全息光刻圖形質(zhì)量的影響因素分析

馬鵬鵬

◆摘 ?要：本文對全息光刻技術(shù)進(jìn)行簡單介紹，并對影響全息光刻圖形質(zhì)量的印象因素進(jìn)行了分析。

◆關(guān)鍵詞：全息光刻;影響;分辨率;圖形質(zhì)量

半導(dǎo)體器件發(fā)展速讀非常快，特別是在器件方面，基本實現(xiàn)了3年下降60%～70%的線寬。以DRAM為代表的IC技術(shù)，線寬已經(jīng)達(dá)到了0.13，在國際尖端項目中已經(jīng)進(jìn)入了50nm線寬的程度，所以集成電路更新?lián)Q代重要工藝的光刻技術(shù)在深度光刻和高分辨率的發(fā)展方向上發(fā)展，國際新型極端技術(shù)不斷涌現(xiàn)。

一、全息光刻概述

全息光刻是一種在分辨率和曝光視場可以得到兼顧的光刻技術(shù)，采用離軸全內(nèi)反射（TIR）全息光刻技術(shù)，達(dá)到了在150mmX150mm基片上印制0.12[μ]m的高分辨圖像，此圖像曝光波長為364nm，我們采用分布重復(fù)的方法進(jìn)行再次曝光，還可以再次提高曝光視場。此外全息光刻結(jié)構(gòu)比較簡單，可以與傳統(tǒng)微電子光刻工藝兼容，在聲表面濾波器，光互聯(lián)，大尺寸平板顯示和有源矩陣液晶顯示器技術(shù)方面有著廣泛的應(yīng)用。

二、全息光刻耦合波理論分析

全息光刻包含有鏡面全息光刻、聚焦全息光刻、全內(nèi)反射全息光刻三類，目前來看全內(nèi)反射全息光刻最有前景，且現(xiàn)如今發(fā)展勢頭最強。全息光刻采用波前共軛的全息方法，通過記錄和再現(xiàn)兩種方式實現(xiàn)，記錄時同全內(nèi)反射全息方式，把物體攜帶的信息用干涉方法記錄在介質(zhì)上，在通過顯影和定影的方式成為券消息掩摸，再將其放回原處，在利用記錄參考光共軛在現(xiàn)照明光束照明全息掩模，在全息掩模衍射后形成實像，這是初始傳統(tǒng)光掩模的再現(xiàn)像，用光致抗蝕制劑來實現(xiàn)介質(zhì)記錄，抗蝕制劑基片放在記錄時物體所處的位置上，保持與全息掩膜的間距不變，實現(xiàn)傳統(tǒng)光刻掩模上微細(xì)圖形的信息精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)到了抗蝕制劑基片上，因此，全息掩模的衍射效率和再現(xiàn)時是否精密復(fù)位是影響光刻圖形質(zhì)量的重要影響因素。

三、影響全息光刻圖形質(zhì)量因素

全息光刻技術(shù)很早就被用于電子期間制備，學(xué)界研究最多是用全息光刻形成分布反饋半導(dǎo)體激光器的光柵結(jié)果，在這種技術(shù)中全息光刻與光誘導(dǎo)濕法化學(xué)腐蝕相結(jié)合，可以獲得更為精細(xì)的光柵結(jié)構(gòu)，是一種簡單精細(xì)光柵制備方法。半導(dǎo)體樣品在腐蝕液中，當(dāng)光束在半導(dǎo)體晶片表面形成光柵圖樣時，由于光誘導(dǎo)液相腐蝕作用，在半導(dǎo)體表面形成光柵圖形，周期為[S=λ/（2nsinθi）]，其中[λ]是入射光波長，n為腐蝕液的折射率，[θi]是光束的入射角。改變想關(guān)光束的入射角，就能夠改變光束的入射角，能制備各種尺寸的光柵結(jié)構(gòu)。

全息光刻圖形質(zhì)量主要與記錄和再現(xiàn)時記錄介質(zhì)折射率的改變（即平均介電常數(shù)的改變），通過全息掩模光程的改變（由介質(zhì)的膨脹或收縮引起），全息掩模復(fù)位時空間間距的改變以及再現(xiàn)照明光的入射角（是否完全共軛再現(xiàn)）有關(guān)。以上任一參數(shù)的改變均將直接影響結(jié)果。但我們可以尋找一些合適的條件，使這些參數(shù)所帶來的影響相互補償，從而最終提高圖形光刻分辨率和圖像質(zhì)量。

四、全息掩模復(fù)位精度對光刻圖形質(zhì)量的影響

若全息掩模復(fù)位時在xy平面內(nèi)平移，只要仍在再現(xiàn)照明光照射的范圍內(nèi)，該平移就不會對結(jié)果有影響。若在xy平面旋轉(zhuǎn)角度Δθ，根據(jù)衍射特性，再現(xiàn)像也相應(yīng)的在抗蝕劑基片平面旋轉(zhuǎn)角度Δθ。若在yz面旋轉(zhuǎn)角度Δθ′，這等效于再現(xiàn)照明光入射時偏離了布拉格角Δθ′。下面考慮全息掩模復(fù)位時對空間間距的靈敏性，即全息掩模相對于抗蝕劑基片在z方向的復(fù)位誤差對結(jié)果的影響，由球差引起的相移。

五、設(shè)計全息光刻實驗系統(tǒng)需注意的影響因素

首先，要保證完全共軛的再次重現(xiàn)，需要在實驗系統(tǒng)中設(shè)置一個可以轉(zhuǎn)動的全反射鏡，這樣可以實現(xiàn)光速的完全共軛，又不需要使用全息掩模機械轉(zhuǎn)動，更加方便精密復(fù)位。其次采用優(yōu)質(zhì)的記錄介質(zhì)是提高分辨率和圖像質(zhì)量，采用小介質(zhì)的伸縮和平均介電常熟的改變對光刻分辨率的影響。最后為了保證全息掩模的精密復(fù)位，實驗可以采用真空吸附裝置以及不銹鋼墊片減少空間間距的改變。通過摸索各種實驗工藝參數(shù)，我們可以在提高分辨率的基礎(chǔ)上只受初始光掩模分辨率限制的光刻圖形。

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