微电子工艺——光刻技术.ppt.ppt

1、，第五章光学光刻、光刻、曝光蚀刻、光曝光方法、光刻概述、评价光刻工艺可用作分辨率、对准精度和生产率三大标准。定义：光刻：使用类似于加载照片的原理，通过曝光和选择性化学腐蚀等工艺将掩模的集成电路图形打印到硅片上的精密表面处理技术。目的：在硅石、氮化硅、多晶硅和金属等薄膜表面的光刻胶上，制作与遮罩板完全匹配的几何图形。然后，光刻胶在蚀刻下面的胶片时，可以用作掩蔽膜或离子掺杂注入的掩蔽膜。阶段：1。使用旋转涂层法在硅表面涂上光刻胶。光刻胶选择通过遮罩版本使用光选择性地曝光。3.冲洗照片寄存器，将图形的遮罩版本迁移到硅片上。三个元素：遮罩版本、照片寄存器和照片寄存器。光刻胶(正)，选择曝光，光刻工艺，

2、现象(主图形传输)，蚀刻(次图形传输)，光刻胶的涂层和开发，1，脱水烘焙的目的是去除硅表面吸附的水分。也可以使用前面的氧化或扩散过程完成。2，在粘着处理烘焙的硅表面涂上六甲基二硅亚胺(HMDS)层，增加晶片表面和光刻胶的粘合力。可以使用蒸汽涂层法或自旋涂层法。3，涂层一般采用自旋涂层方法。粘合剂的核心是控制薄膜的厚度和膜厚的均匀性。薄膜的厚度由光刻胶的粘度和旋转速度决定。例如，转速5000 r/min，时间30 sec，厚度1.0m .4，前烘焙(软烘焙)的目的是去除光刻胶的大部分溶剂和稳定胶的感光特性。5，曝光，6，显影将暴露的硅片放入显影液。对于负粘合剂，显影液溶解未暴露区域的薄膜。正粘合

3、剂的情况下，显影液溶解暴露区域的薄膜。几乎所有的粘合剂都使用碱性显影液，例如KOH水溶液。光刻胶薄膜在开发过程中膨胀。正反面粘合剂的膨胀可以忽略，而负片粘合剂的膨胀可以改变图形大小。现象过程对温度很敏感。显影过程会影响光刻胶的对比度，从而影响光刻胶的单面外观。9，去除粘合剂，8，蚀刻，7，后烘焙(硬烘焙，牢固膜)的目的是固化薄膜，提高后续工艺中的腐蚀性。基本工艺，步骤1:涂层光刻胶(coat)步骤1a表面清洗和脱水烘焙干净干燥的硅表面能很好地粘合在光刻胶上，适用于平坦均匀的光刻胶涂层。洗涤方法：溶剂/化学清洗烘焙方法：真空或干氮在150 200 。Step 1B粘着处理的原因：大多数光刻胶中包

4、含的聚合物是疏水的，氧化物表面的羟基是亲水的，两者表面粘着性都不好。典型的黏合剂：六亚甲基二酰亚胺(HMDS)亲水羟基硅烷醇疏水硅氧烷结构，容易粘在基板原板表面，另一侧也容易粘在光刻胶上。涂层方法：蒸汽涂层法和旋转涂层法。基本工艺，Step 1:涂层光刻胶(Coat) Step1C涂层粘合剂厚度和粘合剂厚度的均匀性是光刻工艺的关键参数。胶水越厚，分辨率越低。粘合剂厚度和速度的关系Step 1D。正面烘焙：从胶中去除大部分溶剂，提高胶的粘合力，保持胶的暴露特性稳定。典型的前烘焙温度为90 100c，10 30分钟，涂胶设备，静态光刻胶分配器，涂胶设备，动态固定臂分配，涂胶设备，动态移动臂分配EB

5、R的两种方法：光学EBR:利用光暴露边缘的光刻胶，显影时化学EBR:在晶片的正面或背面涂上溶剂，消除边缘溶解的光刻胶，并且基本过程Step 2:对准和曝光对准使光寄存器在尽可能短的时间内暴露在光中，从而获得接近显影后垂直光刻胶侧壁和可控制线厚度的保持率，基本工艺，Step 3:显影(临时图案形成)显影是用溶剂去除曝光部分(正胶)或未曝光部分(负胶)，并制作硅片所需的照片寄存器图形。正粘合剂：显影液：TMAH(四甲基氢氧化胺水溶液)、KOH等水基显影液。负胶显影液：抑制二甲苯和显影速度的缓冲剂。影响显影率的因素：显影液的浓度、温度、光刻胶的预烘焙条件和曝光量、基本工艺、Step 3:显影(临时图

6、案形成)Step 3A曝光后，烘焙3360 g line、I line以降低驻波效果。DUV是完成光敏酸生产和聚合物链反应暴露过程的关键工序。Step 3B湿化学现象：溶解暴露区光刻胶Step 3C DI水冲洗：整理显影Step 3D显影检查：校准校验和各种缺陷。如果确定存在返工：缺陷和其他问题，则无需丢弃芯片，因此可以移除照片寄存器，然后重新运行。该工艺对芯片几乎没有损伤，Step 3E后烘焙(加固膜):目的：去除显影后粘合层上残留的溶剂，使薄膜坚固，同时提高粘合力和耐蚀性。烘焙条件100 140，10 30分钟。基本工艺，步骤4:永久图案蚀刻3360使用湿化学或等离子体将掺杂杂质注入到未涂

7、层的基本薄膜离子注入3360，基本工艺，步骤5:是光刻胶：由于浓硫酸去除粘合剂时碳被还原析出，小碳粒子可能污染基板表面，因此必须在浓硫酸中加入H2O2等强力氧化剂，使碳氧化成CO2。浓硫酸与H2O2的比例为33336901酸性腐蚀液对铝、铬等金属有强烈的腐蚀作用，因此金属基板的去除剂需要特殊的有机去除剂。通常，这种去除剂将三氯乙烯添加为泡沫剂，因此用于脱盐后中间清洗三氯乙烯和甲醇，脱盐液和三氯乙烯是有毒物质，更难处理。目前使用的干法去除剂和紫外线分解去除剂去除法与湿去除剂相比，具有以下优点：简单、安全。在过程中引入污染的可能性很小。可以在与干腐蚀相同的设备上进行。下层基板Step 5B:不检查

8、是否对齐、是否有缺陷等。这个阶段不能再返工了。有缺陷或其他问题的晶片只有报废。如果工序出现问题，胶水可能出现的缺陷：*旋转晶片边缘的粒子移动速度为70mph！套准问题： x轴未对准y轴未对准Run-out:跨距距离太大或太小：图形在遮罩或reticle中旋转，过程中的问题，显影缺陷：显影过度：光刻胶太薄或不均匀，显影时间太长， 光刻胶粘合力：光刻胶不能与晶片正确粘合会导致蚀刻时光刻胶脱落：尺寸变大导致粘合不良的原因：光刻胶前芯片未完全干，粘合剂不完整，硬烘焙的不适当打印偏移：打印偏移=(打印的特征大小)-(口罩特征大小)原因：曝光不足，曝光过度晶片表面倾斜的台阶侧将光线反射到非曝光区域。通过更

9、改光刻的常见问题和解决方案、解决方案1、沉积参数来控制薄膜的反射率。2、平整表面；3、在光刻胶下添加一层防反射膜*，涂层前放入，弯曲，显影后蚀刻，去除粘合剂后，*与光泽粘合剂没有反应，无污染，硅片表面凹凸时最先出现的问题是硅片表面倾斜的台阶侧将光反射到不想曝光的区域。第二个问题是更改胶片的厚度。硅片表面凹处的薄膜更厚，曝光不足。硅片表面的凸起部分薄膜薄，曝光过度。薄膜厚度的差异也会影响对比度。这个问题的解决方法是平整表面。第二，驻波，驻波是由入射光和反射光之间的干涉引起的。驻波的波节和波节之间的间隔是/4n=0.16。=对于200 400 nm的紫外线，此间隔为32 64 nm，小于光刻胶厚度

10、。粘合剂中不同的亮度分布会以不同的现象速度连接，会给线宽控制带来困难。当以驻波效应单色光曝光时，入射光在光刻胶和基板之间的界面上反射。入射光和反射光是相互作用光，因此界面有180度相位移位，在光刻胶内通过相位长度和相位消除形成驻波。波节位置：zmin=n /2n波腹位置：zmax=(2n 1) /4n=0，1，2，随着厚度的变化，光刻胶的光强度变化在显影液中的溶解度变化。解决方案1，添加防反射层；2，g，I线胶中添加吸收染料；3、深紫(DUV)带中暴露后弯曲、光敏酸分子扩散。例如，具有248nm、193nm、157nm、光源系统、光源系统的要求1、适当的波长。波长越短，可曝光的特征大小越小。2

11、，有足够的能量。能量越大，曝光时间越短。3、曝光能量应均匀分布在曝光区域。常用紫外线光源是高压电弧光(高压汞灯)，高压水银灯有很多在过滤后使用g线(436 nm)或I线(365 nm)的锐利光谱线。曝光装置、光源、紫外线(UV)、深紫外线(DUV)、g线：436 nm I线：365 nm、KrF准分子激光：248 nm ArF准分子激光：193 nm、极紫外线实际使用的深紫外线包括KrF准分子激光(248 nm)、ArF准分子激光(193 nm)和F2准分子激光(157 nm)。，深紫外线基本上以紫外线相同的方式暴露，但2点，1，光刻胶2，掩膜和透镜材料，248 nm波长的光子能量为4.9 e

12、V，193 nm波长的光子能量为6.3 eV，纯粹石英的波段宽度约为8 eV，需要注意。波长越短，遮罩和镜头材质对光能的吸收就越严重，导致曝光效率下降，以及遮罩和镜头发热。各种光曝光光源的使用现状1985年以前，几乎所有光刻机都使用最小线宽大于1米的g线(436 nm)光。1985年以后，少量I线(365 nm)光刻机开始出现，相应的最小线宽为0.5m左右。从1990年开始出现了DUV光刻机，因此产生的最小线宽为0.25米左右。从1992年开始，I线光刻机的数量超过g线光刻机。到1998年，g线、I线和DUV光刻机的销售比约为1: 4: 2。接触式和接近式光刻，1，接触式光刻，si，u.v.

13、masklp.r.sio2，优点：简单设备；理论上，调制传输函数(MTF)可以达到1，因此分辨率更高，约为0.5米。缺点：掩模模板寿命短(10 20次)，硅片上图形缺陷多，光刻产率低。第二，近似光刻，g=10至50m，优点：掩码寿命(可增加10倍以上)，图形缺陷较少。缺点：衍射效果严重，分辨率降低。最小分辨率线宽为，在表达式中，k是与光刻胶过程相关的常数，通常接近于1。在投影光刻，样式中，k1是与光刻胶的光强度响应特性相关的常数，约为0.75。NA是镜头的数字光圈，投影光刻的分辨率由射线的第一个公式给出：1，分辨率和焦距，n是折射率，半接收角度。NA的典型值介于0.16和0.8之间。增加NA可

14、以提高分辨率，但会限制焦点深度。分辨率和焦点深度对波长和数字光圈有相反的要求，需要折衷。增加NA会线性增加分辨率，平方关系会减少焦点深度，因此通常会选择较小的NA。为了提高分辨率，可以减少波长。焦点深度表示硅片在光路方向移动时能够保持焦点的移动距离。投影光刻的焦点深度为射线的第二个公式2，1 : 1扫描反射投影光刻、投影光刻、掩模、晶片、反射凹面、反射凸镜、光源、优点1、掩模寿命、图形缺陷较少。2、无色散、无驻波效果的连续波长光源可用。非折射系统的像差、色散等影响。3、曝光效率。缺点数值孔径NA太小是限制分辨率的主要因素。随着三阶段迭代减少投影光刻、光源、聚焦透镜、投影仪、掩模、硅片、线宽减少和芯片直径增加，分辨率和焦距之间的矛盾、线宽和视野的矛盾越来越大。为了解决此问题，开发了分步迭代缩小投影曝光器(DSW，Stepper)。减少到10 : 1，现在更多地用作5 : 1或4 : 1。缺点1，曝光效率低；设备复杂，价格昂贵。优点1，封面模板寿命，图形缺陷减少；2、利用高分辨率镜头提高分辨率，利用分步聚焦解决焦点问题，在大芯片上获得高分辨率图形；3、由于掩码大小比芯片大小大，因此掩码制造变得简单，减少了掩码缺陷对芯片产量的影响。当芯片的面积继续增加时