曝光方式
(a)接触式曝光(Contact Printing)(b)接近式曝光(Proximity Printing)(c)投影式曝光(Projection Printing)
图4-6所示三种曝光(exposure)方式:其(a)(b)是1∶1的图形曝光方式,(c)是最常用的投影式扫描步进(stepper,投影掩膜版mask,也称reticle)曝光系统,是目前集成电路生产最常使用的曝光方式,其曝光系统较为复杂,θ为接受角。
现在世界上主要光刻机制造商为荷兰的阿斯麦(ASML)、日本的尼康(Nikon)、佳能(Canon)以及其他的非全尺寸的光刻机厂商,如Ul trast e pper等。国产先进扫描式光刻机起步较晚,在2002年之后。主要由上海微电子装备有限公司(SMEE)研发。目前国产光刻机经历了从维修二手的光刻机到了自主研发、制造。当前在开发的最先进的光刻机600系列的193 nm的SSA600/,虽然与世界先进水平还有较大差距,但是,应该说已经取得了可喜进步。它拥有0.75数值孔径,(26×33)mm标准曝光场,分辨率为90 nm,套刻精度为20 nm,300 mm产能每小时80片。
【习题4-1】在式(4-1)中,k1和NA的值为0.75和0.8,对于193 nm的ArF激光光源,R是多少?
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