半导体制程概论chapter6萧宏

Chapter6微影技術HongXiao,Ph.D.hxiao89@www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htmHongXiao,Ph.D.1www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm目標列出組成光阻的四個成分敘述正負光阻間的差異敘述微影製程的程序列出四種對準和曝光系統敘述晶圓在晶圓軌道機、步進機整合系統中的移動方式.說明解析度和景深、波長及數字孔徑的關係HongXiao,Ph.D.2www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm簡介微影技術暫時將光阻塗佈在晶圓表面轉移設計的圖案到光阻IC製造流程的核心佔40到50%全部的晶圓製程時間決定最小的圖形尺寸HongXiao,Ph.D.3www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm微影技術的應用主要的應用:IC圖案化製程其他的應用：印刷電路板，

銘板，印板等.HongXiao,Ph.D.4www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htmIC製造電子束或照相

EDA PR

晶片

微影技術

離子佈植光罩或

倍縮光罩蝕刻EDA:電子設計自動化PR:光阻HongXiao,Ph.D.5www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htmIC製造的製程流程圖材料IC設計光罩IC生產廠房測試封裝最終測試加熱製程微影製程蝕刻與光阻剝除佈植與光阻剝除金屬化化學機械研磨介電質沉積晶圓HongXiao,Ph.D.6www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm微影技術的要項高解析度高感光度精確的對準性精確的製程參數控制低的缺陷密度HongXiao,Ph.D.7www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻感光材料暫時塗佈在晶圓上將設計的圖案經由曝光轉印到晶圓表面和照相機的底片的感光材料相似HongXiao,Ph.D.8www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm負光阻曝光後不可溶解顯影之後，未曝光的部分被顯影劑溶解.較便宜正光阻曝光後不可溶解顯影之後，曝光的部分被顯影劑溶解解析度較好正負光阻的比較HongXiao,Ph.D.9www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光罩/倍縮光罩曝光顯影後負光阻紫外線正光阻基片基片基片光阻基片光阻正負光阻的圖案化製程HongXiao,Ph.D.10www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻化學始於印刷電路技術1950年代後為半導體工業採用圖案化製程的關鍵分為正、負光阻兩種HongXiao,Ph.D.11www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻的基本成分聚合體 溶劑感光劑添加劑HongXiao,Ph.D.12www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm聚合體有機固態材料將設計圖案轉移到晶圓表面藉由紫外線曝光時的光化學反應改變溶解度正光阻:從不可溶到可溶

負光阻:從可溶到不可溶

HongXiao,Ph.D.13www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm溶劑溶解聚合體成液體稀釋光阻以便利用旋轉的方式形成薄膜層HongXiao,Ph.D.14www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm感光劑控制並/或調整光阻在曝光過程的光化學反應.決定曝光時間和強度HongXiao,Ph.D.15www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm添加劑透過不同的化學添加以達到想要的製程，例如染料可以減少反射.HongXiao,Ph.D.16www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm負光阻大部分的負光阻是聚異戊二烯(polyisoprene)光阻曝光後變成交連聚合體交連聚合體有較高的化學蝕刻阻抗力.未曝光的部分在顯影劑中將被溶解.HongXiao,Ph.D.17www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm負光阻光罩曝光顯影負光阻HongXiao,Ph.D.18www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm負光阻缺點聚合體吸收顯影劑由於光阻的膨脹(swelling)使的解析力不好由於主要溶劑是二甲苯(xylene)引起環安的爭點.HongXiao,Ph.D.19www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻的比較負光阻薄膜正光阻薄膜基片基片HongXiao,Ph.D.20www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm正光阻曝光的部分溶解於顯影劑正光阻的圖像和光罩上的圖像相同解析力較高通常在IC生產工廠使用HongXiao,Ph.D.21www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm正光阻主要是酚醛樹脂醋酸鹽類的溶劑感光劑是一種溶解抑制劑，會交連在樹脂中曝光過程的光能會分解感光劑並破壞交連結構使曝光的樹脂變的能夠溶解在液態的基底溶液(顯影劑)HongXiao,Ph.D.22www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm問題既然正光阻比負光阻可以達到較高的解析度，在1980年代之前為何人們不使用?正光阻的價格較負光阻高，因此負光阻是被使用的對象，直到最小的圖案內容達到3mm

才被正光阻取代.HongXiao,Ph.D.23www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm化學增強式光阻深紫外線(DUV),l

248nm光源:準分子雷射光強度遠低於水銀燈的I-譜線(365nm)的強度需要不同種類的光阻HongXiao,Ph.D.24www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm化學增強式光阻使用催化作用來增加光阻的有效感光度光阻受到DUV光線照射時，光阻中會生成光酸(photo-acid)曝光後烘烤(PEB)將晶圓加熱,而在催化反應中，熱能會驅使光酸擴散和增強感光度光酸移除保護群曝光的部份將被顯影劑移除HongXiao,Ph.D.25www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm化學增強式光阻+H+加熱+H+曝光光阻曝光光阻

曝光後烘烤之前

曝光後烘烤之後+保護群保護群HongXiao,Ph.D.26www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻的要項高解析力光阻越薄，解析力越高光阻越薄，對抗蝕刻和離子佈植能力也越抗蝕刻能力高好的附著力製程的自由度較大對於製程條件改變的容忍度也越大(製程較穩定)HongXiao,Ph.D.27www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻的物理性質光阻必須承受的製程條件塗佈,旋轉,烘烤,顯影.蝕刻阻抗遮蔽離子佈植製程HongXiao,Ph.D.28www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻效能的因素解析力附著力曝光速率,感光力和曝光光源製程自由度針孔粒子和污染物的等級階梯覆蓋(StepCoverage)熱流量(ThermalFlow)HongXiao,Ph.D.29www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm解析度的性能在光阻層可以產生的最小開口或空間.與曝光源和顯影過程等特別製程相關.光阻薄膜越薄，解析度越高.對抗蝕刻、離子佈質的遮蔽和無針孔則需要較厚的光阻薄膜正光阻因為聚合體的尺寸較小，所以有較好的解析力.HongXiao,Ph.D.30www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻特性概要參數負光阻正光阻聚合物聚異戊二烯酚醛樹脂光反應聚合反應光溶解化作用感光劑提供有助於交連橡膠分子的自由基使曝光的樹脂變的能溶解基底溶液添加劑染料染料HongXiao,Ph.D.31www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm微影製程HongXiao,Ph.D.32www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm微影製程的基本步驟光阻塗佈對準和曝光顯影HongXiao,Ph.D.33www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm基本步驟,舊技術

晶圓清洗脫水烘烤底漆層的旋轉塗佈與光阻軟烘烤對準和曝光顯影圖案檢視硬烘烤光阻塗佈顯影HongXiao,Ph.D.34www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm基本步驟,先進技術

晶圓清洗預烤和底漆層塗佈光阻旋轉塗佈軟烘烤對準和曝光曝光後烘烤顯影硬烘烤圖案檢查光阻塗佈顯影軌道-步進機整合系統HongXiao,Ph.D.35www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm硬烘烤剝除光阻蝕刻先前的製程離子佈植退回表面預處理光阻塗佈軟烘烤對準及曝光顯影檢視曝光後烘烤驗過清洗晶圓軌道系統光學區間光學單元微影製程的流程圖HongXiao,Ph.D.36www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm晶圓清洗P型井區USGSTI多晶矽匣極氧化層HongXiao,Ph.D.37www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm預烤與底漆層蒸氣塗佈P型井區USGSTI多晶矽底漆層，附著層HongXiao,Ph.D.38www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻塗佈P型井區USGSTI多晶矽光阻底漆層，附著層HongXiao,Ph.D.39www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm軟烘烤P型井區USGSTI多晶矽光阻HongXiao,Ph.D.40www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm對準和曝光P型井區USGSTI多晶矽光阻匣極光罩HongXiao,Ph.D.41www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm對準和曝光匣極光罩P型井區USGSTI多晶矽光阻HongXiao,Ph.D.42www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm曝光後烘烤P型井區USGSTI多晶矽光阻HongXiao,Ph.D.43www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm顯影P型井區USGSTI多晶矽光阻HongXiao,Ph.D.44www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm硬烘烤P型井區USGSTI多晶矽光阻HongXiao,Ph.D.45www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm圖案檢視P型井區USGSTI多晶矽光阻HongXiao,Ph.D.46www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm清洗晶圓移除污染物移除微粒減少針孔和其他缺陷增加光阻的附著力基本步驟化學清洗超純水清洗旋乾HongXiao,Ph.D.47www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm較早期的方法高壓氮氣吹乾旋轉刷洗高壓蒸氣吹乾微影製程,清洗HongXiao,Ph.D.48www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm旋乾化學清洗超純水清洗晶圓清洗製程HongXiao,Ph.D.49www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm脫水烘烤移除晶圓表面的濕氣提昇光阻和晶圓表面的附著力通常的溫度是100°C和底層漆塗佈整合微影製程,預備處理過程HongXiao,Ph.D.50www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm提昇光阻在晶圓表面的附著力廣泛使用:六甲基二戊烷(HMDS)HMDS蒸氣塗佈在光阻自旋塗佈之前在預烤製程中以臨場方式沉積在晶圓表面在光阻塗佈前，以冷卻平板降溫微影製程,底層漆HongXiao,Ph.D.51www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm底漆層蒸氣塗佈脫水烘烤晶圓預備處理反應室底漆層晶圓加熱平板加熱平板HMDS蒸氣

預烤和底漆層蒸氣塗佈HongXiao,Ph.D.52www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm晶圓冷卻晶圓在光阻塗佈前需要冷卻水冷式冷卻平板溫度影響光阻的黏滯性影響光阻自旋塗佈的厚度HongXiao,Ph.D.53www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm自旋塗佈晶圓放在一個帶有真空吸盤的轉軸上以高速旋轉液態裝阻在晶圓中間導入光阻藉由離心力散佈均勻的舖在晶圓表面HongXiao,Ph.D.54www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm黏滯性流體黏在固體表面的特性影響光阻自旋塗佈的厚度與光阻的種類和溫度相關自旋轉數越高塗佈的均勻性越好HongXiao,Ph.D.55www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻厚度與自旋轉速在不同的黏滯係數下的關係厚度(μm)自旋轉速(rpm)07k2k3k4k5k6k0.51.01.52.02.53.03.5100cst50cst27cst20cst10cst5cstHongXiao,Ph.D.56www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm動態自旋轉速時間自旋轉速HongXiao,Ph.D.57www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻自旋塗佈機讓光阻散佈在自旋的晶圓表面晶圓放在一個帶有真空吸盤的轉軸上慢轉速~500rpm升高到~3000-7000rpmHongXiao,Ph.D.58www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm自旋塗佈機從晶圓軌道系統的機械臂的自動晶圓裝載系統真空吸盤吸住晶圓阻擋污染物和排放端排放氣體的特徵可控制的自旋馬達輸配和輸配幫浦邊緣小珠的移除HongXiao,Ph.D.59www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻自旋塗佈機真空系統光阻邊緣球狀物移除法晶圓吸盤水套管排放端排氣HongXiao,Ph.D.60www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻的應用轉軸光阻輸配噴嘴吸盤晶圓到真空幫浦HongXiao,Ph.D.61www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻回收轉軸到真空幫浦光阻輸配噴嘴吸盤光阻回收晶圓HongXiao,Ph.D.62www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻自旋塗佈轉軸到真空幫浦光阻輸配噴嘴吸盤光阻回收晶圓HongXiao,Ph.D.63www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻自旋塗佈轉軸到真空幫浦光阻輸配噴嘴吸盤光阻回收晶圓HongXiao,Ph.D.64www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻自旋塗佈轉軸到真空幫浦光阻輸配噴嘴吸盤光阻回收晶圓HongXiao,Ph.D.65www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻自旋塗佈轉軸到真空幫浦光阻輸配噴嘴吸盤光阻回收晶圓HongXiao,Ph.D.66www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻自旋塗佈轉軸到真空幫浦光阻輸配噴嘴吸盤光阻回收晶圓HongXiao,Ph.D.67www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻自旋塗佈轉軸到真空幫浦光阻輸配噴嘴吸盤光阻回收晶圓HongXiao,Ph.D.68www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻自旋塗佈轉軸到真空幫浦光阻輸配噴嘴吸盤光阻回收晶圓HongXiao,Ph.D.69www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻自旋塗佈轉軸到真空幫浦光阻輸配噴嘴吸盤光阻回收晶圓HongXiao,Ph.D.70www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻自旋塗佈轉軸到真空幫浦光阻輸配噴嘴吸盤光阻回收晶圓HongXiao,Ph.D.71www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm邊緣球狀物移除法(EBR)光阻散佈到邊緣在邊緣累積在機械晶圓處理會撕裂晶圓邊緣的光阻堆積物而造成微粒狀物質的污染前端和後端的化學式邊緣球狀物移除法前端的光學式邊緣球狀物移除法HongXiao,Ph.D.72www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm化學式邊緣球狀物移除法轉軸至真空幫浦吸盤晶圓溶劑HongXiao,Ph.D.73www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm化學式邊緣球狀物移除法轉軸至真空幫浦吸盤晶圓溶劑HongXiao,Ph.D.74www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm準備軟烘烤轉軸至真空幫浦吸盤晶圓HongXiao,Ph.D.75www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光學式邊緣球狀物移除法在對準和曝光之後晶圓邊緣曝光(Waferedgeexpose；WEE)邊緣上的曝光光阻在顯影過程溶解HongXiao,Ph.D.76www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光學式邊緣球狀物移除法—邊緣曝光轉軸吸盤晶圓光阻HongXiao,Ph.D.77www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm轉軸至真空幫浦吸盤晶圓圖案化光阻邊緣光阻移除光學式邊緣球狀物移除法—顯影後HongXiao,Ph.D.78www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm軟烘烤使光阻中的溶劑大部分被汽化驅逐溶劑使光阻易形成薄膜，但是也會吸收輻射影像附著力軟烘烤的時間和溫度以矩陣計算來決定過度烘烤:過早的聚合作用，曝光度不靈敏烘烤不足:影像附著力和曝光不靈敏HongXiao,Ph.D.79www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm軟烘烤加熱平板對流烤箱紅外線烤箱微波烤箱HongXiao,Ph.D.80www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm烘烤系統加熱器真空晶圓加熱器熱氮氣晶圓微波源真空晶圓光阻吸盤加熱平板對流烤箱微波烤箱HongXiao,Ph.D.81www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm加熱平板工業上廣泛的使用背面加熱避免形成「硬外殼」整合在晶圓軌道系統,塗佈、烘烤和顯影在同一條線上加熱器晶圓HongXiao,Ph.D.82www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm晶圓冷卻需要冷卻到室溫水冷式冷卻平板矽的熱膨脹速率:2.510-6/C對8吋(200mm)晶圓,1

C的改變將引起直徑0.5mm的差異HongXiao,Ph.D.83www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm對準和曝光IC製造中最關鍵的製程IC生產工廠中最昂貴的工具(步進機.最具挑戰性的技術決定圖案上的最小尺寸目前的0.18mm將向0.13mm推進HongXiao,Ph.D.84www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm對準和曝光的工具接觸式印像機鄰接式印像機投影式印像機步進機HongXiao,Ph.D.85www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm接觸式印像機最簡單的設備在1970年代中期以前使用解析力:可達到次微米與晶圓光罩直接接觸，限制了光罩的壽命粒子HongXiao,Ph.D.86www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm接觸式印像機光源透鏡光罩光阻晶圓HongXiao,Ph.D.87www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm接觸式印像法N型矽光阻紫外線光罩HongXiao,Ph.D.88www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm鄰接式印像機光罩距晶圓表面約~10mm沒有直接的接觸光罩的壽命較長解析力:>3mmHongXiao,Ph.D.89www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm鄰接式印像機光源透鏡光罩光阻晶圓~10mmHongXiao,Ph.D.90www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm鄰接式印像法N型矽光阻紫外線~10mm光罩HongXiao,Ph.D.91www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm投影式印像機操作就像投影機一樣光罩對晶圓,1:1解析力大約1mmHongXiao,Ph.D.92www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光源透鏡光罩光阻晶圓投影式曝光系統HongXiao,Ph.D.93www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光源透鏡光罩光阻晶圓光罩與晶圓同步移動狹縫透鏡掃描投影式曝光系統HongXiao,Ph.D.94www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm步進機在先進的IC生產工廠中最流行的微影製程工具波長越短圖案化的解析度越好最小圖形尺寸0.25mm以下非常昂貴HongXiao,Ph.D.95www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm問與答為什麼5:1縮小比例在半導體工業會比10:1來的普及?10:1的圖像縮小會比5:1的圖像縮小有較佳的光學微影解析度.然而他的光罩曝光面積只有5:1縮小比例光罩的四分之一,這表示總共的曝光時間將會是四倍.HongXiao,Ph.D.96www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm步進式曝光系統晶圓平台投影透鏡光源倍縮光罩晶圓投影透鏡HongXiao,Ph.D.97www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm步進式對準及曝光系統的示意圖晶圓平台干涉儀鏡面組對準雷射投影透鏡晶圓干涉雷射XY倍縮光罩平台參考記號光源倍縮光罩HongXiao,Ph.D.98www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm曝光光源短波長高強度穩定高壓水銀燈管準分子雷射HongXiao,Ph.D.99www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm水銀燈的光譜G-線(436)H-線(405)I-線(365)300400500600波長(nm)強度(a.u)深紫外線(<260)HongXiao,Ph.D.100www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm微影技術的光源HongXiao,Ph.D.101www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm曝光控制曝光取決於光的強度和曝光的時間和照相機的曝光相似強度由電力控制光強度可調整經常定期性的校正光線的強度HongXiao,Ph.D.102www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm問題當倍縮光罩仍留在步進機的倍縮光罩平台時，工程師就執行例行的照明器—光強度(illuminator—intensity)的校正工作，試問會導致哪種問題?HongXiao,Ph.D.103www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm答因為被縮光罩阻擋一些來自照明器的光線，在晶圓平台上的光感測器會接收到比沒有倍縮光罩時要少的光子.因此讀數比實際值來的低。要把光源校正到所需的水準，使用的電力要增加，光的強度也將比原來應有的值高，錯誤的校正會造成光阻的過度曝光。.HongXiao,Ph.D.104www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm駐波效應入射光和反射光產生干涉光阻層產生週期性過度曝光和曝光不足的條紋狀結構影響微影技術的解析度HongXiao,Ph.D.105www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm駐波強度光強度光阻的表面基片的表面l/nPR建設性干涉,曝光過度平均強度破壞性干涉,曝光不足HongXiao,Ph.D.106www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm駐波在光阻上的效應光阻l/nPR基片過度曝光曝光不足HongXiao,Ph.D.107www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm曝光後的烘烤(PEB)光阻玻璃型過渡溫度Tg烘烤溫度要比Tg高提供熱能使光阻分子產生熱運動將過度曝光和曝光不足的光阻分子重新排列平均駐波的效應平滑光阻的側避和增加解析度HongXiao,Ph.D.108www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm曝光後的烘烤(PEB)對深紫外線製程所使用的化學增強型光阻,曝光後的烘烤提供酸擴散和增強時所需的熱量.在曝光後的烘烤製程之後,由於酸的增強作用而產生顯著的化學變化，因此曝光區域的圖像就會呈現在光阻上HongXiao,Ph.D.109www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm曝光後的烘烤(PEB)曝光後的烘烤經常使用溫度在範圍110到130

C的加熱平板烘烤約一分鐘.對於相同種類的光阻，曝光後的烘烤經常比軟烘烤所需的烘烤溫度來的高.曝光後的烘烤不足將無法完全消除駐波的圖案,過度的烘烤則會造成光阻的聚合作用且影響光阻顯影的製程HongXiao,Ph.D.110www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm曝光後烘烤可減少駐波效應光阻基片HongXiao,Ph.D.111www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm晶圓冷卻在曝光後的烘烤植之後，晶圓放在冷卻平板上在送到顯影製程前冷卻到室溫高溫加速化學反應並且引起過度顯影,光阻關鍵尺寸損失(CDloss)HongXiao,Ph.D.112www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm顯影顯影劑溶解光阻軟化的部分從光罩或倍縮光罩轉移圖像三個基本步驟:顯影洗滌乾燥HongXiao,Ph.D.113www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm旋乾顯影洗滌顯影製程的三個步驟HongXiao,Ph.D.114www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm顯影劑正光阻通常使用弱鹼溶液最常使用的一種是氫氧化四甲基氨【tetramethylammoniumhydride,TMAH,(CH3)4NOH】HongXiao,Ph.D.115www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm顯影光阻光阻光阻光阻基片基片基片基片薄膜薄膜薄膜薄膜光罩曝光顯影蝕刻光阻塗佈HongXiao,Ph.D.116www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm不同顯影步驟所造成的光阻輪廓光阻光阻基片基片光阻基片光阻基片正常顯影顯影不足過度顯影不完全顯影HongXiao,Ph.D.117www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm顯影溶液 正光阻

負光阻顯影劑 氫氧化四甲基氨

二甲苯

洗滌液 超純水

乙酸丁酯HongXiao,Ph.D.118www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm真空顯影液晶圓吸盤水套管排放端超純水自旋顯影系統示意圖HongXiao,Ph.D.119www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光學式的邊緣球狀物移除—曝光轉軸吸盤晶圓光阻光源光束HongXiao,Ph.D.120www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光學式的邊緣球狀物移除—曝光轉軸吸盤晶圓光阻光源光束曝光的光阻HongXiao,Ph.D.121www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm應用顯影溶液轉軸吸盤晶圓曝光的光阻顯影液輸配噴嘴至真空幫浦HongXiao,Ph.D.122www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm應用顯影溶液轉軸至真空幫浦吸盤晶圓曝光的光阻HongXiao,Ph.D.123www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm顯影液自旋轉軸至真空幫浦吸盤晶圓圖案化光阻邊緣光阻移除HongXiao,Ph.D.124www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm超純水洗滌轉軸至真空幫浦吸盤晶圓超純水輸配噴嘴HongXiao,Ph.D.125www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm旋乾轉軸至真空幫浦吸盤晶圓HongXiao,Ph.D.126www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm準備好到下一個步驟轉軸吸盤晶圓HongXiao,Ph.D.127www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm泥漿式顯影晶圓泥漿顯影液形成泥漿泥漿覆蓋在整個晶圓上自旋洗滌和乾燥HongXiao,Ph.D.128www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm硬烘烤將所有在光阻中的溶劑蒸發去除改進光阻蝕刻和離子佈植的抵抗力改進光阻表面的附著力聚合作用和穩定光阻光阻流動填滿針孔HongXiao,Ph.D.129www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm藉熱流填滿光阻的針孔光阻基片基片光阻針孔HongXiao,Ph.D.130www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm硬烘烤通常使用的方法是加熱平板經檢視後在烤箱中進行硬烘烤的溫度:100到130

C烘烤時間約1到2分鐘對相同的光阻，硬烘烤溫度通常會比軟烘烤的溫度還要高些HongXiao,Ph.D.131www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm硬烘烤烘烤不足不足的熱聚合作用光阻蝕刻速率高附著力差過度烘烤流動過度而影響到微影技術製程的解析度HongXiao,Ph.D.132www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻基片基片正常烘烤過度烘烤光阻流動過度而影響到微影技術製程的解析度.光阻光阻流動HongXiao,Ph.D.133www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm問與答假如一位工程師拿了一瓶不對的光阻來使用，接下來會發生什麼結果?每一種光阻有自己的感光度和黏滯性，所需要的自旋轉速、自旋轉速昇高速率，自旋時間、烘烤的次數和溫度、曝光的強度和時間以及顯影劑和狀況.圖案轉移必定失敗.HongXiao,Ph.D.134www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm圖案檢視無法通過圖案檢視，則需要剝除光阻送回重做光阻上圖案是暫時性的蝕刻和離子佈植的圖案式永久的.微影製程是可以重做的蝕刻或離子佈植之後就不能重做了.掃描式電子顯微鏡(Scanningelectronmicroscope；SEM)光學顯微鏡HongXiao,Ph.D.135www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm問與答為什麼光學顯微鏡無法使用在0.25微米的圖形的檢視?因為圖形尺寸(0.25mm=2500Å)比可見光的波長還要短，其範圍是從3900Å(紫)~7500Å(紅)HongXiao,Ph.D.136www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm電子式顯微鏡電子束在轉角區有較多的二次電子光阻基片在側壁及平面上有較少的電子HongXiao,Ph.D.137www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm圖案檢視重疊或

對準插出,插入,倍縮光罩旋轉,晶圓旋轉,x方向的錯置以及y方向的錯置關鍵尺寸(CD)表面不合規格的事務，像是括痕、針孔、瑕疵、污染物等.HongXiao,Ph.D.138www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm對準失誤的例子插出倍縮光罩旋轉及晶圓旋轉q插入X方向的錯置Y方向的錯置HongXiao,Ph.D.139www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm關鍵尺寸(CD)好的CDCD損失傾斜的邊緣光阻光阻基片光阻基片基片HongXiao,Ph.D.140www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm圖案檢視假如晶圓通過了檢視步驟，則他們會從光學區間(光學微影區間)移出並進入下一個製程步驟亦即蝕刻或是離子佈植的步驟HongXiao,Ph.D.141www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm晶圓軌道機—步進機整合系統整合光阻塗佈、曝光和顯影的製程系統中央電腦控制軌道機器人較高的產出改善製程良率HongXiao,Ph.D.142www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm晶圓進入加熱平板顯影劑分配軌道加熱平板自旋機台步進機軌道機器人HongXiao,Ph.D.143www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm預烤和底漆層蒸氣塗佈加熱平板顯影劑分配軌道加熱平板自旋機台步進機軌道機器人HongXiao,Ph.D.144www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光阻自旋塗佈加熱平板顯影劑分配軌道加熱平板自旋機台步進機軌道機器人HongXiao,Ph.D.145www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm軟烘烤加熱平板顯影劑分配軌道加熱平板自旋機台步進機軌道機器人HongXiao,Ph.D.146www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm對準和曝光加熱平板顯影劑分配軌道加熱平板自旋機台步進機軌道機器人HongXiao,Ph.D.147www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm曝光後烘烤(PEB)加熱平板顯影劑分配軌道加熱平板自旋機台步進機軌道機器人HongXiao,Ph.D.148www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm顯影加熱平板顯影劑分配軌道加熱平板自旋機台步進機軌道機器人HongXiao,Ph.D.149www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm硬烘烤加熱平板顯影劑分配軌道加熱平板自旋機台步進機軌道機器人HongXiao,Ph.D.150www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm晶圓輸出加熱平板顯影劑分配軌道加熱平板自旋機台步進機軌道機器人HongXiao,Ph.D.151www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm晶圓軌道機—步進機整合系統示意圖加熱平板預備處理反應室冷卻平板冷卻平板自旋塗佈機顯影機步進機晶圓移動方向晶圓中央軌道機器人HongXiao,Ph.D.152www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm堆疊式軌道系統較小的佔地空間持有的成本較低HongXiao,Ph.D.153www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm堆疊式軌道系統加熱平板冷卻平板預備處理反應室顯影機自旋塗佈機HongXiao,Ph.D.154www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm未來的趨勢較小的圖案尺寸較高的解析力用較短的波長曝光相位移光罩HongXiao,Ph.D.155www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光學的微影技術系統光學光繞射解析度景深(DOF)HongXiao,Ph.D.156www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm繞射基本的光學性質光本身是一種波波繞射繞射影響解析度HongXiao,Ph.D.157www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm沒有透鏡的光繞射繞射光光罩投影光的強度HongXiao,Ph.D.158www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm減少光的繞射光的波長越短產生的繞射越少光學透鏡可以將繞射光線聚焦增強影像HongXiao,Ph.D.159www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm由透鏡收集的繞射光漫射的折射光透鏡理想的光強度圖案由透鏡聚焦後得到較少的繞射光光罩roD經過透鏡的光繞射HongXiao,Ph.D.160www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm數值孔徑(NA)NA

是透鏡收集繞射光的能力NA=2r0/Dr0:透鏡的半徑D=透鏡到物體的距離透鏡有較大的NA可以捕捉到更高階(high-order)的繞射光線並取得較清晰的影像.HongXiao,Ph.D.161www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm解析度可重複達到的最小圖形尺寸受光波波長和系統的數值孔徑決定.解析度可以描述成：HongXiao,Ph.D.162www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm解析度(續)K1是系統常數,l

是光波的波長,數值孔徑NA=2ro/D,NA:透鏡收集繞射光線的能力HongXiao,Ph.D.163www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm練習1,K1=0.6

RG-線 436nm 0.60 ___

mI-線 365nm 0.60 ___

m深紫外線 248nm 0.60 ___

m 193nm 0.60 ___

mHongXiao,Ph.D.164www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm改善解析度增加數值孔徑較大的透鏡，造價昂貴且不實際減少景深並且建構困難波長縮短需要發展光源,光阻和設備波長縮短的限制紫外線到深紫外線,到極紫外線,進而到X光減少K1相位移光罩HongXiao,Ph.D.165www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm電磁波的波長和頻率RFMWIRUVX-ray可見光10410610810101012101410161018f(Hz)10410210010-210-410-610-810-10l(公尺)g-ray10-121020RF:射頻頻率;MW:微波;IR:紅外線;及UV:紫外線HongXiao,Ph.D.166www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm景深係指一個範圍，指光在透鏡的焦距內，投射影像可以達到好的解析度的範圍景深可以描述成:HongXiao,Ph.D.167www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm光學系統的景深示意圖)(22NAKDOFl=2聚焦HongXiao,Ph.D.168www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm

DOFG-線 436nm 0.60 ___

mI-線 365nm 0.60 ___

m深紫外線 248nm 0.60 ___

m 193nm 0.60 ___

m2練習2,K2=0.6HongXiao,Ph.D.169www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm景深較小的數值孔徑，較大的景深用完即丟的照相機鏡頭都非常小幾乎所有的東西都在焦距內解析度差改善解析度的方式傾向於較短的波長而不是增加數值孔徑高解析度,景深就會變小焦距的中心正好放在光阻的中間部位HongXiao,Ph.D.170www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm將光線聚焦在光阻的厚度中點可使解析度最佳化光阻基片景深聚焦中心HongXiao,Ph.D.171www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm高解析度的需求較短的波長l

較大的數值孔徑(NA).同時景深減少晶圓表面必須高度的平坦化.化學機械研磨可以達到0.25mm或更小幾何圖案所要求的表面平坦化的效果表面平坦化的需求HongXiao,Ph.D.172www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htmI-光線和深紫外線水銀I-光線,365nm一般使用在0.35mm的微影製程深紫外線KrF準分子雷射,248nm0.25mm,0.18mm和0.13mm微影技術ArF準分子雷射,193nm應用:<0.13mmF2準分子雷射157nm仍在研發中,<0.10

mm應用HongXiao,Ph.D.173www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htmI-光線和深紫外線當波長為180nm或更短時，SiO2

會強力吸收紫外線矽光學透徑和光罩不能使用157nmF2

雷射光微影技術含低OH濃度的熔合二氧化矽、摻雜氟的二氧化矽以及氟化鈣(CaF2)使用相位移光罩,即使0.035mm都有可能更多技術延遲來自於下一世代微影技術的開發HongXiao,Ph.D.174www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm下一世代的微影技術(NGL)極紫外線(EUV)微影技術X-光微影技術電子束(E-beam)微影技術HongXiao,Ph.D.175www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm未來的趨勢1.51.00.80.50.350.250.180.1300.20.40.60.811.21.41.68488909395980104年代圖形尺寸(mm)07100.100.07光微影技術下一世代的微影技術或許是光微影技術14HongXiao,Ph.D.176www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm相位移光罩石英基板鉻膜圖案薄膜相位移塗佈層dnfd(nf

1)=l/2nf

:相位移塗佈的繞射指標HongXiao,Ph.D.177www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm相位移光罩石英基板鉻膜圖案薄膜d相位移塗佈層ngd(ng

1)=l/2ng:石英基板的繞射指標HongXiao,Ph.D.178www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm一般光罩與相位移光罩的微影製程技術基片光阻基片光阻光的總強度最終的圖案設計的圖案基片光阻設計的圖案基片光阻最終的圖案光的總強度

相位移塗佈層一般光罩相位移光罩破