提高光刻精度的方法

摘要

在過去的二十年，伴隨着微電子技術的發展，以Intel、Nvidia、三星電子和比特大陸爲代表的芯片巨頭風光無兩。芯片性能的突飛猛進離不開光刻精度一次又一次地突破技術極限。藉助於光學近似修正、亞分辨率輔助特徵增強和移相掩膜技術，光刻線寬邁入亞微米領域。離軸照明和先進光刻工藝的組合使得光刻精度接近瑞利衍射極限。同時，通過技巧把低分辨率設備進行改進遠遠比直接安裝高分辨率設備要省錢和迅速。對光刻過程的優化同設計芯片一樣，複雜而繁瑣，自然需要計算機輔助設計的加持。下面討論一下這些技巧。

分辨率增強

在相關照明的簡化近似，分辨率$R$通常由波長$\lambda$和數值孔徑$NA$確定的可分辨最小光柵半寬通過瑞利公式確定：
$R=k_1\frac{\lambda}{NA}$
這裏$k_1$是瑞利常數。對於傳統的光刻，$k_1=0.5$狀態下能夠得到極限分辨率。在這種狀態下，只有一組衍射級數的光可以穿過光學系統。即使曝光波長從248nm到193nm再到157nm，數值孔徑從0.5，0.6,0.68增長到0.75，分辨率極限一直保持$k_1=0.5$

上圖是幾代$k_1$值的演進情況，數據取自IBM半導體制造光刻工藝線。
參考文獻：
【1】TCAD development for lithography resolution enhancement