光學光刻是通過廣德照射用投影方法將掩模上的大規模集成電路器件的結構圖形畫在涂有光刻膠的硅片上,通過光的照射,光刻膠的成分發生化學反應,從而生成電路圖。限制成品所能獲得的小尺寸與光刻系統能獲得的分辨率直接相關,而減小照射光源的波長是提高分辨率的有效途徑。因為這個原因,開發新型短波長光源光刻機一直是各個國家的研究熱點。
除此之外,根據光的干涉特性,利用各種波前技術優化工藝參數也是提高分辨率的重要手段。這些技術是運用電磁理論結合光刻實際對曝光成像進行深入的分析所取得的突破。其中有移相掩膜、離軸照明技術、鄰近效應校正等。運用這些技術,可在目前的技術水平上獲得更高分辨率的光刻圖形。
20世紀70—80年代,光刻設備主要采用普通光源和汞燈作為曝光光源,其特征尺寸在微米級以上。90年代以來,為了適應IC集成度逐步提高的要求,相繼出現了g譜線、h譜線、I譜線光源以及KrF、ArF等準分子激光光源。目前光學光刻技術的發展方向主要表現為縮短曝光光源波長、提高數值孔徑和改進曝光方式。
光刻分辨率取決于照明系統的部分相干性、掩模圖形空間頻率和襯比及成象系統的數值孔徑等。相移掩模技術的應用有可能用傳統的光刻技術和i線光刻機在佳照明下刻劃出尺寸為傳統方法之半的圖形,而且具有更大的焦深和曝光量范圍。相移掩模方法有可能克服線/間隔圖形傳統光刻方法的局限性。
隨著移相掩模技術的發展,涌現出眾多的種類, 大體上可分為交替式移相掩膜技術、衰減式移相掩模技術;邊緣增強型相移掩模, 包括亞分辨率相移掩模和自對準相移掩模;無鉻全透明移相掩模及復合移相方式( 交替移相+ 全透明移相+ 衰減移相+ 二元鉻掩模) 幾類。尤其以交替型和全透明移相掩模對分辨率改善顯著, 為實現亞波長光刻創造了有利條件。
全透明移相掩模的特點是利用大于某寬度的透明移相器圖形邊緣光相位突然發生180度變化, 在移相器邊緣兩側衍射場的干涉效應產生一個形如“刀刃”光強分布, 并在移相器所有邊界線上形成光強為零的暗區, 具有微細線條一分為二的分裂效果, 使成像分辨率提高近1 倍。
光學曝光技術的潛力, 無論從理論還是實踐上看都令人驚嘆, 不能不刮目相看。其中利用控制光學曝光過程中的光位相參數, 產生光的干涉效應,部分抵消了限制光學系統分辨率的衍射效應的波前面工程為代表的分辨率增強技術起到重要作用, 包括: 移相掩模技術、光學鄰近效應校正技術、離軸照明技術、光瞳空間濾波技術、駐波效應校正技術、離焦迭加增強曝光技術、表面成像技術及多級膠結構工藝技術。在實用化方面取得引人注目進展的要數移相掩模技術、光學鄰近效應校正技術和離軸照明技術, 尤其浸沒透鏡曝光技術上的突破和兩次曝光技術的應用, 為分辨率增強技術的應用更創造了有利條件。