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光刻 加工平台加工平台 时文华曾春红王逸群 TEL:62872500,62872517. Email:whshi2007chzeng2007yqwang2008 到平台秘书处报名预约培训 理论培训 填写培训申请表 上机培训 实习期 需付费人签字 实习期内不得独立上机 操作,需相关人员陪同 正式授权使用 正式授权后如一年内未进行上 机操作者需从新授权使用 光刻培训流程 光刻的本质是把制作在掩膜版上的图形复制到以后 要进行刻蚀和离子注入的晶圆上。其原理与照相相 似,不同的是半导体晶圆与光刻胶代替了照相底片 与感光涂层。 光刻的本质是把制作在掩膜版上的图形复制到以后 要进行刻蚀和离子注入的晶圆上。其原理与照相相 似,不同的是半导体晶圆与光刻胶代替了照相底片 与感光涂层。 光刻简介光刻简介 表面处理表面处理涂胶涂胶前烘前烘 坚膜坚膜显影显影后烘后烘 对准对准 & 曝光曝光 核心工艺核心工艺 检查检查 去胶去胶 清洗清洗 注入注入刻蚀刻蚀 否 通过 黄光室 前部工艺 否 通过 黄光室 前部工艺 光刻流程图光刻流程图 衬底 光刻胶 光刻版 光源 基本工艺流程 旋转涂胶对准和曝光 显影 光刻胶光刻胶 光刻胶是一种有机化合物,受紫外曝光后,在显影溶液中的溶解度会发生变化。 晶片制造中所用的光刻胶通常以液态涂在硅片表面,而后被干燥成胶膜。 负性光刻胶 负性光刻胶在曝光后硬化变得不能溶解。 正性光刻胶 正性光刻胶曝光后软化变得可溶。 衬底 UV 衬底 衬底 resister 显影 负性胶 正性胶 光刻版光刻胶 表面处理表面处理 涂胶涂胶 前烘前烘 对准和曝光对准和曝光 显影显影 图形检查图形检查 坚膜坚膜 表面处理 晶圆容易吸附潮气到它的表面。光刻胶黏附要求要严格的干燥表面, 所以在涂胶之前要进行脱水烘焙和黏附剂的涂覆。脱水烘焙的温度通 常在140度到200度之间。有时还要用到黏附剂,黏附剂通常使用HMDS (六甲基二硅胺脘)。表面处理的主要作用是提高光刻胶与衬底之间 的粘附力,使之在显影过程中光刻胶不会被液态显影液渗透。(如下 图) 显影液显影液 光刻胶 衬底衬底 渗透渗透 Attractive interaction 是否要使用黏附剂要根据图形大小、衬底及光刻胶的种类 来决定,HMDS 可以用浸泡、喷雾和气相方法来涂覆。 粘附力好表面 粘附力差的表面 涂胶涂胶 1. 滴胶(静态、动态)滴胶(静态、动态) 2. 加速旋转加速旋转 3. 甩掉多余的胶甩掉多余的胶 4. 溶剂挥发溶剂挥发 1234 表面处理表面处理 涂胶涂胶 前烘前烘 对准和曝光对准和曝光 显影显影 图形检查图形检查 坚膜坚膜 膜厚 :膜厚 : 实验室现有匀胶设备:实验室现有匀胶设备: SSE 涂胶台 国产匀胶台国产匀胶台 双轨自动涂胶显影机 表面出现气泡表面出现气泡 滴胶时胶中带有气泡 喷嘴尖端切口有问题或带刺 放射状条纹放射状条纹 胶液喷射速度过高 设备排气速度过高 胶涂覆前静止时间过长 匀胶机转速或加速度设置过高 片子表片留有小颗粒 胶中有颗粒 中心漩涡图案中心漩涡图案 设备排气速度过高 喷胶时胶液偏离衬底中心 旋图时间过长 Process Troubleshooting 中心圆晕中心圆晕 不合适的托盘 喷嘴偏离衬底中心 胶液未涂满衬底胶液未涂满衬底 给胶量不足 不合适的匀胶加速度 针孔针孔 光刻胶内存在颗粒或气泡 衬底上纯在颗粒 resist 较薄的区域 衬底上突起结构 厚边 如衬底图形台面 过高,要考虑到在台面上 的光刻胶要薄与实际希望的匀胶厚度(这 会影响到后步工艺) 匀胶后在衬底边缘处会形成较厚的边(这会影 响到光刻的图形精度)。可在涂胶过程中加入 去边及背喷工艺 衬底 掩膜 光 顶视图侧视图 光表面反射对图形的 影响(反射切口效应) 前烘前烘 前烘 : 目的是蒸发掉胶中的有机溶剂成分,使晶圆表面 的胶固化。 这个过程中胶中的溶剂基本被蒸发掉,因而通常 情况下胶的厚度会变薄(大约减少25%) 表面处理表面处理 涂胶涂胶 前烘前烘 对准和曝光对准和曝光 显影显影 图形检查图形检查 坚膜坚膜 烘箱:90度30分钟 前烘可在热板或烘箱中进行。每一种胶都有其特定的前烘温度和时间,更厚的胶可能需要更长的时间 热板:95度1分钟 烘烤过度: 烘烤过度: 减小光刻胶中感光成分的活性 前烘不足前烘不足: 光刻胶中的溶剂不能完全被蒸发掉, 这将阻碍光对胶的作用并且影响到其在显影液中 的溶解度(如下图) 肌肤效应肌肤效应 对准和曝光 曝光工具曝光工具: 接触式光刻机 接近式光刻机 步进重复式曝光系统 扫描式曝光系统 表面处理表面处理 涂胶涂胶 前烘前烘 对准和曝光对准和曝光 显影显影 图形检查图形检查 坚膜坚膜 SUSS MA6及国产光刻机是设计用于实验室扩展研发、小批量生产或者试制生产环境下的高分 辨率光刻系统。 该机器提供了最好的基片适应性,可夹持不同厚度不规则形状、可变厚度的晶片。同时标准尺 寸基片最大直径为150mm或可达66。 国产光刻机SUSS MA6光刻机 分辨率:0.7 套刻精度:0.5 曝光面积:150*150mm 分辨率:0.7 套刻精度:1 NIKON 分步投影光刻系统(NSR-1755i7B) 控制柜 分辨率:0.5 ; 线宽的均匀性:MAX-MIN 0.09; 最大曝光场:17.5*17.5(mm); 曝光均匀性:2.0%; 套刻精度:LSA:lXl+30.12;FIA:lXl+30.14; 产能:30-60wafer/h 曝光光源曝光光源 NameWavelength (nm) Application feature Size (m) Mercury Lamp G-line4360.50 H-line405 I-line3650.35 Excimer Laser XeF351 XeCl308 KrF (DUV)2480.13 ArF1930.13 Fluorine LaserF21570.1 国产光刻机光谱SUSS 光刻机光谱 接触式光刻机的晶片的对准方式: X Z Y 光刻版上的标记 基片上的标记 国产光刻机载片系统 SUSS MA6载片系统 光刻版 作为标准的计量坐标系 版台 硅片台坐标系 版自身 硅片自身坐标系 其中前面三个属于机器对准机构,后两个 是要进行对准的对象 对位其实也就是定位 步进投影光刻机的对位系统 它实际上不是用圆片上的图形与掩膜版上的图形直接对准 来对位的,而是彼此独立的。 它的对位原理是,在曝光台上有一基准标记,可以把它看 作是定位用坐标系的原点,所有其它的位置都相对该点来 确定的。分别将掩膜版和圆片与该基准标记对准就可确定 它们的位置。在确定了两者的位置后,掩膜版上的图形转 移到圆片上就是对准的。 4 20 4 26 4 4 20 4 26 4 LSA是Laser Step Alignment的缩写,它是一个 暗场下的衍射光或散射光的侦测系统。 FIA是Field Image Alignment的缩写,采用了宽 频非相干的光源照明、明场成像。 LSA标记 FIA标记 相当与设备 的眼睛 后烘(后烘(Post-exposure back) 光线照射到光刻胶与晶圆的界面上会产生部分 反射。反射光与入射光会叠加形成驻波。 后烘会部分消除这种效应 显影显影 表面处理表面处理 涂胶涂胶 前烘前烘 对准和曝光对准和曝光 显影显影 图形检查图形检查 坚膜坚膜 用化学显影液将曝光造成的光刻胶的可溶解区域溶解就是光刻胶的显影, 其主要目的就是把掩膜版的图形准确复制到光刻胶中。 常见的显影液有NaOH (Shipley 351), KOH (Shipley 606) ,TMAH (Shipley CD-26, MF-321, OCG 945)等。 需要注意的是:所有的这些显影液都会刻蚀铝 实验室现有显影机台: SUSS 显影机手动显影操作台 TRACK 坚膜坚膜 好处: 能够改善光刻胶的抗刻蚀、注入能力。 改善光刻胶与晶圆表面的黏附性,有利于后续湿法腐蚀工艺。 改善光刻胶中存在的针孔。 SubstrateSubstrate PRPR PR Pinhole Fill by Thermal Flow 坚膜就是通过加温烘烤使胶膜更牢固地黏附在晶圆表面,并可 以增加胶层的抗刻蚀能力,坚膜并不是一道必需的工艺。 表面处理表面处理 涂胶涂胶 前烘前烘 对准和曝光对准和曝光 显影显影 图形检查图形检查 坚膜坚膜 弊端: 可能导致光刻胶流动,使图形精度减低。 通常会增加将来去胶的难度。 图形转移加工后,光刻胶已完成它的使命,需要清除掉。去胶有湿法与干法两种。 湿法: 是用各种酸碱类溶液或有机溶剂将胶层腐蚀掉,最普通的腐蚀溶剂是丙酮,它可以溶 解绝大多数光刻胶。 干法: 用氧气等离子体刻蚀去胶(强氧化去胶) 注意:不能用于带有Ag、Cu、ZrO、parylene和聚酰亚胺的基片 去胶 (Stripping) 涂胶:3000rad/min 40秒(10微米) 软烘:90-100 度 90-120秒 曝光:宽带光源 30-40秒 显影:AZ400K:水=1:3 浸泡60 -120秒 涂胶:目标30微米以上 1200转/分 45秒,在热板上90-100度3分钟 再涂胶:1200转/分 前烘:热板上90-100度3分钟 曝光:宽带光源 70-80秒 显影:AZ400K:水=1:3 浸泡60 -120秒 AZ4620 PR 实验室现有光刻胶及其工艺 作为正性胶使用 涂胶:旋涂 4000rad/min 30秒 前烘:90-100 度 60秒 曝光:宽带光源 7-10秒 显影:标准2.38% TMAH 浸泡40 -60秒 坚膜:110 度60 秒 作为负性胶使用 涂胶:旋涂 4000rad/min 30秒 前烘:90-100 度 60秒 曝光:宽带光源 4-10秒 前烘: 110-120度60-120秒 泛曝光:宽带光源 40-60秒 显影:标准2.38% TMAH 浸泡40 -60秒 坚膜:110 度60 秒 5214反转后的剖面图 AZ5214 实验室现有光刻胶及其工艺 涂胶:LOR目 标厚度1 微米 4000rad/min 30秒 前烘:150-180度 60-100秒 涂胶:AZ5214 标厚度1.5 微米 4000rad/min 30秒 前烘:90-100 60秒 曝光:宽带光源 7-10秒 显影:标准2.38% TMAH 浸泡40 -80秒 坚膜:110 度60 秒 LOR+AZ5214双层胶工艺 LOR+5214双层胶剖面图 实验室现有光刻胶及其工艺 Reference Handbook of Microlithography micromachining and Microfabrication. volume 1 P.rai-Choudhury, Editor Principles of Lithography. Edited by Harry J.Levinson photolithography . Dr. Chuan H. Liu Semiconductor Consulting Services 1999 301 X、Y-箭头键 302 FAST快速键 303 SEP分隔离键 304 ALIGN CONT/EXP对准 接触/曝光键 305 ALIGNMENT CHECK对准检测查键 306 F1键 307 LOAD载片键 308 UNLOAD卸片键 309 CHANGE MASK更换掩模板键 310 SELECT PROGRAM选择程序键 311 EDIT PRORAMETER编辑参数键 312 EDIT PROGRAM编辑程序键 313 ENTER进入确认键 314 SET REFERENCE设置基准键 315 SCAN扫描键 316 EXPOSURE曝光键 317 Multiple Exposure多重曝光键 318 LAMP TEST灯测试键 319 PRE-BOND预键合键 320 PERFORM CLAMPING执行吸附夹紧执行键 321 OPTION选项键 322 BSA显微镜键 323 左方向物镜键 324 双双向物镜键 325 右方向物镜键 326 顶部/底部键 327 图象图像抓取键 SUSS MA6 功能键图解 1 压力 2 基片 3 照度照明 4 真空 201 电气装置电气部分电源开关 202 压缩空气压力计压力表 203 氮气压力表计 204 真空气压计气压表 205 真空腔体气压计气压表(包括调压器) 206 真空密封计气压表(包括调压器) 207 WEC-压力气压计气压表(包括调压器) 208 LCD-显示屏 209 接触指示灯 210 照度照明开关 211 BSA/IR显微镜照度照明 212 TSA显微镜照照明度 213 BSA放大开关 214 象场分场取景器分离视场开关 215 顶部基片左/右 216 底部基片左/右 1 参数调整 选择对准显微镜 关闭BSA MICROSCOPE键(LED灭) 选择曝光模式:SELECT PROGRAM键。 按SELECT PROGRAM键。在菜单中打开曝光程序,并再按SELECT PROGRAM键确认选择软接触。 参数编辑:EDIT PARAMETER键 按EDIT PARAMETER键编辑参数:曝光时间、对准间隙和WEC类型。更 改所有必要的数值,再按EDIT PARAMETER键进行确认。 2 装载掩模板 启动掩模装载程序:CHANGE MASK键 首先取出掩模卡盘,180度反转后放在左边的托盘上。如果掩模已经装 载,按ENTER键触发关闭掩模真空,收缩掩模的机械压板,取下掩模板。 装载掩模和固定:ENTER键 背向放置掩模到掩模夹具上,靠紧止钉。通过按ENTER键触发掩模真空 开启。通过按板簧激活掩模机械压板。 将掩模夹具滑进机器且夹紧:CHANGE MASK键 将掩模夹具180度反转放入机器。再按CHANGE MASK键,锁定掩模夹具 的滑板。 当心显微镜的移动! MA6操作流程 3 装载晶片 首先拉出传递滑板,装载晶片:LOAD键 机器显示:“拉出滑板和装载基片到卡盘上”。完全拉出传递滑板。插入合适的卡盘,放置晶 片靠紧预对准位置。按ENTER键确认。现在晶片通过真空固定。 移动滑板进入:ENTER键 机器显示“移动滑板进入机器,用ENTER键确认” 当心显微镜的移动! 楔型误差补偿 在装载完后自动开始WEC(楔型误差补偿)。晶片调整与掩模平行,移动到对准间隙。显 微镜向下移动开始对准。 4 显微镜对准 设置TSA符合需要:SPLITFIELD开关 对于M3XX显微镜,通过转动SPLITFIELD开关到左边,能在监控器上显示实际的TSA显微 镜图象。关闭BSA MICROSCOPE键。这个键切换BSA和TSA的控制操控器马达。 显微镜照明: 照明到T

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