【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
所屬本專利技術(shù)涉及光刻機(jī)，特別涉及改進(jìn)的一種提高光刻機(jī)分辨率的方法。
技術(shù)介紹
1、在芯片制造領(lǐng)域，光刻機(jī)(lithography也可稱為掩模對(duì)準(zhǔn)曝光機(jī)、曝光系統(tǒng)、光刻系統(tǒng)等)是其中非常關(guān)鍵的裝備，它采用光學(xué)投影成像技術(shù)，把光掩模版(photo-mask，也稱為光罩)上的圖案投影轉(zhuǎn)移到晶圓上，這是實(shí)現(xiàn)芯片大批量生產(chǎn)的關(guān)鍵。
2、隨著芯片行業(yè)的發(fā)展，同樣的芯片面積上需要容納越來(lái)越多的元件及布線，光刻機(jī)的分辨率需要不斷提高。光學(xué)投影成像中，光的衍射極限是限制分辨率提高的重要因素，衍射極限是指一個(gè)理想物點(diǎn)經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像，因?yàn)檠苌涞南拗疲貌坏嚼硐胂顸c(diǎn)，而是得到一個(gè)夫朗和費(fèi)衍射像，即所謂的艾里斑(彌散斑)，這是影響光學(xué)投影成像系統(tǒng)分辨率的重要因素，光學(xué)成像中，2個(gè)物點(diǎn)成像后得到2個(gè)彌散斑，如果它們靠得太近就很難辨別，彌散斑越大，分辨率越低。同樣的光學(xué)系統(tǒng)，光的波長(zhǎng)越小，彌散斑越小，分辨率越高。所以減小光刻機(jī)光源的波長(zhǎng)，就可以提高光刻機(jī)分辨率。
3、光刻機(jī)光源波長(zhǎng)的進(jìn)化路線：
4、
5、當(dāng)波長(zhǎng)減小到193nm后，往下走的工程難度越來(lái)越大，因?yàn)楣庾兊煤苋菀妆晃眨瓉?lái)的鏡頭、光刻膠等配套材料都不能用，必須全部重新研發(fā)。所以在193nm，工程師們開(kāi)發(fā)了一個(gè)新的技術(shù)方案，就是浸入式(immersion)光刻技術(shù)，光在水中傳播時(shí)，水的折射率比空氣大，因而波長(zhǎng)變小，使用該方案，可以將光源波長(zhǎng)一舉從193nm縮短到132nm。浸入式光刻應(yīng)用后效果很好，現(xiàn)在仍然是廣為使用的成功方案。
6、要制
7、我們深入了解底層的物理定律、思考，并開(kāi)發(fā)出創(chuàng)新的技術(shù)路線，技術(shù)難度大幅降低，能提供很好的性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)展示了一種提高光刻機(jī)分辨率的新技術(shù)方案。
2、1873年，德國(guó)物理學(xué)家恩斯特·阿貝(ernst?abbe)發(fā)現(xiàn)了顯微鏡分辨率極限的公式，被叫做阿貝極限：
3、
4、很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，人們都認(rèn)為光學(xué)顯微技術(shù)無(wú)法突破阿貝極限。可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍在0.38～0.78微米，數(shù)值孔徑通常為1，可見(jiàn)光波長(zhǎng)的0.5最小約為0.19微米，按照阿貝極限，以可見(jiàn)光作為光源的光學(xué)顯微鏡無(wú)法實(shí)現(xiàn)0.19微米以下的分辨率。
5、2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)巧妙地繞開(kāi)了這一極限。兩個(gè)挨得很近的發(fā)光點(diǎn)會(huì)讓我們分辨不出，但如果兩個(gè)挨得很近的發(fā)光點(diǎn)不同時(shí)發(fā)光，其發(fā)光時(shí)間是分隔的，當(dāng)我們照射并觀察第一個(gè)點(diǎn)時(shí)，第二個(gè)點(diǎn)不發(fā)光，自然不會(huì)產(chǎn)生艾里斑影響我們觀察第一個(gè)點(diǎn)，前者艾里斑的中心點(diǎn)位置就是熒光分子的準(zhǔn)確位置。接下來(lái)，通過(guò)某種方法，讓第二個(gè)點(diǎn)發(fā)光，第一個(gè)點(diǎn)不發(fā)光，這個(gè)時(shí)候第一個(gè)點(diǎn)同樣不會(huì)干擾對(duì)第二個(gè)點(diǎn)的觀察。這是一種“以時(shí)間換空間”的設(shè)計(jì)，巧妙地繞開(kāi)了阿貝極限的束縛，將光學(xué)顯微鏡的分辨率大大提高，最高可以達(dá)到1納米水平。這類超分辨率方法統(tǒng)稱為單分子定位顯微，這一突破性的工作將光學(xué)顯微技術(shù)帶到了納米尺度。
6、本專利技術(shù)中，我們借鑒了單分子定位顯微的核心思想，創(chuàng)造性地類比應(yīng)用到光刻機(jī)領(lǐng)域。雖然形態(tài)上有很大差異，但是光刻機(jī)的核心本質(zhì)也是光學(xué)成像技術(shù)，原理上類似于照片沖印技術(shù)，其主要的功能是把光罩上的精細(xì)圖案(pattern)通過(guò)光線的曝光投影(并縮小4倍)復(fù)制到硅片上。隨著集成電路的發(fā)展，光罩上需要更加多的精細(xì)圖案如線條、孔等，其尺寸越來(lái)越小，光罩上兩個(gè)挨得很近的點(diǎn)(精細(xì)圖案)會(huì)讓光刻機(jī)分辨不出，因而在硅片上形成模糊的圖案。光刻機(jī)光源更改為光子之間距離均勻的光源，兩個(gè)挨得很近的點(diǎn)，其光線不同時(shí)到達(dá)，其光線到達(dá)時(shí)間是分隔的，第一個(gè)點(diǎn)位置的光線到達(dá)時(shí)，第二個(gè)點(diǎn)位置的光線沒(méi)有到達(dá)，第一個(gè)點(diǎn)被照射，而第二個(gè)點(diǎn)不被照射，自然不會(huì)產(chǎn)生艾里斑影響第一個(gè)點(diǎn)在硅片上的成像，前者艾里斑的中心點(diǎn)位置就是點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。接下來(lái)，第二個(gè)點(diǎn)位置的光線到達(dá)，第一個(gè)點(diǎn)位置的光線沒(méi)有到達(dá)，第一個(gè)點(diǎn)不被照射，而第二個(gè)點(diǎn)被照射，這個(gè)時(shí)候第一個(gè)點(diǎn)同樣不會(huì)干擾對(duì)第二個(gè)點(diǎn)的成像。我們以這種“以時(shí)間換空間”的設(shè)計(jì)，巧妙地繞開(kāi)了阿貝極限的束縛，將光刻機(jī)的分辨率大大提高。這個(gè)方法本專利技術(shù)中稱其為單原子定位光刻。
7、實(shí)現(xiàn)單原子定位光刻，光子之間距離均勻的光源是其核心，在本專利技術(shù)中稱其為單原子定位光子存儲(chǔ)，其核心是光存儲(chǔ)。如果任意2個(gè)光子之間的距離大于無(wú)干擾距離(通常正比于1個(gè)光子波長(zhǎng))，光子之間就不會(huì)有衍射干擾。我們的目的是讓任意2個(gè)光子之間，其距離大于無(wú)干擾距離。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，本專利技術(shù)借鑒了光存儲(chǔ)的核心思想，創(chuàng)造性地類比應(yīng)用到光刻機(jī)領(lǐng)域。光存儲(chǔ)有很多種實(shí)現(xiàn)方案，我們以電磁感應(yīng)透明(electromagneticallyinduced?transparency,簡(jiǎn)稱eit)為實(shí)施示例，介質(zhì)可以選擇稀土摻雜晶體，如摻鐠硅酸釔晶體(pr3+:y2sio5)，也可選擇純稀土化合物晶體單晶，如eucl3.6h2o(氯化銪六水合物)。一束信號(hào)光，其頻率對(duì)應(yīng)于介質(zhì)的吸收躍遷頻率，當(dāng)其單獨(dú)入射介質(zhì)，由于介質(zhì)對(duì)該頻率的強(qiáng)烈共振吸收，信號(hào)光不能通過(guò)介質(zhì)。另一束強(qiáng)控制光(也稱為耦合光)，與信號(hào)光組成一個(gè)三能級(jí)原子系統(tǒng)，當(dāng)強(qiáng)控制光存在時(shí)，強(qiáng)控制光場(chǎng)導(dǎo)致量子相干干涉，信號(hào)光幾乎不被吸收通過(guò)介質(zhì)，即出現(xiàn)電磁感應(yīng)透明(eit)，介質(zhì)的折射率發(fā)生急劇變化，因而導(dǎo)致信號(hào)光的群速度減慢；絕熱地關(guān)閉強(qiáng)控制光，光的群速度減慢為0，即光在介質(zhì)中停止，這時(shí)信號(hào)光就被存儲(chǔ)到介質(zhì)中，也稱為信號(hào)光寫入，介質(zhì)的存儲(chǔ)時(shí)間決定了信號(hào)光可以在介質(zhì)中無(wú)失真保存的時(shí)間上限。在存儲(chǔ)時(shí)間內(nèi)，重新打開(kāi)強(qiáng)控制光，存儲(chǔ)在介質(zhì)中的信號(hào)光又重新復(fù)現(xiàn)，也稱為信號(hào)光讀出。電磁感應(yīng)透明(eit)使得光在介質(zhì)中的傳播群速度變慢，離開(kāi)介質(zhì)后，光子在傳播方向上的間隔變大，因?yàn)樾盘?hào)光的光子在介質(zhì)中的存儲(chǔ)位置就是介質(zhì)中的原子位置，對(duì)于稀土摻雜晶體，可以選擇合適的稀土摻雜晶體的摻雜濃度，讓離開(kāi)介質(zhì)后光子之間的空間距離大于無(wú)干擾距離，光子之間不會(huì)再有衍射干擾。只需要控制好摻雜工藝，讓稀土元素原子之間分布均勻，上述的目標(biāo)就可達(dá)到。對(duì)晶體介質(zhì)，晶體中原子的分布完美，形成有序排布的物質(zhì)，所以光存儲(chǔ)介質(zhì)優(yōu)選為單體或者化合物晶體，是獲得好效果的關(guān)鍵。光刻機(jī)曝光的光線就是上述的信號(hào)光，經(jīng)過(guò)這樣“寫入介質(zhì)”到“從介質(zhì)讀出”的流程后，光源任意2個(gè)光子之間的距離大于無(wú)干擾距離，再輸送到晶圓進(jìn)行曝光，光刻機(jī)的分辨率就可以大大提高了。
8、下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)一步說(shuō)明。
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1.改進(jìn)的一種提高光刻機(jī)分辨率的方法，包括激光器和光慢光或者光存儲(chǔ)單元，其特征在于，光刻機(jī)曝光的光線經(jīng)過(guò)處理后，離開(kāi)介質(zhì)后光子之間的空間距離大于無(wú)干擾距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用特征“光刻機(jī)曝光的光線，在介質(zhì)中的存儲(chǔ)復(fù)原為光線后，在介質(zhì)中的傳播群速度比離開(kāi)介質(zhì)后的傳播速度要慢，離開(kāi)介質(zhì)后光子之間的空間距離擴(kuò)大到大于無(wú)干擾距離”代替特征“光刻機(jī)曝光的光線經(jīng)過(guò)處理后，離開(kāi)介質(zhì)后光子之間的空間距離大于無(wú)干擾距離”。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用特征“光刻機(jī)曝光的光線在光存儲(chǔ)單元的介質(zhì)中的存儲(chǔ)，調(diào)整光子之間的空間距離”代替特征“光刻機(jī)曝光的光線經(jīng)過(guò)處理后，離開(kāi)介質(zhì)后光子之間的空間距離大于無(wú)干擾距離”。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用特征“光刻機(jī)曝光的頻率對(duì)應(yīng)于光慢光或者光存儲(chǔ)單元的介質(zhì)的吸收頻率”代替特征“光刻機(jī)曝光的光線經(jīng)過(guò)處理后，離開(kāi)介質(zhì)后光子之間的空間距離大于無(wú)干擾距離”。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用特征“光刻機(jī)的光存儲(chǔ)介質(zhì)為單體或者化合物晶體，材料優(yōu)選為稀土元素”代替特
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用特征“光刻機(jī)光源的相鄰位置光子之間產(chǎn)生了梯度化的延遲，相鄰位置光子之間的空間距離擴(kuò)大到大于無(wú)干擾距離”代替特征“光刻機(jī)曝光的光線經(jīng)過(guò)處理后，離開(kāi)介質(zhì)后光子之間的空間距離大于無(wú)干擾距離”。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述的光慢光或者光存儲(chǔ)單元，其特征為以下特征的部分或者全部的任意組合：
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，所述的光慢光或者光存儲(chǔ)單元，其特征為以下特征的部分或者全部的任意組合：
9.根據(jù)權(quán)利要求1或者6所述的方法，所述的光慢光或者光存儲(chǔ)單元，其特征為以下特征的部分或者全部的任意組合：
10.一種芯片，其特征在于，所述芯片是包含權(quán)利要求1～9項(xiàng)的任意部分組合或者全部方法制備得到的。
...【技術(shù)特征摘要】
1.改進(jìn)的一種提高光刻機(jī)分辨率的方法，包括激光器和光慢光或者光存儲(chǔ)單元，其特征在于，光刻機(jī)曝光的光線經(jīng)過(guò)處理后，離開(kāi)介質(zhì)后光子之間的空間距離大于無(wú)干擾距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用特征“光刻機(jī)曝光的光線，在介質(zhì)中的存儲(chǔ)復(fù)原為光線后，在介質(zhì)中的傳播群速度比離開(kāi)介質(zhì)后的傳播速度要慢，離開(kāi)介質(zhì)后光子之間的空間距離擴(kuò)大到大于無(wú)干擾距離”代替特征“光刻機(jī)曝光的光線經(jīng)過(guò)處理后，離開(kāi)介質(zhì)后光子之間的空間距離大于無(wú)干擾距離”。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用特征“光刻機(jī)曝光的光線在光存儲(chǔ)單元的介質(zhì)中的存儲(chǔ)，調(diào)整光子之間的空間距離”代替特征“光刻機(jī)曝光的光線經(jīng)過(guò)處理后，離開(kāi)介質(zhì)后光子之間的空間距離大于無(wú)干擾距離”。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用特征“光刻機(jī)曝光的頻率對(duì)應(yīng)于光慢光或者光存儲(chǔ)單元的介質(zhì)的吸收頻率”代替特征“光刻機(jī)曝光的光線經(jīng)過(guò)處理后，離開(kāi)介質(zhì)后光子之間的空間距離大于無(wú)干擾距離”。
5.根...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：冼劍光，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：吉通科技廣州有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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