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报道了国内首块用于极紫外投影光刻系统的6 inch(1 inch=2.54 cm)标准极紫外光刻掩模。论述了32 nm节点6 inch标准极紫外光刻掩模的设计方案,及掩模衬底、反射层、吸收层材料的工艺特性研究,对缺陷控制及提高掩模效率的方法进行了分析。运用时域有限差分法对掩模的光学特性进行了仿真,根据仿真结果确定合适的Cr吸收层厚度。运用电子束光刻技术进行了掩模的图形生成,针对其中的电子束光刻临近效应进行了蒙特卡罗理论分析,用高密度等离子体刻蚀进行了图形转移,所制造的掩模图形特征尺寸小于100 nm,特征尺寸控制精度优于20 nm,满足技术设计要求。
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书书书
第
33
卷
第
10
期
光
学
学
报
Vol.33
,
No.10
2013
年
10
月
犃犆犜犃犗犘犜犐犆犃犛犐犖犐犆犃
犗犮狋狅犫犲狉
,
2013
32狀犿
节点极紫外光刻掩模的集成研制
杜宇禅
1
李海亮
1
史丽娜
1
李
春
2
谢常青
1
1
中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成研究室,北京
100029
2
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春
( )
130033
摘要
报道了国内首块用于极紫外投影光刻系统的
6inch
(
1inch=2.54cm
)标准极紫外光刻掩模。论 述了
32nm
节点
6inch
标准极紫外光刻掩模的设计方案,及掩模衬 底、反 射 层、吸 收 层材 料的 工 艺特 性研 究,对 缺陷 控制 及 提
高掩模效率的方法进行了分析。运用时域有限差分法对掩模的光学特性进行了仿真,根据仿真结果确定合适的
Cr
吸收层厚度。运用电子束光刻技术进行了掩模的图形生成,针对其中的电子束光 刻临 近效应 进行 了蒙特 卡罗 理论
分析,用高密度等离子体刻蚀进行了图形转 移,所 制造 的 掩模 图形 特 征尺 寸小 于
100nm
,特 征尺 寸 控制 精度 优 于
20nm
,满足技术设计要求。
关键词
X
射线光学;极紫外投影光刻;掩模;电子束光刻;
32nm
节点;时域有限差分法
中图分类号
O436
文献标识码
A
犱狅犻
:
10.3788
/
犃犗犛201333.1034002
犐狀狋犲
犵
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狆
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犵
狉犪
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1
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1
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1
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2
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犵
1
1
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,
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犳
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,
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2
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,
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犳
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,
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,
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(
1犻狀犮犺=2.54犮犿
)
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(
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)
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狔
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,
狆
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,
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狔
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,
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犵
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(
犉犇犜犇
)
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2
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,
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犓犲
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犲狓狋狉犲犿犲狌犾狋狉犪狏犻狅犾犲狋犾犻狋犺狅
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;
犿犪狊犽
;
犲犾犲犮狋狉狅狀犫犲犪犿犾犻狋犺狅
犵
狉犪
狆
犺
狔
;
32狀犿 狀狅犱犲
;
犳犻狀犻狋犲
犱犻犳犳犲狉犲狀犮犲狋犻犿犲犱狅犿犪犻狀犿犲狋犺狅犱
犗犆犐犛犮狅犱犲狊
220.3740
;
220.4241
;
340.7480
收稿日期:
20130416
;收到修改稿日期:
20130607
基金项目:国家自然科学基金(
61107032
,
61275170
)
作者简介:杜宇禅(
1984
—),女,博士研究生,主要从事极紫外光刻掩模技术方面的研究。
Email
:
d
y
c0927
@
163.com
导师简介:谢常青(
1971
—),男,研究员,博士生导师,主要从事
X
射线/极紫外衍射光学元件方面的研究。
Email
:
xiechan
gq
in
g
@
ime.ac.cn
1
引
言
在纳 米加工技术 的发展中,光刻一直是 核心推
动力,决定着集成电路元件的特征尺寸。在技术上,
光刻技术的发展经 历 了等倍光 刻 到微缩投 影 光刻,
使用的波长也在逐渐趋短。根据瑞利 公式,光 刻分
辨率
犚
可以表述为
犚
=
犽
1
λ
/
犖犃
,其 中,
λ
是所使用
10340021
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/15126177/bg2.jpg)
光
学
学
报
曝光光源的波长,
NA
是光学透镜系统的数值孔径,
k
1
是工艺因子,其理论极限为
0.25
。要进一步提高
光刻分辨率,满足
32nm
及以下技术 节点的加工 要
求,需要采用更短波长的光源进行曝光,推动了下一
代光刻 技 术 的 迅 速 发 展。 其 中,极 紫 外 投 影 光 刻
(
EUVL
)由于其具有高分辨率和高 生产效率,受到
了广泛 的关注
[
1-5
]
,被公认 为将会在
16nm
节点应
用于半导体工艺生产
[
6-8
]
。
极紫外 投 影 光 刻 是 指 采 用
11
~
14nm
工 作 波
长的光刻技术,最 早 被 称 作 “软
X
射 线 投 影 光 刻 技
术”。作为传统光学光刻的延伸,极紫外光刻的掩模
制造是极紫外光刻系统中一项关键技术。极紫外光
刻采用微缩投影系 统,在 极 紫外波段 任 何材料的 折
射率均接近于
1
,而且存在着强烈的吸 收,必须采用
反射光学系统,并采用非轴向入射的方式。因此,极
紫外光刻的 掩 模 制 造 与 传 统 的 透 射 式 光 学 掩 模 相
比,有着特殊的 技 术 和 工 艺 要 求,面 临 着 更 大 的 挑
战
[
9-10
]
。此外,掩 模 衬 底 及 反 射 结 构、掩 模 图 形 的
均匀性及误差控制也都有着极其严格的要求。“零”
缺陷的空白衬底加工,高精度的图形生成技术,都在
挑战着微纳米加工技术的极限。
极紫外光刻掩模研究工作在早期以探索性的基
础研究为主,从
1996
年开始,进入了大发展的阶段。
在美国,着重于极紫外光刻设备和工艺研发的
EUV
LLC
(
EUV LimitedLiabilit
y
Com
p
an
y
)成立了包括
AMD
、
Infineon
、
Intel
、
IBM
、
Micron
、
Motorola
、
LawrenceBerkele
y
NationalLaborator
y
和
Lawrence
LivermoreNationalLaborator
y
等成员单位 的 攻关掩
模技术的掩模组。在日本,与
EUVLLC
类似的机构
ASET
也包括了主要生产掩模的
Ho
y
a
公司。在欧洲
开展极紫外 光刻的研发 工作的
MEDEA+
则主要由
Schott
公司进行掩模研究和生产。
与极紫外光刻掩模相关的各项工艺水平也在不
断进步。衬底材料 的热膨胀 系 数、表 面 粗糙度及 缺
陷控制都已能够满 足掩模制 造 的要求;多层膜的 制
备技术取得了极大 的进步,峰值反射 率 最高已经 达
到
68%
,空白掩模的缺陷(大于
50nm
)可以 控制在
0.04cm
-2
[
11
]
,这也是掩模技术所面 临的最大 挑 战。
为了全 面 评 价 已 有 的 掩 模 制 备 技 术,
Intel
、
IBM
、
Motorola
等公司 和 研 究 团 体 都 完 成 了 一 些 测 试 用
掩模,并进行了光刻实验。
我国的极紫外光学技术研究始于
20
世纪
70
年
代末期,研究领域包括极紫外光源、极紫外辐射计量
术、超精密光学加工、检测技术和极紫外多层膜技术
等
。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所在
2003
年完成了线 宽
150nm
的 条 纹 曝 光 实 验,实现
了极紫外光刻的原 理性贯通,为进一步 开 展极紫外
光刻技术研究打下了良好的基础。同济大学精密光
学工程技术研究所在极紫外光学及多层反射膜方面
也取得了重要进展。在
EUVL
掩模制造方面,尽管
国外已经有许多报道
,处于即将成熟阶段,但是国内
还没有见到相关报 道
,尚 需 要进一步 进 行整体性 和
系统性的研究。
本文 介 绍 了 国 内 首 块 标 准
6inch
(
1inch=
2.54cm
)极紫外光刻掩模的集成研制过程,共包括以
下几项工作:完成了国内首块标准
6inch
极紫外光刻
掩模的设计;进行了标准空白衬底的制备;分析了影
响掩模图形加工的因素,完成了加工和转移;集成研
制了完整的极紫外光刻标准掩模。
2
极紫外光刻掩模的设计
极紫外 光 刻 掩 模 工 作 于
13.5nm
波 段 的 光 学
系统。由于几乎所有的材料对极紫外波段的辐射都
有着强烈的吸收,区 别 于传统光 学 光刻的透 射 式掩
模
,极紫外光刻采用的是反射式掩模
[
12-13
]
。图
1
给
出了一个经典的极 紫外光刻 掩 模的结构 示 意图,通
常包括一个低热膨胀系数(
LTEM
)的衬底及背面的
防静电导电层、
Mo
/
Si
多层膜反射结构、缓冲层及吸
收层。在刻蚀吸收 层的过程 中,缓冲层 可 以对下面
的
Mo
/
Si
多层膜起到保护作用。
图
1
典型的极紫外光刻掩模结构图
Fi
g
.1 T
yp
icalEUVL maskstructure
多层 膜反射层又 称反射镜,是由介电常 数差别
较大的两种 材 料 交 替 沉 积 形 成 的
[
14-17
]
。 通过递归
方法进行计算,可以选择合适的厚度,使得反射膜具
有最大的反射效率。对 于 应 用 在
13.5nm
波 段 的
极紫外光 刻掩模,
Mo
/
Si
多层膜具有 比较理想的 反
射率。
Mo
/
Si
多层膜 由
40
层周期性 排 列 的 堆 叠 结
构组成,
Mo
和
Si
的厚度分别为
2.8nm
和
4.0nm
。
在多层膜的研制过 程中,精 确控制每 一 层的厚度 对
于整个多层膜的性能来说至关重要。针对理想厚度
10340022
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