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掩膜版制造工艺：迎接
45
和
< br>32nm
节点新挑战
whpzzseu123
发表于
:
2007-7-06 10:18
来源
:
半导体技术天地
掩膜版制造工艺：迎接
45
和
32nm
节点新挑战
随着
集成电路制造工艺的飞速发展，
45
和
32nm
技术节点已成为近两年人
们谈论的热点，
作为集成电路制造工艺中最关键的光刻工艺首当其冲成为热点
中的焦点。浸入
式光刻
(Immersion)
、两次曝光技术
(Double
Patterning)
、超
紫外光刻
(EUV)
反复被人们提及，而作为
光刻工艺三要素之一的掩膜版却往往
容易被人们忽略。
从概念上讲曝光系统的工作原理
与相机类似，
通过一系列光学系统将掩膜版
上的图形按照
4:1
的比例投影在晶圆上的光刻胶涂层上。
从理论上讲，
如果晶
圆上的最小线宽
(
Critical Dimension)
要达到
45
或
32nm
，
掩膜版上
的图形最小
线宽
(CD)
只要达到
180
或
128nm
即可，与其他制作工艺相比，掩膜版的制造
工艺相对要
“容易
”
了很多。
但掩膜版如同投影用的电影胶片的底片一样，
它
的技术水平直接影响着光刻技术的发展，
特
别是随着最小线宽的逐渐缩小，
投
影到光刻胶涂层上的图形对比
度和图形失真等问题将越演越烈，
掩膜版制造将
如何从设备、工
艺、版图设计等多方面着手以应对
45
和
32nm
工艺节点的新
挑战？
掩膜版制造设备的最新进展
谈
到<
/p>
掩
膜
版
，
首
先
要
谈
到
掩
膜
版
制
造
设
备
—
—
图
形
发
生
器
(Pattern
Generator)
。目前，掩膜版制造设备供应商主要有三家：
Micronic
、
Jeol
和
NuFlare
，制作工艺分为激光和电子束两种图
形描绘方式，但两种方式各有利
弊。
采用激光来描绘图形的优势
是速度快、
效率高，
但精度不如电子束扫描方
< br>式；而采用电子束描绘图形，虽然精度高，但描绘速度慢、生产效率低。由于
两种
方式的互补性，
掩膜版制造商会分别购买两种设备，
当制备线宽
要求很高
的电路图形时使用电子束扫描，
对于线宽要求不是很高
的电路图形则使用激光
扫描，
两种设备的交替使用既满足了精度
要求，
也大大提高了速度，
同时也大
大
降低了制造商的投资成本。
<
/p>
随着技术的发展，
这种状况正在改变。
三
家掩膜版制造设备供应商都对各自
的弱点有了技术上的改进。
生产激光图形发生器的
Micronic
于
2005
< br>年推出了
Sigma7500
，
它与传统的
激光图形发生器有所不同。据
Micronic
的合作伙伴——台湾
Hermes-Epitek
< br>公
司
光
罩
设
备
部
门
经
理
林
文
盛
介
绍
，
Sigma
7500
采
用
Micronic
独
家
的
SLM(Sp
atial
Light
Modulator)
技术，含有百万个镜片的
SLM
会将深紫外光
(DUV)
准分子激光反射到掩膜版来产生光掩膜，可用于制备
90
、
65
、
45nm
技
术节点量产用光掩膜版。
Sigma7500
在非对称性
(Anisot
ropic-bias)
、
最小线宽
偏
置
(CD-biasing)
、
畸
变
校
正
(Distortion
Correction)
和
方
角
锐
化
(Corner
Enhancement)
< br>等方面对图形进行处理，而这些处理是通过对像素的在线数据
调
< br>整
来
实
现
的
，
不
影
响
图
形
描
绘
速
度
。
Sigma
7500
增
加
的
自
检
功
能
(
Self-Metrology)
改善了系统的精度，
在最小线
宽和定位精度上提高了
25%
，
广
域
线
宽
均
匀
性
(Global
CD
Uniformity)
和
局
域
线
宽
均
匀
性
(Local
CD
Uniformity)
有很大
改善，
并开发了在掩膜版制造过程中对系统
CD
误差的校正
功能。
2002
年
8
月从
T
oshiba
Machin
e
分离出来的
NuFlare
是一家生
产电子束图
形发生器的供应商，
它在缩短图形描绘时间和改善局
域线宽均匀性方面有所进
展。通过采用高辉度电子枪和高精度、高安定性的高压电源，新
型
Blanking
系统和低像差光学系统，
< br>来实现高电流密度；
同时采用高速、
低杂音偏向
DAC
放大器和最佳化的可变速载台动作方式，
缩短图形描绘时间。
在改善局域线宽
均匀性
(LCDU)
方面，
NuFlare
销售和市场部技术专家组组长
Jun T
akamatsu<
/p>
博
士认为：
“目前提高掩膜版生产效率的
主要趋势是通过提高光刻胶的感光度，
来增进感光剂的性能，
但
高感光度光刻胶的使用会减少电子的数量，
电子数的
减少会导致
电子数量的波动，
这会使
LER
增大，
导致
LCDU
恶化，
< br>这种现象为
Shot
Noise
。
Shot
Noise
是产生
CD
误差
的主要原因，试验证明采用低感光度
光刻胶，可以将
CD
误差减少到最低值。
”据
T
< br>akamatsu
介绍，
NuFlare
的
EBM-6000
已经达到
32nm
技术节点所需的描画精度。
另一家生产电子束图形发生器的
Jeol Ltd.
在
2005
年也推出了针对
65nm
节
点的高端掩膜版制造设备
JBX-3040MV
，目前研发的设备也已达到
32nm
节点
所需的描画精度。利用光学近似性校正技术与相位移掩膜版对图
形进行改善。
在利用掩膜版进行光刻工艺中常常遇到图形失真问题，
主要以边角圆形化、
线
条缩短和其它一些光学近似性效应形
式表现出来。
主要是由于来自相邻图形的
边缘或某一拐角的两边
的散射，导致光刻胶在复制掩膜版图形时发生变形现
象。
目前最
成熟的解决方案是在掩膜版上添加辅助图形，
以确保复制在晶圆上
的图形和设计意图相一致
(
如图
1<
/p>
所示
)
。利用这种光学近似性校正（
OPC
）技
术可以对掩膜版进行必要的修改
，
在曝光系统和镜头的作用下最终得到所需图
形。
OPC
技术早在五、六年前
0.18
μ
m
技术节点时就被运用到
掩膜版的制作中，
随着集成电路制造工艺向
0.13
μ
m
和
90nm
技术节点的演进，
OPC
技术被越
来越多地运用到掩膜版的制作中。
“
在
45
和
32nm
节点，
OPC
将会做得更复杂，
数据处理量将更大
。
”
Synopsys
全球技术服务资
深应用顾问张学渊博士认为。
图
1
<
/p>
然
而
大
量
运
用
OPC
所
产
生
的
缺
陷
却
对
晶
圆
生
产
提
出
了
新
的
挑
战
。
KLA-T
encor
中国公司高级技术总监张赞彬认为，由于
OPC
所产生的缺陷在掩
膜版上是很难被发现，
目前
KLA-T
encor
建立了一
套名为
DesignScan
的模拟模
型系统，
它是将光刻的一些参数放到这一模拟模型中对掩膜版进行检测，
但整
个过程耗时相当长。
OPC
技术虽然可以减弱光学近似性效应，但却无法改善图形对比度。由于
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