一些《集成电路与光刻机》笔记
《集成电路与光刻机》王向朝 戴凤钊 2020年8月第一版 一些笔记
光刻分辨率由瑞利公式决定，即:R=k_1 λ/NA
由瑞利公式可看出提高光刻分辨率方法：减小曝光波长、增大投影物镜数值孔径NA，降低工艺因子k_1 。
引入浸液曝光技术：在投影物镜的最后一片透镜与硅片之间填充折射率1.437的超纯水，投影物镜数值孔径达到1.35。
主要的分辨率增强技术包括离轴照明OAI，光学邻近效应修正OPC，相移掩膜PSM，偏振照明，光源掩膜联合优化SMO。
光刻机主要性能指标：分辨率，套刻精度，产率
分辨率：
| pitch分辨率 | fpitch分辨率 |
|---|---|
| 光刻工艺可以制作的最小周期的一半，即half-pitch（hp） | 光刻工艺可以制作的最小特征图形的尺寸，又称关键尺寸（critical dimension， CD） |
| 决定了芯片上晶体管之间的距离 | 决定了芯片上每个晶体管的大小 |
| 影响芯片的成本 | 决定了芯片的运行速度和功耗 |
| 受限于光刻机投影物镜的数值孔径和曝光光源的波长，由瑞利公式给定。 | 受限于对特征图形CD的控制能力。 |
关键尺寸均匀性（critical dimension uniformity， CDU），CDU指标与CD大小密切相关，一般要求控制到CD的10%左右。对光刻机而言，分辨率主要指pitch分辨率。
套刻精度
一般，套刻精度<CD的30%，多重图形技术（multi-patterning）的引入要求套刻精度<CD的15%。套刻精度误差会降低芯片层与层之间电气连接的可靠性，影响电气性能。
产率
产率一般用每小时曝光的硅片数量（wafer per hour， wph）表示.
光源
汞灯光源
在熔融石英灯室中填充汞与惰性气体氩气或氙气，在灯室的阳极与阴极之间施加高频电压，使得填充的惰性气体电离，放点使得灯室内的汞蒸发，并辐射出光。
准分子激光光源
脉冲型气体激光器（KrF、ArF（惰性气体Ne、Kr、Ar和卤素原子F）准分子激光器），惰性气体原子与卤素元素混合，再以放点形式加以激励称为激发态分子。当激发态分子的分子跃迁回基态时会立刻分解还原成原本状态，同时释放光子。这种激发态分子寿命极短，只有10-20ns，故称为“准分子”。
重复频率：激光器单位时间内发出的脉冲数。
EUV光源
放电等离子光源DPP
激光等离子光源LPP
商用EUV光刻机采用LPP光源，通过CO_2激光与Sn液滴相互作用，产生等离子体，辐射EUV光。主脉冲与预脉冲经光束传输系统后聚焦于收集镜的焦点上，Sn液滴靶产生20-30um直径的液滴先后被预脉冲和主脉冲轰击，转化为高温Sn等离子体，辐射出13.5nm波长的EUV光，经收集镜汇聚与IF。
光刻机投影物镜主要有全折射式（色差大），折反式（用于数值孔径更高的浸液光刻机中），全反射式（由于EUV波段的光可被几乎所有的光学材料强吸收，EUV光刻机投影物镜只能采用全反射式结构。）
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