电子束光刻在半导体制造中的应用及展望
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电子束光刻在半导体制造中的应用及展望  2012/3/1
多年来,由于电子束光刻特有的灵活性和几乎无限的高分辨率,已被广大科研开发者接受。这项高价值技术在30年前就有介绍,到了今天,已不可想象,如果没有电子束光刻,在纳米技术和生物技术等方面的很多科研工作如何进行。在工业化应用上,光罩掩膜制造一直是电子束光刻的一大应用范围。在过去的4-5年中,在半导体工业的需求的推动下,可用于工业化生产的电子束光刻直写技术(EBDW)已经出现,并且已经被证明,它是一种大有可为的应用技术。Leic
  多年来,由于电子束光刻特有的灵活性和几乎无限的高分辨率,已被广大科研开发者接受。这项高价值技术在30年前就有介绍,到了今天,已不可想象,如果没有电子束光刻,在纳米技术和生物技术等方面的很多科研工作如何进行。
在工业化应用上,光罩掩膜制造一直是电子束光刻的一大应用范围。在过去的4-5年中,在半导体工业的需求的推动下,可用于工业化生产的电子束光刻直写技术(EBDW)已经出现,并且已经被证明,它是一种大有可为的应用技术。Leica的SB351DW以它的高性能为电子束在工业化应用上带来了一个全新思路。
长期以来,电子束的产能的不足和机台的高复杂性,一直是进入半导体工业化应用领域的主要阻碍。可是,现在的半导体制造者发现,随着器件制造水平的发展,为光罩掩膜制造而花费的金钱和时间成本越来越大,而且还有继续飞速上涨之势。据了解,当前一套65纳米的光罩掩膜要200万到250万美元。所以,作为无光罩掩膜EBDW技术,再次吸引了IC器件制造商们的注意力。并且,通过"混合光刻(Mix& Match)"技术,使EBDW的应用更为有效。混合光刻(Mix & Match)是用电子束光刻做特征尺寸小的图形层,用光学方法做特征尺寸大的图形层,并通过对准技术保证套刻精度。
STMicroelectronics是是EBDW的拥护和使用者之一,根据他们反应,开发定型一个IC样品,用通常光学方法(用光罩掩膜)要近100天,而用电子束混合光刻(Mix & Match)技术后,只须10天。
这个技术的先进性使我们能扩大对EBDW应用的预期,范围可以覆盖半导体技术的开发,下一代芯片设计论证,样品的快速定型和某些特定的应用。
根据 ITRS发展图对硬件的规范,基于90纳米技术已经使用,今天的电子束光刻技术起码必须满足65纳米技术的需要。除最小尺寸满足密集65纳米线条和45纳米单线的分辨率方面的要求,其套刻精度也必须保证。另外一点也很重要,那就是工艺兼容性,它必须和当前半导体制造者所用的工艺相兼容[注1]。它涉及到工件尺寸(大到300毫米),校准方法,套刻精度和与其他光刻工艺的融合性。除了这些,电子束光刻还有其他的技术方面的挑战。除直接要求和光学光刻工艺相兼容外,还有一些其他的工艺技术问题也必须得到考虑,如兼容高分辨率、高灵敏度的化学放大(CAR)抗蚀剂的工艺问题。

STMicroelectronics已经在实际生产条件下,证明了在样品设计快速定型和小批量生产中使用EBDW的可行性。详细地说,已经了证明Leica的SB350DW电子束光刻系统已经可以满足当前65纳米的需要[注2],它可以达到300毫米的工件,25纳米(3 sigma)的套刻精度,45纳米的 "门长(gate length)",90纳米的"孔"(图.1)和小于10%的CD均匀性。这些参数,还远不是先进成型束系统的极限。今天,在工业化环境下,通过电子束来评估45纳米和32纳米的设计已经完全可能。电子束有能力为研究开发工作提供更多的应用。同样,它还能为其它的技术提供技术手段,如纳米印刷(Nanoimprint Lithography -NIL)。在这个领域里的样品制造实验中,35纳米及以下的分辨率已经达到[注3](图2)。

电子束的另一个优点是提供一种新的、和光学光刻相当的技术路径,它使半导体制造者能够建立起一套自己的工艺,以能够更快的完成从设计到在硅片上得到图形的新品定型过程。
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