本帖最后由 Asuka 于 2012-5-20 21:25 编辑
哟呵，本来想着最近码文有点多有点疲，不过想着，已经五月下旬了，如果把光刻技术的进阶版留着不写了，这一拖就拖到六月去了，到时候就得忙死，所以就趁现在还没有压力很大的时候把光刻技术的进阶版分享给大家吧！上期小讲座中，Asuka向大家简单介绍了光刻技术到底是怎么一个运作机制，但光刻机真心是个超级复杂的光机电设备，每个子系统都集合了人类科学技术的精髓，因此涉及的各种原理要是都能给大家讲明白，估计Asuka也就别毕业了。所以今天这个小讲座就针对一些关键部分为大家做个简单的介绍。
之前提过了Critical Dimension简做CD的概念好多次了，在photolithography（光刻技术）的架构下，CD可以这样表达。
右式中，k1是和工艺相关的一个系数，可以理解为制造难易度，讨论的价值不很大，因为不太能改善。然后是NA，也就是Numerical Aperture的简称，这个涉及到光学系统，让我们来看下怎么理解。我们从一张图来展开好了，
这是整个折射棱镜子系统的演进图，可以看到，这个光学子系统在适应不断演进的过程中逐渐复杂化，目标只有一个，更高的NA，也就是更强的折射率，以使光刻出更加细的线。可以看到，由于单面镜子的折射能力有限（受限于制造难度），为达到聚焦目的，就必须采用多面镜复合的系统，而这之中的生产难度，控制难度更是因此几倍向上涨。能完成这种复杂光学系统的公司，全世界也没有几间，说出来大家都很熟悉的，尼康和蔡司。说实话，光刻机完全可以算是照相机玩家的终极目标，这几乎可以算是最强大的镜头了（笑）。想必大家都听说过浸没式光刻系统(Immersion Lithography)，其实就是通过在系统中添加比空气折射率高的液体，来提高NA，以减小CD。
还剩一项就是λ了，其意义是光的波长，在上面那张棱镜系统发展图中就有小字写到，光刻机的光源经历了从463 nm->365 nm->248 nm->193 nm的演进。我们来看看光谱。
大家对照下就可以看到了，这些波长对应到的基本属于紫光到紫外光的范围。好吧！刚才的照相机一说纯属玩笑，因为拍了你也看不到，╮(╯▽╰)╭，还不能拍人，直接被你拍死了，……。不过呢，通过更换光源的办法其实不是什么好的策略，不仅原来的设备不能用了，各种材料也要换，因而光学系统也要整个砍掉重练，所以其实在刚才的那条演进道路上，其实还有一个未出世便夭折的可怜的娃，那就是157 nm，说没就没了，谁叫晶圆厂从248->193的时候就已经阵痛了好一阵呢？！╮(╯_╰)╭。至于为什么要对波长进行演进呢，其实还是比较好理解的，那就是绕射现象，如今线宽已经到了2, 30 nm这种尺度，几乎要小到波长值的十分之一了，绕射现象大家都清楚，就是波的传播倾向于绕过比自己波长小的物体继续传播，就如同水波会绕过石头，小孔成像等等。当线宽什么的小于光波的波长很多的时候，就会对这种线非常不敏感了，反映到晶圆上就是曝写不太出来了。
这时，聪明的孩子突然想到了，这是作甚，一代代光波只换这么点点，咱直接光谱上另外找一个波长超短的，X射线，不就不怕绕射了吗，酷吧！没错，学术界其实提出X-ray Lithography都已经是几十年前的事情了，1 nm以下的波，这不是很流弊！但现在大家却像瘟神一样看X-ray，为啥呢？因为当年的确有很多人下手研究，结果却以失败告终，主要在于，波长实在太短，根据波粒二象性原理，X-ray实在已经不像是一道光了，而倾向于穿过任何物体，所以才拿来拍X光嘛！结果，光学系统以及材料问题解决不来，大家就投降了。也正是因为这种革新太过激进，所以才有了现在的EUV Lithography。
EUV, Extreme Ultraviolet Lithography，波长13.5 nm，相对于目前的193 nm DUV, Deep Ultraviolet来说，把Deep换成了Extreme，使其在一定程度内还属于光刻系统的范畴。其实吧，就其波长与EUV的升级版，6.X nm BEUV，Beyond Extreme Ultraviolet来说，其实已经算是Soft X-ray的范畴了，就是不敢叫X-ray，大家真是被X-ray给吓怕了，╮(╯_╰)╭。没错，EUV也正是由于其粒子性太强，使得聚焦透镜继续做不出来，只能做成反射式的，大家看图。
其实，这种反射镜是通过多层反射膜结构制成，这也是因为EUV粒子性太强，倾向于穿过而非反射，所以每层膜大概都只能反射一点点，那么就靠堆叠反射膜，最终做出来的镜面也仅仅只有理论上70%左右的反射率。如果整个系统中有超过5面镜子的时候，大家可以算算这个五次方是多少，最后也就没剩下多少能量了，这也就是大家所知的EUV光强不足的问题的根源了。同时，多层反射膜结构也注定了其加工的高难度，作为结果，虽然λ小了非常多，但是NA值其实高不起来，大概也就0.5封顶了。╮(╯▽╰)╭
然后呢，还有一种办法就是调整CD了，啥意思，调整CD不是目标吗？没错，纵使面对再困难的局面，总会有人想出解决办法的，这也正是科技发展的原动力，人类的潜力真的是深不见底，大家千万不能小看了自己的力量。那么，什么是降低CD的方法呢？答案就是，Double Patterning与Double Exposure，或者叫做Multi Patterning与Multi Exposure，怎么翻译我还真不知道，大家不妨直接进入原理解释。Double Patterning的原理在于，当一张Mask上面的电路太过密集的时候，就把一张Mask拆成两张甚至更多，那样的话，线到线的周期不就变成两倍，然后再在同一层做两次加工，也就OK了！也有人说，就是因为浸没式光刻和Double Patterning的出现，葬送了157 nm。Double Exposure也是类似，不过，问题也是存在的，这样一来Mask的制造就会成倍上升，别忘了，Mask要用eBeam写，暂时还很慢而且非常贵，成本增加了不是一点点。
好，光刻技术进阶篇到这里基本可以告一段落了。感谢大家的支持，就如同文中所提到的光刻技术的发展史，人类文明的进步从未停止过，而推动这一切的最原始的动力就是大家，希望大家都永远不了停下求知的脚步，或许，下一个idea就在我们当中，请大家相信自己，相信PCEVA。
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