光刻工艺光刻胶

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1、集成电路工艺光刻,光刻,1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、显影 4、文献,光刻,1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、显影 4、文献,光刻基本介绍,光刻是通过一系列生产步骤，将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺。在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留的是特征图形部分。,光刻三要素,Used for preparing the substrate of a wafer for the subsequent processing stage. Elements (三要素） 1）Light source light, X-ray, electron or io

2、n beams Ultraviolet (UV) light with a wavelength of 250-450 nm is used for silicon process 2）Mask( 掩模板） a chromium pattern on a light transparent substrate (glass). 3)Resist （光刻胶） sensitive to the light source, about 1m thick, applied on the silicon wafer or another deposition layer positive and neg

3、ative resist,光刻工艺流程,1、气相成底膜,目的：增强硅片与光刻胶的黏附性 底膜处理的步骤 1.硅片清洗 不良的表面沾污会造成： 光刻胶与硅片的黏附性差，可能会浮胶、钻蚀 颗粒沾污会造成不平坦的涂布，光刻胶针孔 2.脱水烘焙 使硅片表面呈干燥疏水性 3.底膜处理 HMDS作用：影响硅片表面形成疏水表面 增强硅片与胶的结合力 方法有：沉浸式，旋涂法和蒸汽法,2、旋转涂胶,涂胶工艺的目的就是在晶圆表面建立薄的、均匀的、并且没有缺陷的光刻胶膜。,旋转涂胶的四个基本步骤,2、旋转涂胶,常用涂胶法：静态旋转和动态喷洒 静态涂胶：首先把光刻胶通过管道堆积在晶圆的中心，然后低速旋转使光刻胶铺开，

4、再高速旋转甩掉多余的光刻胶，高速旋转时光刻胶中的溶剂会挥发一部分。,2、旋转涂胶,静态涂胶时的堆积量非常关键，量少了会导致负胶不均匀，量大了会导致晶圆边缘光刻胶的堆积甚至流到背面。,2、旋转涂胶,动态喷洒：随着晶圆直径越来越大，静态涂胶已不能满足要求，动态喷洒是以低速旋转，目的是帮助光刻胶最初的扩散，用这种方法可以用较少量的光刻胶而达到更均匀的光刻胶膜，然后高速旋转完成最终要求薄而均匀的光刻胶膜。,2、旋转涂胶,涂胶的质量要求是：（1）膜厚符合设计的要求，同时膜厚要均匀，胶面上看不到干涉花纹；（2）胶层内无点缺陷（如针孔等）；（3）涂层表面无尘埃和碎屑等颗粒。,3、前烘,目的： 光刻胶中的溶剂

5、部分挥发 增强光刻胶的粘附性，光吸收及抗腐蚀能力 缓和涂胶过程中光刻胶膜内产生的应力 如果没有前烘，可能带来的问题有： 光刻胶发黏，易受颗粒污染 光刻胶来自旋转涂胶的内在应力将导致粘附性问题 溶剂含量过高导致显影时由于溶解差异，而很难区分曝光和未曝光的光刻胶 光刻胶散发的气体可能污染光学系统的透镜,4、对准和曝光,对准是把所需图形在晶圆表面上定位或对准，而曝光的目的是要是通过汞弧灯或其他辐射源将图形转移到光刻胶图层上。用尽可能短的时间使光刻胶充分感光，在显影后获得尽可能高的留膜率和近似垂直的光刻胶侧壁和可控的线宽。,5、曝光后烘培,在曝光时由于驻波效应的存在，光刻胶侧壁会有不平整的现象，曝光后

6、进行烘烤，可使感光与未感光边界处的高分子化合物重新分布，最后达到平衡，基本可以消除驻波效应。,6、显影,显影就是用显影液溶解掉不需要的光刻胶，将掩膜版上的图形转移到光刻胶上。 显影中可能出现的问题： 显影不足：比正常线条要宽并且在侧面有斜坡 不完全显影：在衬底上留下应去掉的光刻胶 过显影：除去了太多的光刻胶，引起图形变窄和拙劣的外形,7、坚膜烘焙,目的是通过溶液的蒸发来固化光刻胶，此处理提高了光刻胶对衬底的粘附性，为下一步工艺做好准备。正胶的坚膜烘焙温度约为120到140，这比软烘温度要高，但也不能太高，否则光刻胶就会流动从而破坏图形。,8、显影检查,目的是查找光刻胶中成形图形的缺陷 显影检查

7、用来检查光刻工艺的好坏，为光学光刻工艺生产人员提供用于纠正的信息,光刻,1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、显影 4、文献,光刻胶,定义: 光学曝光过程中，为了将掩模上的图形转移到圆片上，辐照必须作用在光敏物质上，该光敏物质必须通过光照，改变材料性质，使在完成光刻工艺后，达到转移图形的目的。该光敏物质称为光刻胶。它是一种对光敏感的有机化合物，它受紫外光曝光后，在显影液中的溶解度会发生变化。 作用： a、将掩膜板上的图形转移到晶圆表面顶层的光刻胶中； b、在后续工序中，保护下面的材料（刻蚀或离子注入）。,光刻胶的组成,树脂：光刻胶树脂是一种惰性的聚合物基质，是用来将其它材料聚合在一起的粘合剂。光

8、刻胶的粘附性、胶膜厚度等都是树脂给的。 感光剂：感光剂是光刻胶的核心部分，它对光形式的辐射能 特别在紫外区会发生反应。曝光时间、光源所发射光线的强度都根据感光剂的特性选择决定的。 溶剂：光刻胶中容量最大的成分，感光剂和添加剂都是固态物质，为了方便均匀的涂覆，要将它们加入溶剂进行溶解，形成液态物质，且使之具有良好的流动性，可以通过旋转方式涂布在晶圆表面。 添加剂：用以改变光刻胶的某些特性，如改善光刻胶发生反射而添加染色剂。,光刻胶的组成,光刻胶类型,光刻胶根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，原本对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即

9、为正性胶。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。 正胶（Positive Photo Resist）：曝光前对显影液不可溶，而曝光后变成了可溶的，能得到与掩模板遮光区相同的图形。 负胶（Negative Photo Resist）：反之。,曝光 显影,正胶 负胶,正光刻胶,受光辐射后聚合物发生变化，被辐射部分溶解，未被辐射部分保持不变。 曝光时切断树脂聚合体主链和从链之间的联系，达到削弱聚合体的目的，所以曝光后光刻胶在随后的显影处理中溶解度升高，曝光后溶解度几乎是未曝光时的10倍；更高分辨率（无膨胀现象）在IC制造应用更为普遍；,正光刻胶,负光刻胶,聚合物被辐射后不溶

10、于显影剂，精度逊于正胶 在负胶曝光时，产生大量的交联聚合，成为互相连接的大树脂分子，很难在显影液中溶解。从而负胶的曝光部分在显影后保留。而未曝光部分则在显影时去除。,某种负胶中的加聚反应,负胶,显影液不易进入正胶的未曝光部分，正胶光刻后线条不变形。显影液会使负胶膨胀，线条变宽。虽然烘烤后能收缩，但易变形。所以负胶不适合2.0微米以下工艺使用。正胶是ULSI的主要光刻胶。 正胶的针孔密度低，但对衬低的粘附差，通常用HMDS作增粘处理。负胶对衬底粘附好，针孔密度较高。 3.正胶耐化学腐蚀，是良好的掩蔽薄膜。,两种光刻胶的性能,两种光刻胶的性能,两种光刻胶的性能,DUV深紫外光刻胶,传统DNQ胶的问

11、题： 1、对于i线波长的光强烈吸收 2、汞灯在DUV波段输出光强不如i线和g线，因此灵敏度不够 3、量子效率提高有限（最大为1，一般0.3),原理：入射光子与PAG分子反应，产生酸分子，在后续的烘烤过程中，酸分子起催化剂作用，使曝光区域光刻胶改性,DUV胶化学增强的基本原理,要求对于环境和工艺参数控制严格，PEB 温度控制在几分之一度。,PAG,INSOL,INSOL,聚合物长链,酸,INSOL,INSOL,聚合物长链,SOL,SOL,聚合物长链,酸,SOL,INSOL,聚合物长链,酸,酸,曝光,曝光后烘烤 （PEB）,酸,EUV LithographyThe Successor to Opt

12、ical Lithography?,Abstract This paper discusses the basic concepts and current state of development of EUV lithography (EUVL), a relatively new form of lithography that uses extreme ultraviolet (EUV) radiation with a wavelength in the range of 10 to 14 nanometer (nm) to carry out projection imaging.

13、 Currently, and for the last several decades, optical projection lithography has been the lithographic technique used in the high-volume manufacture of integrated circuits. It is widely anticipated that improvements in this technology will allow it to remain the semiconductor industrys workhorse thr

14、ough the 100 nm generation of devices. However, some time around the year 2005, so-called Next-Generation Lithographies will be required. EUVL is one such technology vying to become the successor to optical lithography.,Why EUVL? In order to keep pace with the demand for the printing of ever smaller

15、 features, lithography tool manufacturers have found it necessary to gradually reduce the wavelength of the light used for imaging and to design imaging systems with ever larger numerical apertures. The reasons for these changes can be understood from the following equations that describe two of the

16、 most fundamental characteristics of an imaging system: its resolution (RES) and depth of focus (DOF). These equations are usually expressed as RES = k1 / NA (1a) and DOF = k2 / (NA)2, (1b) where is the wavelength of the radiation used to carry out the imaging, and NA is the numerical aperture of the imaging system (or camera). These equations show that better resolution can be achieved by reducing and i