soc工藝課件ch9光刻工藝

微電子制造工藝概論第9章光刻工藝微電子制造工藝概論第9章光刻工藝9.1概述9.2基本光刻工藝流程9.3光刻技術(shù)中的常見問題本章主要內(nèi)容9.1概述本章主要內(nèi)容IC產(chǎn)品的發(fā)展趨勢：大尺寸、細線寬、高精度、高效率、低成本；光刻技術(shù)在每一代集成電路中扮演技術(shù)先導的角色，光刻成本占據(jù)整個技術(shù)成本的35%；IC對光刻技術(shù)的要求高分辨率：加工線條越精細，要求光刻圖形分辨率越高；高靈敏度的光刻膠：曝光時間越短，需要靈敏度越高；低缺陷：光刻中引入缺陷，影響成品率；精密的套刻精度：套刻精度小于線寬的±10%；對大尺寸硅片的加工：大尺寸硅片同時制作很多芯片，滿足前述要求難度很大；IC產(chǎn)品的發(fā)展趨勢：9.1概述光刻(photolithography)就是將掩模版（光刻版）上的幾何圖形轉(zhuǎn)移到覆蓋在半導體襯底表面的對光輻照敏感薄膜材料（光刻膠）上去的工藝過程。光刻系統(tǒng)的主要指標包括：分辨率R（resolution）、焦深DOF（DepthofFocus）、對比度（CON）、特征線寬控制CD（CriticalDimension）、對準和套刻精度（AlignmentandOverlay）、產(chǎn)率（Throughout）以及價格。9.1概述光刻(photolithography)就是將掩9.1概述——分辨率分辨率是指一個光學系統(tǒng)精確區(qū)分目標的能力。最小分辨率指光刻系統(tǒng)所能分辨和加工的最小線條尺寸。分辨率是決定光刻系統(tǒng)最重要的指標，能分辨的線寬越小，分辨率越高。其由瑞利定律決定：k1是分辨率系數(shù)，一般為0.6~0.8；為光刻的波長；NA為光學系統(tǒng)的數(shù)值孔徑（NumericalAperature），一般為0.16~0.9。提高分辨率：NA，，k1，優(yōu)化設(shè)計（分辨率增強技術(shù)）；9.1概述——分辨率分辨率是指一個光學系統(tǒng)精確區(qū)分目標的能力不同光源對應的技術(shù)參數(shù)光源波長l術(shù)語k1NA技術(shù)節(jié)點汞燈436g線0.80.15~0.45>0.5mm汞燈365i線0.60.35~0.600.5/0.35mmKrF(激光)248DUV0.3~0.40.35~0.820.25/0.13mmArF(激光)193193DUV0.3~0.40.60~0.9390/65…32nmF2(激光)157VUV0.2~0.40.85~0.93等離子體13.5EUV0.740.25~0.722/18nm9.1概述——分辨率不同光源對應的技術(shù)參數(shù)光源波長l術(shù)語k1NA技術(shù)節(jié)點汞燈43(0.3um)(0.25um)(0.4um)(0.5um)最常用的兩種光源汞燈:高亮度、高可靠性；但在深紫外及以下波長發(fā)射效率較低。G線436nm（0.5um）；H線405nm（0.4um）；I線365nm（0.35um）；深紫外線DUV248nm（0.25um）。準分子激光：一種激光光源，準分子是不穩(wěn)定分子，由惰性氣體原子和鹵素構(gòu)成。KrF（氟化氪）準分子激光器248nm(0.25um)；ArF（氟化氬）準分子激光器193nm(0.18um)；F2（氟）準分子激光器157nm(0.15um)。9.1概述——分辨率(0.3um)(0.25um)(0.4um)(0.5um)最

1、使用光源縮小l9.1概述——分辨率1、使用光源縮小l9.1概述——分辨率

2、減小分辨率因子k1

Patterndependentk1canbereducedbyupto30%9.1概述——分辨率2、減小分辨率因子k1Patterndependen

2、減小分辨率因子k1Maskdesignandresistprocessl

[nm]k14360.83650.62480.3-0.41930.3-0.4Contrast436,365nm:=2-3,(Qf/Q02.5)248,193nm:=5-10(Qf/Q01.3)9.1概述——分辨率2、減小分辨率因子k1Maskdesignandr

3、增加

NA（浸入式技術(shù)）Lensfabricationl

[nm]NA4360.15-0.453650.35-0.602480.35-0.821930.60-0.93anH2O

浸入式光刻NA=nsinanH2O=1.44NA≈1.369.1概述——分辨率N為透鏡周圍介質(zhì)的折射率，α是透鏡的半接收角。去離子水折射率為1.44。3、增加NA（浸入式技術(shù)）Lensfabricatio9.1概述——光刻分辨率光刻分辨率：光刻工藝得到的光刻膠圖形能分辨線條的最小線寬L，也可用單位尺寸能分辨的線條數(shù)表示，即R’=1/2L(mm-1)；存在物理極限，由衍射決定：

L≥λ/2,Rmax≤1/λLL9.1概述——光刻分辨率光刻分辨率：光刻工藝得到的光刻膠圖形由量子理論的海森堡不確定關(guān)系式可得出離子的束光刻極限：ΔL·Δp≥h；h為普朗克常數(shù)；Δp為離子動量不確定值；動量最大變化值從-p到+p，則有：ΔL≥h/2p；ΔL為就是線寬，最高分辨率：Rmax=1/2ΔL≤p/h；對于光子，p=h/λ，則ΔL≥λ/2；理論最高分辨率：Rmax

≤1/λ；根據(jù)粒子的波動性，p=mv；E=mv2/2，則p=h/λ=√2mE

ΔL≥h/2√2mE粒子質(zhì)量越大，ΔL越小，分辨率越高；動能越大，ΔL越小，分辨率越高。9.1概述——光刻分辨率由量子理論的海森堡不確定關(guān)系式可得出離子的束光刻極限：ΔL·9.1概述——焦深(DOF)焦深是一定工藝條件下，能刻出最小線寬時像面偏離理想焦面的范圍。焦深越大，對光刻圖形制作越有利。焦深與特征尺寸的變化范圍，曝光劑量變化范圍，以及要求最后光刻膠傾斜角度、光刻膠損失等技術(shù)參數(shù)有關(guān)。在IC技術(shù)中，焦深只有1mm，甚至更小。焦深焦平面光刻膠9.1概述——焦深(DOF)焦深是一定工藝條件下，能刻出最小9.1概述——對比度對比度是評價成像質(zhì)量的重要指標。一般要求CON>0.5與尺寸有關(guān)。9.1概述——對比度對比度是評價成像質(zhì)量的重要指標。一般要求9.2基本光刻工藝流程一般的光刻工藝要經(jīng)歷：底膜處理、涂膠、前烘、曝光、顯影、堅膜、刻蝕、去膠、檢驗工序。9.2基本光刻工藝流程一般的光刻工藝要經(jīng)歷：底膜處理、涂膠、9.2.1底膜處理光刻膠絕大多數(shù)是疏水的，而晶片表面的羥基和殘留的水分子是親水的，若直接涂膠的話，會造成光刻膠和晶片的粘合性較差。底膜處理是其主要目的是對硅襯底表面進行處理，以增強襯底與光刻膠之間的黏附性。底膜處理包括以下過程：清洗：使硅片表面潔凈、干燥，襯底表面與光刻膠才能形成良好接觸；烘干：襯底表面烘烤干燥，增強光刻膠的黏附性；增黏處理：在襯底和光刻膠之間涂一層增黏劑（如六甲基乙硅氮烷HDMS。HDMS可以去掉SiO2表面的OH基。通過加溫反應生成以硅氧烷為主的化合物(表面活性劑)，能夠?qū)⒐杵砻嬗捎H水變?yōu)槭杷?，其疏水基可很好地與光刻膠結(jié)合，起到耦合的作用。顯影過程中，由于增強了光刻膠與襯底的粘附力，從而有效地抑制刻蝕液進入掩膜與基底的側(cè)向刻蝕。9.2.1底膜處理光刻膠絕大多數(shù)是疏水的，而晶片表面的羥基和HMDS與SiO2表面鍵合示意圖

小角度接觸高表面能大角度接觸低表面能θθ膠膠9.2.1底膜處理HMDS與SiO2表面鍵合示意圖小角度接觸高表面能大角度接9.2.2涂膠在硅片表面涂敷的光刻膠應厚度均勻、附著性強、沒有缺陷。涂膠工藝步驟：將光刻膠溶液噴灑到硅片表面上；加速旋轉(zhuǎn)托盤，直至達到需要的旋轉(zhuǎn)速度；達到所需的旋轉(zhuǎn)速度后，保持一定時間的旋轉(zhuǎn)。去除邊圈:旋轉(zhuǎn)過程中，由于離心力光刻膠向硅片邊緣流動并流到背面。衡量涂敷質(zhì)量的標準：光刻膠厚度、均勻度。影響涂敷質(zhì)量的因素：轉(zhuǎn)速、光刻膠粘滯度、光刻膠量、溫度、濕度等。9.2.2涂膠在硅片表面涂敷的光刻膠應厚度均勻、附著性強、沒涂膠工藝示意圖

3000～6000rpm，0.5~1mm9.2.1底膜處理涂膠工藝示意圖3000～6000rpm，0.5~1mm9.2.3前烘涂膠完成后，仍有一定量的溶劑殘存在膠膜內(nèi)，通過在較高溫度下進行烘焙（軟烘），可以使溶劑從光刻膠內(nèi)揮發(fā)出來。前烘就是在一定溫度下，使光刻膠里面的溶劑充分溢出，使光刻膠膜干燥，目的是增加光刻膠與襯底間的黏附性，增強膠膜的光吸收和抗腐蝕能力，以及緩和涂膠過程中膠膜內(nèi)產(chǎn)生的應力等。前烘的方法：熱平板傳導；紅外線輻射；干燥循環(huán)熱風。前烘的條件：80-110℃烘5~10分鐘，再在冷板上進行降溫。

9.2.3前烘涂膠完成后，仍有一定量的溶劑殘存在膠膜內(nèi)，通過9.2.4曝光曝光是使光刻掩模版與涂上光刻膠的襯底對準，用光源經(jīng)過光刻掩膜版照射襯底，使接受到光照的光刻膠的光學特性發(fā)生變化。曝光光源的選擇波長：較短的波長可獲得較小尺寸的分辨率；兩種紫外光源：汞燈和準分子激光；對準對準標記：置于投影掩膜版和硅片上用來確定它們位置和方向的可見圖形標記。套準精度：測量對準系統(tǒng)把版圖套準到硅片上圖形的能力；套準容差：形成圖形層與前層的最大相對位移。曝光后烘烤目的：利用烘烤產(chǎn)生的熱能，促使原本按不同干涉狀況分布的分解與未分解感光化合物在光刻膠曝光與非曝光臨界處重新分布，達到平衡。消除駐波效應。9.2.4曝光曝光是使光刻掩模版與涂上光刻膠的襯底對準，用光簡單的光學系統(tǒng)曝光圖

9.2.4曝光簡單的光學系統(tǒng)曝光圖9.2.4曝光9.2.5顯影顯影是用化學顯影液溶解由曝光造成的光刻膠的可溶解區(qū)域。正膠的曝光區(qū)和負膠的非曝光區(qū)的光刻膠在顯影液中溶解，而正膠的非曝光區(qū)和負膠的曝光區(qū)的光刻膠則不會在顯影液中溶解。影響顯影的主要因素：曝光時間；前烘的溫度和時間；光刻膠的厚膜；顯影液的濃度；顯影的溫度；顯影液的攪動情況；正膠顯影的方法：浸泡式：成本較低，速度快。但顯影均勻度較差，易受污染。單片噴灑式：改善污染。但均勻度改善不大，且顯影液用量大。單片噴灑靜置式：改善污染。均勻度好，且顯影液用量小。9.2.5顯影顯影是用化學顯影液溶解由曝光造成的光刻膠的可溶9.2.6堅膜堅膜也叫后烘，是為了去除由于顯影液的浸泡引起的膠膜軟化、溶脹現(xiàn)象，能使膠膜附著能力增強，抗腐蝕能力提高。堅膜溫度要高于前烘和曝光后烘烤溫度，較高的堅膜溫度可使堅膜后光刻膠中的溶劑含量更少，但增加了去膠時的困難。且光刻膠內(nèi)部拉伸應力的增加會使光刻膠的附著性下降，因此必須適當?shù)目刂茍阅囟?。堅膜條件：100~140oC下，烘烤10~30分鐘。9.2.6堅膜堅膜也叫后烘，是為了去除由于顯影液的浸泡引起的9.2.7顯影檢驗

顯影檢驗的目的是區(qū)分那些有很低可能性通過最終掩膜檢驗的襯底，提供工藝性能和工藝控制數(shù)據(jù)，以及分揀出需要重新做的襯底。檢測的內(nèi)容：掩膜版選用是否正確；光刻膠質(zhì)量是否滿足要求（針孔、小島，劃傷等）；圖形的質(zhì)量（邊界、圖形尺寸、線寬）套對精度是否滿足要求；鉆蝕針孔、小島、劃傷9.2.7顯影檢驗顯影檢驗的目的是區(qū)分那些有很低可能性通9.2.8刻蝕

刻蝕是將光刻膠上的圖形進一步轉(zhuǎn)移到光刻膠下層的材料上?？涛g是將涂膠前所淀積的薄膜中沒有被光刻膠覆蓋和保護的那部分去除掉，達到將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到材料上的目的。光刻膠下層薄膜可能是SiO2、Al、poly-Si等薄膜。9.2.8刻蝕刻蝕是將光刻膠上的圖形進一步轉(zhuǎn)移到光刻膠下層9.2.9去膠

刻蝕完成后，光刻膠已經(jīng)不再有用，需要將其徹底去除，完成這一步的工序就是去膠。去膠分別濕法去膠和干法去膠，濕法去膠又分為有機溶液去膠和無機溶液去膠。濕法去膠，用溶劑、用濃硫酸98%H2SO4+H2O2+膠→CO+CO2+H2O氧氣加熱去膠O2+膠→CO+CO2+H2O等離子去膠9.2.9去膠刻蝕完成后，光刻膠已經(jīng)不再有用，需要將其徹底9.2.10最終檢驗

在基本的光刻工藝過程中，最終步驟是檢驗。襯底在入射白光或紫外光下首先接受表面目檢，以檢查污點和大的微粒污染。之后是顯微鏡檢驗或自動檢驗來檢驗缺陷和圖案變形。檢查手段：顯微鏡目檢；線寬控制；對準檢查；9.2.10最終檢驗在基本的光刻工藝過程中，最終步驟是檢正膠涂布顯影工藝：底膜處理旋轉(zhuǎn)涂膠曝光后烘烤顯影堅膜曝光軟烤(前烘)增強附著力光刻膠厚度、均勻度移去膠內(nèi)殘余溶劑。緩和旋轉(zhuǎn)中帶來的膠膜內(nèi)應力。增強附著力對準標記線寬分辨率、套準精度、顆粒和缺陷。消除駐波效應溫度均勻性、持續(xù)時間去除不需要光刻膠使光刻膠變硬除去剩余的顯影液及水提高粘附性9.2基本光刻工藝流程正膠涂布顯影工藝：底膜處理旋轉(zhuǎn)涂膠曝光后烘烤顯影堅膜曝光軟烤9.3光刻技術(shù)中的常見問題半導體器件和集成電路的制造對光刻質(zhì)量有如下要求:一是刻蝕的圖形完整，尺寸準確，邊緣整齊陡直；二是圖形內(nèi)沒有針孔；三是圖形外沒有殘留的被腐蝕物質(zhì)。同時要求圖形套刻準確，無污染等等。但在光刻過程中，常出現(xiàn)浮膠、毛刺、鉆蝕、針孔和小島等缺陷。9.3光刻技術(shù)中的常見問題半導體器件和集成電路的制造對光刻質(zhì)9.3.1浮膠

浮膠就是在顯影和腐蝕過程中，由于化學試劑不斷侵入光刻膠膜與SiO2或其它薄膜間的界面，所引起的光刻膠圖形膠膜皺起或剝落的現(xiàn)象。9.3.1浮膠浮膠就是在顯影和腐蝕過程中，由于化學試劑不9.3.1浮膠

顯影時產(chǎn)生浮膠的原因有：涂膠前基片表面沾有油污，水汽，使膠膜與基片表面粘附不牢。光刻膠配制有誤或膠液陳舊，不純，膠的光化學反應性能不好，與基片表面粘附能力差，或者膠膜過厚，收縮膨脹不均，引起粘附不良。烘焙時間不足或過度。曝光不足。顯影時間過長，使膠膜軟化。腐蝕時產(chǎn)生浮膠的原因：堅膜時膠膜沒有烘透，膜不堅固。腐蝕液配方不當。例如，腐蝕SiO2的氟化氫緩沖腐蝕液中，氟化銨太少，化學活潑性太強。腐蝕溫度太低或太高。

9.3.1浮膠顯影時產(chǎn)生浮膠的原因有：9.3.2毛刺和鉆蝕

腐蝕時，如果腐蝕液滲透光刻膠膜的邊緣，會使圖形邊緣受到腐蝕，從而破壞掩蔽擴散的氧化層或鋁條的完整性。若滲透腐蝕較輕，圖形邊緣出現(xiàn)針狀的局部破壞，習慣上就稱為毛刺；若腐蝕嚴重，圖形邊緣出現(xiàn)“鋸齒狀”或“繡花球”樣的破壞，就稱它為鉆蝕。當SiO2等掩蔽膜窗口存在毛刺和鉆蝕時，擴散后結(jié)面就很不平整，影響結(jié)特性，甚至造成短路。同時，光刻的分辨率和器件的穩(wěn)定性、可靠性也會變壞。9.3.2毛刺和鉆蝕腐蝕時，如果腐蝕液滲透光刻膠膜的邊緣9.3.2毛刺和鉆蝕

產(chǎn)生毛刺和鉆蝕的原因有：基片表面存在污物，油垢，小顆?；蛭剿构饪棠z與氧化層枯附不良，引起毛刺或局部鉆蝕。氧化層表面存在磷硅玻璃，與光刻膠粘附不好，耐腐蝕性能差，引起鉆蝕。光刻膠過濾不好，存在顆粒狀物質(zhì)，造成局部粘附不良。對于光硬化型光刻膠，曝光不足，顯影時產(chǎn)生溶鉆，腐蝕時造成毛刺或鉆蝕。顯影時間過長，圖形邊緣發(fā)生溶鉆，腐蝕時造成鉆蝕。掩模圖形的黑區(qū)邊緣有毛刺狀缺陷。9.3.2毛刺和鉆蝕產(chǎn)生毛刺和鉆蝕的原因有：9.3.3針孔

在氧化層上，除了需要刻蝕的窗口外，在其它區(qū)域也可能產(chǎn)生大小一般在1~3微米的細小孔洞。這些孔洞，在光刻工藝中稱為針孔。針孔的存在，將使氧化層不能有效地起到掩蔽的作用。在器件生產(chǎn)中，尤其在集成電路和大功率器件生產(chǎn)中，針孔是影響成品率的主要因素之一。

9.3.3針孔在氧化層上，除了需要刻蝕的窗口外，在其它區(qū)9.3.3針孔

針孔產(chǎn)生的原因有：氧化硅(或其它)薄膜表面有外來顆粒(如硅渣、石英屑、灰塵等)或膠膜與基片表面未充分沾潤，涂膠時留有未覆蓋的小區(qū)域，腐蝕時產(chǎn)生針孔。光刻膠含有固體顆粒，影響曝光效果，顯影時易剝落，造成腐蝕時產(chǎn)生針孔。光刻膠膜本身抗蝕能力差，或膠膜太薄，腐蝕過程中局部蝕穿，造成針孔。前烘不足，殘存溶劑阻礙光刻膠交聯(lián)；或前烘驟熱，溶劑揮發(fā)過快，引起鼓泡穿孔，造成針孔。曝光不足，交聯(lián)不充分，或時間過長，膠層發(fā)生皺皮，腐蝕液穿透膠膜，在SiO2表面產(chǎn)生腐蝕斑點。腐蝕液配方不當，腐蝕能力太強。掩模版透光區(qū)存在黑斑，或沾有灰塵，曝光時局部膠膜未曝光，顯影時被溶解，腐蝕時產(chǎn)生針孔。9.3.3針孔針孔產(chǎn)生的原因有：9.3.4小島

小島是指在應該將氧化層刻蝕干凈的擴散窗口內(nèi)，還留有沒有刻蝕干凈的氧化層局部區(qū)域，它的形狀不規(guī)則，很象“島嶼”，尺寸一般比針孔大些，習慣上稱這些氧化層“島嶼”為小島。小島的存在，使擴散區(qū)域的某些局部點，因雜質(zhì)擴散受到阻礙而形成異常區(qū)。它使器件擊穿特性變壞，漏電流增大，甚至極間穿通。

9.3.4小島小島是指在應該將氧化層刻蝕干凈的擴散窗口內(nèi)9.3.4小島

小島產(chǎn)生的原因：掩模版上的針孔或損傷，在曝光時形成漏光點，使該處的光刻膠膜感光交聯(lián)．保護了氧化層不被腐蝕，形成小島。曝光過度，或光刻膠存放時間過長，性能失效，使局部區(qū)域光刻膠顯影不凈，仍留有觀察不到的光刻膠膜。其在腐蝕時起阻礙作用，引起該處氧化層腐蝕不完全而形成“小島”。氧化層表面有局部耐腐蝕的物質(zhì)，如硼硅玻璃等。腐蝕液中存在阻礙腐蝕作用的臟物。9.3.4小島小島產(chǎn)生的原因：本章重點光刻系統(tǒng)的主要指標基本光刻工藝流程光刻技術(shù)中的常見問題本章重點光刻系統(tǒng)的主要指標微電子制造工藝概論第9章光刻工藝微電子制造工藝概論第9章光刻工藝9.1概述9.2基本光刻工藝流程9.3光刻技術(shù)中的常見問題本章主要內(nèi)容9.1概述本章主要內(nèi)容IC產(chǎn)品的發(fā)展趨勢：大尺寸、細線寬、高精度、高效率、低成本；光刻技術(shù)在每一代集成電路中扮演技術(shù)先導的角色，光刻成本占據(jù)整個技術(shù)成本的35%；IC對光刻技術(shù)的要求高分辨率：加工線條越精細，要求光刻圖形分辨率越高；高靈敏度的光刻膠：曝光時間越短，需要靈敏度越高；低缺陷：光刻中引入缺陷，影響成品率；精密的套刻精度：套刻精度小于線寬的±10%；對大尺寸硅片的加工：大尺寸硅片同時制作很多芯片，滿足前述要求難度很大；IC產(chǎn)品的發(fā)展趨勢：9.1概述光刻(photolithography)就是將掩模版（光刻版）上的幾何圖形轉(zhuǎn)移到覆蓋在半導體襯底表面的對光輻照敏感薄膜材料（光刻膠）上去的工藝過程。光刻系統(tǒng)的主要指標包括：分辨率R（resolution）、焦深DOF（DepthofFocus）、對比度（CON）、特征線寬控制CD（CriticalDimension）、對準和套刻精度（AlignmentandOverlay）、產(chǎn)率（Throughout）以及價格。9.1概述光刻(photolithography)就是將掩9.1概述——分辨率分辨率是指一個光學系統(tǒng)精確區(qū)分目標的能力。最小分辨率指光刻系統(tǒng)所能分辨和加工的最小線條尺寸。分辨率是決定光刻系統(tǒng)最重要的指標，能分辨的線寬越小，分辨率越高。其由瑞利定律決定：k1是分辨率系數(shù)，一般為0.6~0.8；為光刻的波長；NA為光學系統(tǒng)的數(shù)值孔徑（NumericalAperature），一般為0.16~0.9。提高分辨率：NA，，k1，優(yōu)化設(shè)計（分辨率增強技術(shù)）；9.1概述——分辨率分辨率是指一個光學系統(tǒng)精確區(qū)分目標的能力不同光源對應的技術(shù)參數(shù)光源波長l術(shù)語k1NA技術(shù)節(jié)點汞燈436g線0.80.15~0.45>0.5mm汞燈365i線0.60.35~0.600.5/0.35mmKrF(激光)248DUV0.3~0.40.35~0.820.25/0.13mmArF(激光)193193DUV0.3~0.40.60~0.9390/65…32nmF2(激光)157VUV0.2~0.40.85~0.93等離子體13.5EUV0.740.25~0.722/18nm9.1概述——分辨率不同光源對應的技術(shù)參數(shù)光源波長l術(shù)語k1NA技術(shù)節(jié)點汞燈43(0.3um)(0.25um)(0.4um)(0.5um)最常用的兩種光源汞燈:高亮度、高可靠性；但在深紫外及以下波長發(fā)射效率較低。G線436nm（0.5um）；H線405nm（0.4um）；I線365nm（0.35um）；深紫外線DUV248nm（0.25um）。準分子激光：一種激光光源，準分子是不穩(wěn)定分子，由惰性氣體原子和鹵素構(gòu)成。KrF（氟化氪）準分子激光器248nm(0.25um)；ArF（氟化氬）準分子激光器193nm(0.18um)；F2（氟）準分子激光器157nm(0.15um)。9.1概述——分辨率(0.3um)(0.25um)(0.4um)(0.5um)最

1、使用光源縮小l9.1概述——分辨率1、使用光源縮小l9.1概述——分辨率

2、減小分辨率因子k1

Patterndependentk1canbereducedbyupto30%9.1概述——分辨率2、減小分辨率因子k1Patterndependen

2、減小分辨率因子k1Maskdesignandresistprocessl

[nm]k14360.83650.62480.3-0.41930.3-0.4Contrast436,365nm:=2-3,(Qf/Q02.5)248,193nm:=5-10(Qf/Q01.3)9.1概述——分辨率2、減小分辨率因子k1Maskdesignandr

3、增加

NA（浸入式技術(shù)）Lensfabricationl

[nm]NA4360.15-0.453650.35-0.602480.35-0.821930.60-0.93anH2O

浸入式光刻NA=nsinanH2O=1.44NA≈1.369.1概述——分辨率N為透鏡周圍介質(zhì)的折射率，α是透鏡的半接收角。去離子水折射率為1.44。3、增加NA（浸入式技術(shù)）Lensfabricatio9.1概述——光刻分辨率光刻分辨率：光刻工藝得到的光刻膠圖形能分辨線條的最小線寬L，也可用單位尺寸能分辨的線條數(shù)表示，即R’=1/2L(mm-1)；存在物理極限，由衍射決定：

L≥λ/2,Rmax≤1/λLL9.1概述——光刻分辨率光刻分辨率：光刻工藝得到的光刻膠圖形由量子理論的海森堡不確定關(guān)系式可得出離子的束光刻極限：ΔL·Δp≥h；h為普朗克常數(shù)；Δp為離子動量不確定值；動量最大變化值從-p到+p，則有：ΔL≥h/2p；ΔL為就是線寬，最高分辨率：Rmax=1/2ΔL≤p/h；對于光子，p=h/λ，則ΔL≥λ/2；理論最高分辨率：Rmax

≤1/λ；根據(jù)粒子的波動性，p=mv；E=mv2/2，則p=h/λ=√2mE

ΔL≥h/2√2mE粒子質(zhì)量越大，ΔL越小，分辨率越高；動能越大，ΔL越小，分辨率越高。9.1概述——光刻分辨率由量子理論的海森堡不確定關(guān)系式可得出離子的束光刻極限：ΔL·9.1概述——焦深(DOF)焦深是一定工藝條件下，能刻出最小線寬時像面偏離理想焦面的范圍。焦深越大，對光刻圖形制作越有利。焦深與特征尺寸的變化范圍，曝光劑量變化范圍，以及要求最后光刻膠傾斜角度、光刻膠損失等技術(shù)參數(shù)有關(guān)。在IC技術(shù)中，焦深只有1mm，甚至更小。焦深焦平面光刻膠9.1概述——焦深(DOF)焦深是一定工藝條件下，能刻出最小9.1概述——對比度對比度是評價成像質(zhì)量的重要指標。一般要求CON>0.5與尺寸有關(guān)。9.1概述——對比度對比度是評價成像質(zhì)量的重要指標。一般要求9.2基本光刻工藝流程一般的光刻工藝要經(jīng)歷：底膜處理、涂膠、前烘、曝光、顯影、堅膜、刻蝕、去膠、檢驗工序。9.2基本光刻工藝流程一般的光刻工藝要經(jīng)歷：底膜處理、涂膠、9.2.1底膜處理光刻膠絕大多數(shù)是疏水的，而晶片表面的羥基和殘留的水分子是親水的，若直接涂膠的話，會造成光刻膠和晶片的粘合性較差。底膜處理是其主要目的是對硅襯底表面進行處理，以增強襯底與光刻膠之間的黏附性。底膜處理包括以下過程：清洗：使硅片表面潔凈、干燥，襯底表面與光刻膠才能形成良好接觸；烘干：襯底表面烘烤干燥，增強光刻膠的黏附性；增黏處理：在襯底和光刻膠之間涂一層增黏劑（如六甲基乙硅氮烷HDMS。HDMS可以去掉SiO2表面的OH基。通過加溫反應生成以硅氧烷為主的化合物(表面活性劑)，能夠?qū)⒐杵砻嬗捎H水變?yōu)槭杷?，其疏水基可很好地與光刻膠結(jié)合，起到耦合的作用。顯影過程中，由于增強了光刻膠與襯底的粘附力，從而有效地抑制刻蝕液進入掩膜與基底的側(cè)向刻蝕。9.2.1底膜處理光刻膠絕大多數(shù)是疏水的，而晶片表面的羥基和HMDS與SiO2表面鍵合示意圖

小角度接觸高表面能大角度接觸低表面能θθ膠膠9.2.1底膜處理HMDS與SiO2表面鍵合示意圖小角度接觸高表面能大角度接9.2.2涂膠在硅片表面涂敷的光刻膠應厚度均勻、附著性強、沒有缺陷。涂膠工藝步驟：將光刻膠溶液噴灑到硅片表面上；加速旋轉(zhuǎn)托盤，直至達到需要的旋轉(zhuǎn)速度；達到所需的旋轉(zhuǎn)速度后，保持一定時間的旋轉(zhuǎn)。去除邊圈:旋轉(zhuǎn)過程中，由于離心力光刻膠向硅片邊緣流動并流到背面。衡量涂敷質(zhì)量的標準：光刻膠厚度、均勻度。影響涂敷質(zhì)量的因素：轉(zhuǎn)速、光刻膠粘滯度、光刻膠量、溫度、濕度等。9.2.2涂膠在硅片表面涂敷的光刻膠應厚度均勻、附著性強、沒涂膠工藝示意圖

3000～6000rpm，0.5~1mm9.2.1底膜處理涂膠工藝示意圖3000～6000rpm，0.5~1mm9.2.3前烘涂膠完成后，仍有一定量的溶劑殘存在膠膜內(nèi)，通過在較高溫度下進行烘焙（軟烘），可以使溶劑從光刻膠內(nèi)揮發(fā)出來。前烘就是在一定溫度下，使光刻膠里面的溶劑充分溢出，使光刻膠膜干燥，目的是增加光刻膠與襯底間的黏附性，增強膠膜的光吸收和抗腐蝕能力，以及緩和涂膠過程中膠膜內(nèi)產(chǎn)生的應力等。前烘的方法：熱平板傳導；紅外線輻射；干燥循環(huán)熱風。前烘的條件：80-110℃烘5~10分鐘，再在冷板上進行降溫。

9.2.3前烘涂膠完成后，仍有一定量的溶劑殘存在膠膜內(nèi)，通過9.2.4曝光曝光是使光刻掩模版與涂上光刻膠的襯底對準，用光源經(jīng)過光刻掩膜版照射襯底，使接受到光照的光刻膠的光學特性發(fā)生變化。曝光光源的選擇波長：較短的波長可獲得較小尺寸的分辨率；兩種紫外光源：汞燈和準分子激光；對準對準標記：置于投影掩膜版和硅片上用來確定它們位置和方向的可見圖形標記。套準精度：測量對準系統(tǒng)把版圖套準到硅片上圖形的能力；套準容差：形成圖形層與前層的最大相對位移。曝光后烘烤目的：利用烘烤產(chǎn)生的熱能，促使原本按不同干涉狀況分布的分解與未分解感光化合物在光刻膠曝光與非曝光臨界處重新分布，達到平衡。消除駐波效應。9.2.4曝光曝光是使光刻掩模版與涂上光刻膠的襯底對準，用光簡單的光學系統(tǒng)曝光圖

9.2.4曝光簡單的光學系統(tǒng)曝光圖9.2.4曝光9.2.5顯影顯影是用化學顯影液溶解由曝光造成的光刻膠的可溶解區(qū)域。正膠的曝光區(qū)和負膠的非曝光區(qū)的光刻膠在顯影液中溶解，而正膠的非曝光區(qū)和負膠的曝光區(qū)的光刻膠則不會在顯影液中溶解。影響顯影的主要因素：曝光時間；前烘的溫度和時間；光刻膠的厚膜；顯影液的濃度；顯影的溫度；顯影液的攪動情況；正膠顯影的方法：浸泡式：成本較低，速度快。但顯影均勻度較差，易受污染。單片噴灑式：改善污染。但均勻度改善不大，且顯影液用量大。單片噴灑靜置式：改善污染。均勻度好，且顯影液用量小。9.2.5顯影顯影是用化學顯影液溶解由曝光造成的光刻膠的可溶9.2.6堅膜堅膜也叫后烘，是為了去除由于顯影液的浸泡引起的膠膜軟化、溶脹現(xiàn)象，能使膠膜附著能力增強，抗腐蝕能力提高。堅膜溫度要高于前烘和曝光后烘烤溫度，較高的堅膜溫度可使堅膜后光刻膠中的溶劑含量更少，但增加了去膠時的困難。且光刻膠內(nèi)部拉伸應力的增加會使光刻膠的附著性下降，因此必須適當?shù)目刂茍阅囟?。堅膜條件：100~140oC下，烘烤10~30分鐘。9.2.6堅膜堅膜也叫后烘，是為了去除由于顯影液的浸泡引起的9.2.7顯影檢驗

顯影檢驗的目的是區(qū)分那些有很低可能性通過最終掩膜檢驗的襯底，提供工藝性能和工藝控制數(shù)據(jù)，以及分揀出需要重新做的襯底。檢測的內(nèi)容：掩膜版選用是否正確；光刻膠質(zhì)量是否滿足要求（針孔、小島，劃傷等）；圖形的質(zhì)量（邊界、圖形尺寸、線寬）套對精度是否滿足要求；鉆蝕針孔、小島、劃傷9.2.7顯影檢驗顯影檢驗的目的是區(qū)分那些有很低可能性通9.2.8刻蝕

刻蝕是將光刻膠上的圖形進一步轉(zhuǎn)移到光刻膠下層的材料上。刻蝕是將涂膠前所淀積的薄膜中沒有被光刻膠覆蓋和保護的那部分去除掉，達到將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到材料上的目的。光刻膠下層薄膜可能是SiO2、Al、poly-Si等薄膜。9.2.8刻蝕刻蝕是將光刻膠上的圖形進一步轉(zhuǎn)移到光刻膠下層9.2.9去膠

刻蝕完成后，光刻膠已經(jīng)不再有用，需要將其徹底去除，完成這一步的工序就是去膠。去膠分別濕法去膠和干法去膠，濕法去膠又分為有機溶液去膠和無機溶液去膠。濕法去膠，用溶劑、用濃硫酸98%H2SO4+H2O2+膠→CO+CO2+H2O氧氣加熱去膠O2+膠→CO+CO2+H2O等離子去膠9.2.9去膠刻蝕完成后，光刻膠已經(jīng)不再有用，需要將其徹底9.2.10最終檢驗

在基本的光刻工藝過程中，最終步驟是檢驗。襯底在入射白光或紫外光下首先接受表面目檢，以檢查污點和大的微粒污染。之后是顯微鏡檢驗或自動檢驗來檢驗缺陷和圖案變形。檢查手段：顯微鏡目檢；線寬控制；對準檢查；9.2.10最終檢驗在基本的光刻工藝過程中，最終步驟是檢正膠涂布顯影工藝：底膜處理旋轉(zhuǎn)涂膠曝光后烘烤顯影堅膜曝光軟烤(前烘)增強附著力光刻膠厚度、均勻度移去膠內(nèi)殘余溶劑。緩和旋轉(zhuǎn)中帶來的膠膜內(nèi)應力。增強附著力對準標記線寬分辨率、套準精度、顆粒和缺陷。消除駐波效應溫度均勻性、持續(xù)時間去除不需要光刻膠使光刻膠變硬除去剩余的顯影液及水提高粘附性9.2基本光刻工藝流程正膠涂布顯影工藝：底膜處理旋轉(zhuǎn)涂膠曝光后烘烤顯影堅膜曝光軟烤9.3光刻技術(shù)中的常見問題半導體器件和集成電路的制造對光刻質(zhì)量有如下要求:一是刻蝕的圖形完整，尺寸準確，邊緣整齊陡直；二是圖形內(nèi)沒有針孔；三是圖形外沒有殘留的被腐蝕物質(zhì)。同時要求圖形套刻準確，無污染等等。但在光刻過程中，常出現(xiàn)浮膠、毛刺、鉆蝕、針孔和小島等缺陷。9.3光刻技術(shù)中的常見問題半導體器件和集成電路的制造對光刻質(zhì)9.3.1浮膠

浮膠就是在顯影和腐蝕過程中，由于化學試劑不斷侵入光刻膠膜與SiO2或其它薄膜間的界面，所引起的光刻膠圖形膠膜皺起或剝落的現(xiàn)象。9.3.1浮膠浮膠就是在顯影和腐蝕過程中，由于化學試劑不9.3.1浮膠

顯影時產(chǎn)生浮膠的原因有：涂膠前基片表面沾有油污，水汽，使膠膜與基片表面粘附不牢。光刻膠配制有誤或膠液陳舊，不純，膠的光化學反應性能不好，與基片表面粘附能力差，或者膠膜過厚，收縮膨脹不均，引起粘附不良。烘焙時