光刻光刻胶和刻蚀

1、2.4光刻技术，2.4.1光刻工艺概述2.4.2光刻胶2.4.3涂胶2.4.4对准和曝光2.4.5显影，2.4.1光刻工艺概述，2.4.2光刻胶，其主要是在能量束(电子束、电子束、离子束等)照射下的交联反应。)在能量束(电子束、电子束、离子束等)的照射下。)，主要降解的光刻胶称为正性光刻胶。1.光致抗蚀剂的一种，也称为光致抗蚀剂。最常用的是AZ 1350系列。正胶的主要优点是分辨率高，但缺点是灵敏度、抗蚀刻性和附着力差。2。光致抗蚀剂的组成，(1)感光度使所有光致抗蚀剂发生反应的单位面积入射的最小光能或最小电荷量(对于电子束胶)称为光致抗蚀剂感光度，记为S，即D100。s越小，灵敏度越高。一般

2、来说，阴胶的灵敏度比阳胶高。如果感光度太低，生产效率会受到影响，所以通常希望光刻胶具有更高的感光度。但是过高的灵敏度会影响分辨率。3、光致抗蚀剂的特性，1.0，0.5，0，D0，入射剂量(C/cm2)，未反应的归一化膜厚度，D100，灵敏度曲线，(2)分辨率。影响光刻过程分辨率的因素有光源、曝光模式和光刻胶本身(包括灵敏度、对比度、粒度、显影过程中的膨胀、电子散射等)。)。通常正胶的分辨率比负胶高。(3)对比度，即图中对数坐标中对比度曲线的斜率，表示光刻胶区分掩模上亮区和暗区的能力，即对剂量变化的灵敏度。灵敏度曲线越陡，D0和D100之间的距离越小越大，这有助于获得清晰的图形轮廓和高分辨率。通

3、常，光致抗蚀剂的对比度在0.9和2.0之间。对于亚微米图形，对比度要求大于1。一般来说，正胶的对比度比负胶高。D0，D100，对比度的定义是，正负胶的比较，光刻胶的附着力对比度梯度膨胀分辨率，2.4.3涂胶，一般采用旋涂法。涂胶的关键是控制膜厚和膜厚的均匀性。薄膜的厚度取决于光刻胶的粘度和旋转速度。2.4.4对准和曝光、光刻、曝光蚀刻、光源曝光模式、评估光刻工艺有三个主要标准：分辨率、对准精度和生产效率。1.基本的光学问题是衍射，但是当掩模上的特征尺寸接近光源的波长时，光的透射应被视为电磁波，并且必须考虑衍射和干涉。由于衍射，掩模版透明区域下的光强减小，非透明区域下的光强增大，从而影响光刻的分

4、辨率。该掩模是由应时玻璃制成的均匀且平坦的薄片，其涂覆有600，800厚的铬层，以使其表面光洁度更高。它被称为铬板，铬面具。调制传递函数和光学曝光、没有衍射效应、有衍射效应、光强度，将图案的调制传递函数MTF定义为，当没有衍射效应时，MTF=1；当存在衍射效应时，MTF 1。光栅周期(或图案尺寸)越小，平均透射系数越小。光的波长越短，平均透射系数越大。图案的分辨率还受光致抗蚀剂对光强度的响应特性的影响。理想光致抗蚀剂：当光强小于临界光强Dcr时，它不会发生反应；当光强超过Dcr时，它会完全反应；衍射只会引起线宽和间距的微小变化。Dcr，D100，D0，实际光致抗蚀剂：当光强小于D0时不发生反应

5、，当光强在D0和D100之间时发生部分反应，当光强超过D100时发生完全反应，导致线条边缘模糊。在普通光致抗蚀剂中，当MTF为0.5时，图案不再能够被复制。2.光源，光源系统要求1。合适的波长。波长越短，可曝光特征尺寸越小。2.有足够的能量。能量越大，曝光时间越短。3.曝光能量必须均匀在光学曝光技术中，衍射效应是限制分辨率的主要因素，因此应使用更短波长的光源，如深紫外光源来提高分辨率。实际使用的深紫外光源是KrF准分子激光器(248纳米)、ArF准分子激光器(193纳米)和F2准分子激光器(157纳米)。光源，紫外光(紫外)，深紫外光(DUV)，g线：436纳米，I线：365纳米，KrF准分子

6、激光器：248纳米ArF准分子激光器：193纳米，极紫外光(EUV)，1015纳米，x射线，0.2-4纳米，电子束，离子束，无掩模接触非接触，近距投影，反射和折射，全场投影分步投影扫描分步投影，矢量扫描光栅扫描混合扫描，3。曝光模式、掩模板制造，(1)接触式光刻机，硅、紫外线掩模，二氧化硅、优点：设备简单；理论上，MTF可以达到1，所以分辨率相对较高，大约为0.5 m。缺点：掩模的寿命短(10-20倍)，硅片上的图形有很多缺陷，光刻成品率低。(2)接近式平版印刷机，g=10 50 m，优点：长掩模寿命(可增加10倍以上)，图案缺陷少。缺点：衍射效应严重，降低了分辨率。最小可分辨线宽为，其中k是

7、与光刻胶处理技术相关的常数，通常接近1。接触/接近曝光光学系统，投影光刻机，其中k1是与光致抗蚀剂的光强响应特性相关的常数，约为0.75。NA是透镜的数值孔径，投影光刻机的分辨率由瑞利第一公式给出，即分辨率和焦深，n是折射率和半接受角。NA的典型值为0.16至0.8。增加NA可以提高分辨率，但受聚焦深度的限制。分辨率和焦深对波长和数值孔径有矛盾的要求，需要在折衷方案中加以考虑。增加NA线性地提高分辨率，并以平方关系减小焦深，因此通常选择较小的NA。为了提高分辨率，可以缩短波长。焦深表示当基板沿光路移动时，能够保持良好聚焦的移动距离。投影光刻机的焦深由瑞利第二公式给出，即(3)1 : 1扫描反射

8、光刻机、掩模、硅片、凹面镜、凸面镜和光源。优势1。掩模寿命长，图案缺陷少。2.没有色散，可以使用连续波长光源，并且没有驻波效应。非折射系统中像差和色散的影响。3.高曝光效率。缺点数值孔径NA太小，这是限制分辨率的主要因素。(4)随着线宽的减小和基底直径的增大，分辨率与焦深、线宽与视场之间的矛盾越来越严重。为了解决这些问题，开发了一种晶片上的直接步进(DSW，步进机)。常用的是5 : 1或4 : 1。光源、聚光透镜、投影仪、掩模、衬底、缺点1。低曝光效率；2.设备复杂而昂贵。优势1。该掩膜使用寿命长，图形缺陷少；2.采用高数值孔径的透镜可以提高分辨率，通过分步聚焦可以解决焦深问题，从而可以在较大

9、的衬底上获得高分辨率的图形；3.因为掩模尺寸远大于芯片尺寸，所以掩模制造简单，并且可以减少掩模上的缺陷对芯片成品率的影响。总而言之，限制光学曝光分辨率的主要因素是衍射效应。最早的接触式光刻机的分辨率可以达到1米以下，但很容易损坏掩模和硅片。解决办法是使用接近式平版印刷机，但它会影响分辨率。介绍了一种亚微米分辨率的投影曝光系统。为了解决分辨率和焦深之间的矛盾，可以采用分步方法。光学曝光的各种曝光方法及其优缺点总结如下：接触式，非接触式，优点：设备简单，分辨率高，缺点：掩模版和晶片容易损坏，成品率低，封闭式，优点：掩模版寿命长，成本低，缺点：衍射效应严重，影响分辨率，投影式，全反射，折射，优点：无

10、像差，无驻波效应，缺点：对硅片平整度要求低，掩模制作方便，缺点：曝光效率低，设备昂贵，用显影剂浸泡或喷涂曝光的衬底。对于负片胶，显影剂会溶解未曝光区域的胶膜；为了校正胶水，显影剂将溶解暴露区域的胶膜。几乎所有的正性粘合剂都使用碱性显影剂，如氢氧化钾水溶液。光致抗蚀剂膜将在显影过程中膨胀。正胶的膨胀可以忽略，而负胶的膨胀可能会改变图形的大小。开发过程对温度非常敏感。显影过程可能影响光刻胶的对比度，从而影响光刻胶的轮廓形状。开发后必须进行严格检查，如有缺陷必须返工。2.4.5光致抗蚀剂显影，自动显影检查设备，2.5蚀刻，定义：以通过预定义的图案去除不需要的区域，保留要留下的区域，并将图案转移到选定

11、的升降机。这个过程叫做蚀刻。蚀刻可以制造不同的器件结构，例如线、接触孔、栅极等。蚀刻材料半导体、绝缘体、金属等。蚀刻方法可以是物理(离子碰撞)、化学(与薄膜的化学反应)或两者的混合物。1.识别蚀刻；2.蚀刻失败的例子；(1)获得满意的截面(倾斜或垂直)；(2)尽量减少钻孔；(3)选择大比例；(4)刻蚀均匀性好，重复性高；(5)尽量减少对表面和电路的损坏；(6)干净、经济、安全。3。模式转换要求，4。蚀刻工艺的分类，(1)湿法蚀刻和干法蚀刻，(2)各向同性蚀刻和各向异性蚀刻，a .湿法蚀刻：用液体化学试剂进行薄膜蚀刻，b .干法蚀刻：用气体化学气体进行薄膜蚀刻，a .各向同性蚀刻：在所有方向上蚀

12、刻薄膜；b .各向异性蚀刻：膜在所有方向上被不同地蚀刻；横向蚀刻速度；(2)选择比：不同材料的刻蚀速率比；(3)钻孔：掩模材料下的横向蚀刻。各向异性：A=0，各向同性蚀刻A=1，理想各向异性蚀刻1A0，实际各向异性蚀刻，5，蚀刻过程的质量因子，(1)蚀刻速率：每单位时间的蚀刻厚度。决定蚀刻过程的产量，决定蚀刻后的轮廓形态和“底切”程度，不均匀的膜厚度，不均匀的蚀刻速率，不均匀的图案转移尺寸，(4)均匀性：(2)湿法蚀刻，1)反应物扩散到被蚀刻的材料表面；2)反应物与蚀刻膜反应；3)反应后的产物从蚀刻表面扩散到溶液中，并与溶液一起排出。1.湿法刻蚀：利用溶液和预刻蚀材料之间的化学反应去除未被掩膜

13、材料掩蔽的部分，达到刻蚀的目的。2、三个步骤：a .蚀刻溶液的类型；b .溶液的浓度；c .反应温度；d .搅拌；速率控制方法；都一样；严重的底切；图形控制不良。安全性和清洁度差。一、蚀刻液的选择：选择率大。二。掩蔽膜的选择：附着力；稳定性；良好的耐腐蚀性；主要优点：设备简单，成本低，产率高，刻蚀选择性好，重复性好。主要缺点，湿法蚀刻工艺(例如)，透明玻璃，铬图案膜，掩模，光刻胶，二氧化硅膜，铝膜，紫外线曝光等。显影溶液，硅，图案转移到光刻胶，硅，铝膜的蚀刻，各向同性蚀刻底切，膜蚀刻底切，第2层，第1层，湿法蚀刻中的横向腐蚀，二氧化硅腐蚀部分，第3层。干蚀刻，分类：1。特征：通过使用由外部交流

14、电场中的气体形成的等离子体与真空室中的选定材料反应的机制，从表面移除未受保护区域中的材料的过程。a .优点：各向异性好，选择性高，可控性好，灵活性和重复性好，细线操作安全，易于自动化，无化学废液，处理过程无污染，洁净度高。缺点：成本高，设备复杂。物理、化学、物理和化学蚀刻。2.物理蚀刻；2.设备：纯机械加工，可实现对所有材料的强各向异性蚀刻。选择比率差异；雕刻的物体容易被重新沉积；很容易对下列结构造成损坏；e .单片蚀刻。(1)机理：惰性气体通过辉光放电分解成带正电的离子，然后离子被偏压加速，轰击被蚀刻物体的表面并敲除被蚀刻物体材料的原子。离子研磨(真空度为10-310-5托)，(3)特征：离

15、子束蚀刻，中和离子束：对导体有益，c .利用蚀刻图形的线宽和深宽比，需要气压离子的自由路径来保证蚀刻的垂直度，但在此气压下，等离子体密度和蚀刻效率不同。(7)真空度为102，104乇的高密度低压等离子体(HDP)刻蚀机。包括电子回旋共振电子回旋共振、电感耦合等离子体、螺旋波HWP。共同特点：利用交叉电场和磁场在等离子体中传输电子，碰撞等离子体中原子间自由基和离子的密度。额外的射频电源用于为硅晶片提供衬底偏置。(8)HDP的优势和劣势。高离子通量容易给浮置结构(尤其是MOS管中的栅极)充电，这可能导致栅极绝缘过度泄漏。优点：蚀刻速度快；损害较小；选择优于；强各向异性；缺点：5。影响干蚀刻的因素，(1)蚀刻气体类型、流速及其比例，(2)射频功率，(3)温度，(4)负载效应，(6)干蚀刻终点检测技术，光发射光谱分析仪。各种等离子体发射特定波长的光，通过分析它们的强度变化可以实现终点检测。光强度与蚀刻速率成比例，并且当蚀刻时间小时很难观察到。当