无掩模光刻技术的前景
发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:661
| 翁寿松1，缪彩琴2 |
| (1．无锡市罗特电子有限公司，江苏 无锡21400l；2．无锡机电高等职业技术学校 江苏 无锡210428) |
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摘 要：介绍了无掩模光刻技术的现状、存在的问题和前景展望；说明了无掩模光刻技术的最大优点即是降低掩模成本；同时还介绍了电子束光刻技术及其改进。
关键词：无掩模光刻, 电子束光刻, 掩模版,光刻 中图分类号：tn305．7 文献标识码：a 文章编号：1004-4507(2005)08-0001-03 作为下一代光刻技术(ncl：next generation lithography，即小于32 nm工艺节点的光刻技术)的候选技术有：极紫外线光刻技术(euvl)、纳米压印光刻技术(nil)、x射线光刻技术(xrl)→接近式x射线光刻技术(pxl)→准直等离子光刻技术(cpl)、电子束光刻技术(ebi：electron btam lithography)和离子束光刻技术(ibl)等[1]。世界普遍认为，有望达量产的下一代光刻技术极可能是euvl和nil。随着芯片特征尺寸的不断缩小，从0．13 μm→90 nm→65 nm→45 nm→32 nm→22 nm。按．itrs2003要求，2004年应达90 nm，这意味着半导体产业已全面地从深亚微米步入纳米尺度。尤其在进入纳米尺度之后，光刻掩模技术己成为各种光刻技术方法中一项可决定其应用前景的关键技术，同时，掩模成本在整个光刻成本中可占份额也不断攀升，表1给出光刻尺寸在100 nm以下各种光刻掩模成本的比较，其中scalpel(scatlering angular limitation projection electron lithography)为散射角限制的电子束投影光刻[2]。193 nmarf浸入式光刻机可望扩展至45 nm节点，可是其掩模版价格昂贵，其费用将高达500～600万美元。由于掩模版价格日益高涨，全球掩模版厂商竞争更加激烈，2004年整个掩模行业艰难前行。2004年10月日本凸版印刷(toppan printing)同意收购美国杜邦光掩模(dupont photomasker)，收购价近6．5亿美元。在光刻中如何降低掩模成本，采用无掩模光刻技术已成为光刻业界热门的话题，也成为光刻工程师研究的一个重要课题。2005年1月international semateeh主办了全球无掩模大会(maskless meeting)，会上光刻专家讨论了无掩模光刻技术的前景，推出了众多的无掩模光刻工具。无掩模光刻工具是基于电子束光刻技术，关键是要解决电子束光刻技术生产效率低下的缺点。
1 电子束光刻技术 电子束光刻的优点是分辨率高，可超过光学光刻，达30nm。其缺点是：(1)生产效率低；(2)电子的散射易造成邻近效应，导致曝光在芯片上的图形尺寸与掩模版上的图形尺寸没有简单的对应关系。为了改善后者，1989年贝尔实验室朗讯工作组推出了scalpel(散射角度限制的电子束投影光刻)，其结构由图l所示[2]。掩模版由极薄的氧化硅膜和薄的高原子序数金属(如钨)膜组成。平行的高能电子束入射到掩模版上，穿过氮化硅膜的电子基本上不散射，而穿过金属膜的电子散射严重。这些电子再经过磁透镜聚焦后穿过一个置于焦平面上的角度限制光阑，此时散射严重的电子透过率很低，而低散射的电子都能穿透过去。所有电子再通过一个磁透镜形成平行束，被投影在晶圆上，平行的电子束投影采用4倍缩小设计。这种方法可光刻50～100 nm的图形，主要用于ulsi和mems，如比利时imec微电子中心在研究45 nm节点的高k绝像层和金属栅极时采用精密的电子束光刻技术来完成极细线宽的光刻。但是scalpei技术的最大挑战是如何提高其生产效率，由于空间电荷效应的存在，光刻尺寸的缩小和提高生产效应是一对矛盾，如何解决其空间电荷效应和晶圆表面热效应是研究scalpel的重要课题。 在电子束投影曝光中，为了提高曝光效率，实现大量平行像素投影，业界推出了prevail(projection reduction exposwre variable axis immersion lensen)技术，曝光面积可达l mm2，图2给出prevail系统中电子光柱体的结构示意图。从位于电子光柱体上方的电子枪发射出来的电子通过高压电场加速进入电子光柱体。通
| 翁寿松1，缪彩琴2 | | (1．无锡市罗特电子有限公司，江苏 无锡21400l；2．无锡机电高等职业技术学校 江苏 无锡210428) | |
摘 要：介绍了无掩模光刻技术的现状、存在的问题和前景展望；说明了无掩模光刻技术的最大优点即是降低掩模成本；同时还介绍了电子束光刻技术及其改进。
关键词：无掩模光刻, 电子束光刻, 掩模版,光刻 中图分类号：tn305．7 文献标识码：a 文章编号：1004-4507(2005)08-0001-03 作为下一代光刻技术(ncl：next generation lithography，即小于32 nm工艺节点的光刻技术)的候选技术有：极紫外线光刻技术(euvl)、纳米压印光刻技术(nil)、x射线光刻技术(xrl)→接近式x射线光刻技术(l)→准直等离子光刻技术(cpl)、电子束光刻技术(ebi：electron btam lithography)和离子束光刻技术(ibl)等[1]。世界普遍认为，有望达量产的下一代光刻技术极可能是euvl和nil。随着芯片特征尺寸的不断缩小，从0．13 μm→90 nm→65 nm→45 nm→32 nm→22 nm。按．itrs2003要求，2004年应达90 nm，这意味着半导体产业已全面地从深亚微米步入纳米尺度。尤其在进入纳米尺度之后，光刻掩模技术己成为各种光刻技术方法中一项可决定其应用前景的关键技术，同时，掩模成本在整个光刻成本中可占份额也不断攀升，表1给出光刻尺寸在100 nm以下各种光刻掩模成本的比较，其中scalpel(scatlering angular limitation projection electron lithography)为散射角限制的电子束投影光刻[2]。193 nmarf浸入式光刻机可望扩展至45 nm节点，可是其掩模版价格昂贵，其费用将高达500～600万美元。由于掩模版价格日益高涨，全球掩模版厂商竞争更加激烈，2004年整个掩模行业艰难前行。2004年10月日本凸版印刷(toppan printing)同意收购美国杜邦光掩模(dupont photomasker)，收购价近6．5亿美元。在光刻中如何降低掩模成本，采用无掩模光刻技术已成为光刻业界热门的话题，也成为光刻工程师研究的一个重要课题。2005年1月international semateeh主办了全球无掩模大会(maskless meeting)，会上光刻专家讨论了无掩模光刻技术的前景，推出了众多的无掩模光刻工具。无掩模光刻工具是基于电子束光刻技术，关键是要解决电子束光刻技术生产效率低下的缺点。
1 电子束光刻技术 电子束光刻的优点是分辨率高，可超过光学光刻，达30nm。其缺点是：(1)生产效率低；(2)电子的散射易造成邻近效应，导致曝光在芯片上的图形尺寸与掩模版上的图形尺寸没有简单的对应关系。为了改善后者，1989年贝尔实验室朗讯工作组推出了scalpel(散射角度限制的电子束投影光刻)，其结构由图l所示[2]。掩模版由极薄的氧化硅膜和薄的高原子序数金属(如钨)膜组成。平行的高能电子束入射到掩模版上，穿过氮化硅膜的电子基本上不散射，而穿过金属膜的电子散射严重。这些电子再经过磁透镜聚焦后穿过一个置于焦平面上的角度限制光阑，此时散射严重的电子透过率很低，而低散射的电子都能穿透过去。所有电子再通过一个磁透镜形成平行束，被投影在晶圆上，平行的电子束投影采用4倍缩小设计。这种方法可光刻50～100 nm的图形，主要用于ulsi和mems，如比利时imec微电子中心在研究45 nm节点的高k绝像层和金属栅极时采用精密的电子束光刻技术来完成极细线宽的光刻。但是scalpei技术的最大挑战是如何提高其生产效率，由于空间电荷效应的存在，光刻尺寸的缩小和提高生产效应是一对矛盾，如何解决其空间电荷效应和晶圆表面热效应是研究scalpel的重要课题。 在电子束投影曝光中，为了提高曝光效率，实现大量平行像素投影，业界推出了prevail(projection reduction exposwre variable axis immersion lensen)技术，曝光面积可达l mm2，图2给出prevail系统中电子光柱体的结构示意图。从位于电子光柱体上方的电子枪发射出来的电子通过高压电场加速进入电子光柱体。通
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