《集成电路工艺原理》8.2-8.6分辨率-曝光

1、8.2 分辨率分辨率R表征光刻精度 光刻时所能得到的光刻图形的最小尺寸。 表示方法：每mm内能刻蚀出可分辨的最多线条数。 若可分辨的最小线宽为L（线条间隔也为L），则 R1/(2L) (mm-1) 1.影响R的主要因素： 曝光系统（光刻机）： X射线（电子束）的R高于紫外光。 光刻胶：正胶的R高于负胶； 其他：掩模版、衬底、显影、工艺、操作者等。2.衍射对R的限制 设一任意粒子（光子、电子），根据海森伯不确定关系，有 Lph粒子束动量的最大变化为p=2p，相应地 Lh/2p L为分清线宽L必然存在的误差。 若L是线宽，即为最细线宽，则 最高分辨率 对光子：p=h/，故 。上式物理含义：光的衍射

2、限制了线宽 /2。最高分辨率：对电子、离子：具有波粒二象性（德布罗意波），则 ， 最细线宽： a. E给定：mLR，即R离子 R电子 b. m给定：ELR8.3 光刻胶的基本属性1.类型：正胶和负胶 正胶：显影时，感光部分溶解，未感光部分不溶解；形成的光刻胶图形是掩模版图形的正映像。（g线和i线） 负胶：显影时，感光部分不溶解，不感光部分溶解。形成的光刻胶图形是掩模版图形的负性图形。2. 组份：聚合物材料、感光材料、溶剂；例如：聚乙烯醇肉桂酸脂系（负胶）聚合物材料（树脂） 在光的辐照下不发生化学反应。 作用：保证光刻胶薄膜的附着性和抗腐蚀性，同时也决定了其他特性（膜厚、弹性和热稳定性）感光材料

3、（PAC或感光剂）-为碳氢化合物，在光的辐照下发生化学反应。 作用：正胶的感光剂在未曝光区域起抑制溶解的作用。溶剂丙二醇-甲基乙醚（PGME）， 环己酮浓度：9095 作用：使光刻胶在涂到硅片表面前保持为液态。光刻胶的参数：光学性质：光敏度和折射率；力学和化学特性：固溶度、黏滞度、黏着度，抗腐（刻）蚀性，热稳定性，流动性和对环境气氛（如氧气）的敏感度；其他特性：纯度（粒子数），金属含量，可应用的范围，储存的有效期和燃点等。8.3.1 对比度 -表征曝光量与光刻胶留膜率的关系；以正胶为例临界曝光量D0 （ Dig ） ： 使胶膜开始溶解所需最小曝光量；阈值曝光量Dc （ D0g ） ：使胶膜完全

4、溶解所需最小曝光量；直线斜率（对比度）：对负胶越大，光刻胶线条边缘越陡。调制转移函数 (MTF)： 产生空间图像光强“亮”和“暗”的一种对比性亮度。临界调制转移函数(CMTF)： 胶中分辨某一图形所需的最小光学传递函数。为得到所要求线条：MTFCMTF8.3.2 光刻胶的膨胀-主要发生在负胶中。 对于光刻小于3um图形，基本使用正胶代替负胶。 正胶分辨率高于负胶。8.3.3 光敏度S- 完成所需图形的最小曝光量表征： S=n/E， E-曝光量（lxs，勒克斯秒）；n-比例系数；光敏度S是光刻胶对光的敏感程度的表征；正胶的S大于负胶。对S的限制：S不能过高，否则发生热反应，使光刻胶的存储时间减少

5、。8.3.4 抗蚀能力和热稳定性抗蚀能力-表征光刻胶耐酸碱（或等离子体）腐蚀的程度。 对湿法腐蚀：抗蚀能力较强； 干法腐蚀：抗蚀能力较差。 负胶抗蚀能力正胶；抗蚀性与分辨率的矛盾：分辨率越高，抗蚀性越差；热稳定性：工作温度：200C以上 干法刻蚀湿法腐蚀8.3.5 黏着力表征光刻胶与衬底间粘附的牢固程度。评价方法：光刻后的钻蚀程度，即 钻蚀量越小，粘附性越好。注：光刻胶黏附不牢会发生钻蚀和浮胶。 增强黏着力的方法： 涂胶前的脱水； HMDS或TMSDEA增稠剂； 提高坚膜的循环温度。8.3.6 溶解度和黏滞度溶解度溶解的固态物质所占的比重。 决定甩胶后形成的光刻胶膜的厚度及流动性。 与储存时间

6、和使用的情况有关。黏滞度影响甩胶后光刻胶膜的厚度8.3.7 微粒数量和金属含量与光刻胶的纯净度有关。提高纯净度的方法：严格的过滤和超净包装。过滤环境：惰性气体（如氮气）。 除去0.1um以上微粒 金属含量-钠（50万原子分之一）和钾 测量方法-原子吸收光谱分光光度计 8.3.8 储存寿命 光刻胶中的成份会随时间和温度而变化。 负胶比正胶短-负胶易于自动聚合成胶化团。8.4 多层光刻胶（MLR）工艺采用性质不同的多层光刻胶，分别利用其抗蚀性、平面平坦化等方面的不同特性完成图形的转移。优点：提高了分辨率。缺点：增加了工艺的复杂性，降低产量，增加缺陷和成本。例：双层光刻胶工艺8.光刻胶图形的硅化学增

7、强（） 工艺 图. 双层光刻胶工艺 可形成很大的高宽比图形，及R0.25um的图形. 对比增强层（CEL） 7图.9 .3 硅烷基化光刻胶表面成像工艺 对光刻胶形成的图形进行选择性的硅烷基化。1.扩散增强硅烷基化光刻胶工艺（DESIRE） 7图.102.干法刻蚀正胶成像工艺（PRIME）干8.5 抗反射涂层（ARC）工艺优点：可降低驻波效应的影响。8.5.1 驻波效应概念：由于驻波的影响，光刻胶中光强的周期性变化会引起光刻胶层中光能吸收的不均匀，而光刻胶层吸收能量存在的变化会导致线宽发生变化，最终降低分辨率。8.5.2 底层抗反射涂层（BARC） 由位于衬底和光刻胶之间的高消光率材料组成。8.

8、6 紫外光曝光光源： 紫外（UV）、深紫外（DUV）；方法：接触式、接近式、投影式；8.6.1 水银弧光灯（高压汞灯）波长：UV，300450nm， 用于 0.5，0.35m； g线：=436nm， i线：=365nm。8.6.3 准分子激光：准分子：只在激发态下存在，基态下分离成原子。波长：DUV，180nm330nm。 KrF-= 248nm， for 0.25，0.18m，0.13m； ArF-= 193nm， for 3m）。 8.6.5 接触式曝光硅片与光刻版紧密接触。优点：光衍射效应小， 分辨率高。缺点：对准困难， 掩膜图形易损伤， 成品率低。8.6.6 投影式曝光利用光学系统，将光刻版的图形投影在硅片上。Stepper示意图优点：光刻版不受损伤， 对准精度高。 缺点：光学系统复杂， 对物镜成像