【光刻】分辨率 Resolution

　　光刻技术作为微电子技术微细加工的关键技术， 是人类迄今所能达到的精度最高的加工技术。40多年来，光刻技术一直是推动集成电路工业迅速发展的重要技术[1]。集成电路生产中使用的投影式光刻机的曝光系统可以等效地用所谓的科勒(Koehler)光学模型来描述，如图1所示。光源位于会聚透镜(condenser lens)的焦平面上。通过会聚透镜后，光线照射在掩模上，产生衍射光束0,±1,±2,…。投影透镜组(projection lens)的大小将决定多少衍射光将被收集并聚焦到晶圆表面，在晶圆表面形成掩模图形的像。较大的镜头将有更大的分辨能力，因为它能够收集到更多的衍射光线。掩模上的图案和晶圆上图像尺寸的比例可以通过光学系统来调节，目前先进光刻系统中的比例是4∶1。在193nm浸没式光刻机中，晶圆与投影透镜之间填充了水，其他光刻机仍然是空气[2]。

图1 曝光系统光路示意图

　 　考虑掩模上两个相邻的点A与B，它们在晶圆表面成的像是A′与B′，如图1.5所示。A与B之间的距离最小必须是多少，A′与B′才能被清晰地分辨出来？瑞利(Rayleigh)早在1879年就给出了这个问题的答案，即所谓的瑞利判据(Rayleigh criterion)：A、B之间的最小距离是埃利(Airy)图形的第一极小值，即

　 　式中，d是光瞳的孔径；f是透镜的焦距；k1是一个常数；λ是光源的波长；NA是投影透镜的数值孔径(numerical aperture，NA)，定义为nsinθ。θ是曝光光线在晶圆表面的最大入射角，如图1.4所示。对于193nm浸没式光刻机，n=1.44(水在193nm波长时的折射率)。其余光刻机，透镜和晶圆之间都是空气，n=1[2]。

图2 曝光系统分辨率分析示意图

　 　光刻分辨率的进一步提高完全依赖于所谓的分辨率增强技术(resolution enhancement technology，RET)，包括光源优化(illumination optimization)、邻近效应修正、添加辅助图形(assistant features)等，这些都必须依靠仿真计算来找到解决方案[2]。

参考文献：

[1]王国雄，用于提高光刻分辨率的光学成像算法的研究，制造技术（中文期刊），2005，24-24

[2]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，ii-ii，6-7