CMOS1 2

3

光刻：

光刻：使用帶有某一層設計圖形的掩模版，經 和顯影刻蝕：在光刻膠掩蔽4高要求所決定－分辨率、視場、對準精度、產率&

ReductionYearofProductionTechnologyNode(halfpitch)MPUPrintedGateLengthDRAMBits/Chip(sampling)MPUTransistors/Chips(106)

GateCDControl CriticalOverlay

FieldSize

+

+

+

+

+

3年縮小0.7，CD需控制在最小特征尺寸的35???

extremeUV,ionbeam?5電路設計掩膜版 應將空間圖像轉變為3D光

空間圖潛在圖6外界條件（如）作用光化學反應，分子結構發生變化IC

正性膠－負性膠－7

8高 436nm（g線）和365nm高 正膠（positivephotoresist,基底：（novolac），溶于顯影液（速率為15nm/sec）。重氮醌（diazoquinone,DQ）DQ1~2后，DQ100~200nm/sec通用顯影液—四甲基氫氧化銨溶劑

>>9負膠（NegativeOptical基底：合成環化橡膠樹脂（cyclizedrubberrisin）

感光劑（PAC）：雙芳化基（bis- 分辨率要求2m時，也有其優點：工藝寬容度較高（顯影液稀釋度、溫度等價格較低（約正膠的

缺點：對比度 后圖形的傾角和線__+__+力學和化學性質：工藝可達到的最小圖形尺寸

R=1(mm1

靈敏度：完 所需最 劑量（mJ/cm2）， 效率決 工藝容差較大，而靈敏度大的光刻 光刻膠區分掩模版亮區與暗區的 后圖形的傾角和 Typicalgandi-resistsachieveγ log10(Df/D0

of2~3andDfvaluesabout100mJcm- ?顯影液成 ?前烘時硅片表面形 光刻膠對比度可計算出系統最小圖形尺

型值為0.5。MTF=

Separated

Imax某一圖形所需的最小MTF，典型值約為0.4。Idealmaskaerial

Structurescloser:

Df

101/γ1topartialoverlapoftwoairydiscs

D=101/γ1 如果系統對各種線條的MTF均已知，則由CMTF可計算出該 CMTFMTF

CMTF>MTF，不可分

設：膠厚均勻，光線同時貫硅片表面高低起伏，膠厚不同導致 透明化（Bleaching）效應： 區域對光吸收減弱， 均勻性提高非均勻膠厚（峰和谷 （膠薄處表面處光吸收 IIe0Light

/2n的相長和相消形成駐波， 底部防反射涂層（ARC）－刻膠內的光減少至1％以下－for后（顯影前）烘焙（PEB）－duetodiffusionofPACorPAG－forDNQandDUVPEB：PEB：10min，100深紫外（DUV）

250~400100~250250~400100~2504~1001、對<i線波長光子強烈吸收，輻照不完 2 燈在DUV波段輸出光強不如i線和g線

高 3、量子效率提高有限（最大為1，一般0.3）

PACPAGphoto-acidgenerator，感光酸生成劑化學增強或催化作用原理：入射光子與PAG分子反應，產生酸分子，在后續的烘烤過程中， 總量子效率>>1DUV膠的靈敏度有很大提高g線、i線光刻膠靈敏度為100mJ/cm-2，DUV20~40mJ/cm-DUV

形了掩膜圖形

T<→溫度控制

PR改性–與INSOL反應使其

總量子效率（起始的光-PAG反應效率后續催化反應次數Sensitivity(alsoeasilyaffectedbycontaminations,dust5xmorethan ／X射線常用掩模版類型：超微粒干版（乳膠版）殊需要的掩模版（如X射線掩模、柔性掩模、凸起掩模和軟片掩模等）直 結實 ，長時間UV照射仍能保持形1~2m蒙膜（pellicle）：10~15nmCr2O3原圖數據的產生：由CAD產生作圖數據，形成掩模（PG）圖形發生：PG文件驅動和控制圖形發生器，將掩模圖形轉移到掩原圖數據產生：決 元元圖圖編 編 器路器路件元 件

Several

12. 某次光刻 系統在一小時內能 R=

λ（Rayleigh DOF=

MTF=Imax 1

2( 其中：R是分辨率；k1、k2是工藝因子；NA是光學系統的數值孔徑，它表征透鏡光收集和聚焦的能力；DOF（DepthofFocus）是聚焦深度；λ是波長；MTF是調制傳輸函數；I是輻照強度。尺度遠大于，光為直線行進的粒光線追跡（Raytracing

尺度與接近,衍射效應（diffractioneffects

Free

孔徑–

Thesmallertheaperture,themoreitspreadsDiffractionisusuallydescribedinoftwolimitingFresneldiffraction-nearFraunhoferdiffraction-far

波-惠更斯原理－介質中波動到的各點菲涅爾原理－從同一波面上各點發出的子波，在到空間某一點時，各接觸和接近 系統工作于近場Fresnel衍射區掩膜版與光刻膠之間沒有透鏡，間隙大小g（

Ringingduetoconstructiveanddestructiveinterference

RingingeffectRingingeffectbyincoherentSomeresist空間圖像由孔徑上各點發出的球面Huygens和衍射效應造成光強分布的“波紋（ringing）”且光線“彎折”離開孔徑邊接觸 系Fresnel最小分辨/特征尺寸：Wmin

g10m，365nm（i線）Wmin2ForForcontactprinting0.1μm(notused!ContactContactprintingiscapableofhighresolutionbuthasunacceptabledefectdensities.Proximityprintingcannoteasilyprintfeaturesbelowafewμm(exceptforx-raysystems).投影 ProjectionprintingprovideshighresolutionandlowdefectdensitiesanddominatesTypicalprojectionsystemsusereductionoptics(2X-5X),stepandrepeatorstepandmechanicalsystems,print≈50wafers/hourandcost$10-掃描投影

線寬控制 高精度要求（逐個或類似規模

分辨率 時間的折Stepper:4X-5Xstepandrepeatsteppers.Allowforsmallermasks!(largerpatterns)Combinedstepper+scanner4X-5Xlargermaskpattern-differenceinscanningspeeds.LostApointsourcedoesnotproduceapointimage:

?但透鏡尺寸有限，會損失一些由于衍射而在空間擴散的(higherspatialfrequency的像－愛里斑(Airy 中心極大半徑1.22d注意：d或f0Second

瑞利（瑞利（Rayleigh）點物S點物S1的愛里斑中心與另一個點物S2的愛里斑邊緣（第一衍射極小）1.22 1.22wHowfwHowf人眼愛里斑~20分辨率：100

n(2fsin) nsin

—透鏡收集衍射光的能NAn S S2

RkRk1提高分辨率：提高分辨率：NA，，k1DOFDOFk 2焦焦焦平光刻NA透鏡具較小焦深（Depthoffocus光刻為軸上光線到極限聚焦位臵的光程差。根據瑞利判據：42很小時，4[112222，sind2率和率和CD均勻性的提高焦深：NAIC技術中，焦深通常只有1m，甚至更 —appliestocoherentDiffractioneffectSeparatedIdealmaskaerial

Structurescloser:topartialoftwoairy空間圖像的對比度，典型值MTF=ImaxImaxMTFdependsonthefeaturesizeandonthespacialcoherenceofthelightsourceMTFdependsonthefeaturesizeandonthespacialcoherenceofthelight同Ideal

angleof

S=光源直聚光鏡直 或S= 或NA投影光S

s0.5-0.7(fors0intensitydecreasesnot

Practicallightsourcesarenotpointthelightstrikingthemaskwillnotbeplane 缺點：掩模版與光刻膠之間有5～25m的間距優點：高分辨率，低缺陷，對準精度高，缺點：

+脫水烘干（140~200C）+旋涂/熏烘增粘 步驟：a.將光刻膠溶液噴涂到襯底表面上（靜態噴涂＆動態噴涂b.c.不到最初EdgeEdgeBead存涂涂溶劑質量溶劑質量 目的：除去光刻膠薄膜中多余溶劑，四個結果

薄膜厚度減小（輻射及熱平板）

42100~150。步驟：在光刻膠通過掩模版之前，將掩模版上圖形與襯底上先前生成實現在單位面積上增加器件和功能的目的。

Alignment雙 對準原

版的位臵和方向，在前將硅片與掩膜版對準。x決定PR決定PR形狀&線寬大小，形成后續工藝掩模光刻目的：通過顯影液處理， 溫度以及顯影液攪動情況等等。典型顯影時間：30~60和保護能力。典型條件：10~30min，100~140C（玻璃態轉變溫度）堅膜過度可能導致PR流動，圖形精度UV輻照和加熱對光刻膠進行光學穩定UV學穩定后的光刻膠，其抗刻（腐）蝕能力可以增強40％

刻 去 無機溶液（如H2SO4、H2O2等）450C，O2+膠等離子去膠（Oxygenplasma高頻電場O2電離O＋活性基與膠反應CO2，CO廣泛用于分立器件制造，如大功率ULSIOrdinaryGiantColossalTMRTa5保護膜＆電MnIr20CoFe2pin層(Co50Fe50Ta5保護膜＆電MnIr20CoFe2pin層(Co50Fe50)80B202MgO1.6(Co50Fe50)80B2010強磁性層Ta5Si(SiO2)Processof②Spinningtheresist③Exposureand④Etchingtill the

ObtainningthebottomSi(SiO2)Thecross-sectionofdashdottedpartinright Si(SiO2)Si(SiO2)⑦Exposure&

10m⑧⑧EtchingtillThecross-sectionofdashdottedpartinright theSi(SiO2Si(SiO2)Thecross-sectionofdashdottedpartinright ?Spinningthe ?Exposure&?Sputtering200nmthickAl（top the ObtainingtheTMRSi(SiO2)Thecross-sectionofdashdottedpartinright

ThestructureofmicrofabricatedTMRSi(SiOSi(SiO2)Thetop-viewandMeasuringtheMR-IVpropertiesusingfour-probemethod Rk1λ >

DOF=k

NA

波長波長燈ghi248 193157

193

13.5R=R=k1λDOF=k2λ2分辨率增強技術備和工藝，在不改變波長、數值孔徑及光刻膠工藝的光學鄰近效應校正（opticalproximitycorrection，OPC）：優離軸照明（offaxisillumination，OAI）：優化光線照射掩模先進光刻技術－浸入式光刻（ImmersionLithography）： 一、光學鄰近效應校正（OPC）原 這些衍射光的疊加會 OPC基于模型的OP：標圖形形狀。基于模型的OP：標圖形形狀。二、離軸照明（OAI）原通常，光波穿過掩模版后的衍射角度較大，透鏡的NANA增大又會使DOF

Bettercaptureofallfeaturesbytheprojectionlens

系統多采用和/或離軸（offaxis）照明，通柯勒（Kohler）收集掩膜版上各點發出的衍射光 On-axis

離軸照明使某些高階衍射 Aperture ProjectionLens

NA=nsinαDOF=

2高頻高頻

低頻低頻

Off-axis

Light

"Lost"Light

低低 Diffracted Light

OAI01光夾角小于傳統照明條件下成像的1夾角。因此，要實現相同R，OAI需要較小NA 三、相移掩模（PSM）Electric

d=λ2n 生180相位差IntensityonPRdoespermitforfeature I=EE*

波產生相消，從Patterndependent：k1canbereducedbyupto40%i~Attenuated四、浸入式光刻（Immersionlithography）

Lens0.15-0.35-0.35-0.60-Lens0.15-0.35-0.35-0.60-12nHO1.44NA2Stateofthe=193nm,k1=0.3,NA=0.93R60=1.36R40水除氣處理流對鏡頭的沖擊,都會影響光刻圖形的質量,引入新缺陷。增加鏡頭保護 MinimumfeatureTechnologyNode(halfMPUPrintedGateWet193nmwithhigherWetWet193nmwithhigherWet193nm設備30~55一套光刻版~1頭材料，或者使用所有的RET技術。在尋找不到最合適解決方法之前，193nm22nm節點的首選方法 非光 Sub-wavelengthDeepSub

WavelengthLine

365350

248180

193OPC180

130

90

65

45

32,22nmat<130

Processwindowonaverageforeach Ref：KLA

~100NGL（nextgenerationlithography離子 （IBL，Ion-BeamLithoX射 極紫外 （EUV，ExtremeUltraViolet適用于小批 /制造的納米級“光刻性能分辨率性能分辨率PatternLarge&small產量初始價位Initial運行費Running鎢絲熱陰極或LaB6單晶電 1~會聚透鏡聚電子消隱電

許 掃描（vectorscan），投 圓形、可變形&

能量，束斑直徑 束流強度&駐留時間決定寬10nm超微細加工。傳統光E-傳統光E-需要掩直寫，無需凈度空氣環真空環波長較波長100~衍射影響較大，最佳分辨率20~30nm衍射可忽略，分辨率（3~8平行，高速（大形存在鄰近效存在鄰近效應（線條寬>束斑 聚甲基丙烯酸甲 e模擬軌 e模擬軌