【光刻】自由形式光源 Freeform Source (FFS)

　　在光刻中光照条件应该根据掩模版上的图形来设置，这样才能对掩模上所有的图形实现最佳分辨率，共同的光刻工艺窗口才能达到最大。为此，在2010年左右提出了光源-掩模协同优化技术(source-mask optimization, SMO)，并投入到20nm及以下技术节点的实际应用中。光源-掩模协同优化技术的基本概念就是根据掩模版上的设计图形计算出最佳的光照条件，包括光源的形状和光强的分布—被称为光源图(source map)。这种计算出来的光源图通常不再是规则图案，而是像素化的光照，而且孔径中光强的分布不再是均匀的，如图1所示。这种光照又被称为自由形式的光照(freeform illumination)，光照中每一个像素处的光强都是可以调整的。这种像素化(pixelated)的光照就需要依靠光刻机中可编程的光照系统    (programmable illumination source)来实现[1]。

图1 自由形式光源示意图

　　像素式光照是通过使用小反射镜的阵列来实现的。阵列包含上千个小反射镜，每一个反射镜的倾斜角度都是可以独立调整的，它们可以把光线投送到指定的位置，形成所需要的强度分布，如图2所示。反射镜沿X和Y方向的倾斜角通过静电来驱动(electrostatic actuation)。曝光时，系统不断监控每一个反射镜的位置状态，并提供反馈修正。由于使用反射镜调整光强的分布，光照系统中损失的能量很少。反射镜阵列中的反射镜数目有足够的余量，少量的反射镜不工作并不影响整个光照系统的正常功能[1]。

图2 像素式光照形成示意图

　　使用FFS的最终目标是通过增加曝光能量容忍度(exposure latitude, EL)或者减小掩模误差增强因子(mask error enhancement factor, MEEF)来增大光刻工艺窗口，总之，这项技术能够继续推动器件的缩小[2]。

参考文献：

[1]韦亚一，超大规模集成电路先进光刻理论与应用，科学出版社，2016，96-97

[2]J. Bekaert，自由形式照明光源：一个22纳米SRAM单元SMO实验研究，SPIE文章，2010，764008-1