半导体 | 光刻设备

光刻工艺本身不会在LSI上留下任何产物。如果比作绘画，它就像画一张草图，而且是一张粗糙的草图。然而，通过使用蚀刻和其他工艺实现了将粗略的草图转换成布线图案的过程，从而促进了半导体的小型化。

什么是光刻工艺和光刻设备?

为了简单起见，将做适当的简化。如下图所示，光刻技术的组成部分是光源(曝光设备)、作为光敏材料的抗蚀剂和作为原画的掩膜(也称为光罩，但在本书中使用“掩膜”一词)。曝光后，掩膜被显影，以留下抗蚀图案。光刻的工艺流程从上游开始如下:压模制作工艺、抗蚀剂涂布工艺、曝光工艺、显影工艺、灰化工艺(去除抗蚀剂涂布，图中未显示)。

光刻技术的因素

可以看出，光刻技术中有许多不同的过程，而每一个过程都需要有自己的设备。图中的“阴性”和“阳性”的主要不同是抗蚀剂，具体将在后面解释。

光刻工艺流程和设备

下图显示了光刻工艺的流程，包括蚀刻和灰化。阴影区表示本部分中使用的光刻设备。在过去与蚀刻一样，采用灰化湿法，而不是干法。灰化相当于蚀刻后的清洗工艺。

光刻工艺流程和需要的设备

流程的第一步是在要蚀刻的薄膜上涂抹一层抗蚀剂。这是用抗蚀剂涂布设备完成的。然后在70℃~90℃下进行预烘烤，以去除抗蚀剂中含有的溶剂。然后使用曝光设备将掩膜图案绘制在抗蚀剂上。然后抗蚀剂被显影，只留下所需的抗蚀膜。随后在100℃左右进行后烘烤，以完全去除显影剂和冲洗液成分，并增加对被蚀刻材料的附着力。这些都是使用显影设备进行的。预烘烤有时称为软烘烤，后烘烤有时称为硬烘烤。这就是光刻的工艺流程了。到此为止，我们完成了抗蚀剂的图案。这部分属于光刻的草图部分。然后是蚀刻和灰化工艺，用来在晶圆上进行刻画。蚀刻和灰化分别在后面做详细介绍。

为了避免任何误解，需要说明的是上图只是显示了光刻工艺的基本流程。虽然基本流程都有其对应的设备，但目前大多数晶圆厂都是按照流程对这些设备做了一体化的整合。

二、决定精细化的曝光设备

曝光设备使用来自光源的光将掩膜的图案转移到光敏抗蚀剂上。某种意义上来说，它就是半导体制造设备的象征。最先进的设备价格可达数十亿日元。

曝光设备的不同曝光方式

让我们先来解释一下接触式曝光设备和缩影式(缩小投影)曝光设备之间的区别。接触式曝光设备是通过直接将掩膜和涂有抗蚀剂的品圆接触来完成一次性曝光。这种曝光方法简单而便宜，但掩膜在接触晶圆过程中可能沾染上灰尘，并且在某些情况下，当它与抗蚀剂接触时，还会出现划痕。此外，掩膜的最小尺寸将由烘烤它的晶圆的尺寸决定。此外，掩膜的最小尺寸必须与能够在晶圆上刻画的最小尺寸匹配，这个特性就妨碍了半导体制造的精细化。所以在最近的半导体工艺中很少使用这种曝光方式。曾经出现过一种使用非接触的相同倍率的镜面投影光学系统的曝光设备，但由于不适合微细加工，目前已经很少用了。

缩影式曝光设备使用掩膜(Reticle，瞄准镜。在缩影式曝光方法中也会称为 Reticle(瞄准镜)。瞄准镜在光学上意指便于观察且带有十字刻线的视镜。)的图案并利用光学系统对其进行缩小然后对晶圆进行曝光处理，所以不会发生接触，也就不会沾染上灰尘或者造成划痕。另外掩膜通常被缩小为1/4或1/5的尺寸，所以它还有一个好处，就是可以以较大的尺寸进行掩膜的制作。

缩影式曝光设备的绘制方法

然而，由于掩膜图案被缩小后进行曝光，所以不太可能像接触式曝光那样在一次曝光中就把掩膜图案刻录到晶圆上。会通过掩膜和晶圆的相对移动，从而将掩膜图案刻录到整个晶圆上。有两种掩膜和晶圆相对移动的方法:步进重复法(设备称为步进器)和扫描法(设备称为扫描仪)。现行的方法均为扫描法。g射线和i射线包括一部分的KrF采用的是步进重复法。下图显示了两种方法的比较。

步进器(1/5x)和扫描仪(1/4x)的曝光面积比较

上图中很难准确知道，对于一个 6in 的瞄准镜，步进器可以产生一个边长为 22mm的曝光区域，扫描仪可以产生一个 26mmx33mm 的曝光区域。步进器一次曝光中只能获得图中圆圈内接正方形的曝光，但由于扫描仪可以边扫描边转移，所以可获得图中横向较长的曝光区域。由于先进的半导体逻辑需要大的曝光面积，因此扫描仪成为高级曝光设备的主流。关于g射线的介绍将在后面涉及。

曝光设备的构成要素

ArF 扫描曝光设备(扫描仪)的概略图

LSI的制造不是能够在一次的曝光过程中一蹴而就的,所以需要多次曝光才行，而每次曝光都必须与之前的曝光形成图案对齐。这个对齐是极其严格的，所以晶圆台必须有对应精度要求的对齐设备。后面会介绍对齐检查的方法。当然各个曝光设备同时使用时，需要确保它们组合后的精度能够得到保证。曝光设备对于这种精度的混合和匹配是很重要的。这是因为LSI的制造可能需要数十枚掩膜(瞄准镜)相叠加才能完成。诚然在生产环境中，由于晶圆厂的运营方式不一样，自然会对相关设备的喜好或者偏好也不一样。

曝光设备的光学系统

目前的曝光系统是以透镜为基础的。下图显示了一个ArF 扫描仪的光学系统示意图。从准分子激光源发出的光通过光束均质器形成均匀的光束，然后通过照明光学系统转换成适合用于曝光的照明光，最后通过瞄准镜和其下方的投影镜头实现将图案印在晶圆上的目的。

ArF 扫描曝光设备的光学系统概略图

投影透镜是由更多的透镜组合而成的，比图中所描述的要多。仅仅是这个镜头系统的重量就已经相当可观了。如图所示，瞄准镜平台也与晶圆同步移动，进行扫描式曝光。

三、推进精细化进程的曝光光源的发展

光刻技术尤其是其中的曝光设备的光源发展推动了半导体的小型化。

光源的历史

在光刻技术中使用的波长范围如下图所示，通过瑞利(Rayleigh)公式，可以知道想要提升分辨率R(Resolution的缩写)，需要满足以下要求。

光刻的分辨率

使用超级分辨率技术来提高k因子。超分辨率技术将后面稍加讨论。理论上，镜头的NA的极限是1，目前的值已经很接近这个极限，没有更多的发展空间了。所以这里会讨论一下光源。

光源的历史可以追溯到接触式曝光和使用超高压汞灯的时代。这些灯可以发射含有不同波长的光谱:g线(436nm)、h线(405nm)、i线(365nm)是最突出的几个。g-射线和i-射线被用作光刻技术的光源。使用以上光源进行的曝光被称为UV(Ultra Violet，紫外)曝光。从亚半微米(0.35um)开始，使用KrF(248nm)的准分子激光作为光源在准分子激光器进行了介绍。随后，从0.1μm左右开始使用 ArF(193nm)作为光源。大约在20世纪80年代中期，对准分子激光器在半导体加工中使用的研究和开发有所增加。当时，有一个想法是将准分子激光器不仅用于光刻，还用于其他工艺，但最终只用于光刻。使用以上光源进行的曝光被称为 DUV(Deep Ultra Violet，深紫外)曝光。下图显示了能量和波长之间的关系。波长越短，能量越高。人眼的可见光约为1.55~3.1eV，而 ArF 约为 6.4eV，所以它有很高的能量。

曝光波长的区别

这很容易引起误解，所以笔者想提一下，这里介绍的先进光学曝光设备是 ArF 扫描仪，并不意味着所有先进半导体生产线的曝光系统都是ArF扫描仪。用于制造半导体设备的一些图案并不总是需要那么精细，有时候粗略图案也是满足需求的。为此，即便是今天i线或者KrF的步进器仍然被用于实际生产图中还指出，不同的光源能量(波长)需要不同的抗蚀剂和光学系统与其匹配。

未来的光源

曝光光源的短波长已经达到了 ArF(193nm)的极限。事实上，在 ArF 之后，F₂(157nm)激光器作为短波长光源的实际应用也得到了考虑，但由于还需要处理光学系统的透镜材料等问题，实际应用变得很困难，而液浸式的实际应用正在进行。此外，EUV(Extreme Ultra Violet:远紫外光)也已成为下一代的光源。这些趋势显示在下图中。应该指出的是，自KrF以来，尺寸短于所用波长的图案的曝光问题已被解决。这要归功于超分辨率和其他技术的进步。

曝光波长的变化

如上所述，ArF在曝光光源的短波长方面已经达到了极限，而浸人式和双重图案可以看作是一种延长寿命的方式。同时也是不同性质光源的 EUV 实用化的关键技术。

四、曝光所需的抗蚀剂涂布设备

用于光敏抗蚀剂涂抹晶圆的设备被称为抗蚀剂涂布设备。英文为coater，所以也被称为镀膜设备。

抗蚀剂和涂布机的关系

光敏抗蚀剂需要在晶圆上形成均匀的薄膜厚度，能够实现的就是旋涂法。这种方法的实现是，晶圆面朝上放在一个旋转器上，旋转器的背面由真空吸盘固定，并将预定数量的抗蚀剂滴在晶片上，然后旋转器高速旋转，以在晶片上获得均匀的薄膜厚度。如图所示平台的直径通常比晶圆的直径小。这方面的原因将在后面解释。这种设备被称为旋涂设备(旋转涂布设备)。原则上，这种设备一次只能加工一个晶圆，所以不管晶圆的直径如何都属于单片式设备。旋涂设备可能是第一个用于半导体加工的单片式设备。抗蚀剂薄膜的厚度由旋转的次数和抗蚀剂的黏度控制。当然，速度越高，薄膜越薄，而抗蚀剂的黏度越高，薄膜越厚。这种关系在图6-9中有所显示。抗蚀剂薄膜的厚度由许多因素决定，包括曝光时间和抗蚀剂的抗蚀性，以及抗蚀剂的黏度。

抗蚀剂涂布薄膜厚度的控制

旋涂法的高产量、设备的简单性以及与其他设备的在线整合的适应性，使这种方法得到了很好的应用。

现实中的旋涂设备

除了晶圆的装卸，旋涂设备的主要组成是旋涂和烘烤。涂有抗蚀剂晶圆的烘烤通常是在加热板上进行的，因此有时被称为热板部。在某些情况下，虽然现在不是很常见，但晶圆通过皮带被送入隧道，在那里以流动的方式进行加热和烘烤。抗蚀剂在空气中会干燥成固体，因此在将抗蚀剂涂在品圆上之前，要从喷嘴中丢弃少量的抗蚀剂，以确保始终有新鲜的抗蚀剂被用于涂布，抗蚀剂薄膜必须均匀地涂在晶圆上，但在晶圆的边缘会有一小块厚度增加的区域，称为边缘堆积，通过边缘冲洗和背面冲洗的功能，可以防止抗蚀剂薄膜扩散到晶圆的背面。下图说明了这一点。这也是前面提到的晶圆直径大于平台的原因。抗蚀剂和漂洗液储存在各自的罐子里，并被输送到喷嘴中。

旋涂设备的概念图

晶圆表面的亲水性有时候会比较高，从而导致正性抗蚀剂没有办法很好地涂布在晶圆表面。在这种情况下，晶圆表面需要使用一种叫作HMDS(六甲基二硅氨烷)的有机溶剂进行处理，使其具有疏水性。该处理也是通过涂布设备完成的，所以需要一个专用的喷嘴。

看图可能觉得很简单，但要实现高水平高完成度的工艺和设备，就会涉及大量的技术积累。为了防止旋转过程中散落的抗蚀剂在杯子周围被反弹后重新附着在晶圆上，工作台的下方需要处于负压状态的细节处理，就是一个很好的例子。

抗蚀剂涂布设备的要素

除了晶圆的装载和卸载，抗蚀剂涂布设备的主要组成部分是旋涂和烘烤。抗蚀剂和漂洗液也储存在各自的罐子里，并被输送到喷嘴中。然而，实际的抗蚀剂涂布设备并不是作为一个独立的机器存在，而是与显影和曝光设备集成在一起。抗蚀剂涂层、曝光和显影的工艺流程一起形成了流水线。

五、曝光后所需的显影设备

在感光抗蚀剂被曝光后，需要去除不需要的部分并留下必要的部分。这个过程就是显影，而完成这个工作的设备被称为显影设备。

什么是显影工艺?

下图显示有两种类型的抗蚀剂，即阴性和阳性。在光刻中，如果是阴性抗蚀剂被光聚合的部分保留。而在阳性抗蚀剂中，被光照射的部分是水溶性的，没有被光照射的部分保留。如果是阴性抗蚀剂，显影过程会去除非光聚合的区域，如果是阳性抗蚀剂，则会溶解暴露在光线下的区域。

显影设备的概要

阴性抗蚀剂的显影剂是二甲苯或乙酸丁酯，而阳性抗蚀剂的显影剂主要成分是氢氧化铵。换句话说，它是一种湿法。阳性抗蚀剂不会像阴性抗蚀剂那样膨胀，更适合小型化因此阳性抗蚀剂被用于先进的半导体工厂。

现实中的显影设备

实际的显影机类似于上图所示的旋涂设备。唯一不同的是，它有两个喷嘴，一个用于喷显影剂，一个用于喷冲洗液，因为显影后必须冲洗。漂洗是指冲洗掉显影剂的过程。这与清洗工艺中的漂洗相同。顺便说一下，显影设备并不是作为一个独立的单元存在的，而是作为一个由抗蚀剂涂布设备、曝光设备和显影设备所组成的系统。流程按顺序进行，也被称为内联。

关于显影工艺的液体堆积

显影设备，就像抗蚀剂涂布设备和绝缘膜涂布设备一样，通过从喷嘴滴下液滴来处理晶圆。在抗蚀剂涂布和成膜工艺中，只需滴入液体并旋涂即可，但在显影的情况下，显影剂必须立即均匀地分布在整个晶圆上，否则显影会不均匀。如下图所示，可以使用喷嘴将显影剂喷洒在整个晶圆上，也可以使用狭长的喷嘴来代替。

狭缝式显影设备概念图

六、光刻设备的集成

到目前为止，所介绍的曝光、抗蚀剂涂布和显影设备并不独立存在。在本节中，将看到这些设备是如何有机地组合在一起的。

什么是内联化?

如前面所述，抗蚀剂涂布、曝光、显影和烘烤是一系列的流程。通常情况下，晶圆从抗蚀剂涂布设备，到曝光设备，再到显影设备已经形成一套流程。为了符合“干进干出”的原则，不管是进入抗蚀剂涂布设备之前，还是离开显影设备之后，晶圆都必须是干燥的。在实际生产中抗蚀剂涂布设备、显影设备和曝光设备已经被内联化，见下图。图中所示的思想也适用于其他设备的光刻工艺。笔者见过用于液晶显示器的 TFT阵列基板工艺的内联设备，第四代玻璃基板的内联光刻设备可以达到30m长。现在的玻璃基板肯定更长了。

光刻设备的内联化(平面图)

三次元的趋势

就实际晶圆厂中的抗蚀剂涂布和显影设备的研发人员而言，当晶圆直径达到300mm时，二次元的排布会占用大量的面积已经成为问题。所以研发人员对旋涂设备、显影设备和烘烤设备进行了三次元的排布，见下图。图中显示了在每个设备的顶部使用穿梭机构进行晶圆搬运的例子。如制造设备的挑战之一就是减小无尘室的面积，如今300mm 尺寸的旋涂设备和显影设备都是三次元堆叠式的。另一个问题是不同工艺设备的产能(吞吐量)之间的平衡:抗蚀剂涂布设备、显影设备和曝光设备。这三者中，曝光设备产能比较低，所以会成为瓶颈。

三次元堆叠的旋涂设备和显影设备的例子:(平面图)

七、灰化设备

蚀刻工艺结束后，已经不再需要用于形成图案的掩膜了，所以可以通过灰化(ashing)对其进行去除。

什么是灰化?

在过去，蚀刻后抗蚀剂的去除是湿法工艺。在当时，蚀刻主流也是湿法的，所以不存在干法蚀刻造成损害的情况。市场上有专门用于清除湿法蚀刻中多余抗蚀剂的剥离液出售，被称为“抗蚀剂剥离工艺”。后来，随着干法蚀刻成为标准，蚀刻工艺造成的损害使得使用湿法完全去除多余抗蚀剂变得困难。同时废液处理也是个问题，所以从20世纪70年代末开始，出现了通过干法工艺去除抗蚀剂的趋势，该工艺名为Ashing。Ashing 被翻译为“灰化”，因为抗蚀剂本身就是有机材料，所以正好符合字面意思:将东西烧成灰烬下图显示了相关的工艺流程。

灰化工艺流程

灰化工艺和设备

在灰化工艺中，会产生一个氧等离子体，等离子体中的氧自由基会烧掉抗蚀剂的有机成分，如上图所示。该工艺使用的设备包括一个真空室，就像在蚀刻部分中描述的那样，氧气被引入其中，以产生等离子体。当晶圆直径尺寸达到4in或5in 的时候，如下图所示的桶式灰化设备成为主流。刚开始由于灰化工艺不在意批重式加工时不均匀性，批量式设备得到广泛使用。

桶式灰化设备 

不过随着晶圆直径的增加，单片式设备的使用也逐渐在增加。下图中显示了两个相关例子，其中一个是微波型灰化设备。微波型灰化设备，通过引入微波(如 2.45GHz)产生等离子体。该类型设备的优点是不需要在等离子体生成室中安装电极。另外一种就是平行板灰化设备(如右图)，也就是当抗蚀剂变质严重时使用的设备。灰化设备的特点是更新换代比较快，可能是因为用氧气等离子体去除抗蚀剂的工作原理比较简单吧。

各种灰化设备的例子

内置灰化设备

灰化设备并不像到目前为止介绍的其他设备那样实现内联，它们是独立设备。因为灰化是在蚀刻之后进行的，所以没有办法进行内联。当然，也有将灰化视为蚀刻一部分的意见。有些书也将灰化解释为蚀刻的一部分。

曾经有一段时间，通过向铝中掺入铜来提高铝线的品质。由于蚀刻工艺中使用到氯气，容易造成布线腐蚀。通过铝蚀刻机与灰化设备连接在一起，可以避免蚀刻后的晶圆在不接触空气的情况下进行蚀刻，从而防止了布线的腐蚀。这种方法被称为内置灰化设备。这一概念沿用至今，灰化室则作为一个选配已经和布线蚀刻设备形成一整套方案。

八、液浸式曝光设备

液浸式设备的设计是为了利用ArF光源实现进一步的精细化。设备本身是前面介绍的 ArF 扫描曝光设备，在晶圆工作台上面有所改进。

什么是液浸式曝光设备?

传统的无浸液的ArF曝光设备被称为干法ArF或者d-ArF，而液浸式有时被称为i-ArF，i为英语的 immersion。

液浸曝光时的等效曝光波长

这种想法已经在光学显微镜中得到了实际应用，被称为液浸式显微镜。这一想法现在也已被应用于半导体工艺。

液浸曝光技术的原理和课题

如下图所示，液浸式光刻的想法是有效地提高NA，因为曝光光源的短波长已经达到极限。如图所示，如果在晶圆和透镜之间填充纯水，光线将遵循纯水的折射率，NA计算如下

纯水的折射率n在波长λ为193nm 时约为1.44，θ约为70°以上，就可以保证等效 NA在1以上。

液浸式曝光设备的概要

实际的液浸式光刻设备看起来就像一个普通的 ArF 扫描光刻设备，只不过多了一个纯水供应和回收系统，如上图所示。虽然有各种问题需要解决，如浸液的稳定供应和回收，曝光后晶圆表面的完全干燥，以及防止溶液中出现气泡等，但该系统已被引入前沿的晶圆厂。所谓“高折射率液体”的开发也已经进行，它的折射率比纯水高，现在也正被用于下一节所述的双重图案工艺。

九、双重图案所需的设备

双重图案化是延长 ArF 液浸寿命的一个可行方法。本节将对其做一个简单的介绍。 

什么是双重图案?

双重图案只是工艺的名称，并没有专门的双重图案设备。尽管如此，它仍然是很重要的，所以在这里介绍它的工艺和相关设备。正如在前面提到的，它的中心思想是考虑使用折射率高于纯水的浸液来进一步提高分辨率，从而提高实际等效的NA。然而半导体行业对精细化的需求是迫切的，虽然双重图案设计已经先行在实际中被应用，但它只是通往 EUV 的一个过渡。双重图案是指使用两次曝光来创造一个更加精细的图案。换句话说，单次曝光的分辨率虽然没有办法提高，但是可以通过两次曝光来提高。

需要什么设备?

下图显示了一个典型的双重图案工艺。从图中可以看出，与普通的光刻工艺相比，双重图案工艺的不同之处在于其对晶圆进行了两次曝光。第一次曝光作用在硬掩膜上形成一个最小间距的图案，第二次曝光作用在重新涂布的抗蚀剂上同样形成一个最小间距图案。通过两次曝光位置的调整，实现了两倍于曝光设备精度的图案绘制。

通过二次曝光形成图案的例子

另一方面，也在考虑采用单一的曝光方法，因为双重曝光需要使用更昂贵的、最先进的曝光设备，导致工艺成本更高。下图是这方面的一个例子。它采用成膜和蚀刻的方法在硬掩膜上形成侧壁，从而形成密度大于曝光设备分辨率的图案。为了简化示意图，没有填写需要哪些设备，这些设备和上图工艺使用的设备相同。

双重图案的例子2

侧壁可以使用成膜设备形成，但是需要使用和硬掩膜不同的膜。因为需要和硬掩膜区隔开来，可以使用湿法蚀刻去除硬掩膜。例如，可以用氧化硅薄膜做硬掩膜，用氮化硅薄膜做侧壁膜。两者都可以通过等离子CVD形成。这种方法只需要使用一次曝光，但成膜和蚀刻的次数比前一种方法多了一次。这两种方法除了需要通常的光刻设备外，还需要成膜和蚀刻设备。其实不光是半导体制造商，相关设备制造商也对双重图案很感兴趣，除了这里介绍的方法外，还有许多其他方法正在被提出。虽然双重图案的时代持续一段时间后，为了寻求低成本工艺，可能会催生进一步的技术发展。事实上，半导体设备制造商和LSI设计公司之间的联合研究已在进行。此外，多重图案技术的发展也在不断进步，我们现在生活在一个称为多重图案而不是双重图案的时代。

未来的课题

不难看出，工艺日趋复杂也是一个课题。同时该方法在线条图案中留下了其他线条图案，并使用了侧壁工艺，所以对某些线条以一定间距重复的图案是有用的。换言之，它并不适合所有图案。此外，在掩膜设计阶段也有一些问题需要解决如减少相邻图案的组合和工序间的变化也是一个课题。

至于今后的发展，液浸式+双重图案的方案将继续使用，直到EUV能够实现商业化。虽然最初它被认为是液浸式和EUV之间的“过渡技术”，但现在它可以被看作一种延长液浸式寿命的技术。然而，随着EUV技术的日益完善，这种情况可能会发生变化，因此需要密切关注未来的发展。

十、进一步追求精细化的 EUV 设备

EUV 被认为是终极曝光光源。在这里提到它，是因为我们现在正在将其纳入精细化图案的候补和进行大规模生产的评估。

什么是 EUV 曝光技术?

EUV是 Extreme Ultra Violet(远紫外光)的缩写。虽然还没有实现量产，但已经进ru入量产评估阶段了。用于评估的设备在2011年就已经有了，而且领先的半导体制造商和研究机构正在进行评估。笔者不确定这里是否适合介绍一种还没有量产的技术，但行业媒体上已经有很多文章了，所以在这里将集中讨论它的原理和课题。EUV的特点是使用的光源比传统的曝光技术有很大的飞跃。使用的波长是 13.5nm，不到目前 ArF 光源 193nm 波长的 1/10。这意味着，之前介绍的曝光设备、掩膜、抗蚀剂和许多其他部分都将发生巨大的变化。

第一个主要区别是，在这个波长范围内，不能用透镜这样的光学系统。如下图所示，采用了基于反射镜的光学系统。来自光源的EUV 被掩膜反射，然后通过一个带有多个非球面镜的反射光学系统在晶圆上进行图案的刻画。

EUV 曝光设备的概要

反射光学系统和掩膜

由于该掩膜是一种反射光学掩膜，它与传统的透射光学掩膜有很大不同。对于EUV曝光，掩膜为Si/Mo的层压结构，可以反射EUV。掩膜图案由吸收EUV的吸收体被蚀刻而成。吸收体包括 Cr、W和Ta(TaN)等。

蚀刻阻止器是一种防止底层Si/Mo层压板在蚀刻过程中被蚀刻的设备。掩膜制造也是EUV 光刻技术的一个主要课题，因为它在结构上的实现估计是相当困难的。不仅是制作方法，包括反射系掩膜的监测方法的确立、防护膜的使用以及其他需要代替的东西，其实有很多课题。不管是掩膜坏件的监测，还是EUV 独有的相位缺陷，也都是需要解决的难题,下图为 UV 曝光和 EUV 曝光的掩膜比较。

UV 曝光和 EUV 曝光的掩膜比较

EUV 曝光设备的课题

如上所述，与传统光刻技术相比，掩膜制造方法、稳定和可大规模生产的EUV光源反射光学系统和抗蚀剂开发是主要的课题。在欧洲和美国的大厂商正致力于这项技术的实际应用。在日本，MIRAI、Selete 和 EUVA 等也一直在研究这项技术的实际应用。

十一、掩膜形成技术和设备

最后，我们将讨论用于光刻工艺中使用的掩膜制造设备。本节将介绍现行的掩结构和用于形成掩膜图案的设备，

掩膜(瞄准镜)和它的进展

紫外线曝光的掩膜通常是在石英基板上使用铬和氧化铬层压膜，用于形成图案，见下图。这种掩膜是由专门的制造商制造的。曾经有一段时间，半导体制造商自己制作掩膜，但随着半导体小型化的发展，现在基本上是由专业制造商制作。

掩膜结构的模式图

然而，随着小型化的需求，不但是铬图案，而且最先进的LSI的掩膜也采用了被称为超分辨率技术9的相移和OPC技术。见图6-24和图6-25。本书没有足够的篇幅来详细描述相移和 OPC。如图所示，相移法是通过对掩膜图案的边缘进行特殊处理，将曝光光源的相位错位 180°实现分辨率的提高。0PC是Optical Efect Correction 的缩写，它是一种图案校正方法，在掩膜上形成一个辅助图案，以减少光的邻近效应，提高分辨率。上述解释不明白不要紧，重要的是要明白，先进的精细掩膜的制造是非常昂贵的。一套先进的ISI掩膜制造设备的价格可以超过1亿日元。

位移的例子

OPC的例子

关于EB直绘设备

掩膜的图案由EB直绘设备完成。EB是electronbeam的缩写，也被称为电子束。在下图中粗略地画出了示意图。

EB 直绘设备的概要

从电子枪中射出电子束，从而使感光抗蚀剂(和紫外线曝光所用的抗蚀剂不同)形成图案。关于电子束的产生会在后面介绍。随着短波长光源的发展紫外线曝光方法后来得到了扩展。当然，这是该领域许多先驱努力的结果，不仅是光源的开发，还有透镜和抗蚀剂的开发，以及超分辨率技术开发的结果。EB直绘技术的瓶颈是光束的扫描。然而，现在已经有了多波束设备和具有可变形状的波束设备。目前仍有研究和开发EB直绘设备的例子。

参考文献：

       

         

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