(新)半導(dǎo)體光刻技術(shù)詳解(行業(yè)講座培訓(xùn)課件)

光刻工藝介紹光刻工藝介紹Outline

1.光刻工藝及材料2.光刻膠的成像機理3.光刻工藝交流Outline1.光刻工藝及材料2.光刻膠的成像機理3.1.光刻工藝及材料1.光刻工藝及材料光刻就是將掩膜版上的幾何圖形轉(zhuǎn)移到涂有一層光刻膠的硅片表面的工藝過程。光刻概述——PHOTOLITHOGRAPHY光刻就是將掩膜版上的幾何圖形轉(zhuǎn)移到涂有一層光刻膠的硅片表面的光刻總的質(zhì)量要求：①條寬符合指標要求②套刻精度符合指標要求③膠厚符合指標要求④無缺陷⑤膠圖形具有較好的抗腐蝕能力關(guān)鍵層：①直接影響器件的電學(xué)性能或?qū)ψ罱K成品率有重大影響②條寬要求最嚴格③套刻精度要求最嚴格光刻概述——PHOTOLITHOGRAPHY光刻總的質(zhì)量要求：光刻概述——PHOTOLITHOGRAPH光刻工藝流程光刻工藝流程HardbakeStrip

PREtchPrevious

ProcessIonImplantRejectedSurface

preparationPRcoatingSoftbakeAlignment&ExposureDevelopmentInspectionPEBApprovedCleanTracksystemPhotoBayPhotocellPhotoprocessHardbakeStrip

PREtchPrevious光刻設(shè)備及材料★光刻版★HMDS★光刻膠★顯影液★EBR設(shè)備：材料光刻機勻膠機顯影機光刻設(shè)備及材料★光刻版★HMDS★光刻膠★顯影液★EBR★HMDS★HMDSHydrophilicSurfaceSubstrateSiSiSiSiOOOO(H3C)3Si(H3C)3Si(H3C)3Si(H3C)3Si⊿T-nNH3HydrophobicSurfaceLowContactAngleHighContactAngleSubstrateSiSiSiSiOHOHOHOH(H3C)3SiSi(CH3)#NH(H3C)3SiSi(CH3)#NH*Wecancheckwafersurfaceconditionbycontactangle*Needtocleanthevaporizedgassupplypipetoremoveparticlesource3★HMDSHydrophilicSurfaceSubstrateSi(新)半導(dǎo)體光刻技術(shù)詳解(行業(yè)講座培訓(xùn)課件)聚合物材料

固體有機材料

光照下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

作用：保證光刻膠的附著性和抗蝕性，同時也決定光刻膠的厚度、熱穩(wěn)定性。感光材料(PAC)：

被曝光而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變光刻膠的溶解性

正性光刻膠：不可溶變?yōu)榭扇茇撔怨饪棠z：可溶變?yōu)椴豢扇苋軇?/p>

使光刻膠被涂到硅片表面前保持液態(tài)

添加劑：改變光刻膠的特性性能，比如降低反射率等。

★光刻膠聚合物材料★光刻膠PhotoandPhotoresistPhotoandPhotoresist★Photoresistclassify(baseonlightsourceand)R=k1*

/NADOF=k2*

/(NA)2NA=n*sinImagePlaneLensfdn:AirR.I(1)★Photoresistclassify(baseMercurylamp為了得到更小的線條（分辨率），就必須選用更短波長的光源。汞燈中波長小于365nm的光光強太弱，不能用于化學(xué)放大光刻膠中。所以，在248nm以下光刻中，光源選用準分子激光或氟分子激光。它們是單一波長的光。一般stepper或scanner的曝光源，都是通過濾光片將其他不需要的光過濾掉，只留下365nm或436nm的光。接觸式曝光機一般用寬譜曝光，即沒有將光源的其他光過濾掉。Mercurylamp為了得到更小的線條（

光刻膠的基本要求光刻膠的基本要求★EBR——EdgeBeadRemovalEBR化劑的成份一般和光刻膠的溶劑成份相同。正膠的EBR一般成份為PGMEA(丙二醇甲醚醋酸酯)和PGME(丙二醇甲醚),比例為30%和70%。

EBR除了用于去邊、背清之外，也用于金屬層之后返工去膠用。

EBR的控制點為金屬雜質(zhì)含量?！顴BR——EdgeBeadRemovalEBR化★光刻版——Reticle(NIKONStepper)★光刻版——Reticle(NIKONStepper)(新)半導(dǎo)體光刻技術(shù)詳解(行業(yè)講座培訓(xùn)課件)(新)半導(dǎo)體光刻技術(shù)詳解(行業(yè)講座培訓(xùn)課件)(新)半導(dǎo)體光刻技術(shù)詳解(行業(yè)講座培訓(xùn)課件)ShotReticleBladeGuardRingUvLightStagePellicleCrPATTERNParticleOutofFocusWaferParticlesizeonthereticleisdecidedbyitsprintablityShotReticleBladeGuardRingUvLResolutionlimitANDDOF2光刻機的發(fā)展31光刻機基礎(chǔ)介紹ResolutionlimitANDDOF2光刻機的發(fā)光刻機的發(fā)展光刻機的發(fā)展主要從二十世紀70年代到現(xiàn)在，從早期的線寬5微米以上到現(xiàn)在的亞微米尺寸，從汞燈光源到KrF等，按曝光方式大致將光刻機分為五代。Future步進掃描光刻機分步重復(fù)光刻機掃描投影光刻機接觸式光刻機接近式光刻機光刻機的發(fā)展光刻機的發(fā)展主要從二十世紀70年代到現(xiàn)光刻機的發(fā)展工作能力下降減小了分辨能力，獲得小的關(guān)鍵尺寸成問題接近式光刻機緩解了沾污問題。機器容許偏差控制的要求，定位容差要求不超過幾十納米機器制造難度和鏡頭的制造難度大步進傳動誤差小于特征尺寸的1/10是一種混合設(shè)備融合了掃描和分步光刻機解決了細線條下CD的均一度為了解決曝光場的限制和關(guān)鍵尺寸減小等問題20世紀80年代后期，可以使用縮小透鏡提高了套刻均一度，提供了高分辨率因為采用1:1的掩模版，若芯片中存在亞微米尺寸，掩模版不能做到無缺陷20世紀80年代初解決了沾污和邊緣衍射接近式光刻機掃描投影光刻機分步重復(fù)光刻機步進掃描光刻機光刻機的發(fā)展工作能力下降接近式光刻機機器容許偏差控接觸式、接近式、投影式光刻機光路示意圖接觸式、接近式、投影式光刻機光路示意圖分步重復(fù)光刻機光路示意圖分步重復(fù)光刻機光路示意圖制約分辨率的因素接觸式曝光機，膜厚越薄，越有利于提高分辨率。制約分辨率的因素接觸式曝光機，膜厚越薄，越有利于提高分辨率。5:1lensUVUVStepandScanImageFieldScanStepperImageField(singleexposure)4:1lensReticleReticleScanScanWaferWaferSteppingdirectionRedrawnandusedwithpermissionfromASMLithography第五代光刻機stepper和scanner的區(qū)別5:1lensUVUVStepandScanScanS掃描光刻機原理Scanner掃描光刻機原理ScannerUVlightReticlefieldsize20mm×15mm,4dieperfield5:1reductionlensWaferImageexposureonwafer1/5ofreticlefield4mm×3mm,4dieperexposureSerpentinesteppingpatternUVlightReticlefieldsize5:1NIKONStepper設(shè)備名稱介紹NSR2005G8CNSR——NIKONStepandRepeatExposureSystem20——Max.ExposureFieldis20mmSquare05——ReductionRatiois1/5G——G-LineisUsedasExposureLightSource8——BodyTypeNumberC——ProjectionLensTypeNIKONStepper設(shè)備名稱介紹NSR2005G8C光刻機三巨頭光刻機簡介光刻機三巨頭光刻機簡介ExposureField——NIKONStepperField20mm15mmΦ(mm)28.2821.23Max.Width20000×2000015080×14940Max.Length19166×204009300×18860Square20000×2000015010×15010ExposureField——NIKONStepperF主要性能參數(shù)k:工藝系數(shù)kMIN=0.61NA:數(shù)值孔徑λ:光源波長G-line(436nm)、I-line(365nm)、KrF(248nm)、ArF、F2、…………主要性能參數(shù)k:工藝系數(shù)數(shù)值孔徑NumericalApertureNA:描述多光學(xué)元件透鏡系統(tǒng)的性能fDn:透鏡折射率2α:像點張角D:透鏡直徑f:透鏡焦距數(shù)值孔徑NumericalApertureNA:描述多Resolutionlimit定義為清晰分辨出硅片上間隔很近的特征圖形的能力。圖形的分辨率與設(shè)備的光學(xué)特性采用的光刻膠及光刻工藝環(huán)境有關(guān)。ResolutionResolutionlimit定義為清晰分辨出硅片上間隔很ResolutionLIGHESOURCEProcess/resistimprovementsImprovedopticalschemesLensdesignimprovementsResolutionlimitResolutionLIGHESOURCEProcess/代價Lowerk1HighNASmallerλ更換光源光源的成本增加，準分子激光的輸出功率較小，光刻膠也需要進行改進DOF越小，意味著鏡頭的材料改變工藝改進的問題Resolutionlimit代價Lowerk1HighNASmallerλ更換光源FOCUSANDDOFDOF的定義焦點周圍的一個范圍，在這個范圍內(nèi)圖像連續(xù)的保持清晰，這個范圍被稱為焦深或DOF。描述焦深的方程式是：K2的數(shù)值范圍在0.8到1.2之間FOCUSANDDOFDOF的定義描述焦深的方程式是：KDiffractionintensityposition0order-1order+1orderDiffractionintensityposition0SlitDiffractedlightraysPlanelightwaveR=k1*

/NASlitDiffractedlightraysPlaneDepthofFocus-1thOrder+1thOrder0thOrderDOFDOFShortwavelengthLongwavelengthDepthofFocus-1thOrder+1thO+-PhotoresistFilmDepthoffocusCenteroffocusLensUV013571357LensQuartzChromeDiffractionpatternsMask下圖顯示：NA值越大，越能獲取1級或者2級的衍射光，分辨率越高。但是，上圖顯示，NA值增大，則DOF變小。R=k1*

/NADOF=k2*

/(NA)2NA=n*sin+-PhotoresistFilmDepthoffocun=0n=1n=3ReticlelevelWaferlevelDCbiasResistZeroand+1storderwaveformZeroand3rdorderwaveformDiffractionOrdersZeroorderwaveformn=0n=1n=3ReticlelevelWasum+FirstorderThirdorder

RecombinationofOrdersZeroordersum+FirstorderThirdorderRecRecombinationofOrdersImagePerfectImagesumoftheordersAmplitudeAmplitudeWaferFourierCoefficients-0.4-0.200.20.40.60.8012345678910AmplitudeOrdernumber-0.4-0.200.20.40.60.8012345678910OrdernumberAmplitude-3-10+1+3-10+1-3+3RecombinationofOrdersImagePeMaskTechnologyOverviewComparewithAlternativePSMandBinarymaskonwaferLENSBinaryMaskE-fieldI-fieldCrQzLight00+onwaferonwafer0AlternativePSMCrQzLightShifterLENS0+-onwaferMaskTechnologyOverviewCompar主要性能參數(shù)型號NAλR(k=0.61)R(k=0.80)DOF1505G7D0.45436nm0.59um0.78um2.15um1505I7A0.45365nm0.49um0.65um1.80um1505G6E0.54436nm0.49um0.65um1.50um2005G8C0.54436nm0.49um0.65um1.50um2005I8B0.50365nm0.45um0.58um1.46um2005I10C~0.57365nm0.39um0.51um1.12um2005I11D~0.63365um0.35um0.46um0.92um主要性能參數(shù)型號NAλRRDOF1505G7D0.45436對位過程初始化基準標記位置(FoundCoordinates)光刻版對位(AligntoFiducialMark)園片對位(BaseontheCoordinates)Pre-Alignment(FindtheOrientationFlat)SearchAlignmentLSA(LaserStepAlignment)FIA(FieldImageAlignment)g-EGAAlignment(EnhancedGlobalAlignment)LSAFIA對位過程初始化基準標記位置(FoundCoordinatAlignmentProcessAlignmentProcessAlignmentMarkAlignmentMarkLSAvs.FIA對位方式光源優(yōu)點缺點LSA激光靈敏度高，識別能力強，適合絕大多數(shù)層次不適合鋁層及對位標記不對稱的情況FIA鹵素燈適合鋁層及非對稱對位標記對位速度慢，對臺階要求高LSAvs.FIA對位方式光源優(yōu)點缺點LSA激光靈敏度高WaferSearchAlignmentSearchY-T對位；確認圓片旋轉(zhuǎn)；確認Y位置；確認X位置；進行EGA對位。WaferSearchAlignmentSearchYWaferEGAAlignmentWaferEGAAlignmentEGACorrectionOffset(um)Scaling(PPM)WaferRotation(urad)X-YOrthogonality(urad)ShotMagnification(PPM)EGACorrectionOffset(um)對位點個數(shù)對對位精度的影響對位點個數(shù)對對位精度的影響MisalignMisalign影響光刻機的一些因素溫度：溫度對掩模版臺、光學(xué)元件、承片臺和對準系統(tǒng)產(chǎn)生影響。所以高溫照明系統(tǒng)和電源通常放在遠離設(shè)備主體的地方。濕度：濕度能影響空氣密度，不利于光通過；從而對干涉計定位、透鏡數(shù)值孔徑和聚焦產(chǎn)生不利影響。振動：振動的發(fā)生將給定位、對準、聚焦和曝光帶來問題?？赡墚a(chǎn)生定位錯誤、對準錯誤、離焦和不均勻曝光。大氣壓力：大氣壓力的變化可能影響投影光學(xué)系統(tǒng)中空氣的折射率。將導(dǎo)致不均勻線寬控制和極差的套準精度。影響光刻機的一些因素溫度：溫度對掩模版臺、光學(xué)元件、承片臺和前烘和前處理前烘和前處理涂膠SpinCoating涂膠SpinCoating滴膠回吸旋轉(zhuǎn)涂膠EBRReadyforsoftBake涂膠SpinCoating滴膠回吸旋轉(zhuǎn)涂膠EBRReadyforsoftBake熱板加熱，wafer直接和熱板全面接觸，熱傳導(dǎo)很快，熱量從下往上傳導(dǎo)。溶劑揮發(fā)快。優(yōu)點：均勻性好！烘箱加熱，熱量通過空氣傳導(dǎo)給wafer，需要時間長，且會存在均勻性問題。微波加熱，熱量從上往下，光刻膠表面會先變硬，如膠厚度較厚，底下的溶劑不好揮發(fā)。熱板加熱，wafer直接和熱板全面接觸，熱傳導(dǎo)很快，熱量從注意事項：Softbake溫度過高，會導(dǎo)致曝光能量增大和分辨率降低。因為溫度太高，會導(dǎo)致羧酸擴散變差。Softbake溫度過低，溶劑殘留過多，導(dǎo)致光刻膠熱穩(wěn)定性變差。如果測定顯影前后光刻膠膜厚的變化較大，增加Softbake溫度。注意事項：Softbake溫度過高，會導(dǎo)致曝光能量增大和駐波效應(yīng)—Standingwaveeffect駐波效應(yīng)—Standingwaveeffect前烘PEBPostexposurebakeWithoutPEBWithPEBPEB促使光刻膠里面的羧酸擴散，以及樹脂有限度的流動，從而有效減小駐波效應(yīng)的影響。前烘PEBPostexposurebakeWithHMDS、前烘、及PEB之后的步驟，都需用通過冷板冷卻。前烘后，如果沒有冷卻到23度，直接曝光，則圖形變差。PEB后，如果沒有冷卻，將會導(dǎo)致過顯影。硅片冷卻HMDS、前烘、及PEB之后的步驟，都需用通過冷板冷卻。硅片顯影顯影顯影流程顯影流程顯影形貌顯影形貌堅膜Hardbake堅膜Hardbake2.光刻成像機理和圖形控制2.光刻成像機理和圖形控制siliconsubstrateoxidephotoresistPositivephotoresistimagingtheory

IslandWindowAreasexposedtolightbecomephotosoluble.Resultingpatternaftertheresistisdeveloped.ShadowonphotoresistExposedareaofphotoresistChromeislandonglassmaskphotoresistsiliconsubstrateoxideUltravioletLightPrintsapatternthatisthesameasthepatternonthemasksiliconsubstrateoxidephotores光刻圖形的側(cè)墻角度不可能為90度光刻圖形的側(cè)墻角度不可能為90度R=k1*

/NADOF=k2*

/(NA)2NA=n*sinImagePlaneLensfdn:AirR.I(1)圖形成像決定因素：波長和透鏡的數(shù)值孔徑R=k1*/NANA=n*sinImage影響成像的因素有哪些?1）lenscontrol2）Surfaceconditions3)Exposeconditions4)Developconditions5）Heatcondition影響成像的因素有哪些?1）lenscontrol2）S慧差畸變球差場曲像散球差、慧差、場曲、像散，影響成像清晰度?；冇绊懳锵裣嗨贫然鄄罨兦虿顖銮裆⑶虿睢⒒鄄?、場曲、像散，畸變影響物像相似Max-min<60nm畸變并不會影響像的清晰度，而只影響像與物的相似性。畸變，是指物所成的像在形狀上的變形。Max-min<60nm畸變并不會影響像的清晰度，畸變，是指(新)半導(dǎo)體光刻技術(shù)詳解(行業(yè)講座培訓(xùn)課件)Surfaceconditionsinclude:filmcomposition,e.g.:silicon,nitride,polysilicon,metal,etc.FlatnesssurfacereflectivitySurfaceconditionsmayaffectphotoresist-to-waferadhesionalignmentaccuracylinewidthresolutionYield2）SurfaceconditionsSurfaceconditionsinclude:2）S3)ExposeconditionsDose3)ExposeconditionsDoseDefocus:IffocalplanispositionedatoutofDOFboundary,pattern

profilebecometobechangedduetocontrastimagechangeDefocus:Iffocalplanispos(新)半導(dǎo)體光刻技術(shù)詳解(行業(yè)講座培訓(xùn)課件)4)Developconditions顯影液濃度影響顯影液溫度影響：23度最合適顯影時間的影響1.502.383.0TMAHConcentrationPhotospeedResolutionBetterHigher4)Developconditions顯影液濃度影響顯影DeveloptimevsprofileDeveloptimevsprofiletime(sec)PROFILE5060409070OptimumtimeThisisthestandardtooltodecidedevelopdippingtime.UnderDevelop:ScumandtailOverDevelop:TopprofilecollapseDeveloptimevsprofileDeveloDEVELOPRATETEMPERTUREDeveloptemperatureisoneofimportantitemtocontroldeveloprate.Ithasoptimumtemp.ButTomaintainconstanttemperatureisnoteasy.Itdependonspraytypeandnozzletype.UsuallyEngineerneedtofindoutoptimumtemp.Butusuallywecanuseroomtemperaturebecausethistemp.isthemoststabletemperature.3DeveloptempvsDevelopspeed(rate)DEVELOPTEMPERTUREDeveloptempe(新)半導(dǎo)體光刻技術(shù)詳解(行業(yè)講座培訓(xùn)課件)3.光刻工藝交流3.光刻工藝交流(新)半導(dǎo)體光刻技術(shù)詳解(行業(yè)講座培訓(xùn)課件)Swingcurve

Thereareinterferencebetweeninputandreflectivelightintheresistfilm.Theamplitudeofstandingwaveisdecidedbywavelength,substrateandARCfilmTheworstcaseisDUVresist(becauseofhighReflectivity)UsingTARCisbest:TARCreducesstandingwaveeffect.TprshouldbedecidedbyminimumCDvariationtarget(HillorvalleyofstandingwavecurveSwingcurveThereareinterfFEMFEM(新)半導(dǎo)體光刻技術(shù)詳解(行業(yè)講座培訓(xùn)課件)Defocus的影響Defocus的影響Defocus產(chǎn)生的原因ParticleEdgeEffectAutoFocusAutoLevelingDefocus產(chǎn)生的原因Particle邊緣效應(yīng)邊緣效應(yīng)FunctionDecideoptimumz-stageposition(Focus)beforeshotexposing.INCIDENTBEAMDetector(CCD)ZZ-MOTIONXQQ'PROJECTIONLENSMIRRORMIRRORLENSLENSWAFERLightsource:HalogenlampDetector:7x7(49points)sensorDatafeedback:z-stage

X=2Zsin:Whenis90degree,AFsensitivityisbestThefeatureofAFsensorisdifferentfromeachvendor.Itdependonwafershotposition:Waferedge==>Beamsizeistoolarge:ShiftfocusThisisnotthesameasAutoLevelingsystem.ThisfeatureshowCanonsystem.

Autofocussystem5FunctionDecideoptimumz-stageAutoLevelingAutoLevelingMisalignOffsetInShotMagnificationShotRotationByShotsScalingWaferRotationOrthogonilityMisalignOffsetMisalignMisalign光刻膠、顯影液等原料工藝評估和驗收光刻膠：

spincurve,swingcurve,masklinearity,resolution,processwindow,etchandimplantresistance顯影液：

defectmonitor，resistsprofile,CD,developrate.光刻膠、顯影液等原料工藝評估和驗收光刻膠：！！光刻工藝介紹光刻工藝介紹Outline

1.光刻工藝及材料2.光刻膠的成像機理3.光刻工藝交流Outline1.光刻工藝及材料2.光刻膠的成像機理3.1.光刻工藝及材料1.光刻工藝及材料光刻就是將掩膜版上的幾何圖形轉(zhuǎn)移到涂有一層光刻膠的硅片表面的工藝過程。光刻概述——PHOTOLITHOGRAPHY光刻就是將掩膜版上的幾何圖形轉(zhuǎn)移到涂有一層光刻膠的硅片表面的光刻總的質(zhì)量要求：①條寬符合指標要求②套刻精度符合指標要求③膠厚符合指標要求④無缺陷⑤膠圖形具有較好的抗腐蝕能力關(guān)鍵層：①直接影響器件的電學(xué)性能或?qū)ψ罱K成品率有重大影響②條寬要求最嚴格③套刻精度要求最嚴格光刻概述——PHOTOLITHOGRAPHY光刻總的質(zhì)量要求：光刻概述——PHOTOLITHOGRAPH光刻工藝流程光刻工藝流程HardbakeStrip

PREtchPrevious

ProcessIonImplantRejectedSurface

preparationPRcoatingSoftbakeAlignment&ExposureDevelopmentInspectionPEBApprovedCleanTracksystemPhotoBayPhotocellPhotoprocessHardbakeStrip

PREtchPrevious光刻設(shè)備及材料★光刻版★HMDS★光刻膠★顯影液★EBR設(shè)備：材料光刻機勻膠機顯影機光刻設(shè)備及材料★光刻版★HMDS★光刻膠★顯影液★EBR★HMDS★HMDSHydrophilicSurfaceSubstrateSiSiSiSiOOOO(H3C)3Si(H3C)3Si(H3C)3Si(H3C)3Si⊿T-nNH3HydrophobicSurfaceLowContactAngleHighContactAngleSubstrateSiSiSiSiOHOHOHOH(H3C)3SiSi(CH3)#NH(H3C)3SiSi(CH3)#NH*Wecancheckwafersurfaceconditionbycontactangle*Needtocleanthevaporizedgassupplypipetoremoveparticlesource3★HMDSHydrophilicSurfaceSubstrateSi(新)半導(dǎo)體光刻技術(shù)詳解(行業(yè)講座培訓(xùn)課件)聚合物材料

固體有機材料

光照下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

作用：保證光刻膠的附著性和抗蝕性，同時也決定光刻膠的厚度、熱穩(wěn)定性。感光材料(PAC)：

被曝光而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變光刻膠的溶解性

正性光刻膠：不可溶變?yōu)榭扇茇撔怨饪棠z：可溶變?yōu)椴豢扇苋軇?/p>

使光刻膠被涂到硅片表面前保持液態(tài)

添加劑：改變光刻膠的特性性能，比如降低反射率等。

★光刻膠聚合物材料★光刻膠PhotoandPhotoresistPhotoandPhotoresist★Photoresistclassify(baseonlightsourceand)R=k1*

/NADOF=k2*

/(NA)2NA=n*sinImagePlaneLensfdn:AirR.I(1)★Photoresistclassify(baseMercurylamp為了得到更小的線條（分辨率），就必須選用更短波長的光源。汞燈中波長小于365nm的光光強太弱，不能用于化學(xué)放大光刻膠中。所以，在248nm以下光刻中，光源選用準分子激光或氟分子激光。它們是單一波長的光。一般stepper或scanner的曝光源，都是通過濾光片將其他不需要的光過濾掉，只留下365nm或436nm的光。接觸式曝光機一般用寬譜曝光，即沒有將光源的其他光過濾掉。Mercurylamp為了得到更小的線條（

光刻膠的基本要求光刻膠的基本要求★EBR——EdgeBeadRemovalEBR化劑的成份一般和光刻膠的溶劑成份相同。正膠的EBR一般成份為PGMEA(丙二醇甲醚醋酸酯)和PGME(丙二醇甲醚),比例為30%和70%。

EBR除了用于去邊、背清之外，也用于金屬層之后返工去膠用。

EBR的控制點為金屬雜質(zhì)含量。★EBR——EdgeBeadRemovalEBR化★光刻版——Reticle(NIKONStepper)★光刻版——Reticle(NIKONStepper)(新)半導(dǎo)體光刻技術(shù)詳解(行業(yè)講座培訓(xùn)課件)(新)半導(dǎo)體光刻技術(shù)詳解(行業(yè)講座培訓(xùn)課件)(新)半導(dǎo)體光刻技術(shù)詳解(行業(yè)講座培訓(xùn)課件)ShotReticleBladeGuardRingUvLightStagePellicleCrPATTERNParticleOutofFocusWaferParticlesizeonthereticleisdecidedbyitsprintablityShotReticleBladeGuardRingUvLResolutionlimitANDDOF2光刻機的發(fā)展31光刻機基礎(chǔ)介紹ResolutionlimitANDDOF2光刻機的發(fā)光刻機的發(fā)展光刻機的發(fā)展主要從二十世紀70年代到現(xiàn)在，從早期的線寬5微米以上到現(xiàn)在的亞微米尺寸，從汞燈光源到KrF等，按曝光方式大致將光刻機分為五代。Future步進掃描光刻機分步重復(fù)光刻機掃描投影光刻機接觸式光刻機接近式光刻機光刻機的發(fā)展光刻機的發(fā)展主要從二十世紀70年代到現(xiàn)光刻機的發(fā)展工作能力下降減小了分辨能力，獲得小的關(guān)鍵尺寸成問題接近式光刻機緩解了沾污問題。機器容許偏差控制的要求，定位容差要求不超過幾十納米機器制造難度和鏡頭的制造難度大步進傳動誤差小于特征尺寸的1/10是一種混合設(shè)備融合了掃描和分步光刻機解決了細線條下CD的均一度為了解決曝光場的限制和關(guān)鍵尺寸減小等問題20世紀80年代后期，可以使用縮小透鏡提高了套刻均一度，提供了高分辨率因為采用1:1的掩模版，若芯片中存在亞微米尺寸，掩模版不能做到無缺陷20世紀80年代初解決了沾污和邊緣衍射接近式光刻機掃描投影光刻機分步重復(fù)光刻機步進掃描光刻機光刻機的發(fā)展工作能力下降接近式光刻機機器容許偏差控接觸式、接近式、投影式光刻機光路示意圖接觸式、接近式、投影式光刻機光路示意圖分步重復(fù)光刻機光路示意圖分步重復(fù)光刻機光路示意圖制約分辨率的因素接觸式曝光機，膜厚越薄，越有利于提高分辨率。制約分辨率的因素接觸式曝光機，膜厚越薄，越有利于提高分辨率。5:1lensUVUVStepandScanImageFieldScanStepperImageField(singleexposure)4:1lensReticleReticleScanScanWaferWaferSteppingdirectionRedrawnandusedwithpermissionfromASMLithography第五代光刻機stepper和scanner的區(qū)別5:1lensUVUVStepandScanScanS掃描光刻機原理Scanner掃描光刻機原理ScannerUVlightReticlefieldsize20mm×15mm,4dieperfield5:1reductionlensWaferImageexposureonwafer1/5ofreticlefield4mm×3mm,4dieperexposureSerpentinesteppingpatternUVlightReticlefieldsize5:1NIKONStepper設(shè)備名稱介紹NSR2005G8CNSR——NIKONStepandRepeatExposureSystem20——Max.ExposureFieldis20mmSquare05——ReductionRatiois1/5G——G-LineisUsedasExposureLightSource8——BodyTypeNumberC——ProjectionLensTypeNIKONStepper設(shè)備名稱介紹NSR2005G8C光刻機三巨頭光刻機簡介光刻機三巨頭光刻機簡介ExposureField——NIKONStepperField20mm15mmΦ(mm)28.2821.23Max.Width20000×2000015080×14940Max.Length19166×204009300×18860Square20000×2000015010×15010ExposureField——NIKONStepperF主要性能參數(shù)k:工藝系數(shù)kMIN=0.61NA:數(shù)值孔徑λ:光源波長G-line(436nm)、I-line(365nm)、KrF(248nm)、ArF、F2、…………主要性能參數(shù)k:工藝系數(shù)數(shù)值孔徑NumericalApertureNA:描述多光學(xué)元件透鏡系統(tǒng)的性能fDn:透鏡折射率2α:像點張角D:透鏡直徑f:透鏡焦距數(shù)值孔徑NumericalApertureNA:描述多Resolutionlimit定義為清晰分辨出硅片上間隔很近的特征圖形的能力。圖形的分辨率與設(shè)備的光學(xué)特性采用的光刻膠及光刻工藝環(huán)境有關(guān)。ResolutionResolutionlimit定義為清晰分辨出硅片上間隔很ResolutionLIGHESOURCEProcess/resistimprovementsImprovedopticalschemesLensdesignimprovementsResolutionlimitResolutionLIGHESOURCEProcess/代價Lowerk1HighNASmallerλ更換光源光源的成本增加，準分子激光的輸出功率較小，光刻膠也需要進行改進DOF越小，意味著鏡頭的材料改變工藝改進的問題Resolutionlimit代價Lowerk1HighNASmallerλ更換光源FOCUSANDDOFDOF的定義焦點周圍的一個范圍，在這個范圍內(nèi)圖像連續(xù)的保持清晰，這個范圍被稱為焦深或DOF。描述焦深的方程式是：K2的數(shù)值范圍在0.8到1.2之間FOCUSANDDOFDOF的定義描述焦深的方程式是：KDiffractionintensityposition0order-1order+1orderDiffractionintensityposition0SlitDiffractedlightraysPlanelightwaveR=k1*

/NASlitDiffractedlightraysPlaneDepthofFocus-1thOrder+1thOrder0thOrderDOFDOFShortwavelengthLongwavelengthDepthofFocus-1thOrder+1thO+-PhotoresistFilmDepthoffocusCenteroffocusLensUV013571357LensQuartzChromeDiffractionpatternsMask下圖顯示：NA值越大，越能獲取1級或者2級的衍射光，分辨率越高。但是，上圖顯示，NA值增大，則DOF變小。R=k1*

/NADOF=k2*

/(NA)2NA=n*sin+-PhotoresistFilmDepthoffocun=0n=1n=3ReticlelevelWaferlevelDCbiasResistZeroand+1storderwaveformZeroand3rdorderwaveformDiffractionOrdersZeroorderwaveformn=0n=1n=3ReticlelevelWasum+FirstorderThirdorder

RecombinationofOrdersZeroordersum+FirstorderThirdorderRecRecombinationofOrdersImagePerfectImagesumoftheordersAmplitudeAmplitudeWaferFourierCoefficients-0.4-0.200.20.40.60.8012345678910AmplitudeOrdernumber-0.4-0.200.20.40.60.8012345678910OrdernumberAmplitude-3-10+1+3-10+1-3+3RecombinationofOrdersImagePeMaskTechnologyOverviewComparewithAlternativePSMandBinarymaskonwaferLENSBinaryMaskE-fieldI-fieldCrQzLight00+onwaferonwafer0AlternativePSMCrQzLightShifterLENS0+-onwaferMaskTechnologyOverviewCompar主要性能參數(shù)型號NAλR(k=0.61)R(k=0.80)DOF1505G7D0.45436nm0.59um0.78um2.15um1505I7A0.45365nm0.49um0.65um1.80um1505G6E0.54436nm0.49um0.65um1.50um2005G8C0.54436nm0.49um0.65um1.50um2005I8B0.50365nm0.45um0.58um1.46um2005I10C~0.57365nm0.39um0.51um1.12um2005I11D~0.63365um0.35um0.46um0.92um主要性能參數(shù)型號NAλRRDOF1505G7D0.45436對位過程初始化基準標記位置(FoundCoordinates)光刻版對位(AligntoFiducialMark)園片對位(BaseontheCoordinates)Pre-Alignment(FindtheOrientationFlat)SearchAlignmentLSA(LaserStepAlignment)FIA(FieldImageAlignment)g-EGAAlignment(EnhancedGlobalAlignment)LSAFIA對位過程初始化基準標記位置(FoundCoordinatAlignmentProcessAlignmentProcessAlignmentMarkAlignmentMarkLSAvs.FIA對位方式光源優(yōu)點缺點LSA激光靈敏度高，識別能力強，適合絕大多數(shù)層次不適合鋁層及對位標記不對稱的情況FIA鹵素燈適合鋁層及非對稱對位標記對位速度慢，對臺階要求高LSAvs.FIA對位方式光源優(yōu)點缺點LSA激光靈敏度高WaferSearchAlignmentSearchY-T對位；確認圓片旋轉(zhuǎn)；確認Y位置；確認X位置；進行EGA對位。WaferSearchAlignmentSearchYWaferEGAAlignmentWaferEGAAlignmentEGACorrectionOffset(um)Scaling(PPM)WaferRotation(urad)X-YOrthogonality(urad)ShotMagnification(PPM)EGACorrectionOffset(um)對位點個數(shù)對對位精度的影響對位點個數(shù)對對位精度的影響MisalignMisalign影響光刻機的一些因素溫度：溫度對掩模版臺、光學(xué)元件、承片臺和對準系統(tǒng)產(chǎn)生影響。所以高溫照明系統(tǒng)和電源通常放在遠離設(shè)備主體的地方。濕度：濕度能影響空氣密度，不利于光通過；從而對干涉計定位、透鏡數(shù)值孔徑和聚焦產(chǎn)生不利影響。振動：振動的發(fā)生將給定位、對準、聚焦和曝光帶來問題。可能產(chǎn)生定位錯誤、對準錯誤、離焦和不均勻曝光。大氣壓力：大氣壓力的變化可能影響投影光學(xué)系統(tǒng)中空氣的折射率。將導(dǎo)致不均勻線寬控制和極差的套準精度。影響光刻機的一些因素溫度：溫度對掩模版臺、光學(xué)元件、承片臺和前烘和前處理前烘和前處理涂膠SpinCoating涂膠SpinCoating滴膠回吸旋轉(zhuǎn)涂膠EBRReadyforsoftBake涂膠SpinCoating滴膠回吸旋轉(zhuǎn)涂膠EBRReadyforsoftBake熱板加熱，wafer直接和熱板全面接觸，熱傳導(dǎo)很快，熱量從下往上傳導(dǎo)。溶劑揮發(fā)快。優(yōu)點：均勻性好！烘箱加熱，熱量通過空氣傳導(dǎo)給wafer，需要時間長，且會存在均勻性問題。微波加熱，熱量從上往下，光刻膠表面會先變硬，如膠厚度較厚，底下的溶劑不好揮發(fā)。熱板加熱，wafer直接和熱板全面接觸，熱傳導(dǎo)很快，熱量從注意事項：Softbake溫度過高，會導(dǎo)致曝光能量增大和分辨率降低。因為溫度太高，會導(dǎo)致羧酸擴散變差。Softbake溫度過低，溶劑殘留過多，導(dǎo)致光刻膠熱穩(wěn)定性變差。如果測定顯影前后光刻膠膜厚的變化較大，增加Softbake溫度。注意事項：Softbake溫度過高，會導(dǎo)致曝光能量增大和駐波效應(yīng)—Standingwaveeffect駐波效應(yīng)—Standingwaveeffect前烘PEBPostexposurebakeWithoutPEBWithPEBPEB促使光刻膠里面的羧酸擴散，以及樹脂有限度的流動，從而有效減小駐波效應(yīng)的影響。前烘PEBPostexposurebakeWithHMDS、前烘、及PEB之后的步驟，都需用通過冷板冷卻。前烘后，如果沒有冷卻到23度，直接曝光，則圖形變差。PEB后，如果沒有冷卻，將會導(dǎo)致過顯影。硅片冷卻HMDS、前烘、及PEB之后的步驟，都需用通過冷板冷卻。硅片顯影顯影顯影流程顯影流程顯影形貌顯影形貌堅膜Hardbake堅膜Hardbake2.光刻成像機理和圖形控制2.光刻成像機理和圖形控制siliconsubstrateoxidephotoresistPositivephotoresistimagingtheory

IslandWindowAreasexposedtolightbecomephotosoluble.Resultingpatternaftertheresistisdeveloped.ShadowonphotoresistExposedareaofphotoresistChromeislandonglassmaskphotoresistsiliconsubstrateoxideUltravioletLightPrintsapatternthatisthesameasthepatternonthemasksiliconsubstrateoxidephotores光刻圖形的側(cè)墻角度不可能為90度光刻圖形的側(cè)墻角度不可能為90度R=k1*

/NADOF=k2*

/(NA)2NA=n*sinImagePlaneLensfdn:AirR.I(1)圖形成像決定因素：波長和透鏡的數(shù)值孔徑R=k1*/NANA=n*sinImage影響成像的因素有哪些?1）lenscontrol2）Surfaceconditions3)Exposeconditions4)Developconditions5）Heatcondition影響成像的因素有哪些?1）lenscontrol2）S慧差畸變球差場曲像散球差、慧差、場曲、像散，影響成像清晰度?；冇绊懳锵裣嗨贫然鄄罨兦虿顖銮裆⑶虿睢⒒鄄?、場曲、像散，畸變影響物像相似Max-min<60nm畸變并不會影響像的清晰度，而只影響像與物的相似性?；儯侵肝锼傻南裨谛螤钌系淖冃?。Max-min<60nm畸變并不會影響像的清晰度，畸變，是指(新)半導(dǎo)體光刻技術(shù)詳解(行業(yè)講座培訓(xùn)課件)Surfaceconditionsinclude:filmcomposition,e.g.:silicon,nitride,polysilicon,metal,etc.FlatnesssurfacereflectivitySurfaceconditionsmayaffectphotoresist-to-waferadhesionalignmentaccuracylinewidthresolutionYield2）SurfaceconditionsSurfaceconditionsinclude:2）S3)ExposeconditionsDose3)ExposeconditionsDoseDefocus:IffocalplanispositionedatoutofDOFboundary,pattern

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