光刻工艺介绍

1、光刻工艺介绍第一页，共49页。General Photolithography ProcessHMDSResist coatingTARC coatingSoft bakeSoft bakeDevelopPost exposure bakeDI WaterHard bake第二页，共49页。涂胶/显影概况材 料设 备光刻胶显影液其他DNSDNSTELTELDUVDUVSPR6812XHRIC-11IX925G-14CPSPR513Durimide7510MIR701-29CPSPR660-1.0AZ 6130AZ AQUATARAR3-600MIR701-49CPUV135HMDSEBR 70

2、30CD26: 5MF503: 10HRD-2: 7第三页，共49页。涂胶菜单注：.关键层指：TO、GT、PC、BN+、ROM、W1、VIA、METAL、TU、BC、SGE、SN（MG）、GW（MG）。 .非关键层指：除关键层次和PAD之外的其他层次。第四页，共49页。前处理（PRIMING）涂胶（APPLY）软烘（SB）涂胶基本流程HP：HOT PLATE IND：INDEXER AH：ADHESION CHAMBER WITH HPAC：ADHESION CHAMBER WITH CP SC：SPIN COATER TR：TRANSFER UNITDNS 涂胶系统图：AH/ACAH/ACH

3、P/HPHP/HPIND4IND3IND2IND1TRSCSCINDINDAHAHACACINDINDSCSCHPHP第五页，共49页。涂胶前处理（Priming）HMDS 处理处理去水烘烤去水烘烤第六页，共49页。HMDS目的：增加圆片衬底与光刻胶的粘附性目的：增加圆片衬底与光刻胶的粘附性原理：将圆片表面状态由亲水性转变为疏水性原理：将圆片表面状态由亲水性转变为疏水性(亲油性亲油性)化学试剂：化学试剂：HMDS (六甲基二硅胺六甲基二硅胺)气相涂布方法：高温低真空下的气相涂布方法：高温低真空下的HMDS单片处理模块单片处理模块确认确认HMDS的效果用接触角计测量，一般要求大于的效果用接触角计

4、测量，一般要求大于65度度前处理注意事项：前处理注意事项：来片衬底必须是干净和干燥的来片衬底必须是干净和干燥的 HMDS处理后应及时涂胶处理后应及时涂胶 HMDS处理不能过度处理不能过度 安全使用安全使用HMDS第七页，共49页。涂胶（Coating） 涂胶就是采用旋转涂敷的方法，在圆片衬底上均匀涂胶就是采用旋转涂敷的方法，在圆片衬底上均匀的涂上一层一定厚度的光刻胶。的涂上一层一定厚度的光刻胶。 旋转涂敷主要受到以下几个因素的影响，它们彼旋转涂敷主要受到以下几个因素的影响，它们彼此作用，或相互增强或相互减弱结果此作用，或相互增强或相互减弱结果 光刻胶的流动性光刻胶的流动性 光刻胶中树脂成份中分

5、子间的束缚力光刻胶中树脂成份中分子间的束缚力 旋转离心力旋转离心力 光刻胶溶剂的挥发力光刻胶溶剂的挥发力涂胶去边规范：AL、CP层次2-3mm 其他层次1-2mm第八页，共49页。涂胶的关键在于控制膜厚及其均匀性涂胶的关键在于控制膜厚及其均匀性 影响光刻胶厚度和均匀性的主要参数： 括号内的值为 实际工艺参数设置 环境温度（23C)环境湿度(40%)排风净压力(5 mmaq)光刻胶温度(23C+/-0.5）光刻胶量（1.2-1.5cc)旋转马达的精度和重复性回吸量预旋转速度 预旋转时间 最终旋转速度 最终旋转时间 最终旋转加速度涂胶（Coating）第九页，共49页。涂胶均匀性的影响因素(1)第

6、十页，共49页。涂胶均匀性的影响因素(2)第十一页，共49页。软烘（Soft Bake）软烘目的： 去除光刻胶中的溶剂 增加粘附性 提高E0的稳定性 减少表面张力软烘方法： 热对流烘箱 红外线辐射 接触式（接近式）热板接触式（接近式）热板软烘的关键控制点是温度和时间(90/60s)第十二页，共49页。Post Exposure BakeDeveloperHard Bake显影基本流程HP：HOT PLATE CP：COOLING PLATE IND：INDEXERSDP：SPIN DEVELPER TR：TRANSFER UNITDNS 显影系统图：HP/HPHP/CPHP/CPHP/HPIN

7、D4IND3IND2IND1TRSDPSDPINDINDHPHPCPCPINDINDSDPSDPHPHP第十三页，共49页。显影菜单（显影菜单（DNS 5#）介绍）介绍FLOW DATA：F-STEPNO.BASIC FLOWPARALLEL FLOWSTNO.U-NO.U-NAMEJ-NO.U-NAMEJ-NO.U-NAMEJ-NO.U-NAME1S11INDEX-A215HP6HP317CP9CP413POSI-DEV4POSI-DEV518HP10HP6E11INDEX-A 12345/6HP7/9CP3/4 DEV8/10HP第十四页，共49页。显影前烘焙（Post Exposure

8、Bake） 目的：降低或消除驻波效应 PEB温度一般要求比软烘高15-20C PEB一般采接近式热板烘焙 PEB的关键控制点是温度与时间 的工艺条件为：112/60s第十五页，共49页。驻波效应（Standing Wave）驻波效应原理：驻波效应原理： 由于入射光与反射光产生干涉使沿胶厚的方向的光强形成波峰和波谷产生的降低或消除驻波效应的方法：降低或消除驻波效应的方法：PEB加抗反射层：用有机(TARC/BARC)&无机材料(TIN)染色剂NO PEBPEB第十六页，共49页。Footing and Undercut第十七页，共49页。显影（Develop）目的： 简单的说就是去除已曝

9、光部分的光刻胶显影方法： 浸润显影（TANK） 喷雾显影（SPRAY）影响显影的因素： 显影液成份、显影液温度 环境温度、环境湿度 显影液量、显影方式、程序第十八页，共49页。坚膜（Hard Bake）目的： 去除残余的显影液、水、有机溶剂 提高粘附性 预防刻蚀时胶形貌变形方法：接近式热板控制关键点是温度和时间 的工艺条件为：112 C/60s第十九页，共49页。PR/HMDS影响v PR厚度，粘性系数；厚度，粘性系数；HMDS 处理是否恰当、温度设置、处理是否恰当、温度设置、HMDS原料等，都是影响显影缺陷的因素原料等，都是影响显影缺陷的因素第二十页，共49页。解决解决PR/HMDS造成的显

10、影缺陷的措施：造成的显影缺陷的措施：检查检查HMDS的流量是否正常，温度是否设置恰当，必要时，可以考虑试用不同厂家的的流量是否正常，温度是否设置恰当，必要时，可以考虑试用不同厂家的HMDS不同不同PR和显影液菜单的组合，对显影缺陷的影响程度不一样，如和显影液菜单的组合，对显影缺陷的影响程度不一样，如PR 20#菜单菜单/DEV 5#搭配与搭配与DEV 10#菜单搭配对菜单搭配对某些层次有不同的影响。如不同的搭配都可以用于某一层次，那么，考虑最终选那一种方案，则要考虑对显影缺某些层次有不同的影响。如不同的搭配都可以用于某一层次，那么，考虑最终选那一种方案，则要考虑对显影缺陷的影响。陷的影响。第二

11、十一页，共49页。脱胶原因1.圆片表面潮湿或者不干净2.HMDS管道板堵3.没有做HMDS处理4.AH/HP板温度异常5.Metal层次涂胶时间过长第二十二页，共49页。常见Track异常-显影缺陷 多个胶点残留 单点胶残留 拐角处胶残留颗粒图形坏色差第二十三页，共49页。胶回溅EBR回溅脱胶显影不清常见Track异常第二十四页，共49页。Step-and-Repeat System第二十五页，共49页。Stepper IntroduceNIKONEX14-DUVCANON 2000iNIKON G6/G7NIKONG8NIKONI8/I9/I10/I11/I12Tool sets134/04

12、4/1/2/13/4Retile size6 inch5 inch5 inch5 inch5 inchField size22mm20mm15mm20mm20mmWave length248nm365nm486nm486nm365nmResolution0.35um0.6um0.8um0.6um0.4umOverlay+/-0.06um+/-0.15um+/-0.17um+/-0.15um+/-0.12umResistDUVALLS3 & CPS3 & CPALLGrouping mode0.35um processSTM, 0.6um & above DMOS0.8u

13、m & above process and 0.6um NCLAllAll第二十六页，共49页。NIKON机光路图机光路图椭球体椭球体 汞灯汞灯 快门快门 滤光镜滤光镜 蝇眼积分器蝇眼积分器 聚光镜聚光镜聚光镜聚光镜 挡板挡板 光刻版光刻版光学镜头光学镜头圆片圆片第二十七页，共49页。Reticle Blind第二十八页，共49页。 漏光对Mask图形的影响Mask光源光源通过blind后的形状如上图所示,其中99%的强度集中在中心pattern区域.还有1%以半圆形集中在图形外测.光刻胶有理想响应:曝光能量强度Dcr=能量*时间,当shutter打开的时间默认为无差异.则能量的大小为

14、主要影响因素.如果光强持续增大,则pattern外围缺陷就会出现.对于一般的产品pattern外区域为不透光的铬,因此一般没有影响.但是对于带有插花的产品(drop in chip)，或者block size比较大(Barcode和对版标记)影响是明显的.第二十九页，共49页。产品的异常表现漏光的shot本身图形是正常的,但mask上透光的区域会对相邻的shot产生影响.周而复始,类似于固定缺陷.光线透过Barcode和对版标记位置,即使没有在圆片上成像,也会对正常图形的CD型貌产生影响.第三十页，共49页。+-PhotoresistFilmDepth of focusCenter of fo

15、cusLensDepth Of Focus第三十一页，共49页。IDOF、UDOF(Independence)(Useable)第三十二页，共49页。Image Defocus第三十三页，共49页。Defocus EffectBest Focus-0.4um-0.6um-0.8um-1.0um-0.2um+1.0um+0.8um+0.6um+0.4um+0.2um第三十四页，共49页。Focus-Exposure Matrix第三十五页，共49页。第三十六页，共49页。Defocus 产生的原因 Particle Edge, OF Effect Auto Focus Auto Leveling

16、第三十七页，共49页。边缘效应第三十八页，共49页。边缘效应 Red: Auto focus & Auto leveling NG; Yellow: Auto focus OK, Auto leveling NG; Blue: Auto focus & Auto leveling OK.=125mmAuto focus & Auto leveling第三十九页，共49页。Auto Focus2mm2.5umMax.: 20mm限制：圆片边缘6mm无法进行AF，3-4mm范围内可能会因为圆片边缘的台阶影响正常AF。第四十页，共49页。Auto Focus第四十一页，共49

17、页。 一般情况下，圆片和光刻胶并不是理想化的平坦，于是当处于边缘的BLOCK执行SHIFT FOCUS 时，选择INTRASHOT 来执行SHIFT FOCUS 比较容易得到正确的信息。 第四十二页，共49页。Auto LevelingMax.: 20mm: 19mm限制：圆片边缘12.5mm无法进行AL。第四十三页，共49页。Auto Leveling第四十四页，共49页。Auto Leveling第四十五页，共49页。Auto Leveling(III)第四十六页，共49页。STAGE颗粒/圆片背面颗粒导致聚焦不良AL 层次溅射吸笔等印记Metal2层次聚焦圆片Fujitsu 客户在线圆片背面情况常见聚焦不良第四十七页，共49页。STAGE颗粒/圆片背面颗粒导致聚焦不良GT层次圆片边缘异常导致聚焦(1)背面印记 (W2层次)背面颗粒导致聚焦（此物质能剥掉）常见聚焦不良GT层次圆片边缘异常导致聚焦(2)第四十八页，共49页。Alignment Process初始