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平版印刷術(shù)被定義為“一種從已經(jīng)準(zhǔn)備好的平坦表面(如光滑的石頭或金屬板)印刷的方法，以便油墨僅粘附在將要印刷的設(shè)計(jì)上”。在半導(dǎo)體器件制造中，石頭是硅片，而墨水是沉積、光刻和蝕刻工藝的綜合效果，從而產(chǎn)生所需的特征。因?yàn)橛糜谄骷圃斓墓饪躺婕笆褂霉鈱W(xué)曝光來創(chuàng)建圖案，所以半導(dǎo)體光刻通常被稱為“光刻”。與已經(jīng)討論的檢查和計(jì)量技術(shù)一樣，光刻是圖案化的選擇技術(shù)，因?yàn)樗枪鈱W(xué)的，因此能夠?qū)崿F(xiàn)小特征和高晶片產(chǎn)量。這與直接書寫和壓印等其他技術(shù)形成對比。
光刻的基本原理
圖1示出了用于定義淺溝槽隔離特征的典型光刻工藝。這一過程包括以下步驟:
1.?基板清潔和準(zhǔn)備
2.?形成熱氧化層，并在干凈的襯底上沉積一層氮化硅
3.?沉積碳硬掩模，然后沉積一層抗反射材料
4.?沉積一層光刻膠
5.?預(yù)烘焙光刻膠
6.?對準(zhǔn)襯底/光刻膠和掩模版，使用紫外輻射和4x-5x成像曝光光刻膠。重復(fù)步驟和掃描
7.?曝光后烘焙
8.?在光致抗蝕劑中顯影圖案，并硬烘焙以去除剩余的溶劑
9.?執(zhí)行蝕刻以打開電介質(zhì)抗反射涂層(DARC)和硬掩模圖案，并去除光致抗蝕劑和DARC
10.?執(zhí)行蝕刻以在襯底中打開溝槽并去除硬掩模
11.?清潔表面
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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖1?半導(dǎo)體器件構(gòu)圖工藝的示意圖?
深紫外光刻
用于光刻的DUV技術(shù)完全基于投影光學(xué)，因?yàn)楣庋谀Ｉ系膱D案比光致抗蝕劑上形成的最終圖案大得多。193納米光刻工具中的光學(xué)系統(tǒng)被稱為折反射系統(tǒng)。該術(shù)語意味著它使用透鏡(折射)和反射(反射)元件來引導(dǎo)和調(diào)節(jié)來自激光器的光。更多信息，請參見深紫外光刻。
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圖2?集成電路特征尺寸和光刻技術(shù)的歷史進(jìn)展?
極端紫外光刻
正在開發(fā)EUV光刻技術(shù)，以滿足22納米以下特征尺寸的單次曝光構(gòu)圖要求(圖3)。這項(xiàng)技術(shù)的獨(dú)特之處在于光源的性質(zhì)。更多信息請參見極端紫外線光刻。
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圖3?EUV光刻示意圖?
精密DUV光學(xué)
在半導(dǎo)體光刻系統(tǒng)中，光分子污染是可靠性和壽命的重要問題。因此，必須非常小心地防止這些系統(tǒng)中的光學(xué)器件暴露于粘合劑、潤滑劑和任何其他有機(jī)碳以及硅氧烷、膦酸鹽或硫酸鹽。有機(jī)物在DUV范圍內(nèi)具有吸收性，在光學(xué)器件表面吸附和隨后的DUV照明后，會發(fā)生反應(yīng)形成各種破壞性污染物。揮發(fā)性有機(jī)化合物、可冷凝的硅氧烷和無機(jī)化合物的微量污染會導(dǎo)致光在透射或反射中損失，并可能導(dǎo)致波前畸變，嚴(yán)重影響性能并導(dǎo)致計(jì)劃外停機(jī)。它會導(dǎo)致斯特雷爾降低(或光學(xué)成像質(zhì)量降低)、偏振變化甚至去調(diào)諧，即光學(xué)波長的偏移，從而對光刻系統(tǒng)的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。光分子污染的范圍包括DUV波長(190 - 355納米)和EUV波長(低于190納米，通常為13.5納米)。光分子污染機(jī)制很復(fù)雜，高度依賴于功率水平以及化合物的類型和濃度。有多個方面需要考慮，具體的解決方案必須在具體的應(yīng)用中得到理解和證明。隨著波長的不斷縮短和功率的增加，防止這種形式的化學(xué)污染變得越來越重要。
光學(xué)制造商擁有消除或限制光分子污染影響的方法，有助于實(shí)現(xiàn)高性能、長壽命的光學(xué)器件和系統(tǒng)。其中包括專有的光學(xué)材料和化合物、專有的拋光、清潔和涂層工藝，以及潔凈室處理設(shè)備和工藝。本節(jié)描述了將DUV光學(xué)系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)目錄光學(xué)系統(tǒng)區(qū)分開來的功能，包括:
1.?料科學(xué)領(lǐng)域的廣泛R&D可靠性和壽命測試
2.?系統(tǒng)的初始設(shè)計(jì)
3.?長壽命和最小預(yù)防性維護(hù)周期的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.?次級供應(yīng)鏈管理和控制
5.?內(nèi)部潔凈室環(huán)境和生產(chǎn)控制
6.?保持清潔和包裝
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圖4?DUV光學(xué)材料透射圖
許多光學(xué)材料在200納米以下具有低透射率，因此紫外熔融石英或氟化鈣(CaF2)是DUV透射光學(xué)襯底的首選材料。圖4顯示了這些材料的典型透射率，該透射率在200納米以下，然后急劇下降。然而，如果不使用特別優(yōu)化的工藝進(jìn)行涂覆，CaF2光學(xué)器件容易出現(xiàn)缺陷和滑移面。在選擇與DUV波長兼容的拋光化合物和工藝方面進(jìn)行了廣泛的研究和測試。一些拋光材料/化合物會吸收紫外線/DUV光，這會影響光學(xué)元件的可靠性和壽命。其他可能包含直接與DUV光反應(yīng)導(dǎo)致?lián)p壞和故障的化合物。
EUV光刻的真空控制
EUV對光學(xué)組件和真空控制的規(guī)格有嚴(yán)格的要求。EUV光源需要硬真空，因?yàn)樗袣怏w都吸收13.5納米的光。使用過程控制設(shè)備，如MKS流量控制器、閥門和壓力表。
壓電式壓力計(jì)在一個封裝中包含兩個壓力計(jì):一個微機(jī)電系統(tǒng)micro pirani傳感器和一個壓電式傳感器。它們是為負(fù)載鎖設(shè)計(jì)的，測量壓力范圍從大氣壓到中等真空(1000到1x10-5托)。這一寬范圍允許該儀表用于要求絕對真空/壓力切換能力的真空室應(yīng)用中。
DUV光刻的精確運(yùn)動控制
DUV光刻需要高速運(yùn)動平臺來處理具有高精度和穩(wěn)定性以及快速步進(jìn)和穩(wěn)定時間的晶片。覆層(一個圖案層相對于另一個圖案層的相對位置)、臨界尺寸和生產(chǎn)量推動了掩模版和晶片階段的這些要求，在193納米技術(shù)中，典型的覆層公差為臨界尺寸的15%。吞吐量要求(高達(dá)200個晶片/小時)將每個晶片的最大處理時間限制在20秒以內(nèi)。這意味著在掩模版和晶片平移操作中出現(xiàn)相對較高的速度和加速度。這些光刻工具中的運(yùn)動控制系統(tǒng)必須能夠在不影響掩模版或晶片振動水平的情況下實(shí)現(xiàn)這些速度和加速度，因?yàn)檫@會影響可實(shí)現(xiàn)的光盤?？焖俨竭M(jìn)和建立需要主動隔振，以最小化光學(xué)柱的振蕩和隨后的照明延遲。
除了更高的速度之外，通過增加管芯尺寸，使得每個晶片處理更少的管芯，吞吐量也被最大化。然而，這種方法增加了對定位精度的要求。光刻應(yīng)用需要運(yùn)動平臺校準(zhǔn)，以確保晶圓廠中許多不同平臺定位的可重復(fù)性。
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