提高光刻精度的方法

摘要

在过去的二十年，伴随着微电子技术的发展，以Intel、Nvidia、三星电子和比特大陆为代表的芯片巨头风光无两。芯片性能的突飞猛进离不开光刻精度一次又一次地突破技术极限。借助于光学近似修正、亚分辨率辅助特征增强和移相掩膜技术，光刻线宽迈入亚微米领域。离轴照明和先进光刻工艺的组合使得光刻精度接近瑞利衍射极限。同时，通过技巧把低分辨率设备进行改进远远比直接安装高分辨率设备要省钱和迅速。对光刻过程的优化同设计芯片一样，复杂而繁琐，自然需要计算机辅助设计的加持。下面讨论一下这些技巧。

分辨率增强

在相关照明的简化近似，分辨率$R$通常由波长$\lambda$和数值孔径$NA$确定的可分辨最小光栅半宽通过瑞利公式确定：
$$R=k_1\frac{\lambda }{NA}$$
这里$k_1$是瑞利常数。对于传统的光刻，$k_1=0.5$状态下能够得到极限分辨率。在这种状态下，只有一组衍射级数的光可以穿过光学系统。即使曝光波长从248nm到193nm再到157nm，数值孔径从0.5，0.6,0.68增长到0.75，分辨率极限一直保持$k_1=0.5$

上图是几代$k_1$值的演进情况，数据取自IBM半导体制造光刻工艺线。
参考文献：
【1】TCAD development for lithography resolution enhancement