曝光光学基础

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1、光学基础光的反射(reflection)<>光射到任何表面的时候都会发牛.反射，并且符合反射定律：入射角等于反射角。在曝光的吋候，光刻胶往往会在硅片农而或若金属层发生反射，使不希望被曝光的光刻胶被曝光，从而造成图形复制的偏差。常常需要用抗反射餘®(ARC，Anti-ReflectiveCoating)来改善因反射造成的缺陷。光的折射(refraction)。光通过-•种透明介质进入到•种透明介质的吋候，发生方l(d的改变。主要是因为在两种介质中光的竹播速度不同(X=v/f)。直观来说是W种介质巾光的入射角发生改变。所以我们在90nm工艺中利用高折射率的水为介质(空气的折

2、射率为1.0，而水的折射率为1.47)，采用浸入式光刻技术，从而提高了分辨率。而且这种技术宥可能将被沿用至45nm工艺节点。光的衍射或者绕射(diffraction)。光在传播过程中遇到障碍物(小孔或者轮廓分明的边缘)时，会发生光传播路线的改变。曝光的时候，掩膜板上冇尺寸很小的图形而且间距很窄。衍射会使光部分发散，导致光刻胶卜.不需耍曝光的区域被曝光。衍射现象会造成分辨率的下降。光的干涉(interference)。波的木质是正弦曲线。任何形式的正弦波U要異有相同的频率就能相互干涉，即相长相消：相位相同，彼此相长；相位不同，彼此相消。在曝光的过程中，反射光折射光往往会发

3、生干涉，从而降低了图形特征复制的分辨率。调制传输函数(MTF，ModulationTransferFunction)。用j•定义明暗对比度的参数。即分辨掩膜板上明暗图形的能力，与光线的衍射效应密切相关。MTF=(Imax-Imin)/(Imax+Imin),好的调制传输函数，就会彳•到更加陡直的光刻胶显影图形，即有商的分辨率。临界调制4专输函数(CMTF，CriticalModulationTransferFunction)。主要农征光刻胶本身曝光对比度的参数。即光刻胶分辨透射光线明喑的能力。•般来说光路系统的凋制传输函数必须大于光刻胶的临界凋制传输函数，即MTF〉CM

4、TF。数值孔径(NA，NumericalAperture)。透镜收集衍射光(聚光)的能力。NA=n*sin0=n*(透镜半径/透镜焦长)。一般来说NA大小为0.5〜0.85。提高数值孔径的方法：1、提高介质折射率n,釆用水代替空气；2、增人透镜的半径;分辨率(Resolution)。区分临近最小尺寸图形的能力。R=kX/(NA)=0.66/(n*sin0)o提高分辨率的方法：1、减小光源的波长；2、采用高分辨率的光刻胶；3、增大透镜半径；4、釆用高折射率的介质，即釆用浸入式光刻技术；5、优化光学棱镜系统以提高k（0.4〜0.7）值（k是标志丁.艺水平的参数）。焦深（DO

5、F，Depthoffocus）。表示焦点周围的范围，在该范围内图像连续地保持淸晰。焦深是焦点上面和下面的范围，焦深应该穿越整个光刻胶层的上下农面，这样才能够保证光刻胶完全曝光。DOF=kX7（NA）2o增大焦深的方法：1、增大光源的波Lb2、采用小的数值孔径；3、利用CMP进行表而平坦化。由丁•前两种方法会降低分辨率，而分辨率是芯片制造所努力提升的重要参数，W此我们需要在看上去相互矛盾的阿个方面做出某种平衡。一般在保证基本的焦深要求下不降低分辨率,即以分辨率为主。所以，现在一般采用CMP平坦化技术保证足够的焦深。1.数值孔径数值孔径简写NA，数值孔径足物镜和聚光镜的主要

6、技术参数，足判断W者（尤其对物镜而言）性能岛低的重要标志。其数值的人小，分别标刻在物镜和聚光镜的外売上。数值孔径（NA）是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率（n）和孔径角（u）半数的正弦之乘积。用公式表示如下：NA=nsinu/2孔径角乂称"镜口用"，是物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的冇效直径所形成的角度。孔径角越大，进入物镜的光通亮就越人，它与物镜的冇效直径成正比，与焦点的距离成反比。显微镜观察吋，若想增人NA值，孔径角足无法增人的，唯一的办法足增人介质的折射率n值。基于这一原理，就产生了水沒物镜和汕浸物镜，因介质的折射率n值人于1,NA值就能人于1。数值孔径最人值

7、为1.4,这个数值在理论上和技术上都达到了极限。2013年，有用折射率高的溴萘作介质，溴萘的折射率为1.66,所以NA值可人于1.4。这里必须指出，为了充分发挥物镜数值孔径的作川，在观察吋，聚光镜的NA值应等于或略人于物镜的NA值。数值孔径与其他技术参数宥着密切的关系，它儿乎决定和影响着其他各项技术参数。它与分辨率成正比，与放人率成正比，与焦深成反比，NA值增人，视场宽度与工作距离都会相应地变小。.显微镜的分辨率是指能被敁微镜淸晰区分的两个物点的鉍小间距，乂称"鉴别率”。其计算公式是a=A/NA式中a为敁小分辨距离；入为光线的波长：NA为