电子科大《集成电路工艺》第十五章

电子科大《集成电路工艺》第十五章第一页，共37页。215.1引言本章主要内容：光刻胶显影技术先进的光刻技术本章知识要点：掌握光刻胶的显影方法；掌握光刻胶曝光后烘焙意义；了解先进的光刻技术。第二页，共37页。38)显影后检查5)曝光后烘焙6)显影7)坚膜UVLightMask4)对准和曝光Resist2)涂胶3)前烘1)气相成底膜HMDS光刻的八个步骤15.1引言第三页，共37页。415.2曝光后烘焙第四页，共37页。515.2曝光后烘焙DUV曝光后烘焙促进化学反应温度均匀性

典型的后烘温度在90℃至130℃之间，时间约为1到2分钟，通常比软供温度高10到15℃。曝光后烘焙延迟（表层不溶的阻止层）

I-Line曝光后烘焙提高光刻胶的粘附性并减少驻波第五页，共37页。6

PAGPAGPAGPAGPAGPAGPAGPAGH+H+H+H+H+H+H+H+H+H+}未被曝光的光刻胶区中性化的光刻胶区被曝光的光刻胶的酸催化反应(PEB后)显影光刻胶的T型15.2.1胺染污引起的“T-top”第六页，共37页。7(d)PEB的结果PACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPAC(c)PEB引起PAC扩散PACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPAC未被曝光的光刻胶曝光的光刻胶(b)光刻胶中的条纹PACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPAC驻波(a)UV光曝光15.2.2后烘引起驻波减少第七页，共37页。815.3显影第八页，共37页。915.3显影显影是将未感光的负胶或已经感光的正胶溶解的工艺。显影速率受显影液温度和浓度的影响。显影依赖于所用光刻胶，亚微米光刻常用正胶，非关键层一般用I线胶，关键层和0.25μm以下用DUV光刻胶。负胶显影时不与显影液反应，留下的胶易膨胀和变形，分辨率低。正胶显影需要与显影液反应，留下的胶未曝光，不膨胀和变形，分辨率高，所以用于亚微米光刻。显影方法分为浸泡法和喷雾法两种。喷雾法的分辨率和重复性好，广泛采用。第九页，共37页。1015.3显影问题胶显影出现的各种现象显影不足XX不完全显影X过显影∨正确显影光刻胶衬底显影不足：线条比正常线条要宽并且在侧面有斜坡；不完全显影：衬底上留下应该在显影过程中去掉的剩余光刻胶；过显影：除去了太多的光刻胶，引起图形变窄和拙劣的外形。第十页，共37页。1115.3显影

负胶正胶显影方法胶显影参数第十一页，共37页。1215.3.1负胶交联UV交联未曝光的光刻胶曝光的光刻胶负胶显影时不发生化学反应，主要是未曝光的光刻胶的溶剂清洗。留下的胶易膨胀和变形，分辨率低。第十二页，共37页。1315.3.2正胶显影曝光的胶溶解在显影液中未曝光的正胶交联光刻胶正胶显影包含显影液和光刻胶之间的化学反应；显影液和正胶的化学反应与溶解负胶的溶剂清洗有很大差别。正胶显影液是一种用水稀释的强碱溶液。第十三页，共37页。1415.3.3显影方法

连续喷雾显影旋覆浸没显影第十四页，共37页。1515.3.3连续喷雾光刻胶显影真空吸盘连接旋转电机的转杆至真空泵(a)硅片轨道系统(b)喷雾式显影硅片传送系统装片台传送台气相成底膜涂胶显影和清洗去边软烘冷板冷板坚膜第十五页，共37页。1615.3.3旋覆浸没光刻胶显影(d)甩干(c)DIH2O清洗(b)甩掉多余的显影液(a)旋覆浸没式滴显影液浸没式第十六页，共37页。1715.3.3光刻胶显影参数

显影温度－15～25℃

显影时间显影液用量当量浓度清洗排风硅片吸盘第十七页，共37页。1815.4坚膜第十八页，共37页。1915.4坚膜坚膜：显影后的热烘焙称为坚膜烘焙蒸发掉剩余的溶剂使光刻胶变硬增加光刻胶与硅片的粘附性为下一步工艺准备比软烘的温度高，但不能使光刻胶变形用DeepUV坚膜第十九页，共37页。2015.4高温下变软的光刻胶流动光刻胶正胶130℃，负胶150℃。第二十页，共37页。2115.5显影检查第二十一页，共37页。2215.5显影后检查

查找缺陷在腐蚀或离子注入前检查检查光刻工艺的好坏硅片返工第二十二页，共37页。2315.5自动显影检查设备第二十三页，共37页。2415.5光刻、显影检查及返工流程1.气相成底膜HMDS2.旋转涂胶光刻胶3.软烘4.对准和曝光UVlightMask5.曝光后烘焙6.显影7.坚膜烘焙8.显影检查不合格硅片合格硅片离子注入刻蚀O2等离子去胶清洗返工第二十四页，共37页。2515.6先进的光刻技术第二十五页，共37页。2615.6光刻技术的改进第二十六页，共37页。2715.6先进的光刻技术下一代光刻技术极紫外(EUV)角度限制投影电子束光刻－SCALPEL离子束投影IonProjectionLithography(IPL)X-Ray先进的光刻胶工艺发展的方向（正胶、化学放大DUV）扩散增强甲硅烷基光刻胶工艺－DESIRE第二十七页，共37页。2815.6.1下一代光刻技术极紫外光刻技术示意图步进扫描承片台步进扫描4倍反射投影掩膜版大功率激光靶材料EUV等离子多层涂层镜投影掩膜版的1/4图形真空腔第二十八页，共37页。2915.6.1SCALPEL示意图电子束步进扫描承片台静电透镜系统（4:1缩小）步进扫描投影掩膜版承台真空腔角度限制投影电子束光刻(SCALPEL)；使用的多层薄膜掩膜版几乎不吸收电子；电子束通过一个掩膜版中的高原子数目层时，该层散射出电子在硅片平面形成一个高对比度的图形；SCALPEL为线性复制，用步进扫描直写方式产生曝光光刻胶条纹。第二十九页，共37页。3015.6.1离子束投影光刻技术离子束投影光刻技术(IPL)；用离子束进行光刻胶曝光，或者通过掩膜，或者用精确聚焦的离子束连续在光刻胶上直写。离子质量比电子大，因而能更有效地将能量转换到光刻胶上。离子束投影光刻技术能获得非常高的分辨率。离子束步进扫描承片台静电透镜系统（4:1缩小）真空腔离子源Mask参考平面第三十页，共37页。3115.6.1X射线光刻技术X-ray光谱10nm0.1nm1nm100nmMUVDUVHg灯同步加速器UV光谱EUV软X-rays硬X-rays准分子激光器X射线光刻技术：系统组件包括:(1)掩膜版(2)x射线源(3)x射线光刻胶。第三十一页，共37页。3215.6.1X射线光刻技术X-ray光掩膜示意图X-raysSiliconwafer薄膜玻璃架刻到下层薄膜的窗口镀金的铬图形吸收X-ray扫描X-rays通过类似这种光掩膜版被指向生产硅片.波长很短，掩膜版上没有衍射干涉效应产生，工艺宽容度很大。X射线版图用的是与硅片关键尺寸相同的1倍掩膜版。第三十二页，共37页。3315.6.1MOS器件中的辐射损伤第三十三页，共37页。3415.6.1MOS器件中的辐射损伤第三十四页，共37页。3515.6.2先进的光刻胶工艺光刻胶及光刻的发展负性光刻胶正性光刻胶(DNQ-酚醛树脂)化学放大胶先进的光刻胶顶层表面成像接触式曝光机G线分步重复光刻机I线分步重复光刻机扫描式光刻机DUV步进扫描光刻机DUV分步重复光刻机EUV步进扫描光刻机SCALPELIPL,X-rayPSM,OAI1970s10mm1.2mm0.35mm0.40mm0.18mm20100.1mm2000s