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1、前部工序的主要工艺前部工序的主要工艺 3.8 晶圆处理制程（晶圆处理制程（Wafer Fabrication；简称；简称 Wafer Fab） 1. 图形转换：图形转换：将设计在掩膜版将设计在掩膜版(类似于照相底片类似于照相底片)上的图形转移到半导体单上的图形转移到半导体单 晶片上晶片上 a.光刻（光刻（接触光刻、接近光刻、投影光刻、电子束光刻）接触光刻、接近光刻、投影光刻、电子束光刻） b.刻蚀技术刻蚀技术(湿法刻蚀、干法刻蚀）湿法刻蚀、干法刻蚀） 2. 掺杂：掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体 管、接触等管、接
2、触等 a. a. 扩散扩散 b. b. 离子注入离子注入 c. c. 退火退火 3. 制膜：制膜：制作各种材料的薄膜制作各种材料的薄膜 a. 氧化：干氧氧化、湿氧氧化等氧化：干氧氧化、湿氧氧化等 b. CVD：APCVD、LPCVD、PECVD c. PVD：蒸发、溅射：蒸发、溅射仙屠椽跟等射谬节藻卜沉矗篙壬蔓秆砂茨臭阁什遵领包庇存孟问煎低瞄牟SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿） 三、后部封装三、后部封装 （在另外厂房）（在另外厂房）（1）背面减薄）背面减薄（2）划片、掰片）划片、掰片（3）粘片）粘片（4）压焊：金丝球焊）压焊：金丝球焊（5）切筋
3、）切筋（6）整形）整形（7）封装）封装（8）沾锡：保证管脚的电学接触）沾锡：保证管脚的电学接触（9）老化）老化（10）成测）成测（11）打字、包装）打字、包装脯尘饮牛牟砌敬魄绒厉彝爱苦擦午眶遂丝蹄揣哀咕则倡朵扬矩煎带圆员虹SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）厢冈母索爬噪光挂曲伐哉莫名戈削额邢亩捎酋傍唬艘那膛塞壮逊冬苍宾帝SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）半导体制造过程半导体制造过程后段（后段（Back End） -后工序后工序构装（构装（Packaging）：）：IC构装依使用材料可分为构装依使用
4、材料可分为陶瓷（陶瓷（ceramic）及塑料（）及塑料（plastic）两种，）两种，而目前商业应用上则以塑料构裝为主。以塑料而目前商业应用上则以塑料构裝为主。以塑料构装中打线接合为例，其步骤依序为晶片切割构装中打线接合为例，其步骤依序为晶片切割（die saw）、黏晶（）、黏晶（die mount / die bond）、焊线（）、焊线（wire bond）、封膠）、封膠（mold）、剪切）、剪切/成形（成形（trim / form）、）、印字（印字（mark）、电镀（）、电镀（plating）及检验）及检验（inspection）等。）等。测试制程（测试制程（Initial Test an
5、d Final Test）法租服婴郊秉何历蚂才即奄苫惭忙耀线邑盆逛闹柔敷轴双撤宴键古初彰萍SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿） 基本的集成电路加工基本的集成电路加工工艺工艺 在计算机及其在计算机及其VLSI设计系统上设计完成的集成电路版设计系统上设计完成的集成电路版图还只是一些图像或和数据，在将设计结果送到工艺线上图还只是一些图像或和数据，在将设计结果送到工艺线上实验时，还必须经过一个重要的中间环节：实验时，还必须经过一个重要的中间环节：制版制版。所以，。所以，在介绍基本的集成电路加工工艺之前，先简要地介绍集成在介绍基本的集成电路加工工艺之前，先
6、简要地介绍集成电路加工的掩模电路加工的掩模(Masks)及其制造。及其制造。 通常我们看到的器件版图是一组复合图，这个复合图通常我们看到的器件版图是一组复合图，这个复合图实际上是由若干个分层图形叠合而成，这个过程和印刷技实际上是由若干个分层图形叠合而成，这个过程和印刷技术中的套印技术非常相像。术中的套印技术非常相像。流焚娠楞坡渔钳篱济忻舟亥襟桨世檄熬购四豺棠饰易咯挚侵懦检森虹梅倍SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿） 制版的目的就是产生一套分层的版图掩模，制版的目的就是产生一套分层的版图掩模，为将来进行图形转移，即将设计的版图转移到为将来进行图形转
7、移，即将设计的版图转移到硅片上去做准备。硅片上去做准备。 制版是通过制版是通过图形发生器图形发生器完成图形的缩小和完成图形的缩小和重复。在设计完成集成电路的版图以后，设计重复。在设计完成集成电路的版图以后，设计者得到的是一组标准的制版数据，将这组数据者得到的是一组标准的制版数据，将这组数据传送给图形发生器传送给图形发生器(一种制版设备一种制版设备)，图形发生，图形发生器（器（PG-pattern generator）根据数据，将设）根据数据，将设计的版图结果分层的转移到掩模版上计的版图结果分层的转移到掩模版上(掩模版掩模版为涂有感光材料的优质玻璃板为涂有感光材料的优质玻璃板)，这个过程叫，这个
8、过程叫初缩初缩。晴秃援缠见守蛛烽霉防偷琼兹戎唇刻缴垣勋奉恨贺佩疡障旱便妹恩惶男小SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）人工设计和绘制版图，有利于充分利用芯片面积，人工设计和绘制版图，有利于充分利用芯片面积，并能满足多种电路性能要求。但是效率低、周期并能满足多种电路性能要求。但是效率低、周期长、容易出错，特别是不能设计规模很大的电路长、容易出错，特别是不能设计规模很大的电路版图。因此，该方法多用于随机格式的、产量较版图。因此，该方法多用于随机格式的、产量较大的大的MSI和和LSI或单元库的建立。或单元库的建立。(DRC-设计规则捡查设计规则捡查)浅阂
9、缨张陈唱帧还氰邵悲儡钟主袖肩迅袄每烛乞滇膳蜡桑诣映秩羡橇础泼SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿） 在获得分层的初缩版后，再通过分步重在获得分层的初缩版后，再通过分步重复技术，在最终的掩模版上产生具有一定行复技术，在最终的掩模版上产生具有一定行数和列数的重复图形阵列，这样，在将来制数和列数的重复图形阵列，这样，在将来制作的每一个硅圆片作的每一个硅圆片(Wafer)上将有若干个集成上将有若干个集成电路芯片。通过这样的制版过程，就产生了电路芯片。通过这样的制版过程，就产生了若干块的集成电路分层掩模版。通常，一套若干块的集成电路分层掩模版。通常，一套掩模
10、版有十儿块分层掩模版。集成电路的加掩模版有十儿块分层掩模版。集成电路的加工过程的复杂程度和制作周期在很大程度上工过程的复杂程度和制作周期在很大程度上与掩模版的多少有关。与掩模版的多少有关。 集成电路的加工工艺过程是由若干单项集成电路的加工工艺过程是由若干单项加工工艺组合而成。下面将分别介绍这些单加工工艺组合而成。下面将分别介绍这些单项加工工艺。项加工工艺。部轰佐虾翔脖板罢奠混言逸回起哇握奸山瘁垛官肢店昆娶妇丸叛论榔盔疟SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）1光刻与刻蚀工艺光刻与刻蚀工艺 光刻是加工集成电路微图形结构的关键工艺技术，通光刻是加工集成电
11、路微图形结构的关键工艺技术，通常，光刻次数越多，就意味着工艺越复杂。另常，光刻次数越多，就意味着工艺越复杂。另方面，光方面，光刻所能加工的线条越细，意味着工艺线水平越高。光刻工刻所能加工的线条越细，意味着工艺线水平越高。光刻工艺是完成在整个硅片上进行开窗的工作。艺是完成在整个硅片上进行开窗的工作。 光刻技术类似于照片的印相技术，所不同的是，相纸光刻技术类似于照片的印相技术，所不同的是，相纸上有感光材料，而硅片上的感光材料上有感光材料，而硅片上的感光材料-光刻胶光刻胶是通过旋涂是通过旋涂技术在工艺中后加工的。光刻掩模相当于照相底片，一定技术在工艺中后加工的。光刻掩模相当于照相底片，一定的波长的光
12、线通过这个的波长的光线通过这个“底片底片”，在光刻胶上形成与，在光刻胶上形成与掩模掩模版版（光罩）图形相反的感光区，然后进行显影、定影、坚（光罩）图形相反的感光区，然后进行显影、定影、坚膜等步骤，在光刻胶膜上有的区域被溶解掉，有的区域保膜等步骤，在光刻胶膜上有的区域被溶解掉，有的区域保留下来，形成了版图图形。留下来，形成了版图图形。靶腋斥了芍聘氰男费瑰朗杏宫研鸿冀搽篡辕主畦石富这傣蛤屉沃死包淫敷SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光刻光刻 (Photolithography & Etching) (Photolithography & Etchi
13、ng)过程如下：过程如下：1 1涂光刻胶涂光刻胶2 2掩膜对准掩膜对准3 3曝光曝光4 4显影显影5 5刻蚀：采用干法刻蚀（刻蚀：采用干法刻蚀（Dry EtchingDry Etching）6 6去胶：化学方法及干法去胶去胶：化学方法及干法去胶 (1) (1)丙酮中，然后用无水乙醇丙酮中，然后用无水乙醇 (2) (2)发烟硝酸发烟硝酸 (3) (3)等离子体的干法刻蚀技术等离子体的干法刻蚀技术汗冯婶娶平遁芜晋樊苛潘呛霸罩谍曹请赠串捕即记涩息抓箱棚届述为眨易SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）n光刻的八个步骤光刻的八个步骤挂颤闻靴嘲崩挡婶网签妨崇陋
14、怀菌换藉东岔嘿告膳稀释霍劲玛眶辆呸崔水SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）溢叭把续庶犹蹄质领晕呛颜胶髓毁谜参膜胺妈踩酵峪跺京妇统刨运茬学骚SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）美蓝拂链警辣章嗜贷来勘旭睁凑垛政瞎滓涅攀漱种厦手限鼠适司恼换向鞭SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光刻光刻曝光曝光刻蚀刻蚀光源光源曝光方式曝光方式光刻概述光刻概述评价光刻工艺可用三项主要的标准评价光刻工艺可用三项主要的标准：分辨率、对准精度分辨率、对准精度分辨率、对准精度分辨率、
15、对准精度 和和生产效率生产效率生产效率生产效率。谷苦精影聋牌父沧涸涎宝嚼沁丙矢申志铰铸粪挝菱踊垂免备逞劝肠炽缠谋SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）涂光刻胶（正）涂光刻胶（正）选择曝光选择曝光选择曝光选择曝光光刻工艺流程光刻工艺流程显影（第显影（第1次图形转移）次图形转移）刻蚀（第刻蚀（第2次图形转移）次图形转移）艰刘糟群惊握容录脐铭概耸瘫乎游阮赘粳掖鹃宠育违剖入祷琳著猖峰龄掘SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光光源源紫外光（紫外光（UV）深紫外光（深紫外光（DUV）g线：线：436nmi线：线：
16、365nmKrF准分子激光：准分子激光：248nmArF准分子激光：准分子激光：193nm极紫外光（极紫外光（EUV），），1015nmX射线，射线，0.24nm电子束电子束离子束离子束鸣橇嚎谅龄宜你诉阮华揪壳际柴佰铰竣妙麓坊娟义搜撩加蹿梁牟瓢鳖鹤届SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）几种常见的光刻方法接触式光刻：接触式光刻：分辨率较高，但是容易造成掩膜版和分辨率较高，但是容易造成掩膜版和 光刻胶膜的损伤。光刻胶膜的损伤。接近式曝光：接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间在硅片和掩膜版之间有一个很小的间 隙隙(1025 m)，可以大大减小掩
17、膜，可以大大减小掩膜 版的损伤，分辨率较低版的损伤，分辨率较低投影式曝光投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形：利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形 投影到衬底上的曝光方法，目前用的投影到衬底上的曝光方法，目前用的 最多的曝光方式最多的曝光方式啃参蛤非省椭螺屉扳莆匿宅媒杭读伴力颈蛮邓解秩批眺粮凶彬晦蛆昨弱菇SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）有掩模方式有掩模方式无掩模方式无掩模方式（聚焦扫描方式）（聚焦扫描方式）接触式接触式非接触式非接触式接近式接近式投影式投影式反射反射折射折射全场投影全场投影步进投影步进投影扫描步进投影扫描步进投影矢量扫描矢
18、量扫描光栅扫描光栅扫描混合扫描混合扫描曝曝光光方方式式坐登辉建弄殿窝窃抢吟攀椭吴刃辗焉赁猎芯甚藻兵烫应臼胶崩卧拐少诊稻SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）三种光刻方式三种光刻方式恒惊偿秃铁绊漓医嫌断灾楷郁还摔吱卿省畴谆苔篇贱凳塘掀塑泪几赋瓮沁SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光刻三要素：光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机光刻胶、掩膜版和光刻机光光刻刻胶胶又又叫叫光光致致抗抗蚀蚀剂剂，它它是是由由光光敏敏化化合合物物、基基体体树树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体光光刻
19、刻胶胶受受到到特特定定波波长长光光线线的的作作用用后后，导导致致其其化化学学结结构构发发生生变变化化，使使光光刻刻胶胶在在某某种种特特定定溶溶液液中中的的溶溶解解特特性性改改变变正胶：正胶：分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只 采用正胶采用正胶负胶：负胶：分辨率差，适于加工线宽分辨率差，适于加工线宽3 m的线条的线条左糕叼涪岂像凹嚣务评拐葵箭损顷鸥迈磁蜕捡店杨以摔鹿刘怨辽鸥刊堵陵SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）加揩非妇陪匪套磋驾靠睫匠逻蚁帛岁茎木墩靴箔敬昌铁帝蜒肢罗赋恃配号SOC材料与工艺2(光
20、刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）正胶：曝光后可溶正胶：曝光后可溶负胶：曝光后不可溶负胶：曝光后不可溶叭赤搽孺侠捍滑滴瞩缴及懈球贷岳睦尹忿婴勇蔼誊迅鲸脖戚撅仇锐吵宿淹SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿） 曝光后烘焙曝光后烘焙DUV曝光后烘焙曝光后烘焙温度均匀性温度均匀性曝光后烘焙曝光后烘焙 延迟（表层不溶延迟（表层不溶的阻止层）的阻止层） I-Line曝光后烘焙曝光后烘焙目的：减少驻波效应目的：减少驻波效应养娇瘴萨剥来涟坷盲渔务郑恿保这寺焊绪预蹲栖赡荔朗络溯为它志霖林准SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材
21、料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）DUV胶的胺污染引起的胶的胺污染引起的 “T-top”PAGPAGPAGPAGPAGPAGPAGPAGH+H+H+H+H+H+H+H+H+H+Region of unexposed photoresistNeutralized photoresistAcid-catalyzed reaction of exposed resist (post PEB)DevelopmentResist T-topping鸡粘就捞泳懂肛娶召浅驻缺骑仲日叠士猜沾滁挤问照兔巳娠祖蓟妈梢念铱SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）曝光后烘焙
22、引起驻波减少曝光后烘焙引起驻波减少(d)ResultofPEBPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPAC(c)PEBcausesPACdiffusionPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACUnexposedphotoresistExposedphotoresist(b)StriationsinresistPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACStandingwaves(a
23、)ExposuretoUVlight栋悯殴虫刨予话哈池圆越绑瓣颖圃孪可鸿柴焉仅寂诱缀霓流赃莉顿隅觉俘SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿） 显影显影负胶负胶正胶正胶显影方法显影方法胶显影参数胶显影参数的筐游苑瓮摇鬃咨腺述从卿逼韧蜘采涂寡矾坤痛端星以壬骤购亿限形铀哼SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）胶显影出现的各种现象XXX UnderdevelopIncompletedevelopCorrectdevelopSevereoverdevelopResistSubstrate廊哼咎很岗饿经咱纽岩到匪萝桃
24、仅痘招逼荡栋独栖贷惯纬诸孺弄诡稿顽患SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）负胶交联负胶交联UVCrosslinksUnexposedresistExposed resist显影时光刻胶会膨胀变形显影时光刻胶会膨胀变形卖最承每余倦驼鞠喀苇掷瞬助毒笆燎惫洞茁欠梯征炬竭裸洁庄浆鸽援奖际SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）正胶显影正胶显影曝光的胶溶解在显影曝光的胶溶解在显影液中液中.UnexposedpositiveresistCrosslinkedresist胡挝慨模靡辆跨械刃鸭寸馏豫撞律杂夹嗜醉豢方匪停退
25、轴棚剑较捏屏稻匹SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）显影方法显影方法连续喷雾显影连续喷雾显影旋覆浸没显影旋覆浸没显影若罪称规寡挫讫掉加戈缨讣繁元圾敷彤扬瘪咀领软砸沼袜辟抽墩蒜迢卯良SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）连续喷雾光刻胶显影连续喷雾光刻胶显影Vacuum chuckSpindle connected to spin motorTo vacuum pump(a)硅片轨道系统硅片轨道系统(b)喷雾式显影喷雾式显影Figure 15.6Wafer Transfer SystemLoad stat
26、ionTransfer station气相成底膜涂胶显影和清洗去边软烘冷板冷板坚膜Wafer stepper (Alignment/Exposure system)蕉踩毒宜遁僵缕哭姑聚幼宵坠盗短辰揪免卵咳凶了力臣讥爽晤跨哩硫堆笺SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）旋覆浸没光刻胶显影旋覆浸没光刻胶显影(d)甩干甩干(c)DIH2O清洗清洗(b)甩掉多余的显影液甩掉多余的显影液(a)旋覆浸没式旋覆浸没式滴显影液滴显影液浸没式浸没式匹彤脏蜂柞暇道砒否蔼消庞藻耗逞壕哄幽贱枯饮殿皑泉判私贸载拇共理赏SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺
27、2(光刻胶非光学光刻刻湿）胶显影参数胶显影参数显影温度显影温度 1525C显影时间显影时间 显影液用量显影液用量当量浓度当量浓度清洗清洗排风排风硅片吸盘硅片吸盘宋比帘确媚诡砚娘蛋炎漾效薪耀滩弗竭涤辈拭铀勋知雾似补芝涉庶犬枷幕SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）坚膜坚膜特点坚膜特点:显影后曝光显影后曝光蒸发显影液中的溶剂蒸发显影液中的溶剂使光刻胶变硬使光刻胶变硬增加光刻胶与硅片的粘附性增加光刻胶与硅片的粘附性为下一步工艺准备为下一步工艺准备比软烘的温度高，但不能使光刻胶变形比软烘的温度高，但不能使光刻胶变形用用 Deep UV坚膜坚膜冻冒泣嚣耐四翠
28、淬扭谰蝶臣逼姚菩睬赵砧蓉哄乾拖竟鳃姻腔泊冻闯蛋存峻SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）高温下变软的光刻胶流动高温下变软的光刻胶流动Photoresist正胶正胶130，负胶，负胶150粱林温锄镶獭肛砧削高蚤藉跨扇漏闰顽博啸废休媚茂紫耗坎匿侈斟发踢免SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）显影后检查显影后检查查找缺陷查找缺陷在腐蚀或离子注入前检查在腐蚀或离子注入前检查 Prevents Scrap检查光刻工艺的好坏检查光刻工艺的好坏硅片返工硅片返工柴禾硼斟弯押机苟潍定耸饯是旦野委鹅架友灼赁领翌峻名冠那棕亩
29、蝎恬幼SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）自动显影检查设备PhotographcourtesyofAdvancedMicroDevices,LeicaAutoInspectionstationPhoto 15.1轴次少礁存圣坝娥悲若园淑嗅催腆套向也挑紧绳描晰升阐吃糊孰泵他眠哦SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光刻、显影检查及返工流程光刻、显影检查及返工流程1.VaporprimeHMDS2.SpincoatResist3.Softbake4.AlignandexposeUVlightMask5.P
30、ost-exposurebake6.Develop7. Hard bake8.DevelopinspectO2PlasmaPlasmaStripandcleanRejectedwafersPassedwafersIonimplantEtchReworkFigure 15.9哀涵它诞袖瑚术嘴箔如斜诫抚读概傈凉歪讼缉养陀替喘匡月搽琉臀在须杖SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）先进的光刻工艺先进的光刻工艺（非光学光刻）（非光学光刻）下一代光刻下一代光刻极紫外极紫外 (EUV)角度限制投影电子束光刻角度限制投影电子束光刻SCALPEL离子束投影离子束投影
31、Ion Projection Lithography (IPL)X-Ray先进的光刻胶工艺先进的光刻胶工艺发展的方向（正胶、化学放大发展的方向（正胶、化学放大DUV）DESIRE 扩散增强甲硅烷基光刻胶工艺扩散增强甲硅烷基光刻胶工艺技虑督墩研则岭餐眨帜氓赞阳粘漆氦捉干轰拽柿脑艺历浪孰姓蘸宽枪钧篆SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光刻技术的改进光刻技术的改进贵耀栖付滨汰怕虾慢犀拔甘菌笔典蒜灸件私筷顾枉秧停苯夏夫寸噬哇情晨SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）极紫外光刻技术示意图极紫外光刻技术示意图St
32、ep-and-scan wafer stageStep-and-scan 4 reflection reticleHigh power laserTarget materialEUVPlasmaMultilayer coated mirrors image of reticleVacuum chamberRedrawn from International SEMATECHs Next Generation Lithography Workshop BrochureFigure 15.10发袭标前取又徒日涪里站南赫礁歧诽救填必追疼伪终奥驯乐靖矿眉油晾邱SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）
33、SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SCALPEL示意图示意图Electron beamStep-and-scan wafer stageElectrostatic lens system(4:1 reduction)Step-and-scan reticle stageVacuum chamber猩缚崎袍隘淳帕拟琵琅桔倡梆芥搜心镑居解夕申拼胆疆尾仗源牟僵诲陵招SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）Ion beamStep-and-scan wafer stageElectrostatic lens system(4:1 reduction)
34、Vacuum chamberIon sourceMaskReference plate离子束投影Redrawn from International SEMATECHs Next Generation Lithography Workshop BrochureFigure 15.12剧卉坐抉该椭蝉佐牟孜橇马辣父骏锐谣夷香峨学涸蛮词绰父腥浴煌疙为庐SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）X-ray 光谱10 nm0.1 nm1 nm100 nmMUVDUVHglamp同步加速器同步加速器UV SpectrumEUVSoft X-raysHard X-r
35、ays准分子激光器准分子激光器Figure 15.13昔蹋壁奠辈恃出咎查顶崖鄙叼晨昧版全现供肯溉观推悦寸巍涨寂鸦映念监SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）X-ray 掩膜示意图X-raysSilicon wafer薄膜玻璃架刻到下层薄膜的窗口镀金度铬图形吸收 X-ray扫描 X-rays 通过类似这种光掩膜版被指向生产硅片.Figure 15.14而札措果巨哑等隋斟稿洽洗掀旺反茁丛马螟咕碾杉趋喝前宏茸朝碘蜂布伟SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）MOS器件中的辐射损伤器件中的辐射损伤侍回烛埂敏胳肯沈
36、稻兢执我陆熟陀憾巴痊揉铃崭诲竞无部歧斟柑涕催干胡SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）绳霄倚雇役粹裕冻拧腿中患喊礼脐南桌衬民险唱泳裳凄萨党甜篆滔抒撑渊SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光刻胶及光刻的发展光刻胶及光刻的发展Negative photoresistPositive photoresist (DNQ-酚醛树脂)Chemical amplification先进的光刻胶先进的光刻胶顶层表面成像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
37、重复光刻机EUV步进扫描光刻机SCALPELIPL, X-rayPSM, OAI1970s 10 mm 1.2 mm 0.35 mm 0.40 mm 0.18 mm 2010 0. 1 mm 2000s 0. 13 mm 1 mm 1980s 1990s Figure 15.15蹿陶贞锑副今赛舒孺观士席菌省辅箩缝福玄惋柑仔沫腻婿戳都岭性俘淬颅SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）顶层表面成像顶层表面成像Figure 15.16Exposed resistUnexposed resistUV(a) Normal exposure process(d)
38、 Final developed patternO2 plasma develop(b) Post exposure bakeCrosslinkedExposedSilylated exposed resist(c) 气相甲硅烷基化作用SiSiSiSiHMDS剔薯屋再捌啦焦啥六芳撰鹏厩负戌脱纂佯骡植淄界臃琳渣虐虐敦搓谅赁泄SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）附：掩膜版的构造及质量要求属沸领捂座纪详赚洲绢分纂朔袜嘿屠栓场铲椽疙酚裔欣暇筷稽勃勇胁勃妹SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）1.每个微小图形要
39、有高的图像质量每个微小图形要有高的图像质量2. 图形边缘清晰、锐利、无毛刺图形边缘清晰、锐利、无毛刺3.整套掩膜版能够很好对准整套掩膜版能够很好对准4. 图形与衬底要有足够的反差图形与衬底要有足够的反差5.掩膜尽量无针孔、小岛和划痕掩膜尽量无针孔、小岛和划痕6. 版面平整、光洁、坚固耐磨版面平整、光洁、坚固耐磨狐吴烃常殴扰刻筑疗御耕卞包粹带鲍巾霍垣褥姑海距蜕款梧赣都榨随遗淤SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）新光刻技术新光刻技术在在2003版的国际半导体技术蓝图中，增加了一个可能版的国际半导体技术蓝图中，增加了一个可能解决方案解决方案浸入式光刻（
40、浸入式光刻（Immersion lithography），），2004年年12月，国际半导体技术蓝图编委会发行了月，国际半导体技术蓝图编委会发行了国际半导体技术蓝图修订版，其中光刻一章在可能解国际半导体技术蓝图修订版，其中光刻一章在可能解决方案表中又给出了一些显著的变化，把决方案表中又给出了一些显著的变化，把193纳米光刻纳米光刻（非浸入式）扩展到（非浸入式）扩展到90纳米节点，并且撤消了离子投影光纳米节点，并且撤消了离子投影光刻和近接刻和近接X射线光刻。而在射线光刻。而在2005年的蓝图中，浸入式光刻年的蓝图中，浸入式光刻继续着其既有的发展态势，作为继续着其既有的发展态势，作为2007年达到
41、年达到65nm、2010年达到年达到45nm、2013年达到年达到32nm和和2016年达到年达到22nm节节点的关键技术。点的关键技术。 浸入式光刻是指在曝光镜头和硅片之间充满水（或液体）浸入式光刻是指在曝光镜头和硅片之间充满水（或液体）而不是空气。对于而不是空气。对于193纳米光刻来说，水是最佳液体。但纳米光刻来说，水是最佳液体。但浸入式光刻技术仍有很多不确定性，如对置于水中的硅片浸入式光刻技术仍有很多不确定性，如对置于水中的硅片和光刻性能带来的影响，磨料中水吸附如何进行和光刻性能带来的影响，磨料中水吸附如何进行CD控制、控制、模样外形控制等。模样外形控制等。寡舱珐尘熄恬獭纠贯技睹与漱镇留
42、振罗巷砂航褪迎呀区肆貌迟硫裙硬档郁SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光刻工艺的发展光刻工艺的发展7070年代年代的光刻只能加工的光刻只能加工3 35m5m线宽，线宽，4 4“5 5” wafer wafer。那时的。那时的光刻机采用接触式的。如光刻机采用接触式的。如CanonCanon，采用紫外线光源，分辨率较低。，采用紫外线光源，分辨率较低。8080年代年代发明了发明了1:11:1投影式光刻机，可加工投影式光刻机，可加工1 12m2m线宽，线宽，5 5“6 6“waferwafer。代表产品有美国的。代表产品有美国的UltrotecUltro
43、tec。 存在问题是：存在问题是：（1 1）MaskMask难做，要求平坦，不能有缺陷。难做，要求平坦，不能有缺陷。（2 2）WaferWafer与与MaskMask之间有间隙，使一些尘埃颗之间有间隙，使一些尘埃颗 粒加入，造成粒加入，造成影响。另外，有光折射产生。影响。另外，有光折射产生。娥喀赣台痢佩妈彰愧法挎务给该骇队啤筑匝汰汕围层礼加苇表萌骋鸦搅新SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）8080年代后期年代后期出现了出现了Wafer StepperWafer Stepper，10:110:1或或5:15:1，使芯片加，使芯片加工进入了工进入了0
44、.8m0.8m的时代。的时代。代表产品有：代表产品有：美国的美国的GCAGCA，日本的日本的CanonCanon，NikonNikon及荷兰的及荷兰的ASMASM。 另外，美国的另外，美国的KLAKLA更加先进，它带有更加先进，它带有MaskMask检查及修正检查及修正系统。它将系统。它将MaskMask上的图形缩小上的图形缩小5 5倍后投影到硅片上，因倍后投影到硅片上，因此，使缺陷缩小很多。它使用的光源仍是紫外线，但是用此，使缺陷缩小很多。它使用的光源仍是紫外线，但是用的是的是g-lineg-line，波长在，波长在436nm436nm，可加工：，可加工：0.80.81.0m1.0m（大生产
45、），（大生产），0.50.50.8m0.8m（科研）芯片。（科研）芯片。癣短消刘互笼肘涎帕叉迹逆脑阅适屑惹攻霹猜绸妖拘履涂锡沪表纳崭抱桂SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）9090年代年代对对StepperStepper的改进大致两个方面的改进大致两个方面一是在光源上：一是在光源上：（1 1）用）用i-linei-line的紫外线，波长在的紫外线，波长在365nm365nm，可加工，可加工0.50.50.6m0.6m 的芯片。的芯片。（2 2）若用准分子激光光源）若用准分子激光光源KrFKrF下，波长大约下，波长大约248nm248nm，可加工：
46、，可加工： 0.25 0.250.5m0.5m（大生产（大生产)0.07)0.07 0.1m 0.1m（科研）的芯片。（科研）的芯片。（3 3）还有用电子束（）还有用电子束（E-BeamE-Beam）光源的，主要用于做）光源的，主要用于做MaskMask。二是在制作二是在制作MaskMask上下功夫，并带有上下功夫，并带有MaskMask的修正功能，可通过的修正功能，可通过检测检测MaskMask上的缺陷，调整曝光过程。上的缺陷，调整曝光过程。汞局络渍烩适费尽秤柿祟霸厩弄组饥绳偷掉札桨素蕾叁铲缎吏肚殿甫阁韧SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）如果
47、光刻胶是正性胶如果光刻胶是正性胶(光致分解光致分解)，则光刻胶，则光刻胶膜的图形与掩模版图形属性相同。膜的图形与掩模版图形属性相同。如果光刻胶是负性胶如果光刻胶是负性胶(光致聚合光致聚合)，则光刻胶，则光刻胶膜的图形与掩模版图形属性相反。膜的图形与掩模版图形属性相反。枯写委哟舌耙登电显饱熟孺牙步损翁频搁先个产溢榆绘怂哼颜胸抱旧持烹SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）衍射衍射当一个光学系统中的所有尺寸，当一个光学系统中的所有尺寸，如光源、反射器、透镜、掩模版上的如光源、反射器、透镜、掩模版上的特征尺寸等，都远大于光源波长时，特征尺寸等，都远大于光源
48、波长时，可以将光作为在光学元件间直线运动可以将光作为在光学元件间直线运动的粒子来处理。的粒子来处理。但是当掩模版上的特征尺寸接近光源的波长时，就应该把但是当掩模版上的特征尺寸接近光源的波长时，就应该把光的传输作为电磁波来处理，必须考虑衍射和干涉。由于衍射光的传输作为电磁波来处理，必须考虑衍射和干涉。由于衍射的作用，掩模版透光区下方的光强减弱，非透光区下方的光强的作用，掩模版透光区下方的光强减弱，非透光区下方的光强增加，从而影响光刻的分辩率。增加，从而影响光刻的分辩率。杂嘱改置籍奏振页怖榷篇取磊弯彪邢括蚜拭啪悯解篇什赴跨战胳扎觅晒加SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光
49、刻胶非光学光刻刻湿）调制传输函数和光学曝光调制传输函数和光学曝光无衍射效应无衍射效应有衍射效应有衍射效应光光强强嘉火把裴芯瓦硒两衷捏括片谣零银识琼咯许夺舍哲普炳某瑟问捶瞻做愁序SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）定义图形的定义图形的调制传输函数调制传输函数调制传输函数调制传输函数 MTFMTF为为无衍射效应时，无衍射效应时，MTF=1；有衍射效应时；有衍射效应时，MTF1。光栅的周期（或图形的尺寸）越小，则光栅的周期（或图形的尺寸）越小，则MTF越小；光的波长越小；光的波长越短，则越短，则MTF越大。越大。尚锄帕卯卷逛调凭吧粪恢卯水掇汛琼舀抓漏涟
50、绦往菲储揉诌僧迁兵浩佛集SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）图形的分辩率还要受光刻胶对光强的响应特性的影响。图形的分辩率还要受光刻胶对光强的响应特性的影响。理想光刻胶理想光刻胶：光强不到临界光强：光强不到临界光强Dcr时不发生反应，光强时不发生反应，光强超过超过Dcr时完全反应，衍射只造成线宽和间距的少量变化。时完全反应，衍射只造成线宽和间距的少量变化。DcrD100D0实际光刻胶实际光刻胶实际光刻胶实际光刻胶：光强不到光强不到D0时不发生反应，光强介于时不发生反应，光强介于D0和和D100之间时发生部分反应，光强超过之间时发生部分反应，光强超过
51、D100时完全反应，使线条时完全反应，使线条边缘出现模糊区。在通常的光刻胶中，当边缘出现模糊区。在通常的光刻胶中，当MTF0.5时，图形时，图形不再能被复制。不再能被复制。干姚招痒祝祖延只杯卑壶峰悯坝薛竹钢顽钮倡绚寿峨瓜坐晶挟踊涵皮眉厨SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光源系统光源系统对光源系统的要求对光源系统的要求1、有适当的波长。波长越短，可曝光的特征尺寸就越小；、有适当的波长。波长越短，可曝光的特征尺寸就越小；2、有足够的能量。能量越大，曝光时间就越短；、有足够的能量。能量越大，曝光时间就越短；3、曝光能量必须均匀地分布在曝光区。、曝光能
52、量必须均匀地分布在曝光区。常用的常用的紫外光紫外光光源是高压弧光灯（高压汞灯），高压汞灯光源是高压弧光灯（高压汞灯），高压汞灯有许多尖锐的光谱线，经过滤光后使用其中的有许多尖锐的光谱线，经过滤光后使用其中的g线（线（436nm）或或i线（线（365nm）。）。搏呛谐妄缠蕉贺沏室起缩拨仕娜氓捎真钮更岁姑绑朽斑岂菌透拱惨锹司谩SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）高压汞灯的光谱线高压汞灯的光谱线120100806040200200300 400 500 600Relative Intensity (%)h-line405 nmg-line436 nmi
53、-line365 nmDUV248 nmEmission spectrum of high-intensity mercury lamp浑谎残冕殃壤颖哈琉演酸厢哪纵究厨英牵肯颧踞贷甚后毁振吗稼渍班捻佳SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）由于衍射效应是光学曝光技术中限制分辨率的主要因素，由于衍射效应是光学曝光技术中限制分辨率的主要因素，所以要提高分辨率就应使用波长更短的光源如所以要提高分辨率就应使用波长更短的光源如深紫外光深紫外光深紫外光深紫外光。实际。实际使用的深紫外光源有使用的深紫外光源有KrFKrF 准分子激光（准分子激光（准分子激光（准分子
54、激光（248248 nmnm）、）、）、）、ArFArF 准分子准分子准分子准分子激光（激光（激光（激光（193193 nmnm）和和F2准分子激光（准分子激光（157nm）等等。深紫外光的曝光方式与紫外光基本相同，但需注意两点，深紫外光的曝光方式与紫外光基本相同，但需注意两点，1、光刻胶、光刻胶2、掩模与透镜材料、掩模与透镜材料248nm波长的光子能量为波长的光子能量为4.9eV，193nm波长的光子能量波长的光子能量为为6.3eV，而纯净石英的禁带宽度约为，而纯净石英的禁带宽度约为8eV。波长越短，掩模。波长越短，掩模与透镜材料对光能的吸收就严重，造成曝光效率降低和掩模与与透镜材料对光能的
55、吸收就严重，造成曝光效率降低和掩模与透镜发热。透镜发热。肃买堑萨龟箕秋壁传篱慷陇它彪鸣圃举狐疗户住赦瓶悲破破涝刺溉粉缝良SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）各种光学曝光光源的使用情况各种光学曝光光源的使用情况1985年以前，几乎所有光刻机都采用年以前，几乎所有光刻机都采用g线线(436nm)光源，光源，当时的最小线宽为当时的最小线宽为1 m以上以上。1985年以后开始出现少量年以后开始出现少量i线线(365nm)光刻机，相应的最小线宽为光刻机，相应的最小线宽为0.5 m左右。从左右。从1990年开年开始出现始出现DVU光刻机，相应的最小线宽为光刻
56、机，相应的最小线宽为0.25 m左右。从左右。从1992年起年起i线光刻机的数量开始超过线光刻机的数量开始超过g线光刻机线光刻机。截止到。截止到1998年年，g线、线、i线和线和DVU光刻机的销售台数比例约为光刻机的销售台数比例约为1:4:2。告三痞垛牙纹乳妹阵躬警殿渺危皋硬评马胎俏贵千襄沂疹私评乍褥蔫画冒SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）7.5接触式与接近式光刻机接触式与接近式光刻机一、接触式光刻机一、接触式光刻机一、接触式光刻机一、接触式光刻机SiU. V.MaskP. R.SiO2优点优点优点优点：设备简单；理论上设备简单；理论上MTF可
57、达到可达到1，因此分辨率比较，因此分辨率比较高，约高，约0.5 m。缺点缺点：掩模版寿命短（：掩模版寿命短（1020次），硅片上图形缺陷多，次），硅片上图形缺陷多，光刻成品率低。光刻成品率低。伦压贿属荤椅僻茬湛称自啥榔个蓬藩狼瘸迂岛峨绊率糜顽悬报敷众阴络教SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）二、接近式光刻机二、接近式光刻机二、接近式光刻机二、接近式光刻机g=1050 m优点优点优点优点：掩模寿命长（可提高掩模寿命长（可提高10倍以上），图形缺陷少。倍以上），图形缺陷少。缺点缺点：衍射效应严重，使分辨率下降。：衍射效应严重，使分辨率下降。 崎嘲埋衣
58、额钩祈吸余鹅暗部告够透星猎广纠初犹械瑶辑音半怯铝惕浙茸萨SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）最小可分辨的线宽为最小可分辨的线宽为式中，式中，k是与光刻胶处理工艺有关的常数，通常接近于是与光刻胶处理工艺有关的常数，通常接近于1。邦廷匹戎枪栽里玫莲榴梗絮初渍磕唤羊浮辜旗荷缚弱阵哄恍佃她梆赃玻反SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）鬃逃晌赚袍庆邢怀肢嫁酬定范捌觉头湖舰放弘童忠扼缎棋铁桃闯论酒轮诬SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）恿祁逗爸乙曾熊越残演鸽佩盈浦别
59、急靠深嚼炯同潮炔卷苔禁同哩蓄筑淌拧SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）投影式光刻机投影式光刻机式中，式中，k1是与光刻胶的光强响应特性有关的常数，约为是与光刻胶的光强响应特性有关的常数，约为0.75。NA 为镜头的为镜头的数值孔径数值孔径数值孔径数值孔径，投影式光刻机的分辨率由投影式光刻机的分辨率由雷利第一公式雷利第一公式雷利第一公式雷利第一公式 给出，即给出，即一、分辨率与焦深一、分辨率与焦深n 为折射率，为折射率，为半接收角。为半接收角。NA 的典型值是的典型值是0.16到到0.8。增大增大NA 可以提高分辨率，但却受到可以提高分辨率，但却受
60、到焦深焦深焦深焦深 的限制。的限制。告判专皱队鸳堂瘁乡引穆梁诱靶柯羌迁煮沈衍弛谐该渴坦耕钦民缓壬餐届SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）分辨率与焦深对波长和数值孔径有相互矛盾的要求，需要分辨率与焦深对波长和数值孔径有相互矛盾的要求，需要折中考虑。增加折中考虑。增加NA 线性地提高分辨率，平方关系地减小焦深，线性地提高分辨率，平方关系地减小焦深，所以一般选取较小的所以一般选取较小的NA。为了提高分辨率，可以缩短波长。为了提高分辨率，可以缩短波长。焦深焦深代表当硅片沿光路方向移动时能保持良好聚焦的移动代表当硅片沿光路方向移动时能保持良好聚焦的移动距离
61、。投影式光刻机的焦深由距离。投影式光刻机的焦深由雷利第二公式雷利第二公式给出，即给出，即折密婪宾缘怎鸥惨纷犀弟踏谦悄浩勤虎棺隅蓖附泵寿讥珐刮舜示运布蔬室SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）二、二、二、二、1:11:1扫描反射投影光刻机扫描反射投影光刻机扫描反射投影光刻机扫描反射投影光刻机杉纫跋墒趴燥抢魁弦钒丢乍绝噬随性裳兔祖层蚂章碱拓钵沫孟居菊锭训碗SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）掩模掩模硅硅片片反射凹镜反射凹镜反射凸镜反射凸镜光源光源优点优点优点优点1、掩模寿命长，图形缺陷少。、掩模寿命长，图
62、形缺陷少。2、无色散，可以使用连续波长、无色散，可以使用连续波长光源，无驻波效应。无折射系统光源，无驻波效应。无折射系统中的象差、弥散等的影响。中的象差、弥散等的影响。3、曝光效率较高。、曝光效率较高。缺点缺点数值孔径数值孔径NA 太小，是限制太小，是限制分辨率的主要因素。分辨率的主要因素。穆阀恰啊猛塘蹲斡甫聚贯伯党叭三曳伯样绒爪蚕盛息筷陷议椰骑沪掌白老SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）三、分步重复缩小投影光刻机三、分步重复缩小投影光刻机三、分步重复缩小投影光刻机三、分步重复缩小投影光刻机随着线宽的不断减小和晶片直径的增大，随着线宽的不断减小和
63、晶片直径的增大，分辨率与焦深的分辨率与焦深的分辨率与焦深的分辨率与焦深的矛盾矛盾矛盾矛盾、线宽与视场的矛盾线宽与视场的矛盾线宽与视场的矛盾线宽与视场的矛盾 越来越严重。为解决这些问题，开发越来越严重。为解决这些问题，开发出了分步重复缩小投影曝光机（出了分步重复缩小投影曝光机（DirectStepontheWafer，简称简称DSW，Stepper）。早期采用）。早期采用10:1缩小，现在更常用的缩小，现在更常用的是是5:1或或4:1。峭虎皖栽布歧饱经卸牲椽盔洽烧特参朝谰堂秉炭讨旗懈天情稚肯趁龄堵淹SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光源光源聚光透
64、镜聚光透镜投影器投影器掩模掩模硅片硅片恭鼠趣朗忿闺快娟钙吟谆倪硒嘎湛忻枚较调蛇刊墙焚臣稗年悯螟毗粹啸尿SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）UV lightReticle field size20 mm 15mm,4 die per field5:1 reduction lensWafer图形曝光在硅片上是投影掩膜版上视场的1/5 4 mm 3 mm,4 die 每次曝光曲折的步进图形殷槐买杉尾硼痰冒痒炯校邑颓寨续蚜输陆鉴循暗熬拒咐您阴舜差般昆晕灭SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）奖服伪姻车贺罢斧汾
65、神铲适售毁年赣桶植炼坡雏型仗兴媒医役掀溺疆腋拷SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）租疡牵庶埠为当某叙闯睁爽恐殊忧灭菩么塞宜婶鹤裔毫巩剑党京变拢钧齿SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）缺点缺点1、曝光效率低；、曝光效率低；2、设备复杂、昂贵。、设备复杂、昂贵。优点优点优点优点1、掩模版寿命长，图形缺陷少；、掩模版寿命长，图形缺陷少；2、可以使用高数值孔径的透镜来提高分辨率，通过分步、可以使用高数值孔径的透镜来提高分辨率，通过分步聚焦来解决焦深问题，可以在大晶片上获得高分辨率的图形；聚焦来解决焦深问题，
66、可以在大晶片上获得高分辨率的图形；3、由于掩模尺寸远大于芯片尺寸，使掩模制造简单，可、由于掩模尺寸远大于芯片尺寸，使掩模制造简单，可减少掩模上的缺陷对芯片成品率的影响。减少掩模上的缺陷对芯片成品率的影响。当芯片的面积继续增大时，例如当芯片的面积继续增大时，例如4GDRAM的面积已达到的面积已达到3232mm2，线宽为，线宽为0.13 m，已达到视场的极限，已达到视场的极限。于是又出。于是又出现了步进扫描投影曝光机，当然设备就更加复杂和昂贵了。现了步进扫描投影曝光机，当然设备就更加复杂和昂贵了。霄跑碳起综匹湿衡伎骆乘搪蹬鄂妙赤馅嚣钝生莆蓖煽六麻亭牧评副木颠景SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻
67、湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）先进掩模概念先进掩模概念一、保护薄膜一、保护薄膜一、保护薄膜一、保护薄膜分步重复缩小投影虽然可以减少小缺陷的影响，但大缺陷分步重复缩小投影虽然可以减少小缺陷的影响，但大缺陷分步重复缩小投影虽然可以减少小缺陷的影响，但大缺陷分步重复缩小投影虽然可以减少小缺陷的影响，但大缺陷的影响更严重，因为它可以被复制到每一个小视场中。的影响更严重，因为它可以被复制到每一个小视场中。的影响更严重，因为它可以被复制到每一个小视场中。的影响更严重，因为它可以被复制到每一个小视场中。解决的办法是给步进机的掩模版蒙上一层保护薄膜，并使解决的办法是给步进机的掩模版蒙上一层保护
68、薄膜，并使薄膜离开掩模版表面约薄膜离开掩模版表面约1cm。这样可使任何落在薄膜上的颗粒。这样可使任何落在薄膜上的颗粒保持在光学系统的聚焦平面之外。保持在光学系统的聚焦平面之外。另一种用于接触式光刻机的保护薄膜直接涂在掩模版上另一种用于接触式光刻机的保护薄膜直接涂在掩模版上，它可以使接触式光刻在保持高分辨率优点的同时，提高掩模版它可以使接触式光刻在保持高分辨率优点的同时，提高掩模版的使用寿命，减少芯片上的缺陷。的使用寿命，减少芯片上的缺陷。启攻伎培讼敦练天值落偿端彩妄纯婿瘩澡撑痊攻劲伏喳落诀篙惭屉罪钦屏SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）二、抗反射
69、膜二、抗反射膜光线在掩模版和透镜表面的部分反射会使光能受到损失。光线在掩模版和透镜表面的部分反射会使光能受到损失。有些光线经多次反射后会打到硅片上，使图形质量受到影响。有些光线经多次反射后会打到硅片上，使图形质量受到影响。为了减小这个问题，一种新掩模技术采用在掩模版靠近镜头的为了减小这个问题，一种新掩模技术采用在掩模版靠近镜头的一面加上一面加上10%的抗反射剂。的抗反射剂。使轮晋陶强氓水花抨牌嘱送吓奔挎培芒仅牧认诅剪叮炎啮眷卑块掐晰陨恶SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）由公式由公式可知，由于可知，由于NA 对焦深的作用更大，所以通常希望采用较小
70、的对焦深的作用更大，所以通常希望采用较小的NA值。一般将值。一般将NA值取为值取为0.16到到0.6。当。当k1为为0.75时，有时，有上式在一段时期内被认为是光学曝光法的分辨率极限。若上式在一段时期内被认为是光学曝光法的分辨率极限。若要进一步减小线宽，只能采用波长更短的光源，例如要进一步减小线宽，只能采用波长更短的光源，例如X射线。射线。三、相移掩模技术三、相移掩模技术响凄忻票叮辣庆奸扑衔挎删勺窖沁钦商绰炉袭奖省未烽恕捞梳楼陡倍宝俏SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）对光刻胶和镜头等的改进只能稍微减小对光刻胶和镜头等的改进只能稍微减小k1值。而
71、值。而相移掩模相移掩模技术技术等等超分辨率技术超分辨率技术的发明使的发明使k1突破性地下降了一半以上突破性地下降了一半以上，从而使分辨率极限进入了从而使分辨率极限进入了亚波长亚波长范围，使范围，使i线和深紫外光线和深紫外光的分的分辨率分别达到了辨率分别达到了0.25 m和和0.10 m，同时也使，同时也使X射线光刻机的射线光刻机的使用比原来预期的大大推迟。使用比原来预期的大大推迟。除了相移掩模技术外，超分辨率技术还包括除了相移掩模技术外，超分辨率技术还包括光学邻近效应光学邻近效应修正技术修正技术和和双层及多层光刻胶技术双层及多层光刻胶技术等。等。琉努塌计塑荡耻迫恐炎韩扎哎返丛椿前器师插塔息殴忠
72、僳阉福咐肇崔为画SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）相移掩模技术的关键是在掩模的透光区相间地涂上相移层，相移掩模技术的关键是在掩模的透光区相间地涂上相移层，并使用相干光源。这使透过相邻透光区的光线具有相反的相位，并使用相干光源。这使透过相邻透光区的光线具有相反的相位，从而使其衍射部分因干涉作用而相互抵消。从而使其衍射部分因干涉作用而相互抵消。相移掩模技术对制版技术提出了新的要求，如相移材料的相移掩模技术对制版技术提出了新的要求，如相移材料的选择、制备与加工，制版软件中对相移层图形的设计等。选择、制备与加工，制版软件中对相移层图形的设计等。掩模版掩
73、模版掩模处的光幅度掩模处的光幅度衬底处的光幅度衬底处的光幅度衬底处的光强度衬底处的光强度相移掩模相移掩模普通掩模普通掩模尿慎耻卫锚雍紧犁尺畔踢苍斩拽杖渍剔泥去隶蚁脂碟驻纺譬旗礼楔醉舌咖SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）边缘相移掩模技术边缘相移掩模技术醇凄垮搐竿啥所俐国又音蚌罐矣藏啦呆嘴靠侍挂要恫厄漱赦项付恨铃易舟SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）把掩模设想为一个曝光矩阵把掩模设想为一个曝光矩阵M，由许多，由许多0和和1的像素组成，的像素组成，0代表透明区，代表透明区，1代表不透明区。当用这块掩模
74、对硅片曝光后，代表不透明区。当用这块掩模对硅片曝光后，在硅片表面可以得到一个包含相同数目像素的图形矩阵在硅片表面可以得到一个包含相同数目像素的图形矩阵W。在。在理想情况下，这两个矩阵应该相同。但是在实际情况下，由于理想情况下，这两个矩阵应该相同。但是在实际情况下，由于曝光工艺会造成硅片表面图形的畸变，从而影响图形矩阵曝光工艺会造成硅片表面图形的畸变，从而影响图形矩阵W 。可以建立一个矩阵可以建立一个矩阵 S 来表示从矩阵来表示从矩阵M 到矩阵到矩阵W 的变化，即的变化，即W=SM矩阵矩阵S 中包含了光学系统的所有信息。理想的中包含了光学系统的所有信息。理想的S 是一个单是一个单位矩阵，但实际上
75、它包含了反映图形畸变的非对角元素。位矩阵，但实际上它包含了反映图形畸变的非对角元素。四、光学邻近效应修正技术四、光学邻近效应修正技术彩挫照泅簧伎摈挺摹咬帚亢髓奇峪冗品辨擦垣垮缆聂嘎悦葛条事别当醉奥SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）所谓光学邻近效应修正（所谓光学邻近效应修正（OPC）就是求出矩阵）就是求出矩阵 S 的逆矩阵的逆矩阵 S- -1，用来对原来的掩模进行修正，得到新掩模的曝光矩阵为，用来对原来的掩模进行修正，得到新掩模的曝光矩阵为M1=S- -1M 用新掩模对硅片曝光后得到的图形矩阵为用新掩模对硅片曝光后得到的图形矩阵为W1=SM1 =
76、 S S- -1M = M于是在硅片上得到了与原来掩模完全相同的图形。于是在硅片上得到了与原来掩模完全相同的图形。矩阵矩阵 S-1是很大的，可能包含是很大的，可能包含1010个以上的像素，但也是一个以上的像素，但也是一个很稀疏的矩阵。如果结合应用多层部分吸收材料，可以得到个很稀疏的矩阵。如果结合应用多层部分吸收材料，可以得到更精细的更精细的OPC掩模版，但价格也十分昂贵。掩模版，但价格也十分昂贵。修侮印隘宠朔激坞频幸惕洲凄说告从胎篷慈脉睛晰干病沉乳毕搔爽傅茧樟SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）表面反射和驻波表面反射和驻波一、表面反射一、表面反射
77、穿过光刻胶的光会从硅片表面反射出来，从而改变光刻胶穿过光刻胶的光会从硅片表面反射出来，从而改变光刻胶吸收的光能，特别是硅片表面的金属层会反射较多的光。吸收的光能，特别是硅片表面的金属层会反射较多的光。硅片表面倾斜的台阶侧面会将光反射到非曝硅片表面倾斜的台阶侧面会将光反射到非曝光区。光区。僧鸥闽虱析掇啊廉柔凋绰玫牢二父戎辞姬造陌饰艾烬测帅勤狮辜删癣梧招SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）解决办法解决办法1、改变淀积参数以控制薄膜的反射率；、改变淀积参数以控制薄膜的反射率；2、使表面平坦化；、使表面平坦化；3、在光刻胶下加一层抗反射膜、在光刻胶下加一
78、层抗反射膜甲咆嗣鬼伏奋侥由撂籍漱预发镭治俐菩戌撂捉嘘玲淤趾燎羌娟揖氏泪辙雁SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）二、驻波二、驻波驻波是由入射光和反射光之间的干涉造成的。驻波的波节驻波是由入射光和反射光之间的干涉造成的。驻波的波节与波腹之间的间隔为与波腹之间的间隔为/ /4n=0.16。对。对=200400nm的紫外的紫外光，此间隔为光，此间隔为3264nm，小于光刻胶厚度。胶中不同的光强，小于光刻胶厚度。胶中不同的光强分布，将导致不同的显影速率，给线宽的控制带来困难。分布，将导致不同的显影速率，给线宽的控制带来困难。瞥诧骗作漫俭品敦伯墩荧砷恃锄本堪
79、斟脆默探鳞忻曼蜕筋入没兴萍钉堡辕SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）对准对准大规模集成电路制造对光刻对准的规定是，对准误差应该大规模集成电路制造对光刻对准的规定是，对准误差应该不大于特征尺寸的不大于特征尺寸的1/4到到1/3。为了便于对准，在掩模上必须设置专门的对准标记。通过为了便于对准，在掩模上必须设置专门的对准标记。通过比较硅片表面的反射光和透过掩模返回的光来实现对准。比较硅片表面的反射光和透过掩模返回的光来实现对准。在步进光刻机上通常有自动对准系统。为了提高对准效率，在步进光刻机上通常有自动对准系统。为了提高对准效率，可以先作一次人工对准。
80、可以先作一次人工对准。掩模的热膨胀也会产生对准误差。为避免掩模的热膨胀也会产生对准误差。为避免8英寸掩模产生英寸掩模产生0.1 m的膨胀，掩模的温度变化必须控制在的膨胀，掩模的温度变化必须控制在0.75 C左右。左右。券震次铲榴倒缓监芜鹊俗瘦赃炊锗号踢途滨拣梧据对都滋号棱陇眉账匡足SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）小结小结限制光学曝光方式的分辨率的主要因素是衍射效应。最早限制光学曝光方式的分辨率的主要因素是衍射效应。最早使用的接触式光刻机，分辨率可到使用的接触式光刻机，分辨率可到1 m以下，但容易损伤掩模以下，但容易损伤掩模和硅片。解决的办法是
81、使用接近式光刻机，但要影响分辨率。和硅片。解决的办法是使用接近式光刻机，但要影响分辨率。介绍了具有亚微米分辨率的投影曝光系统。为了解决分辨率和介绍了具有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，可以采用分步重复的方式。最后介绍了通过焦深之间的矛盾，可以采用分步重复的方式。最后介绍了通过改进掩模制作提高分辨率的方法，即相移掩模技术和光学邻近改进掩模制作提高分辨率的方法，即相移掩模技术和光学邻近效应修正技术。效应修正技术。随着光刻技术的不断发展，光学曝光的分辨率已进入亚波随着光刻技术的不断发展，光学曝光的分辨率已进入亚波长范围。现在利用长范围。现在利用193nm光源及光源及OPC
82、技术，已获得技术，已获得0.13 m的的线宽，预期可达到线宽，预期可达到0.10 m，甚至达到，甚至达到0.07 m。擎欺宁沈捐拢福寐念顾荔帧镐宴竹馒僳睬仔锡仪鞭故刑现赵窃戒握理鄂有SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光学曝光的各种曝光方式及其利弊小结光学曝光的各种曝光方式及其利弊小结接接触触式式非非接接触触式式优点：设备简单，分辨率较高优点：设备简单，分辨率较高缺点：掩模版与晶片易损伤，成品率低缺点：掩模版与晶片易损伤，成品率低接近式接近式优点：掩模版寿命长，成本低优点：掩模版寿命长，成本低缺点：衍射效应严重，影响分辨率缺点：衍射效应严重，影响
83、分辨率投影式投影式全反射全反射折射折射优点：无像差，无驻波效应影响优点：无像差，无驻波效应影响缺点：数值孔径小，分辨率低缺点：数值孔径小，分辨率低优点：数值孔径大，分辨率高，优点：数值孔径大，分辨率高，对硅片平整度要求低，对硅片平整度要求低，掩模制造方便掩模制造方便缺点：曝光效率低，设备昂贵缺点：曝光效率低，设备昂贵挥劫蜘军哺取丫伍用掌憎江焕缮代喧囊俱车勉伏美绽宜陷噪障悄复驾六要SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿） 光刻胶光刻胶一、光刻胶的类型一、光刻胶的类型凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，以凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）
84、的照射下，以交联反应为主的光刻胶称为交联反应为主的光刻胶称为负性光刻胶负性光刻胶负性光刻胶负性光刻胶，简称，简称负胶负胶负胶负胶。凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，以凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，以降解反应为主的光刻胶称为降解反应为主的光刻胶称为正性光刻胶正性光刻胶正性光刻胶正性光刻胶，简称，简称正胶正胶正胶正胶。光刻胶的类型光刻胶的类型光刻胶也称为光刻胶也称为光致抗蚀剂光致抗蚀剂（Photoresist，P.R.）。）。憎痪啤翠吱佰秦擦胆狄敢对六渍钡国湾宽琵剂身悄阶自心逢矿灸午盂耙随SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻
85、刻湿）更疆猖哩涤寄楷母睹凋窃僳嘲嘴举澡乞演傈叠铲婶坟锁球垛症线诲馋百逃SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）1 1、灵敏度、灵敏度、灵敏度、灵敏度灵敏度的定义灵敏度的定义单位面积上入射的使光刻胶全部发生反应的最小光能量或单位面积上入射的使光刻胶全部发生反应的最小光能量或最小电荷量（对电子束胶），称为光刻胶的灵敏度，记为最小电荷量（对电子束胶），称为光刻胶的灵敏度，记为S，也就是前面提到过的也就是前面提到过的D100。S越小，则灵敏度越高。越小，则灵敏度越高。 通常负胶的灵敏度高于正胶。通常负胶的灵敏度高于正胶。通常负胶的灵敏度高于正胶。通常负胶的灵
86、敏度高于正胶。灵敏度太低会影响生产效率，所以通常希望光刻胶有较高灵敏度太低会影响生产效率，所以通常希望光刻胶有较高的灵敏度。但灵敏度太高会影响分辨率。的灵敏度。但灵敏度太高会影响分辨率。光刻胶的特性光刻胶的特性谭韩擒阜罢赐方鼻痞疟休樊昂偏聚江触攻滞札宜害辱创淄半列支铂唇勃优SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）灵敏度曲线（对比度曲线）灵敏度曲线（对比度曲线）1.00.50D0入射剂量入射剂量（C/ /cm2）未反应的归一化膜厚未反应的归一化膜厚D100薛玉阜携响优针格智无彼邱尽搽瘁将碉呕谁咀洽白坐聋泞寿危膛茫贸贰勃SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光
87、刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）2 2、分辨率、分辨率、分辨率、分辨率下面讨论分辨率与灵敏度的关系。当入射电子数为下面讨论分辨率与灵敏度的关系。当入射电子数为N时，时，由于随机涨落，实际入射的电子数在由于随机涨落，实际入射的电子数在范围内。为保证范围内。为保证出现最低剂量时不少于规定剂量的出现最低剂量时不少于规定剂量的90%，也即，也即。由此可得由此可得。因此对于小尺寸曝光区，必须满足。因此对于小尺寸曝光区，必须满足光刻工艺中影响分辨率的因素有：光刻工艺中影响分辨率的因素有：光源、曝光方式光源、曝光方式光源、曝光方式光源、曝光方式 和和光刻光刻光刻光刻胶胶胶胶本身本身本身本身
88、（包括灵敏度、对比度、颗粒的大小、显影时的溶胀、（包括灵敏度、对比度、颗粒的大小、显影时的溶胀、电子散射等）。电子散射等）。通常正胶的分辨率要高于负胶。通常正胶的分辨率要高于负胶。日幸惑巡弓羞造料忙剐碌险脖距缘咨釜痕习输包嘛腑挝徽龙镜称胃陋陌孩SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）式中，式中，Wmin 为最小尺寸，即分辨率。可见，为最小尺寸，即分辨率。可见，若灵敏度越高（即若灵敏度越高（即若灵敏度越高（即若灵敏度越高（即 S S 越小），则越小），则越小），则越小），则 WWminmin 就越大，分辨率就越差。就越大，分辨率就越差。就越大，分辨率就
89、越差。就越大，分辨率就越差。例如，负性电子束光刻胶例如，负性电子束光刻胶COP的的S=0.310-6C/ /cm2，则其，则其Wmin=0.073 m。若其灵敏度提高到。若其灵敏度提高到S =0.0310-6C/ /cm2，则，则其其Wmin将增大到将增大到0.23 m。绢俄檄囚煤召硬类肇表奄丢淑邱侯炼抓恼宽甫显粮虑衣破下兹详圣担奇揉SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）3 3、对比度、对比度、对比度、对比度对比度是图中对数坐标下对比度曲线的斜率，表示光刻胶对比度是图中对数坐标下对比度曲线的斜率，表示光刻胶区分掩模上亮区和暗区的能力的大小，即对剂量
90、变化的敏感程区分掩模上亮区和暗区的能力的大小，即对剂量变化的敏感程度。灵敏度曲线越陡，度。灵敏度曲线越陡，D0与与D100的间距就越小，则的间距就越小，则就越大，就越大，这样有助于得到清晰的图形轮廓和高的分辨率。一般光刻胶的这样有助于得到清晰的图形轮廓和高的分辨率。一般光刻胶的对比度在对比度在0.92.0之间。对于亚微米图形，要求对比度大于之间。对于亚微米图形，要求对比度大于1。通常正胶的对比度要高于负胶。通常正胶的对比度要高于负胶。通常正胶的对比度要高于负胶。通常正胶的对比度要高于负胶。D0D100对比度的定义为对比度的定义为价辖谎菏挣倪没呵袱沙炎踌拐欠芳尼尼矛欣琶焊唆吭升访柳那扮劈充眨狠S
91、OC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光进入光刻胶后，其强度按下式衰减光进入光刻胶后，其强度按下式衰减式中，式中，为光刻胶的光吸收系数。设为光刻胶的光吸收系数。设TR为光刻胶的厚度，则可为光刻胶的厚度，则可定义光刻胶的定义光刻胶的光吸收率光吸收率 为为可以证明，对比度与光吸收系数可以证明，对比度与光吸收系数及光刻胶厚度及光刻胶厚度 TR之间之间有如下关系有如下关系减小光吸收系数与胶膜厚度有利于提高对比度。减小光吸收系数与胶膜厚度有利于提高对比度。雁阮笋猾魁奔饿筛拥获报乖哄恿什盲甄犁啸算脆筑老辱吏盗灵砷楼迄著脸SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）
92、SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）一个与对比度有关的光刻胶性能指标是一个与对比度有关的光刻胶性能指标是临界调制传输函数临界调制传输函数临界调制传输函数临界调制传输函数 CMTFCMTF，它代表在光刻胶上获得能被分辨的图形所必须的最小，它代表在光刻胶上获得能被分辨的图形所必须的最小调制传输函数，其定义为调制传输函数，其定义为利用对比度的公式，可得利用对比度的公式，可得CMTF的典型值为的典型值为0.4。如果光学系统的。如果光学系统的MTF小于小于CMTF，则其图像就不能被分辨；如果光学系统的则其图像就不能被分辨；如果光学系统的MTF大于大于CMTF，就，就有可能被分辨。有可能被分辨。临界
93、调制传输函数临界调制传输函数摸厩聂琉咆吐锤佃喘针悲劝窜昏缅统归那荡挂良橡被蚀造杨综犊看惑轻卷SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光刻胶材料光刻胶材料1、负性光刻胶、负性光刻胶主要有聚肉桂酸系（聚酯胶）和环化橡胶系两大类，前者主要有聚肉桂酸系（聚酯胶）和环化橡胶系两大类，前者以柯达公司的以柯达公司的KPR为代表，后者以为代表，后者以OMR系列为代表。系列为代表。2、正性光刻胶、正性光刻胶主要以重氮醌为感光化合物，以酚醛树脂为基体材料。最主要以重氮醌为感光化合物，以酚醛树脂为基体材料。最常用的有常用的有AZ1350系列。正胶的主要优点是分辨率高，缺点
94、是系列。正胶的主要优点是分辨率高，缺点是灵敏度、耐刻蚀性和附着性等较差。灵敏度、耐刻蚀性和附着性等较差。光刻胶通常有三种成分：感光化合物、基体材料光刻胶通常有三种成分：感光化合物、基体材料和和溶剂。溶剂。在感光化合物中有时还包括增感剂。在感光化合物中有时还包括增感剂。睹领彭叹酪梦晰均荔柯悉楚膀矣淘格趟孙他瘴椰蓬唾身友塑硝脯核线职锐SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）3、负性电子束光刻胶、负性电子束光刻胶为含有环氧基、乙烯基或环硫化物的聚合物。最常用的是为含有环氧基、乙烯基或环硫化物的聚合物。最常用的是COP胶，典型特性：灵敏度胶，典型特性：灵敏度
95、0.30.4 C/cm2（加速电压（加速电压10KV时）、分辨率时）、分辨率1.0 m、对比度、对比度0.95。限制分辨率的主要因素是。限制分辨率的主要因素是光刻胶在显影时的溶胀。光刻胶在显影时的溶胀。4、正性电子束光刻胶、正性电子束光刻胶主要为甲基丙烯甲酯、烯砜和重氮类这三种聚合物。最常主要为甲基丙烯甲酯、烯砜和重氮类这三种聚合物。最常用的是用的是PMMA胶，典型特性：灵敏度胶，典型特性：灵敏度4080 C/cm2（加速电（加速电压压20KV时）、分辨率时）、分辨率0.1 m、对比度、对比度23。PMMA胶的胶的主要优点是分辨率高。主要缺点是灵敏度低，此外在高温下易主要优点是分辨率高。主要缺
96、点是灵敏度低，此外在高温下易流动，耐干法刻蚀性差。流动，耐干法刻蚀性差。藐公壶俄北尝隆夷篇憨颁将弹线杀乐瞩车涂腾茵谱轴胀东嫂嘻崇廉知敌厄SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）正胶的典型反应正胶的典型反应一、光化学反应一、光化学反应化学反应速度化学反应速度k 可表示为可表示为感光物质的电子在未曝光时处于基态感光物质的电子在未曝光时处于基态S0，基态的反应激活，基态的反应激活能能EA 大大，因此反应慢。曝光后，感光物质的电子处于激发态，因此反应慢。曝光后，感光物质的电子处于激发态S1、S2、S3等，等，激发态的激发态的EA 小，因此反应变快。小，因此反
97、应变快。式中，式中，A、R 为常数，为常数，T 为绝对温度，为绝对温度，EA为化学反应激活能，为化学反应激活能，随电子状态的不同而不同。随电子状态的不同而不同。EA越小，则在同样的温度下反应越小，则在同样的温度下反应速度越快。速度越快。延盗湾慎忧界捐殿吱燕憎纷炔镑悦砧正滋犊虏饿肇计周惩孕厌憎皆驼蹄耙SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）二、势能曲线二、势能曲线二、势能曲线二、势能曲线可以借助于感光物质的势能曲线来讨论光化学反应。下图可以借助于感光物质的势能曲线来讨论光化学反应。下图是重氮基萘的是重氮基萘的RN-N2切断反应的势能曲线。切断反应的势能
98、曲线。S0S1S2S3T188Kcal72KcalEA(S1)=16KcalEA(S0)=38KcalRN与与N2的间距的间距势势能能闲痹暂史枯拱惰端缚糜啪小辛县沮昧蒜惺膳且屡态亡沁孜翼败继衰驼姚娱SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）感光分子吸收感光分子吸收 =365nm的光能（的光能（72Kcal）后）后，电子从，电子从基态基态S0跃迁到第一激发态跃迁到第一激发态S1，激活能由，激活能由EA(S0)=38Kcal降为降为EA(S1)=16Kcal，反应速度加快。，反应速度加快。感光分子吸收感光分子吸收=300nm的光能（的光能（88Kcal）后
99、，电子跃迁）后，电子跃迁到第二激发态到第二激发态S2，此态的谷底势能恰好与，此态的谷底势能恰好与S1态当态当RN-N2分解分解时的势能相当，且时的势能相当，且S2与与S1态的曲线在图左侧有相交之处，因此态的曲线在图左侧有相交之处，因此电子可从电子可从S2态跃迁到态跃迁到S1态并立即反应。所以用态并立即反应。所以用=300nm的光的光曝光比用曝光比用=365nm的反应速度快。的反应速度快。坚舍褪泌览躲羌玫苗佯个胀蕴畸波继伊腕陌嚎汲浆涌庸醉档览钠捅匣队趴SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）在重氮基萘中还存在着三重态在重氮基萘中还存在着三重态T1。由。
100、由T1态的曲线可见态的曲线可见，RN-N2的距离越远，分子的势能越低，所以处于的距离越远，分子的势能越低，所以处于T1态的分子将态的分子将立即发生反应而不需激活能。由于立即发生反应而不需激活能。由于T1态曲线与所有单重激发态态曲线与所有单重激发态的曲线在谷底附近相交，所以进入单重激发态的电子还可以通的曲线在谷底附近相交，所以进入单重激发态的电子还可以通过向过向T1态跃迁而使感光物分子立即发生化学反应，从而使反应态跃迁而使感光物分子立即发生化学反应，从而使反应速度大大加快。这种作用称为速度大大加快。这种作用称为“三重态增感三重态增感”。T1三、增感剂及其作用三、增感剂及其作用三、增感剂及其作用三
101、、增感剂及其作用扁迅刨丝眯泞祈亲脾壮蜘惭蚜道魁蛾盛巢幂棠俄亡邢痒浅坍爬均煽来侣障SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光刻胶的涂敷和显影光刻胶的涂敷和显影本节简要介绍光刻工艺中除曝光与刻蚀以外的工序。本节简要介绍光刻工艺中除曝光与刻蚀以外的工序。1、脱水烘烤、脱水烘烤目的是去除硅片表面吸附的水分。也可利用前面的氧化或目的是去除硅片表面吸附的水分。也可利用前面的氧化或扩散工艺来实现。扩散工艺来实现。2、增粘处理、增粘处理在烘烤后的硅片表面涂一层在烘烤后的硅片表面涂一层六甲基二硅亚胺（六甲基二硅亚胺（HMDS），），目的是增加硅片表面与光刻胶的粘附性。
102、可采用蒸汽涂布法，目的是增加硅片表面与光刻胶的粘附性。可采用蒸汽涂布法，也可采用旋涂法。也可采用旋涂法。伦忻诬兽冗宁字捍钙焉律愿敞第泅锰悠村琴宜泄颖扶甄谎浇邑长手会氓测SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）3、涂胶、涂胶一般采用旋涂法。涂胶的关键是控制胶膜的厚度与膜厚的一般采用旋涂法。涂胶的关键是控制胶膜的厚度与膜厚的均匀性。胶膜的厚度决定于光刻胶的粘度和旋转速度。均匀性。胶膜的厚度决定于光刻胶的粘度和旋转速度。3) 甩掉多余的胶4) 溶剂挥发1) 滴胶2) 加速旋转伐池迷融排瘸喷脖灯涧票蔷建并急骤覆赚欣哄渝贤煮闽墨农听怠码号泌悸SOC材料与工艺2
103、(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）4、前烘（软烘）、前烘（软烘）目的是目的是增强光刻胶与硅片的粘附性，增强光刻胶与硅片的粘附性，去除光刻胶中的大部去除光刻胶中的大部分溶剂，促进光刻胶的均匀性和稳定性。分溶剂，促进光刻胶的均匀性和稳定性。5、曝光、曝光6、曝光后的烘焙、曝光后的烘焙对紫外线曝光可不进行，但对深紫外线曝光则必须进行。对紫外线曝光可不进行，但对深紫外线曝光则必须进行。烙斋婴遭另液缕奴侗氏瞩澈墅锭绒赎惕合银斗苍魂挚忧呛华桩倚拎流羽畴SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）7 、显影、显影将曝光后的硅片用显影液浸
104、泡或喷雾处理。对负胶，显影将曝光后的硅片用显影液浸泡或喷雾处理。对负胶，显影液将溶解掉未曝光区的胶膜；对正胶，显影液将溶解曝光区的液将溶解掉未曝光区的胶膜；对正胶，显影液将溶解曝光区的胶膜。几乎所有的正胶都使用碱性显影胶膜。几乎所有的正胶都使用碱性显影液，如液，如KOH水溶液。水溶液。显影过程中光刻胶膜会发生膨胀。正胶的膨胀可以忽略，显影过程中光刻胶膜会发生膨胀。正胶的膨胀可以忽略，而负胶的膨胀则可能使图形尺寸发生变化。而负胶的膨胀则可能使图形尺寸发生变化。显影过程对温度非常敏感。显影过程有可能影响光刻胶的显影过程对温度非常敏感。显影过程有可能影响光刻胶的对比度，从而影响光刻胶的剖面形状。对比
105、度，从而影响光刻胶的剖面形状。显影后必须进行严格的检查，如有缺陷则必须返工。显影后必须进行严格的检查，如有缺陷则必须返工。榴桌硒卷蹿凤揩绞钳某沈钡昌耍搀够寥鲍赢吨五知屑壤令欣椽陶嘘婚豪透SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）自动显影检查设备自动显影检查设备定沏单悍扒燎染悸崇昧菊险澡膊酶敬挛润伟挥哎持淌迎鲸循炬临箕忻拽舞SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）10、去胶、去胶9、刻蚀、刻蚀8、后烘（硬烘、坚膜）、后烘（硬烘、坚膜）目的是使胶膜硬化，提高其在后续工序中的耐腐蚀性。目的是使胶膜硬化，提高其在后续
106、工序中的耐腐蚀性。框碳氏偏埃梗静撰淘秃趣沧猿给麓柔彻贱贰带缆七彪饱稽瑰琼橇鞋刻很身SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）二级曝光效应二级曝光效应在选择光刻胶时，必须考虑它的吸收谱，以及在特定波长在选择光刻胶时，必须考虑它的吸收谱，以及在特定波长下的光学吸收系数下的光学吸收系数。还要考虑基体材料对光的吸收。例如酚醛树脂就对深紫外还要考虑基体材料对光的吸收。例如酚醛树脂就对深紫外光有很强的吸收。被基体材料吸收的光到达不了感光化合物，光有很强的吸收。被基体材料吸收的光到达不了感光化合物，从而影响光刻胶的灵敏度。从而影响光刻胶的灵敏度。可知，当可知，当太大
107、时，则只有光刻胶的顶部能被有效曝光；当太大时，则只有光刻胶的顶部能被有效曝光；当太太小时，则由于吸收太少而需要长时间的曝光。小时，则由于吸收太少而需要长时间的曝光。由下式由下式爵例捕剖佐瘤赠黎坷歉馋房涛猾夷既揍枉盂旱好桨熟黍疽况蜗短台蛔帐芹SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）当硅片表面凹凸不平时，遇到的第一个问题是硅片表面倾当硅片表面凹凸不平时，遇到的第一个问题是硅片表面倾斜的台阶侧面会将光反射到不希望曝光的区域。第二个问题是斜的台阶侧面会将光反射到不希望曝光的区域。第二个问题是使胶膜的厚度发生变化：在硅片表面凹下处胶膜较厚，导致曝使胶膜的厚度发
108、生变化：在硅片表面凹下处胶膜较厚，导致曝光不足；在硅片表面凸起处胶膜较薄，导致曝光过度。胶膜厚光不足；在硅片表面凸起处胶膜较薄，导致曝光过度。胶膜厚度的不同还会影响对比度。度的不同还会影响对比度。解决这个问题的办法是表面平坦化。解决这个问题的办法是表面平坦化。龋詹肝隅裁走脾术焉涂啄释呕胳踞活箱跑姨属奢哑耐逾滥托谈傻舅渗花琅SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）双层光刻胶技术双层光刻胶技术随着线条宽度的不断缩小，为了防止胶上图形出现太大的随着线条宽度的不断缩小，为了防止胶上图形出现太大的深宽比，提高对比度，应该采用很薄的光刻胶。但薄胶会遇到深宽比，提
109、高对比度，应该采用很薄的光刻胶。但薄胶会遇到耐腐蚀性的问题。由此开发出了耐腐蚀性的问题。由此开发出了双层光刻胶技术双层光刻胶技术，这也是所谓，这也是所谓超分辨率技术超分辨率技术超分辨率技术超分辨率技术的组成部分。的组成部分。芥菊推戴稼碑警塘拇统海箍莎女寡造臃僻岛凡踌样欢俏圈斯儒菇模宰饮穗SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）顶层胶：含硅，厚约顶层胶：含硅，厚约0.25 m底层胶：也称为干显影胶，厚底层胶：也称为干显影胶，厚约约0.5 m对顶层胶曝光显影对顶层胶曝光显影对底层胶作含氧的对底层胶作含氧的RIE刻蚀刻蚀据报导，采用据报导，采用193nm波
110、波长光源，在底层胶上获得了长光源，在底层胶上获得了0.15 m0.12 m宽的线条。宽的线条。用用CF4RIE法刻蚀掉法刻蚀掉0.23 m厚的多晶硅后，还有约厚的多晶硅后，还有约50%的底层胶保留下来。的底层胶保留下来。遏盟咒酗望朝肉祸瞳瑞瓦饯坷拓盛势镍诛喇毯摔播瓢选雾戌陇毕扑槽侄蜂SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）小结小结本章首先介绍了光刻胶的类型与特性，重点讨论了光刻胶本章首先介绍了光刻胶的类型与特性，重点讨论了光刻胶的灵敏度、分辨率、对比度及其相互关系。通过正胶的典型反的灵敏度、分辨率、对比度及其相互关系。通过正胶的典型反应和势能曲线，说
111、明了光刻胶的光化学反应过程和增感作用。应和势能曲线，说明了光刻胶的光化学反应过程和增感作用。介绍了涉及光刻胶的工艺步骤。最后介绍了双层光刻胶技术。介绍了涉及光刻胶的工艺步骤。最后介绍了双层光刻胶技术。朝择拢懊务死乒吱垦奎臻从忱喝焰戎固悸皮改九婉墙湿谜盆松辆蹦苇乌牛SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）习习题题11、某种、某种、某种、某种光刻胶的光刻胶的D0=40mJ/cm2，D100=85mJ/cm2，试计，试计算这算这种种种种光刻胶的对比度与光刻胶的对比度与CMTF。当这。当这种种种种光刻胶的厚度减薄一光刻胶的厚度减薄一半时，其半时，其D100减
112、到减到70mJ/cm2，而，而D0则不变，这时其对比度变则不变，这时其对比度变为多少？为多少？22、设设某某电子束光刻胶的灵敏度电子束光刻胶的灵敏度S=0.3 C/cm2，这意味着，这意味着在在(0.01 m)2的面积上只需多少个电子照射？在的面积上只需多少个电子照射？在(Wmin)2的面的面积上又需多少个电子照射？这个结果对提高光刻胶的灵敏度和积上又需多少个电子照射？这个结果对提高光刻胶的灵敏度和曝光效率有什么指导意义曝光效率有什么指导意义？公唱召穆弧仍昂株时院葛禹剥急酣如彦忍刚鄂北箩絮婚例仑撕星购锄涣炒SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）通过
113、使用大数值孔径的扫描步进光刻机和深紫外光源，再通过使用大数值孔径的扫描步进光刻机和深紫外光源，再结合相移掩模、光学邻近效应修正和双层胶等技术，光学光刻结合相移掩模、光学邻近效应修正和双层胶等技术，光学光刻的分辨率已进入亚波长，获得了的分辨率已进入亚波长，获得了0.1 m的分辨率。若能开发出的分辨率。若能开发出适合适合157nm光源的光学材料，甚至可扩展到光源的光学材料，甚至可扩展到0.07 m。 非光学光刻技术非光学光刻技术但是这些技术的成本越来越昂贵，而且光学光刻的分辨率但是这些技术的成本越来越昂贵，而且光学光刻的分辨率极限迟早会到来极限迟早会到来。已开发出许多新的光刻技术，如将。已开发出许
114、多新的光刻技术，如将XX射线射线射线射线、电子束电子束电子束电子束 和和离子束离子束离子束离子束作为能量束用于曝光。这些技术统称为作为能量束用于曝光。这些技术统称为非光学非光学非光学非光学光刻技术光刻技术光刻技术光刻技术，或，或下一代光刻技术下一代光刻技术下一代光刻技术下一代光刻技术 。它们的共同特点是使用更短波。它们的共同特点是使用更短波长的曝光能源。长的曝光能源。卜汁松趋满冀露姨喻星赖唁玻情决霹祭耐描柳闽是拉郸道猫毫斤慷尺秧普SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）高能束与物体之间的相互作用高能束与物体之间的相互作用本节主要讨论本节主要讨论X射线
115、、电子束、离子束与固体之间的相互射线、电子束、离子束与固体之间的相互作用。作用。一、一、一、一、X X 射线与固体之间的相互作用射线与固体之间的相互作用射线与固体之间的相互作用射线与固体之间的相互作用X射线光刻所用的波长在射线光刻所用的波长在=0.24nm的范围，所对应的的范围，所对应的X射线光子能量为射线光子能量为110 keV。在此能量范围，。在此能量范围，X射线的散射可以射线的散射可以忽略。忽略。X射线光子的能量损失机理以光电效应为主，损失掉的射线光子的能量损失机理以光电效应为主，损失掉的能量转化为光电子的能量。能量转化为光电子的能量。滥爱棠撰迈孕粕槛佑桑劳他总彻岁翅惊哎叠借灸嚷令机寨谓
116、芬跌衰单讳玲SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）能量损失与分辨率的关系能量损失与分辨率的关系分辨率取决于分辨率取决于X射线的波长与光电子的射程两者中较大的射线的波长与光电子的射程两者中较大的一个一个。当。当X射线波长为射线波长为5nm左右时两者相等，这时可获得最左右时两者相等，这时可获得最佳分辨率佳分辨率，其值即约为，其值即约为5nm。但在。但在X射线光刻技术中，由于射线光刻技术中，由于掩模版等方面的原因掩模版等方面的原因，波长取为，波长取为0.24nm，其相应的光电子，其相应的光电子射程为射程为7020nm。但是实际上这并不是限制。但是实际上这
117、并不是限制X射线光刻分辨射线光刻分辨率的主要因素。率的主要因素。后面会讲到，限制后面会讲到，限制X射线光刻分辨率的主要因素是射线光刻分辨率的主要因素是掩模版掩模版掩模版掩模版的分辨率的分辨率的分辨率的分辨率，以及，以及半影畸变半影畸变半影畸变半影畸变 和和几何畸变几何畸变几何畸变几何畸变。卸端凉硝阁衰依虐凯揭瓣念支鲸鸦萝征糯曙泥掘辰血擦凝时况耍涂寐愉缠SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）二、电子束与固体之间的相互作用二、电子束与固体之间的相互作用二、电子束与固体之间的相互作用二、电子束与固体之间的相互作用电子束与固体之间的相互作用有很多种，例如二
118、次电子、电子束与固体之间的相互作用有很多种，例如二次电子、散射电子、吸收电子、电子空穴对、阳极发光、散射电子、吸收电子、电子空穴对、阳极发光、X射线、俄歇射线、俄歇电子等。电子等。影响电子束曝光分辨率的主要是影响电子束曝光分辨率的主要是影响电子束曝光分辨率的主要是影响电子束曝光分辨率的主要是 散射电子散射电子散射电子散射电子 。1 1、电子的散射、电子的散射、电子的散射、电子的散射入射电子与固体中另一粒子发生碰撞，发生动量与能量的入射电子与固体中另一粒子发生碰撞，发生动量与能量的转移，方向改变，波长不变或增大，能量不变或减少。转移，方向改变，波长不变或增大，能量不变或减少。电子在光刻胶中的散射
119、次数与光刻胶厚度成正比，与入射电子在光刻胶中的散射次数与光刻胶厚度成正比，与入射电子的初始能量电子的初始能量E0成反比，典型值为几到几十次。成反比，典型值为几到几十次。坤殆峡迷绒董顺醉阿乞燃梗寡昧桨陷邪禹撰瞥矛棋驮接杰倔冻棘熄毯旬甘SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）散射角：散射角：电子散射后的方向与原入射方向之间的夹角。电子散射后的方向与原入射方向之间的夹角。前散射（小角散射）：前散射（小角散射）：散射角散射角，所以背散射是影响分辨率的主要因素；，所以背散射是影响分辨率的主要因素；b、光刻胶较薄时，能量密度的分布范围较小；、光刻胶较薄时，能量密
120、度的分布范围较小；c、入射电子初始能量、入射电子初始能量E0的影响是：对的影响是：对ff，E0越大，则越大，则越小；对越小；对fb，当，当E0增大时，增大时，先增大，然后减小；先增大，然后减小；d、低原子序数材料中的散射、低原子序数材料中的散射一般一般要小一些。要小一些。(3)对此模拟结果进行对此模拟结果进行曲线拟合曲线拟合曲线拟合曲线拟合，可得到近似的分析函数，可得到近似的分析函数，为为双高斯函数双高斯函数，即，即蛙挟棕井应萎除播抓韩虎掉腔葬赋贵敷勾韦滨闯贺走滤哀抛肘奏明赔酸这SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）(4)当入射电子为任意空间分布函
121、数当入射电子为任意空间分布函数时，其吸收能时，其吸收能量密度量密度是是与与的的卷积积分卷积积分卷积积分卷积积分，例如，当电子束分布为例如，当电子束分布为高斯圆形束高斯圆形束高斯圆形束高斯圆形束 时，时，式中，式中，为高斯电子束的标准偏差。为高斯电子束的标准偏差。阳值万机奥专握郁型十瘦晕右甜美甘褐为透摊现期迢著鞭拥半辈痔降瞪锣SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）(5)胶层等能量密度剖面轮廓胶层等能量密度剖面轮廓实际的曝光图形，既不是实际的曝光图形，既不是函数，也不是仅仅一个孤立的函数，也不是仅仅一个孤立的圆形束斑，如果是一条有宽度的线条，其能量吸收
122、密度应当是圆形束斑，如果是一条有宽度的线条，其能量吸收密度应当是各入射电子束的作用的总和，如下图所示。各入射电子束的作用的总和，如下图所示。设电子束的束流为设电子束的束流为IB，在每个，在每个点上停留的时间为点上停留的时间为t ，则每个束斑，则每个束斑上的入射电子数为上的入射电子数为(IB t/q)，每，每个束斑产生的吸收能量密度为个束斑产生的吸收能量密度为则在离线条距离为则在离线条距离为x的点的点P下面深下面深度为度为z处的能量吸收密度为处的能量吸收密度为对巡须嫡窝惊簿吸齐酗慢捞胖祷酝傲歹掳酬捶目列柳崔寺事溶副得煞黍杉SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学
123、光刻刻湿）用上述模拟方法对硅上的用上述模拟方法对硅上的PMMA胶进行计算的结果以及胶进行计算的结果以及实际的胶层剖面轮廓如下图所示，实际的胶层剖面轮廓如下图所示，模拟结果模拟结果实际结果实际结果摹装屹娱首辑坯百镣侵修屯驶便刁禽睡浊争些卖耍绩傻饯媳户民阂闹撇呻SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）5 5、电子束曝光的邻近效应及其修正方法、电子束曝光的邻近效应及其修正方法、电子束曝光的邻近效应及其修正方法、电子束曝光的邻近效应及其修正方法已知电子的散射特别是背散射，其影响范围可与电子射程已知电子的散射特别是背散射，其影响范围可与电子射程或胶层厚度相当，
124、这称为电子束曝光的或胶层厚度相当，这称为电子束曝光的邻近效应邻近效应邻近效应邻近效应。对于一个其。对于一个其线度线度L远大于电子散射范围远大于电子散射范围R的图形，虽然其中间部分的曝光的图形，虽然其中间部分的曝光是均匀的，但边缘部分的情况就不同了，如下图所示，是均匀的，但边缘部分的情况就不同了，如下图所示，能量密度能量密度内邻近效应内邻近效应互邻互邻近效近效应应无散无散射时射时内邻近效应内邻近效应互邻近效应互邻近效应总履载市讼戴帚敦深惊橙举虱度炼墓呼陛群昏炯藐终又决甄延套捡剃练彩SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）邻近效应的后果邻近效应的后果邻近
125、效应的后果邻近效应的后果(1)对对LR 的孤立图形，使边缘模糊。的孤立图形，使边缘模糊。(2)对对L=R 的孤立图形，使边缘曝光不足，图形变小、的孤立图形，使边缘曝光不足，图形变小、变圆，甚至曝不出来。变圆，甚至曝不出来。(3)对间距对间距a =R 的多个图形的多个图形，使间距变小，甚至相连。，使间距变小，甚至相连。减小电子邻近效应的方法减小电子邻近效应的方法减小入射电子束的能量（因 随 E0 先大后小），或采用低原子序数的衬底与光刻胶。竹狮市帜刨碗宰色关币奸龄匪介菩江功歇禹域赵付婿叔肛棚酚党砾拥冻校SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）修正电子邻
126、近效应的方法修正电子邻近效应的方法修正电子邻近效应的方法修正电子邻近效应的方法电子束图形电子束图形曝光显影后曝光显影后有邻近效应有邻近效应几何修正几何修正剂量修正剂量修正贺乞卧甘瞬氰瞥院馅泣窒这在塌葬随统值届诌开怠漳傻臂勒绅查黍寨夜摹SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）离子束与固体之间的相互作用有：散射（碰撞）、辐射损离子束与固体之间的相互作用有：散射（碰撞）、辐射损伤（产生位错）、溅射（刻蚀及镀膜）、俘获（离子注入）、伤（产生位错）、溅射（刻蚀及镀膜）、俘获（离子注入）、激发、电离、电子发射、二次离子发射等激发、电离、电子发射、二次离子发射等。
127、这些效应的强弱随入射离子的能量不同而不同。用于大规这些效应的强弱随入射离子的能量不同而不同。用于大规模集成技术的入射离子能量范围为模集成技术的入射离子能量范围为三、离子束与固体之间的相互作用三、离子束与固体之间的相互作用刻蚀、镀膜：刻蚀、镀膜：50keV灭奥光轧术球谨卧炙约涵歹挡莆异犀黔末炯卓巳枣翰伶雌非蕉吐同甫凳雕SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）直写电子束光刻系统直写电子束光刻系统电子束曝光方式电子束曝光方式电子束曝光主要采用无掩模的直写方式（扫描方式），此电子束曝光主要采用无掩模的直写方式（扫描方式），此外也有投影方式，但无接触式。外也有
128、投影方式，但无接触式。直写曝光直写曝光（无掩模）（无掩模）电子束曝光方式电子束曝光方式光栅扫描光栅扫描矢量扫描矢量扫描投影曝光投影曝光（有掩模（有掩模）刺淮肋愤伦丘姑甥晤咎扰狭堪痉厨饭互呻拥剿敢砧甚茨酶豢策轰所蟹贱窃SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）电子束的波长短，因此电子束曝光的分辨率很高，是目前电子束的波长短，因此电子束曝光的分辨率很高，是目前获得深亚微米高分辨率图形的主要手段之一。获得深亚微米高分辨率图形的主要手段之一。电子质量电子质量m和加速电压和加速电压Va越大，则电子的波长越大，则电子的波长 越小。越小。电子、离子等微观粒子具有波粒
129、二象性，由德布罗意关系电子、离子等微观粒子具有波粒二象性，由德布罗意关系又由又由代入波长代入波长 中，得中，得坷撇婉灿明骇垄滔颤物审粉霄躇扩倒张考进绍惰旬辣亨咕防锋孕跌匡苇灯SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）考虑到相对论效应后，考虑到相对论效应后， 应修正为应修正为电子束曝光的加速电压范围一般在电子束曝光的加速电压范围一般在Va=1030kV，这时，这时电子波长电子波长 的范围为的范围为0.0120.007nm。将将h=6.6210-27erg/ /s，q =4.810-10绝对静电单位，电子绝对静电单位，电子质量质量m=9.110-27g代入
130、，得代入，得稀郸扇冬浆鼠饱岗缮泰皂渤皿度烹谣壬厩泊表鼎拽长陋剃房坤命狰畦烘窃SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）电子束本身的分辨率极高电子束本身的分辨率极高，可以达到，可以达到0.01 m以下，但是以下，但是在光刻胶上一般只能获得在光刻胶上一般只能获得0.1 m左右的线宽。限制电子束曝光左右的线宽。限制电子束曝光分辨率的因素有，分辨率的因素有，1、光刻胶本身的分辨率、光刻胶本身的分辨率2、电子在光刻胶中的散射引起的邻近效应、电子在光刻胶中的散射引起的邻近效应3、对准问题、对准问题痕黑遂迫况振旋此捆绥窃勺制卢珊湃律兴橡厉搁招篡蝶鞋酱别帚总驶绞汐SO
131、C材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）一、直写电子束光刻机工作原理一、直写电子束光刻机工作原理一、直写电子束光刻机工作原理一、直写电子束光刻机工作原理除电子光学柱系统外，还有如真空系统、工件台移动系统等。除电子光学柱系统外，还有如真空系统、工件台移动系统等。数据输入数据输入计算机计算机电子束控制电子束控制工件台控制工件台控制电子枪电子枪光闸光闸硅片硅片电子束电子束聚焦系统聚焦系统偏转系统偏转系统电电子子光光学学柱柱系系统统拘颗哆首申蓬痊驴剐佳绽扣芦陋翻顷钻蒂硅檄妈聘籍打咐憋春罚磋驭钢啃SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶
132、非光学光刻刻湿）二、电子束发射聚焦系统二、电子束发射聚焦系统二、电子束发射聚焦系统二、电子束发射聚焦系统1 1、电子枪、电子枪、电子枪、电子枪要求：亮度高、均匀性好、束斑小、稳定性好、寿命长。要求：亮度高、均匀性好、束斑小、稳定性好、寿命长。(1)热钨丝电子枪。热钨丝电子枪。束斑直径约为束斑直径约为30 m 。特点是。特点是简单可简单可靠，对真空度要求低，但亮度低，寿命短，噪声大。靠，对真空度要求低，但亮度低，寿命短，噪声大。 (2) LaB6电子枪。电子枪。是目前流行的电子束光刻机用电子枪是目前流行的电子束光刻机用电子枪，其特点是，其特点是亮度高，稳定性好，寿命长，但对真空度要求高，亮度高，
133、稳定性好，寿命长，但对真空度要求高，使用条件严格；能散度大，聚焦困难，束斑大。使用条件严格；能散度大，聚焦困难，束斑大。(3)场致发射电子枪。场致发射电子枪。由由Zr/W/O材料制造的尖端构成，材料制造的尖端构成，其特点是其特点是亮度更高，能散度低，束斑小，噪声低，寿命长，但亮度更高，能散度低，束斑小，噪声低，寿命长，但需要的真空度更高，高达需要的真空度更高，高达1.3310-6Pa（1108Torr），且稳定），且稳定性较差。性较差。告殃最诚滩舶苇祭百责寸抒涩猛彦蒸睛沧伎涌褂带浮过伦辟收克铂叼口升SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）2 2、聚焦
134、系统、聚焦系统、聚焦系统、聚焦系统作用：将电子束斑聚焦到作用：将电子束斑聚焦到0.1 m以下。以下。要求：几何像差小、色差小。要求：几何像差小、色差小。结构种类：采用结构种类：采用23级级静电透镜静电透镜静电透镜静电透镜 或或磁透镜磁透镜磁透镜磁透镜聚焦系统聚焦系统。 磁透镜：由流过线圈的电流产生的一个对称磁场所形成磁透镜：由流过线圈的电流产生的一个对称磁场所形成，对电子束有聚焦作用。对电子束有聚焦作用。罕袖冲贬套侵涉密酉肮死鬼寿谋筏蛰蝇衰赣凿怕莹诛锌上瞩悄槛政蔽柜倪SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）三、偏转系统三、偏转系统三、偏转系统三、偏转
135、系统作用：使电子束发生偏转作用：使电子束发生偏转，在光刻胶上进行扫描与曝光，在光刻胶上进行扫描与曝光，描画出所需要的图形。描画出所需要的图形。要求：偏转像差小，图形清晰，分辨率高，偏转灵敏度高，要求：偏转像差小，图形清晰，分辨率高，偏转灵敏度高，偏转速度快。偏转速度快。结构种类：结构种类：磁偏转磁偏转磁偏转磁偏转与与静电偏转静电偏转静电偏转静电偏转。磁偏转器的电感较大，扫描速度较慢；静电偏转器的电容磁偏转器的电感较大，扫描速度较慢；静电偏转器的电容较小，扫描频率较高较小，扫描频率较高，两者相差上万倍。此外，静电偏转器的，两者相差上万倍。此外，静电偏转器的光学性能较好，像差较小。实际使用时，有磁
136、偏转、电偏转、光学性能较好，像差较小。实际使用时，有磁偏转、电偏转、磁磁-电偏转、磁电偏转、磁-磁偏转、电磁偏转、电-电偏转等多种组合方式。偏转器与电偏转等多种组合方式。偏转器与磁透镜之间的位置也有多种组合方式。磁透镜之间的位置也有多种组合方式。生市菜亮墙叹廉绎媳裴菠毖需车萌免业痢毒翰槽技数渺档胎柬融园私镜爷SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）1 1、光闸机构控制、光闸机构控制、光闸机构控制、光闸机构控制采用采用“ “静电偏转器静电偏转器静电偏转器静电偏转器+光阑光阑光阑光阑” ”的方式对电子束通断进行控制。的方式对电子束通断进行控制。四、控制系
137、统四、控制系统四、控制系统四、控制系统对光闸、偏转系统和工件台的移动进行统一协调的控制。对光闸、偏转系统和工件台的移动进行统一协调的控制。静电偏转器静电偏转器光阑光阑当当V =+E时时V当当V =0时时2 2、偏转系统扫描控制、偏转系统扫描控制、偏转系统扫描控制、偏转系统扫描控制只应用于矢量扫描方式，使电子束根据只应用于矢量扫描方式，使电子束根据VLSI图形的要求图形的要求做出规定的偏转，完成扫描曝光。做出规定的偏转，完成扫描曝光。校碌甜颂悦墒惕扬患澈淌骏蕊楚生佯委幂殴醇欧爹钒赢捡哀地撩汕球梧邀SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）1 1、高斯圆形
138、束光柱、高斯圆形束光柱、高斯圆形束光柱、高斯圆形束光柱采用点光源和圆形光阑，上靶束斑的电流密度在横截面上采用点光源和圆形光阑，上靶束斑的电流密度在横截面上呈二维高斯分布，等流线为圆形。束斑直径为呈二维高斯分布，等流线为圆形。束斑直径为0.11 m ，最，最小可达到小可达到0.01 m。其主要优点是。其主要优点是分辨率高，制作图形时精细分辨率高，制作图形时精细灵活。主要缺点是灵活。主要缺点是曝光效率低。曝光效率低。五、电子光学柱的类型五、电子光学柱的类型五、电子光学柱的类型五、电子光学柱的类型抨收淮迹冯屯妓宜怔岁砧瘫太矮史篷辣科美要拧勇饮脖女侦抓标诚寻凡均SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿
139、）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）2 2、固定方形束光柱、固定方形束光柱、固定方形束光柱、固定方形束光柱采用面光源和方形光阑。束斑尺寸一般取为图形的最小特采用面光源和方形光阑。束斑尺寸一般取为图形的最小特征尺寸。主要优点是征尺寸。主要优点是曝光效率高，主要缺点是曝光不灵活，某曝光效率高，主要缺点是曝光不灵活，某些区域可能被重复曝光而导致曝光过度。些区域可能被重复曝光而导致曝光过度。候箔蔡仲匙锅勇艰诧埔兼衣帝浸你月声逮峪旦独糖歇凿法疵蕊尚般浊迭衬SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）成形偏转板成形偏转板光阑光阑1光阑光阑2通过光阑通过光阑1
140、后形成后形成的固定方形束的固定方形束与光阑与光阑2的的相互位置相互位置偏转后的方形束偏转后的方形束通过光阑通过光阑2后形成后形成的可变矩形束的可变矩形束3 3、可变矩形束光柱、可变矩形束光柱、可变矩形束光柱、可变矩形束光柱主要优点是曝光效率更高，更灵活，且无重复曝光区域。主要优点是曝光效率更高，更灵活，且无重复曝光区域。主要缺点是结构复杂，价格昂贵。但由于它是实现复杂精细图主要缺点是结构复杂，价格昂贵。但由于它是实现复杂精细图形的直接书写、高生产效率曝光的重要手段，已经得到了越来形的直接书写、高生产效率曝光的重要手段，已经得到了越来越多的使用。越多的使用。所产生的矩形束斑的尺寸可按需要随时变化
141、。由两个方形所产生的矩形束斑的尺寸可按需要随时变化。由两个方形光阑和两个光阑和两个x、y方向的成形偏转器构成。方向的成形偏转器构成。梭基壕椰涛近八钮藤先扔晚回撞这殖估往宣麦庚虱眠谜儿桃粪萎低蛇歼发SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）4 4、三种光柱曝光效率的比较、三种光柱曝光效率的比较、三种光柱曝光效率的比较、三种光柱曝光效率的比较例例例例1 1、10d5d5d10d13d115d2例例例例2 2、1MDRAM的芯片尺寸为的芯片尺寸为9.69.6mm2，最小线宽，最小线宽1 m，平均曝光面积平均曝光面积44mm2，曝光图形约为，曝光图形约为460
142、万个。每个万个。每个4英寸英寸硅片上可容纳硅片上可容纳52个芯片。若采用个芯片。若采用D =0.25 m的高斯圆形束的高斯圆形束，每点的曝光时间为每点的曝光时间为1 s，则单纯用于曝光的时间近，则单纯用于曝光的时间近4个小时个小时；若采用可变矩形束，每点的曝光时间为若采用可变矩形束，每点的曝光时间为1.8 s，则单纯用于曝，则单纯用于曝光的时间仅光的时间仅7分钟。分钟。暖歪特硅调港淤架词雹浊罢瀑辛检普修壤侦阎铁抗炉河盯企砂暴当传萧量SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）六、直写电子束光刻机的扫描方式六、直写电子束光刻机的扫描方式六、直写电子束光刻机
143、的扫描方式六、直写电子束光刻机的扫描方式1 1、光栅扫描、光栅扫描、光栅扫描、光栅扫描采用高斯圆形束。电子束在整个扫描场里作连续扫描，通采用高斯圆形束。电子束在整个扫描场里作连续扫描，通过控制光闸的通断来确定曝光区与非曝光区。过控制光闸的通断来确定曝光区与非曝光区。光栅扫描的优点是光栅扫描的优点是控制简单，不需对偏转系统进行控制。控制简单，不需对偏转系统进行控制。缺点是缺点是生产效率低。生产效率低。由于扫描场的范围较小，必须配合工件台的移动来完成对由于扫描场的范围较小，必须配合工件台的移动来完成对整个硅片的曝光。按工件台的移动方式又可分为整个硅片的曝光。按工件台的移动方式又可分为分步重复光栅分
144、步重复光栅分步重复光栅分步重复光栅扫描扫描扫描扫描 和和和和 连续光栅扫描连续光栅扫描连续光栅扫描连续光栅扫描两种。两种。捷卸坐探撬迹辫橙胶方衡攒妊哥隋项摩燥饯瓢几徊摇材斥涎谁侈瘫忍销闰SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）2 2、矢量扫描、矢量扫描、矢量扫描、矢量扫描除高斯圆形束外，也可以采用固定方形束或可变矩形束。除高斯圆形束外，也可以采用固定方形束或可变矩形束。矢量扫描的优点是矢量扫描的优点是曝光效率高，因为电子束不需对占总面积约曝光效率高，因为电子束不需对占总面积约60%70%的无图形区域进行扫描，而且可采用可变矩形束。的无图形区域进行扫描
145、，而且可采用可变矩形束。缺点是缺点是控制系统要复杂一些，因为矢量扫描必须对偏转系统进控制系统要复杂一些，因为矢量扫描必须对偏转系统进行控制，而不象光栅扫描那样采用固定的偏转方式。行控制，而不象光栅扫描那样采用固定的偏转方式。释凝压臣蹋座梨乌骂数蘸蹬赘疮哩苛汕呐莽蓬认羞胆裹俐胞惠掌浆白跌臆SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）赊劲古雌火舅绿乎碑蜕橙猖毛蹦产酸砂拔潭廷淤仕煌阵要啤啡贫悄奴芥搅SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）直写电子束光刻概要和展望直写电子束光刻概要和展望直写电子束光刻的主要优点是直写电
146、子束光刻的主要优点是分辨率高，作图灵活。主要分辨率高，作图灵活。主要缺点是缺点是曝光效率低，控制复杂。为了提高效率，已经开发出了曝光效率低，控制复杂。为了提高效率，已经开发出了高亮度源、矢量扫描系统、与大数值孔径透镜相结合的低感应高亮度源、矢量扫描系统、与大数值孔径透镜相结合的低感应偏转线圈等。但是直写电子束光刻在最好的情况下也比光学光偏转线圈等。但是直写电子束光刻在最好的情况下也比光学光刻系统慢一个数量级。可能的解决方法是使用一种大量电子束刻系统慢一个数量级。可能的解决方法是使用一种大量电子束源同时曝光的多电子束曝光系统，源同时曝光的多电子束曝光系统，直写电子束光刻目前主要用于光刻版的制造。
147、也可用于产直写电子束光刻目前主要用于光刻版的制造。也可用于产量不大，但要求分辨率特别高，图形要经常变化的场合，如高量不大，但要求分辨率特别高，图形要经常变化的场合，如高速速GaAs集成电路等集成电路等。多屑麻缝垮莆乌獭矾您类拇汝永塑十嚎悔瘦莲早人咬慢室詹鼓瘴囤诉茵磋SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）X 射线源射线源为了提高分辨率，可以采用波长为了提高分辨率，可以采用波长 =0.24nm的的X射线射线作为曝光的光源。作为曝光的光源。1 1、电子碰撞、电子碰撞、电子碰撞、电子碰撞 X X 射线源射线源射线源射线源 用高能电子束轰击金属靶（如用高能电
148、子束轰击金属靶（如Al、W、Mo），使靶金属的），使靶金属的内层束缚电子离开靶材料，当另一个束缚电子去填充这一空位内层束缚电子离开靶材料，当另一个束缚电子去填充这一空位时，即可发射出时，即可发射出X射线。射线。这种这种X射线源的主要缺点是效率很低，只有几万分之一。射线源的主要缺点是效率很低，只有几万分之一。功率消耗达数万瓦，并产生大量的热。除了用水冷却外，还可功率消耗达数万瓦，并产生大量的热。除了用水冷却外，还可使阳极高速旋转。使阳极高速旋转。睬干吉接推鞭播皆荐税宋泽快隶骤恭神刻绚收菲吗郊阔含钧耳沧牧惭始泣SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）尔暗
149、鼠毯宫纸哀农坷巷亢遭项中篆吁盐四怀屡扩苔卒剖宣悼腻酋簿李猿猾SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）2 2、等离子体、等离子体、等离子体、等离子体 X X 射线源射线源射线源射线源用聚焦的高能电子束或用聚焦的高能电子束或激光束轰击金属薄膜，使之蒸发成激光束轰击金属薄膜，使之蒸发成为等离子体。超热的金属等离子体蒸汽将发射为等离子体。超热的金属等离子体蒸汽将发射X射线，波长为射线，波长为0.810nm。这种这种X射线源从激光到射线源从激光到X射线的转换效率约为射线的转换效率约为10%，光强，光强比较强，并有非常小的直径，比较适合于光刻。比较强，并有非常小
150、的直径，比较适合于光刻。抚略刊胁遗澜起踏貉耍爸开躁见宪碌匈仰弧鞭耳卢己降扰破母崔嗣少佯栏SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）猿铭办凸楼应垂宪联九钵讨谋棍臼芯糯腑纹缝杉账茎湃恰跺芒娥馒琉穷樱SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）X射线射线硅片硅片 电子在同步加速器中作圆周运动，加速方向与其运动切线电子在同步加速器中作圆周运动，加速方向与其运动切线方向相垂直，在沿运动方向的切线上发射出方向相垂直，在沿运动方向的切线上发射出X射线，电子在发射线，电子在发射射X射线过程中损失的能量在射频腔中得到补充射线过程中
151、损失的能量在射频腔中得到补充。3 3、同步加速器、同步加速器、同步加速器、同步加速器 X X 射线源射线源射线源射线源怪啮鞭谣灾完倒诽伸矫哗岩泵署致割旷轨跑均惮绪慌檀妄搁靡铜威裔祝痴SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）仅糠逼政僚拱瑚馆仕袋邓津订灿吾斋肮颇巴防驳姜甲翌蔚霸袁吏蒲躇狡圭SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）这种这种X射线源的亮度最强，效率较高，一台射线源的亮度最强，效率较高，一台X射线源可以射线源可以支持多达支持多达16台曝光设备。台曝光设备。但这种但这种X射线源极其庞大昂贵，电子同步加速
152、器的直径可射线源极其庞大昂贵，电子同步加速器的直径可达达5米以上。限制来自磁场方面。如果将来能获得高临界温度米以上。限制来自磁场方面。如果将来能获得高临界温度的超导材料，则利用超导磁场可建立直径约的超导材料，则利用超导磁场可建立直径约2米的紧凑型电子米的紧凑型电子同步加速器。此外，这种同步加速器。此外，这种X射线源还存在辐射安全问题。射线源还存在辐射安全问题。莲怠津刹洪曾捶浦狗显势孵亦形糠稗自什榴敏秋寒肝卫中酞揉长苑哆舶悉SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）靶靶电子束电子束X射线射线掩模版掩模版硅片硅片抽抽气气由于很难找到合适的材由于很难找到合适
153、的材料对料对X射线进行反射和折射，射线进行反射和折射，X射线透镜的制造是极其困难射线透镜的制造是极其困难的，因此只能采用的，因此只能采用接近式曝接近式曝接近式曝接近式曝光方式光方式光方式光方式。为使由点光源发射。为使由点光源发射的的X射线尽量接近平行光，射线尽量接近平行光，应使光源与掩模的距离尽量应使光源与掩模的距离尽量远。对于大规模集成电路的远。对于大规模集成电路的制造来说，由于受到掩模尺制造来说，由于受到掩模尺寸的限制，只能采用寸的限制，只能采用步进的步进的步进的步进的 接近方式接近方式。接近式接近式 X 射线系统射线系统喂沼颇的昔诛郸嗣酝鹏碰本蜜捍添讶狈窥哦巫坷藉谈择脐呜肾抿杠产戴竖SO
154、C材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光刻用的光刻用的X射线波长约为射线波长约为1nm，可以忽略衍射效应。影响，可以忽略衍射效应。影响X射线分辨率的主要因素是由于射线分辨率的主要因素是由于X射线源不是严格的点光源而射线源不是严格的点光源而引起的引起的半影畸变半影畸变半影畸变半影畸变，和由于，和由于X射线的发散性而引起的射线的发散性而引起的几何畸变几何畸变几何畸变几何畸变。舱萧随燕铁拇凭确糖树卜犀脱亡讽滤逝石垄讽蜘俞兰祸表光鸿宇梧栋傍悯SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）要使要使和和 max减小，应增大减小
155、，应增大D或减小或减小S。但太大的。但太大的D值会值会减小减小X射线的强度。另外，由于几何畸变的影响要比半影畸变射线的强度。另外，由于几何畸变的影响要比半影畸变的大，可以采用步进的方法来减小每步曝光的视场尺寸的大，可以采用步进的方法来减小每步曝光的视场尺寸W，从，从而减小几何畸变而减小几何畸变 max，或在设计掩模版时进行补偿。，或在设计掩模版时进行补偿。例如，若例如，若d=5mm，D=400mm，S =5 m ，则半影畸变，则半影畸变 =0.06 m 。硅片直径要根据所允许的几何畸变硅片直径要根据所允许的几何畸变 max来确定。如果允许来确定。如果允许 max=0.1 m，则，则W仅为仅为1
156、6mm。反之，若。反之，若W为为100mm，则则 max会高达会高达0.6 m。氓疟伤香桂蛀京淌疙用顷孵蔑侩尧希渠嘎瞳鹤币律哮锣帚粘铂尖肄遂昌汛SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）正在研究中的正在研究中的X射线透镜射线透镜1、掠射角金属反射镜、掠射角金属反射镜2、Kumakhov透镜透镜3、多层反射镜、多层反射镜冰韭用双萍溅肩凑锯询迟姿搜锚浪磨烁狂偏献邦社戏楷怒聊垛邓拄嗣淤霜SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）X射线光刻工艺最困难的地方之一就是掩模版的制造，对射线光刻工艺最困难的地方之一就是掩模版的
157、制造，对掩模版的基本要求是反差要大，但是对于掩模版的基本要求是反差要大，但是对于X射线，当波长小于射线，当波长小于0.2nm时，对绝大部分材料都能穿透；当波长大于时，对绝大部分材料都能穿透；当波长大于4nm时，对时，对绝大部分材料都将被吸收。只有在绝大部分材料都将被吸收。只有在0.2nm4nm的范围内，可的范围内，可以用低吸收的轻比重材料如以用低吸收的轻比重材料如Si、Si3N4、SiC、BN等制作透光等制作透光部分，厚度约部分，厚度约210 m；用重金属材料如；用重金属材料如Au、Pt、W、Ta等等制作不透光部分，厚度约制作不透光部分，厚度约0.20.5 m。薄膜型掩模版薄膜型掩模版匣喀痉追
158、痈蹈值耸得偶碍育带俞辽糖涤中揖谓挡悯企面阜寡才尺科丈浇刑SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）表面掺硼表面掺硼背面氧化背面氧化N-Si背面光刻背面光刻正面蒸金正面蒸金光刻金光刻金腐蚀硅腐蚀硅棋辞罕琼确额省粮怜贸凡剧陆堤靠逐尽筋唯茫是皂垢芭肘妆雄好韭助鲍粱SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿） 由于透光与不透光的材料之间存在较大的应力，使掩模版由于透光与不透光的材料之间存在较大的应力，使掩模版的精度受到影响。正在开发杨氏模量较大的金刚石作为基片，的精度受到影响。正在开发杨氏模量较大的金刚石作为基片，但价格
159、昂贵，加工困难。由于不能采用缩小曝光，给制版造成但价格昂贵，加工困难。由于不能采用缩小曝光，给制版造成困难。此外，掩模版的清洗和维修问题也没有解决。因此至今困难。此外，掩模版的清洗和维修问题也没有解决。因此至今尚无商业化的尚无商业化的X射线掩模版的供应。射线掩模版的供应。原来预计，对于原来预计，对于0.5 m以下的细线条，必须使用以下的细线条，必须使用X射线曝射线曝光。但是随着移相掩模等光学曝光技术的新发展，使光学曝光光。但是随着移相掩模等光学曝光技术的新发展，使光学曝光技术的分辨率极限进入亚波长范围，甚至达到技术的分辨率极限进入亚波长范围，甚至达到0.1 m 以下，从以下，从而使而使X射线曝
160、光在大规模集成电路制造中的实际大量应用将继射线曝光在大规模集成电路制造中的实际大量应用将继续推迟。续推迟。痪螺寿旅怂抨涸拇绘尼介版忘虑狄籽棕砒厦吐港拿澄稠宴式如招讳葬郸汞SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）3、可穿透尘埃，对环境的净化程度的要求稍低。、可穿透尘埃，对环境的净化程度的要求稍低。存在的问题存在的问题存在的问题存在的问题1、X射线源射线源2、X射线难以偏转与聚焦，本身无形成图形的能力，只能射线难以偏转与聚焦，本身无形成图形的能力，只能采用接近式曝光方式，存在半影畸变与几何畸变；采用接近式曝光方式，存在半影畸变与几何畸变；3、薄膜型掩模版
161、的制造工艺复杂，使用不方便。掩模版本、薄膜型掩模版的制造工艺复杂，使用不方便。掩模版本身仍需用传统的光学或电子束方法制造；身仍需用传统的光学或电子束方法制造； 接近式接近式X射线曝光的射线曝光的优点优点优点优点1、可忽略衍射效应和驻波效应，分辨率较高；、可忽略衍射效应和驻波效应，分辨率较高；2、曝光效率高；、曝光效率高；4、对硅片有损伤。、对硅片有损伤。漫休爸厉爱落恨使肄颇亦斩刷骚楼赴柯萤怂虾芥惶欢管草形民浑沧帧樟曼SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）投影式投影式 X 射线光刻射线光刻深紫外光（深紫外光（DUV）曝光的波长下限是）曝光的波长下限是
162、170nm，这是因为，这是因为当波长小于当波长小于170nm时，在这一范围内唯一可用于掩模版透光部时，在这一范围内唯一可用于掩模版透光部分的玻璃或石英材料会大量吸收光波能。因此即使在使用了移分的玻璃或石英材料会大量吸收光波能。因此即使在使用了移相掩模等先进技术后，利用相掩模等先进技术后，利用DUV折射成像曝光所能获得的最折射成像曝光所能获得的最细线宽只能到细线宽只能到0.1 m。另一方面，。另一方面，X射线由于难以进行折射和射线由于难以进行折射和反射，只能采用反射，只能采用1:1接近式曝光，掩模版的制作极为困难，掩接近式曝光，掩模版的制作极为困难，掩模版与晶片之间缝隙的控制也很不容易。模版与晶
163、片之间缝隙的控制也很不容易。近年来，在能对波长较长的所谓近年来，在能对波长较长的所谓“ “软软软软 X X 射线射线射线射线” ”进行反射进行反射的反射镜的研制上取得了重要进展。出现一种采用波长为的反射镜的研制上取得了重要进展。出现一种采用波长为13nm的软的软X射线的射线的4:1全反射缩小投影曝光技术，获得了全反射缩小投影曝光技术，获得了0.1 m 线线宽的图形。此技术后来被命名为宽的图形。此技术后来被命名为极紫外光光刻极紫外光光刻极紫外光光刻极紫外光光刻（EUVL）。）。战仅握侨壹爆刻账息邦瑰室勃暴秒浸豢琵钥倚才却斜蕾尚个捷痛伸疫盼炸SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工
164、艺2(光刻胶非光学光刻刻湿） EUVLEUVL 光刻机示意图光刻机示意图光刻机示意图光刻机示意图 要将要将EUVL概念转化为概念转化为0.1 m设计规则的技术，需要解决设计规则的技术，需要解决以下多项关键技术难题。以下多项关键技术难题。晶片晶片多涂层多涂层EUV反射反射成像系统成像系统EUV光束光束多涂层多涂层EUV反射反射聚光系统聚光系统高功率高功率激光器激光器激光激光激发激发等离等离子体子体掩模版掩模版榨学整扑迪务刺腆松慢粕受强姜麓肿略宏搅梳珠物芋潮滁转柄男砍泌人佐SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）一、一、一、一、EUVEUV 光源光源光源
165、光源可选择的可选择的EUV光源有三种：电子碰撞光源有三种：电子碰撞X射线源、激光产生射线源、激光产生的等离子体光源和电子同步加速器辐射源的等离子体光源和电子同步加速器辐射源。从商业角度，目前。从商业角度，目前最被看好的是激光产生的等离子体光源最被看好的是激光产生的等离子体光源，因为这种光源有丰富，因为这种光源有丰富的软的软X射线。这种光源的开发需解决以下三个问题，射线。这种光源的开发需解决以下三个问题，1、高平均功率激光器的开发；、高平均功率激光器的开发；2、从激光到、从激光到EUV辐射的转换效率；辐射的转换效率；3、无残碎片，以防止聚光系统被损伤或被涂复、无残碎片，以防止聚光系统被损伤或被涂
166、复挪空辐帕伍彪薯毋拱跋柜判辫慨姚残巷笺糜庄淋焦凿阎灵克镣锑婶纳牌裸SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）二、二、二、二、EUVEUV 涂层涂层涂层涂层光学研究表明，采用叠片的方式可以获得共振反射，从而光学研究表明，采用叠片的方式可以获得共振反射，从而得到很高的反射率得到很高的反射率。光波波长。光波波长与叠片的等效周期与叠片的等效周期D 以及入射以及入射角角之间应满足之间应满足Bragg方程方程当波长很短时当波长很短时，多层叠片可以用多层涂层来实现，多层叠片可以用多层涂层来实现。EUV光刻技术最大的单项突破就是开发出了精确的多层涂复技术，光刻技术最大
167、的单项突破就是开发出了精确的多层涂复技术，使对使对EUV的反射率超过了的反射率超过了60%。桃帮磨羔凤操暮强灶拴粟簿窜藏霸嗓遁婆烃财漆毁阔睹汲匿四蔼箩腆棕售SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）常用涂层材料有常用涂层材料有“Mo-Si”系统与系统与“Mo-Be”系统。已经用系统。已经用“Mo-Si”涂层制成直径为涂层制成直径为4英寸的反射镜，在波长为英寸的反射镜，在波长为13.4nm 时的反射率为时的反射率为650.5%，涂层周期为，涂层周期为6.950.03nm。EUV涂层的技术必须满足以下要求涂层的技术必须满足以下要求1、能做出具有高反射率的涂
168、层；、能做出具有高反射率的涂层；2、能在反射镜表面各处均匀精确地控制多涂层的周期；、能在反射镜表面各处均匀精确地控制多涂层的周期；3、能精确控制不同反射镜的多涂层周期；、能精确控制不同反射镜的多涂层周期；4、能在掩模版上淀积无缺陷的多涂层；、能在掩模版上淀积无缺陷的多涂层；5、涂层必须长期稳定，能经受住长时间、涂层必须长期稳定，能经受住长时间EUV辐射的损伤辐射的损伤及热效应的影响。及热效应的影响。福硫坛萨谓毗剿寓骡活摈疥伤裕徊励稗颗私色亲制眩微香兰金腔宿构回芍SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）三、精密光学系统三、精密光学系统三、精密光学系统三
169、、精密光学系统缩小的光学成像系统的制造与计量是缩小的光学成像系统的制造与计量是EUV技术中最困难技术中最困难的光学课题。光学系统的部件必须满足的光学课题。光学系统的部件必须满足1、采用极低热膨胀系数的材料制成；、采用极低热膨胀系数的材料制成；2、反射镜的精度与表面光洁度均应达到、反射镜的精度与表面光洁度均应达到0.1nm的水平。的水平。反射镜数量的选择：为达到最佳成像质量和最大像场，应反射镜数量的选择：为达到最佳成像质量和最大像场，应采用尽可能多的反射镜，但受到光传输效率的限制，所以必须采用尽可能多的反射镜，但受到光传输效率的限制，所以必须在大象场的成像质量和曝光效率之间作折中考虑。在大象场的
170、成像质量和曝光效率之间作折中考虑。已报道了一种已报道了一种4镜面的反射缩小系统，镜面的反射缩小系统，NA=0.08，像场，像场缝宽为缝宽为1mm，图形分辨率优于，图形分辨率优于0.1 m。于总残桨北固柱召缩棺汐潜搏蹋才瑶张梅豹趾痉喊乾煎誊悄涧想绊蛆暇催SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）四、掩模版四、掩模版四、掩模版四、掩模版对全反射系统来说，掩模版的对全反射系统来说，掩模版的“透光透光”部分为有多涂层部分为有多涂层的部分，的部分，“不透光不透光”部分则是覆盖在多涂层上的已制成所需部分则是覆盖在多涂层上的已制成所需图形的金属吸收层。衬底可用硅晶片
171、来制作。图形的金属吸收层。衬底可用硅晶片来制作。EUV掩模版的制掩模版的制作过程，是先在作为衬底的硅晶片上淀积多涂层反射层，接着作过程，是先在作为衬底的硅晶片上淀积多涂层反射层，接着淀积一层保护性过渡薄层及一层金属吸收层。然后通过电子束淀积一层保护性过渡薄层及一层金属吸收层。然后通过电子束光刻工艺在多涂层的上面刻蚀出所需的金属吸收层图形。光刻工艺在多涂层的上面刻蚀出所需的金属吸收层图形。制作无缺陷的掩模版是制作无缺陷的掩模版是EUVL技术中最具挑战性的要求。技术中最具挑战性的要求。对普通掩模版的各种缺陷修复方法都无法用于多涂层掩模版，对普通掩模版的各种缺陷修复方法都无法用于多涂层掩模版，唯一的
172、途径就是在大面积范围内实现无缺陷多涂层淀积。为了唯一的途径就是在大面积范围内实现无缺陷多涂层淀积。为了制作成品率大于制作成品率大于90%的掩模版的掩模版，要求多涂层淀积工艺的缺陷，要求多涂层淀积工艺的缺陷密度小于密度小于10-3个个/cm2。焦淖零谱拯冈疑曲淆忌兴沈倾付模忙地欣擎虎猖撩曳肇馆淀班音绒租昧出SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）五、光刻胶五、光刻胶五、光刻胶五、光刻胶由于光刻胶对由于光刻胶对EUV的吸收深度很浅，只能在光刻胶的表的吸收深度很浅，只能在光刻胶的表面成像，因此必须采用相应的表面成像工艺，例如表面层很薄面成像，因此必须采用相
173、应的表面成像工艺，例如表面层很薄的双层甚至三层光刻胶技术。的双层甚至三层光刻胶技术。此外，此外，EUV光刻胶需要很高的灵敏度。为达到足够的生产光刻胶需要很高的灵敏度。为达到足够的生产效率，效率，EUV光刻胶的灵敏度应优于光刻胶的灵敏度应优于5mJ/cm2。茂拦确睛思卷昂奥诬醉舆蔡网铁驮佩杂逾堰座哗淬讥永绍竹径憋代培钠籍SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）投影电子束曝光技术既有电子束曝光分辨率高的优点，又投影电子束曝光技术既有电子束曝光分辨率高的优点，又有投影曝光所固有的生产效率高成本低的优点，因而是目前正有投影曝光所固有的生产效率高成本低的优点，
174、因而是目前正积极研究开发的一种技术。积极研究开发的一种技术。投影电子束光刻投影电子束光刻诬油靠莫漱脐帕滇才极青库磨求导卖宵蔗镀站打仿矢昏叙拳吵譬撼致蛙致SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿） 原理：电子枪发射的电子原理：电子枪发射的电子束经聚焦透镜后形成准直电子束经聚焦透镜后形成准直电子束流，照射到掩模版上，穿过束流，照射到掩模版上，穿过掩模透明部分的电子束再经过掩模透明部分的电子束再经过投影透镜缩小后，在晶片上获投影透镜缩小后，在晶片上获得缩小的掩模转印图形。得缩小的掩模转印图形。由于曝光视场不大（一般由于曝光视场不大（一般为为33mm2），所以
175、工件台），所以工件台也需作步进移动。也需作步进移动。电子枪电子枪光闸光闸聚焦透镜聚焦透镜投影透镜投影透镜掩模版掩模版晶片晶片电子束电子束胚子浪呸隆揍茫备晤布世胸鲤龙磷莆羽瑶哄韭键栓佛榷朵撒凄瞬仪墩爸跪SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）投影电子束曝光的投影电子束曝光的优点优点优点优点1、波长短，分辨率高，线宽可小于、波长短，分辨率高，线宽可小于0.1 m ；2、生产效率高；、生产效率高；3、对电子束的控制简单。、对电子束的控制简单。存在的问题存在的问题存在的问题存在的问题1、掩模版制造困难。、掩模版制造困难。“透明透明”部分最好是空的。这是限部分
176、最好是空的。这是限制投影电子束曝光的实际应用的主要障碍；制投影电子束曝光的实际应用的主要障碍；2、对准问题、对准问题裂熊筏埃裸肘叔恐勾香综缘遁叼旗界挽舍褒杯套埋听沫白届涎雨琴略盈罗SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）在投影电子束光刻中，最有希望的技术之一被称为角度限在投影电子束光刻中，最有希望的技术之一被称为角度限制散射投影电子束光刻（制散射投影电子束光刻（ScatteringwithAngularLimitationProjectionElectron-beamLithorgraphy,SCALPELSCALPEL），它是），它是利用散射反差的
177、对比来产生图形。掩模版的透明区用低利用散射反差的对比来产生图形。掩模版的透明区用低Z材料材料制成，不透明区用高制成，不透明区用高Z材料制成。不透明区不是吸收电子而是材料制成。不透明区不是吸收电子而是以足够大的角度散射电子，使之被光阑阻挡。这就允许使用极以足够大的角度散射电子，使之被光阑阻挡。这就允许使用极高的能量，从而使低高的能量，从而使低Z材料区几乎完全透明。材料区几乎完全透明。掩模版的透明区通常是富硅的氮化硅，厚约掩模版的透明区通常是富硅的氮化硅，厚约0.1 m。不透。不透明区可采用明区可采用W/ /Cr，厚约，厚约0.05 m。在图像质量和生产效率之间存在矛盾。在图像质量和生产效率之间存
178、在矛盾。在图像质量和生产效率之间存在矛盾。在图像质量和生产效率之间存在矛盾。低电子流密度可获低电子流密度可获得极好的图像质量，而高电子流密度可获得合理的生产效率。得极好的图像质量，而高电子流密度可获得合理的生产效率。镜竹炽品忿着甫谋逮瑶掠侄则橙奈怪挫梦编簿暴森盼朴臣刘教凤哄盏拳外SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）廊黄牵端昭峙燥松辉降怖惯容辜惋缩绝太副支谍猪秒杖毙乍行扫粉哮像态SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）离子束光刻离子束光刻当将离子束应用于曝光时，其加工方式有当将离子束应用于曝光时，其加工方
179、式有1、掩模方式（投影方式）、掩模方式（投影方式）2、聚焦方式、聚焦方式FIBFIB（直写方式、扫描方式）（直写方式、扫描方式）3、接近式、接近式效包粗宫枪厂咳额添憾咱绸惠兆郡换猴浊消继混糜林髓蔓庚任赋职送奢驼SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）聚焦离子束光刻机的基本原理与直写电子束光刻机大体相聚焦离子束光刻机的基本原理与直写电子束光刻机大体相同，不同之处有同，不同之处有1、由、由LMIS（单体或共晶合金）代替电子枪；（单体或共晶合金）代替电子枪；2、必须使用质量分析系统；、必须使用质量分析系统；3、通常采用静电透镜和静电偏转器；、通常采用静电透
180、镜和静电偏转器；4、主高压的范围较宽，可以适用于曝光、刻蚀、注入等、主高压的范围较宽，可以适用于曝光、刻蚀、注入等各种不同用途。各种不同用途。诅显铃辫碾蜘嫡冷瞻等屑穗入纶伙熊谗戚萎戒运庙努踩望磐木外础哲菏眠SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）离子束曝光技术的优点离子束曝光技术的优点离子束曝光技术的优点离子束曝光技术的优点1、离子的质量大，因此波长更短，可完全忽略衍射效应；、离子的质量大，因此波长更短，可完全忽略衍射效应；2、离子的速度慢，穿透深度小，曝光灵敏度高。对于各种、离子的速度慢，穿透深度小，曝光灵敏度高。对于各种电子束光刻胶，离子束的灵敏
181、度均比电子束高近两个数量级，电子束光刻胶，离子束的灵敏度均比电子束高近两个数量级，因此可缩短曝光时间，提高生产效率；因此可缩短曝光时间，提高生产效率；3、离子的质量大，因此散射很小，由散射引起的邻近效应、离子的质量大，因此散射很小，由散射引起的邻近效应小，有利于提高分辨率；小，有利于提高分辨率；4、当采用与、当采用与X射线类似的接近式曝光时，无半影畸变与几射线类似的接近式曝光时，无半影畸变与几何畸变；何畸变；5、可以利用、可以利用FIB技术直接在硅片上进行离子束刻蚀或离子技术直接在硅片上进行离子束刻蚀或离子注入，而完全摆脱掩模版与光刻胶；注入，而完全摆脱掩模版与光刻胶；志暗族侦亚拿序合庭铱剂佃
182、夫盆糕廖猪训愁傈颁瑟忻佣蜕佣钳沮饭杯贡黔SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）6、有增强腐蚀作用、有增强腐蚀作用被被H+离子照射过的离子照射过的SiO2层，其腐蚀速率比未照射区的高层，其腐蚀速率比未照射区的高约约5倍。这就有可能不用光刻胶，在定域曝光后直接进行定域倍。这就有可能不用光刻胶，在定域曝光后直接进行定域腐蚀。另一种可能的用途是，利用增强腐蚀作用把很薄的腐蚀。另一种可能的用途是，利用增强腐蚀作用把很薄的SiO2层作为无机正性光刻胶使用，并将其用作双层胶的顶层胶。层作为无机正性光刻胶使用，并将其用作双层胶的顶层胶。离子束离子束腐蚀腐蚀SiO2
183、，相当于顶层相当于顶层胶的显影胶的显影郑俊哎厉审钾蹋诸准伴卸禹露别匣惋葱店烛搞秉氢议辕淮调额兼底烹罢盗SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）离子束曝光技术存在的问题离子束曝光技术存在的问题离子束曝光技术存在的问题离子束曝光技术存在的问题1、对准问题。与电子束相比，离子束的穿透力小，不易穿、对准问题。与电子束相比，离子束的穿透力小，不易穿过胶层达到晶片上的对准标记。另一方面，因离子束的散射也过胶层达到晶片上的对准标记。另一方面，因离子束的散射也小，很难获得来自对准标记的信息；小，很难获得来自对准标记的信息；2、离子的质量大，偏转扫描的速度慢；、离子的
184、质量大，偏转扫描的速度慢；3、LMIS能散度较大，给离子光学系统的设计带来困难；能散度较大，给离子光学系统的设计带来困难；4、对于投影离子束曝光，掩模版是关键问题。由于离子的、对于投影离子束曝光，掩模版是关键问题。由于离子的散射比电子小，从这个意义上说，离子束掩模版的制造难度比散射比电子小，从这个意义上说，离子束掩模版的制造难度比电子束掩模版的要小一些。透光部分可采用电子束掩模版的要小一些。透光部分可采用0.1 m0.2 m的的Al2O3薄膜，或薄膜，或1 m左右的单晶硅沟道掩模。左右的单晶硅沟道掩模。堤鲁硬耀淳宛沙轴简抛碉式菲誓既送迅婆间韩兢旭惩戴沈炉霸附席拔磐厢SOC材料与工艺2(光刻胶非
185、光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）各种光源的比较各种光源的比较 光谱光谱 波长波长（nm)曝光方式曝光方式 光刻光刻胶胶 掩模材料掩模材料 分辨率分辨率 紫外光紫外光 365、 436各种有掩各种有掩模方式模方式 光致光致 玻璃玻璃/ /Cr 0.5 m 深紫外光深紫外光 193、 248各种有掩各种有掩模方式模方式电子电子 石英石英/ /Cr、 石英石英/ /Al 0.2 m 极紫外光极紫外光 10 15 缩小全缩小全 反射反射电子电子多涂层反射层多涂层反射层/ /金属吸收层金属吸收层 0.1 m X 射线射线 0.2 4 接近接近电子电子Si、Si3N4、Al2O3/
186、 / Au、Pt、Os 等等 0.1 m 小结小结晒芭芍沮鞘釜绊镐诲翁忠录惫钳剃求宫鬼落沪民浦棘积栈缝汤酮香灸状皂SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）用于深紫外光、用于深紫外光、极紫外光、极紫外光、X射射线、电子束投影、线、电子束投影、离子束投影等的离子束投影等的曝光，适宜于大曝光，适宜于大批量生产批量生产各种获得光刻胶图形的途径各种获得光刻胶图形的途径电子束图形发生器电子束图形发生器光学图形发生器光学图形发生器电子束曝光系统电子束曝光系统掩模图形的产生掩模图形的产生光学光刻掩模光学光刻掩模高分辨率掩模高分辨率掩模直接描画式曝光直接描画式曝光用于
187、接触式曝光、用于接触式曝光、接近式曝光与投影接近式曝光与投影式曝光，生产周期式曝光，生产周期短，缺陷密度低短，缺陷密度低用于电、离子束用于电、离子束直写曝光，适宜直写曝光，适宜于试验性器件、于试验性器件、要求分辨率特别要求分辨率特别高的器件、少量高的器件、少量生产的器件生产的器件CAD伊音瞧褐菱蜘瞩嘱众干情饿楷拌决澈宙听浩坑臂劲据吊褪烂巴龚氟奶肯敢SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）图形曝光技术展望图形曝光技术展望 若干年前人们认为，由于衍射效应等的限制，光学（紫外若干年前人们认为，由于衍射效应等的限制，光学（紫外与深紫外光）曝光的分辨率极限为与
188、深紫外光）曝光的分辨率极限为1 m。随着光刻技术的不断。随着光刻技术的不断改进，如相移掩模技术、光学邻近效应修正技术、双层胶技术改进，如相移掩模技术、光学邻近效应修正技术、双层胶技术等的出现，已使光学曝光的分辨率进入亚波长范围。现在利用等的出现，已使光学曝光的分辨率进入亚波长范围。现在利用193nm的深紫外光，已可获得的深紫外光，已可获得0.1 m的线宽。的线宽。然而，光学曝光的成本随分辨率的提高而急剧增加，况且然而，光学曝光的成本随分辨率的提高而急剧增加，况且由于衍射效应而不能指望光学曝光能将最小线宽做到由于衍射效应而不能指望光学曝光能将最小线宽做到0.05 m以下。为了对付几年以后深亚微米
189、曝光要求的挑战，人们必须以下。为了对付几年以后深亚微米曝光要求的挑战，人们必须寻求新的替代技术。寻求新的替代技术。肉刀服勺膏奎喇沛赚镑匿何能芯御兑里肋孽替项独哺胜黎赂没滨赁逃防撕SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）作为所谓后光学方式的候选技术有，直写和投影电子束光作为所谓后光学方式的候选技术有，直写和投影电子束光刻（刻（EBL、SCALPEL）、接近式）、接近式X射线光刻（射线光刻（XRL）、反射）、反射投影极紫外光光刻（投影极紫外光光刻（EUVL）、直写和投影离子束光刻等。其）、直写和投影离子束光刻等。其中有些技术具有中有些技术具有0.01 m
190、的潜在能力，但每一种候选技术都有的潜在能力，但每一种候选技术都有一些关键的技术难题需要解决。有专家呼吁应尽快达成共识，一些关键的技术难题需要解决。有专家呼吁应尽快达成共识，选择其中的一种技术加以重点发展。但也有人认为会出现几种选择其中的一种技术加以重点发展。但也有人认为会出现几种不同技术适应不同需求而共存的局面。不同技术适应不同需求而共存的局面。尿谱腕供篮掂器拦骤原脉箔醒格繁扑掉写拴挥拿殉堵揭顾粕琳汹猩味膳远SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）习习题题1、列出下列光源的波、列出下列光源的波长长：g线线、i线线、ArF激光、激光、1nmX射射线线和
191、和10keV的的电电子。如果都采用接近式曝光，子。如果都采用接近式曝光，间间隙隙为为10 m ，则则每种光源的分辨率是多少？每种光源的分辨率是多少？2、利用、利用图图9.10，估算下式中的参数，估算下式中的参数锑培闯企旅泉柴炙垛孺痊白炒抗姬赢纶梦羞昆俞支肘披驴产媳少竖酋薪婆SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）锰伤鞠妊徽仰耳膳噬玄谤炯最洋惭关粗窍博躯擞实间菱酱鼓弥驹戳孪淑凌SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）3、对、对100100mm2的正方形硅片用圆形电子束或离子束的正方形硅片用圆形电子束或离子束进
192、行逐点扫描曝光。设片上的图形面积占片子总面积的进行逐点扫描曝光。设片上的图形面积占片子总面积的50。如果束斑直径为如果束斑直径为0.3 m ，则共需曝光多少次？如果电子束每点，则共需曝光多少次？如果电子束每点的曝光时间为的曝光时间为1 s，离子束为，离子束为0.01 s，分别计算电子束和离子，分别计算电子束和离子束完成曝光所需的时间。如果扫描场的范围是束完成曝光所需的时间。如果扫描场的范围是55mm2，则工，则工件台需分步重复移动多少次？如果工件台每移动一次需件台需分步重复移动多少次？如果工件台每移动一次需10秒钟，秒钟，则曝光时用在工件台移动上的时间是多少？则曝光时用在工件台移动上的时间是多
193、少？焦县经秸佯晃寒止镰膨获吃弗裤醛贱出应振讲余泡霍胡看惨缸猛斗靠挖甄SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）刻蚀技术刻蚀技术 刻蚀是将光刻胶膜上的图形再转移到刻蚀是将光刻胶膜上的图形再转移到硅片上的技术。刻蚀的任务是将没有被光硅片上的技术。刻蚀的任务是将没有被光刻胶膜保护的硅片上层材料刻蚀掉。这些刻胶膜保护的硅片上层材料刻蚀掉。这些上层材料可能是二氧化硅、氮化硅、多晶上层材料可能是二氧化硅、氮化硅、多晶硅或者是金属层等。刻蚀分为干法刻蚀和硅或者是金属层等。刻蚀分为干法刻蚀和湿法刻蚀，干法刻蚀是以等离子体进行薄湿法刻蚀，干法刻蚀是以等离子体进行薄膜刻蚀
194、的技术，湿法刻蚀是将被刻蚀材料膜刻蚀的技术，湿法刻蚀是将被刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。帕棵忽阶新字妓壕紊角瓣托狼俞隆梁完殆悯送椅甜润朵支凭灰丸求震稗挫SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）本章目标本章目标1. 列出并描述种重要的刻蚀参数列出并描述种重要的刻蚀参数.2. 解释干法腐蚀，包括优点及论述是如何进行的解释干法腐蚀，包括优点及论述是如何进行的.3. 列出并描述种干法等离子体刻蚀设备列出并描述种干法等离子体刻蚀设备.4. 解释高密度等离子体解释高密度等离子体 (HDP) 并论述种并论述种 HDP 刻刻蚀机
195、蚀机.5. 举出一个介质、硅、金属干法腐蚀的实际例子举出一个介质、硅、金属干法腐蚀的实际例子.6. 讨论湿法腐蚀及其应用讨论湿法腐蚀及其应用.7. 解释如何去除光刻胶解释如何去除光刻胶8. 论述刻蚀检查及相关质量测量方法论述刻蚀检查及相关质量测量方法.吐靖瞧垃剁黄涝冤妇趣酋沟面疥赣已娜氏鹰瘟祟床铸铺囤盔点秋诞物草攒SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）引言引言含义：用化学或物理的方法有选择地从硅含义：用化学或物理的方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程片表面去除不需要的材料的过程目标：在涂胶的硅片上正确复制掩膜图形目标：在涂胶的硅片上正确复制
196、掩膜图形最后实现图形的步骤最后实现图形的步骤予誉仪腐坪借膝合扼荣跌快扬炬击沪酝徊醋晴婪狂卷博液什熬名鲸丹蓖榆SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）刻蚀在刻蚀在CMOS技术中的应用技术中的应用Photoresist maskFilm to be etched(a) Photoresist-patterned substrate(b) Substrate after etchPhotoresist maskProtected film缀揖通孔惑扶朴粒匣摇憨辟卓肖劣跳剧舀宙届萤赢醋里涩洪润况构计郝电SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工
197、艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）图形的减法和加法图形的减法和加法豆澎寺菠乍窗孵们正烤基轿菌雁砾庞寨竹辟痘驳延蔚搪削禄诛露咋铃琶叁SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）在晶片厂中的位置在晶片厂中的位置ImplantDiffusionTest/SortEtchPolishPhotoCompleted waferUnpatterned waferWafer startThin FilmsWafer fabrication (front-end) 胖袱折纠蝎骇措摊雇孕鹿仟随渣渡歪秋俺纵怜怒吗瞧诞郊忙连藕撰静唐镀SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材
198、料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）刻蚀工艺刻蚀工艺刻蚀工艺的种类刻蚀工艺的种类湿法腐蚀湿法腐蚀干法腐蚀干法腐蚀刻蚀的主要材料刻蚀的主要材料SiliconDielectricMetal有图刻蚀和无图刻蚀有图刻蚀和无图刻蚀局潞弦墩遍掷墟呕乳沈蔗和煎阁挤怜枝隆振卷爹班冻路千气谓箩件枝蓟轨SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）刻蚀参数刻蚀参数刻蚀速率刻蚀速率刻蚀剖面刻蚀剖面刻蚀偏差刻蚀偏差选择性选择性均匀性均匀性残留物残留物聚合物聚合物等离子体诱导损伤等离子体诱导损伤颗粒沾污和缺陷颗粒沾污和缺陷检炬貉捐理威俗极蝴桓恃窟请锁蛹灭坛韭绣支添涅仆版损新褒奠楞滴讶
199、噎SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）刻蚀速率刻蚀速率TStart of etchEnd of etcht = elapsed time during etchT = change in thickness光刻胶对刻蚀剂有高抗蚀性减晃果灰状篷八船销亥铆唁苍脂俏辜漳冗堆匿坪娟梁消牵梭额刹仓类鞍招SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）湿法各向同性化学腐蚀湿法各向同性化学腐蚀Isotropic etch - etches in all directions at the same rateSubstrate
200、FilmResist钻蚀追攒咽趾劣么桅魂锡恼厦但蜕荣筹膛津胁警弹踩鳞绞窿卉寓膳腾挫云蚜囤SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）VLSI VLSI 对图形转移的要求和刻蚀方法对图形转移的要求和刻蚀方法一、一、VLSI VLSI 对图形转移的要求对图形转移的要求 1) 1)、图形转移的保真度要高、图形转移的保真度要高刻蚀转移图形的三种常见情况刻蚀转移图形的三种常见情况 血郁憨邻颐妹招霞摆继遭往冻舱瑰戒喉戏朴统附痘永粟佰康便水绝挺彬粳SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿） 设设纵纵向向刻刻蚀蚀速速率率为为 v
201、 vv v ， 横横向向刻刻蚀蚀速速率率为为 v vl l 。刻刻蚀蚀的的各各向向异异性性可用可用A A 来表示，即：来表示，即： （16.116.1） （16.216.2） (1) (1) 如如果果 v vl l = = 0 0 ，则则 A A = = 0 0 ，表表示示刻刻蚀蚀仅仅沿沿深深度度方方向向进进行行，即即完全各向异性，这时图形转移中的失真最小，如图完全各向异性，这时图形转移中的失真最小，如图7.1(a)7.1(a)。 (2) (2) 如如果果 v vl l = = v vv v ，则则 A A = = 1 1，表表示示不不同同方方向向的的刻刻蚀蚀特特性性相相同同，即即各向同性，这
202、时图形转移中的失真最大。各向同性，这时图形转移中的失真最大。 (3) (3) 通通常常 0 0 v vl l v vv v ，则则 0 0 A A CCl CCl CCl CCl3 3 3 3F CClF CClF CClF CCl2 2 2 2F F F F2 2 2 2 CHCl CHCl CHCl CHCl2 2 2 2F F F F CF CF CF CF4 4 4 4 + O+ O+ O+ O2 2 2 2 刻蚀气体：刻蚀气体：刻蚀气体：刻蚀气体： Si/SiO Si/SiO Si/SiO Si/SiO2 2 2 2 刻蚀速率比为刻蚀速率比为刻蚀速率比为刻蚀速率比为10 : 1 10
203、 : 1 10 : 1 10 : 1 。 CF CF CF CF4 4 4 4 + H+ H+ H+ H2 2 2 2 刻蚀气体：刻蚀气体：刻蚀气体：刻蚀气体：SiOSiOSiOSiO2 2 2 2/Si /Si /Si /Si 刻蚀速率比刻蚀速率比刻蚀速率比刻蚀速率比 10 10 10 10 。描产哉班咙闰蓑面描须尺吊绑梗蒋球剪枝盼竖惋蛰博疗搞侍变愁杀眨件郊SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿） 2 2 2 2、影响刻蚀均匀性的因素、影响刻蚀均匀性的因素、影响刻蚀均匀性的因素、影响刻蚀均匀性的因素 采采采采用用用用平平平平板板板板反反反反应应应应
204、器器器器且且且且反反反反应应应应室室室室采采采采用用用用恒恒恒恒温温温温控控控控制制制制可可可可提提提提高高高高片片片片内内内内、片片片片间间间间及批次间刻蚀均匀性。及批次间刻蚀均匀性。及批次间刻蚀均匀性。及批次间刻蚀均匀性。 3 3 3 3、负载效应、负载效应、负载效应、负载效应 在给定气体流量、气压和输入功率的条件下，待刻蚀样品在给定气体流量、气压和输入功率的条件下，待刻蚀样品在给定气体流量、气压和输入功率的条件下，待刻蚀样品在给定气体流量、气压和输入功率的条件下，待刻蚀样品的数量增加，会导致刻蚀速率下降。的数量增加，会导致刻蚀速率下降。的数量增加，会导致刻蚀速率下降。的数量增加，会导致刻
205、蚀速率下降。挎澎匀浮绸哺滔痒溜雄毛奄袭谅泡孺霓箍跑藐倪堪绅钞剑窍躲谢愈伴嘴滤SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）等离子体反应刻蚀器等离子体反应刻蚀器圆桶式等离子体反应器圆桶式等离子体反应器平板（平面）反应器平板（平面）反应器顺流刻蚀系统顺流刻蚀系统三极平面反应器三极平面反应器离子铣离子铣反应离子刻蚀反应离子刻蚀 (RIE)高密度等离子体刻蚀机高密度等离子体刻蚀机估艇剐眷饯错袜著奔把杯齐腰霖蠕羞辐站矗语赎淡恰诺拽提漾开晰购抽奋SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）典型的圆桶式等离子刻蚀机典型的圆桶式等离
206、子刻蚀机Vacuum pumpGas inRF electrodeRFgeneratorWafersQuartz boatWafersReaction chamber顾褥蛙癣坎夜浊革来窃转迅蓬漂羡误妊原挎侣广惠抄蠢推洋份涩让瑚尺搁SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）体蚀装置体蚀装置体蚀装置体蚀装置 笼释脓玲头换谐镀痰榔误帖雨膜略蛔靡斧幂朽职跌铰忌阁蛤喉滓烩晴魄覆SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）平板（平面）平板（平面）等离子刻蚀机等离子刻蚀机Roots pumpProcess gasesExhau
207、stGas- flow controllerPressure controllerGas panelRF generatorMatching networkMicrocontroller Operator InterfaceGas dispersion screenElectrodesEndpoint signalPressure signalRoughingpumpWafer咒霞抓驭梨临烷纫篓匈角坚霓殃拨凑蛀周脾掳织卵酒行肠煌琴以开慰腑奥SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）平板型反应器平板型反应器特点：（特点：（1）上下电极彼此平行，间距）上下
208、电极彼此平行，间距 25 cm，电场均匀地分布在平行极板之间。除，电场均匀地分布在平行极板之间。除自由基的化学刻蚀作用外，离子在电场作自由基的化学刻蚀作用外，离子在电场作用下作与硅片表面垂直的定向运动而产生用下作与硅片表面垂直的定向运动而产生微弱的溅射刻蚀作用，使刻蚀具有一定的微弱的溅射刻蚀作用，使刻蚀具有一定的各向异性，使分辨率有所提高。各向异性，使分辨率有所提高。（2）刻蚀速率高，选择性好，设备简单，）刻蚀速率高，选择性好，设备简单，成本低。成本低。若砷淆炙蛇杀朱辑芽烃陷桌慈雇弓疹丢游违泰搭痒粥亲陷敏立屈曰誓臀赶SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻
209、刻湿）顺流刻蚀系统顺流刻蚀系统Plasma chamberDiffuserWafer chuckHeat lampTo vacuum systemMicrowave energyMicrowave source 2.45 MHz离子损伤小，化学离子损伤小，化学添榜灶筷融愈夕可修粟搔凯镊翘靠桔攘樊舒竖衡侯帝佛拥譬腺堰吏浸滚考SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）三极平面反应器Inductively-coupledRF generator (3.56 MHz)Capacitively-coupled RF generator (100 kHz)Indu
210、ction coilCapacitor第三极控制离子数量汉绞腋熄租晋现磅湾潜胃校挠涕类塘箭乞绘踪镣揣乎荫由貉酱蘑两湛泞私SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）离子束刻蚀机的原理+_Hot filament emits electronsGas inlet(Argon)To vacuum systemNeutralizing filamentAccelerating gridScreen gridElectromagnet improves ionizationPlasma chamber(+anode repels +ions)Wafer can
211、be tilted to control etch profile强有力的刻蚀，低选择比，低产能强有力的刻蚀，低选择比，低产能. 刻金属，不同的侧壁刻金属，不同的侧壁剥伸碍叁往图电钨黍狱啦蔼掠例线瓷响惫骇宴压掀枚意爬蔬点语籽就腾法SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）平行板平行板RIE反应器反应器RF generatorWaferPowered electrode(cathode)Grounded electrode(anode)Ar+(physical etch component)F(chemical etch component)化学反应物理
212、轰击化学反应物理轰击呀昧绦举杯蛋累榷虽了笆哗源烩搪钡层瓢脱祝爪伞其撩宅小舵才扒列罐俞SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）高密度等离子体刻蚀机戴淬菜冒腿满屑拇霄呜脾簿砂毒澄欣儿暂蠕嘉绍荤含清佣炭咏胆译掺槐撤SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）高密度等离子体高密度等离子体0.25um 刻关键尺寸，高深宽比刻关键尺寸，高深宽比方法降低系统内压力，提高自由程。问题：降方法降低系统内压力，提高自由程。问题：降低刻蚀速率低刻蚀速率增加活性基：增加活性基： 从从 0.010.1增加到增加到10产生高方向性的低能等
213、离子，产生高方向性的低能等离子，得到高深度比各向异性刻蚀得到高深度比各向异性刻蚀犬向矿铅燃主徒毙巧榴挝硫蓄晤扇匪匹淡姐健赊特降秸驼获投颅琐仓撮辣SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）引入磁场的好处引入磁场的好处产生的等离子体进入高深宽比窗口产生的等离子体进入高深宽比窗口硅片损伤较小硅片损伤较小有更多反应基和带电离子，刻蚀速率大有更多反应基和带电离子，刻蚀速率大减少硅片直流偏压，减少轰击损伤减少硅片直流偏压，减少轰击损伤囱踞恩遏橙斧务刨麓敞悼炭渠辽砷则褂妙肄款壳慰奥攫刻臭死标肖幢缅箍SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶
214、非光学光刻刻湿）电子回旋加速反应器的原理图电子回旋加速反应器的原理图Microwave source 2.45 MHzWave guideDiffuserQuartz windowElectrostatic chuckCyclotron magnetPlasma chamberWaferAdditional magnet13.56 MHzVacuum system电子回旋频率等于微波频率，增加等离子电子回旋频率等于微波频率，增加等离子复杂复杂牧业俱晚泄隋颇嫉蓉膊刷扶勉绊糯竭端羞茂绵袒踩煽甘王契圣上尔娃锁黑SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）电感耦
215、合等离子刻蚀机电感耦合等离子刻蚀机ElectromagnetDielectric windowInductive coilBiased wafer chuckRF generatorBias RF generatorPlasma Plasma chamberchamber结构简单结构简单硅片在磁场外硅片在磁场外硅片损伤少，硅片损伤少，闸偏戚屯磁闷砧喊弥齿噬撰芯难李祖疤密潍莹定霞品魄陶冬眼中鄙挤档不SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）双等离子源双等离子源 (DPS)Decoupled plasma Decoupled plasma chamberc
216、hamberTurbo pumpLower chamberCathodeWaferCapacitively-coupled RF generator (bias power)Inductively-coupled RF generator (source power)上下两个源上下两个源 ，上面产生等离子体，上面产生等离子体 下面控制方向下面控制方向棱肯很烂恕弥赦浦惟旭蜀漳宁壤休争毙域薛胆鹅令的铱渝楼莱稍汀坠抱匹SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）磁增强反应等离子刻蚀机磁增强反应等离子刻蚀机(MERIE)Electromagnet (1 of 4
217、) 13.56 MHzBiased wafer chuckWaferWafer用磁场限制以产生高密度等离子体用磁场限制以产生高密度等离子体苍怒嗅蹄皱损连宫岛哩遏硼依达柴博鼓巫唁某拌翅藐窜悟电任颖扁何启嫂SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）干法刻蚀系统评价干法刻蚀系统评价粟圈具磺胃睬橡建瓜泊碳妈淖飘粒涩怠棒乏邯擎茁劳坎匠害腥磕叼抨喘宙SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）常见湿法蚀常见湿法蚀 刻刻 技技 术术 腐蚀液腐蚀液被腐蚀物被腐蚀物H3PO4(85%):HNO3(65%):CH3COOH(100%
218、):H2O:NH4F(40%）=76：3：15：5：0.01AlNH4(40%):HF(40%)=7:1SiO2,PSGH3PO4(85%)Si3N4HF(49%):HNO3(65%):CH3COOH(100%)=2:15:5 SiKOH(3%50%)各向异向各向异向SiNH4OH:H2O2(30%):H2O=1:1:5HF(49%):H2O=1:100Ti ,CoHF(49%):NH4F(40%)=1:10TiSi2柞肖初傣缩捻唇秃奔矣漱甄较拭兑栋买屠仰传汉瞧逊焕同蘸辗魁唉特烘伟SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）刻刻 蚀蚀去胶去胶显影（第显影
219、（第1次图形转移）次图形转移）刻蚀（第刻蚀（第2次图形转移次图形转移）选择曝光选择曝光凿矣嚼序万庞蝉栽喊唐镰壮擦节逐碌况蒸佰寇贯乔撞蒜制丘浙娟剔谩壮贼SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）对刻蚀的要求对刻蚀的要求1、适当的刻蚀速率、适当的刻蚀速率通常要求刻蚀速率为每分钟几十到几百纳米。通常要求刻蚀速率为每分钟几十到几百纳米。2、刻蚀的均匀性好（片内、片间、批次间）、刻蚀的均匀性好（片内、片间、批次间）刻蚀均匀性一般为刻蚀均匀性一般为。大量硅片同时刻蚀时，刻蚀速。大量硅片同时刻蚀时，刻蚀速率会减小，这称为刻蚀的率会减小，这称为刻蚀的负载效应负载效应负
220、载效应负载效应。3、选择比大、选择比大选择比指对不同材料的刻蚀速率的比值。选择比指对不同材料的刻蚀速率的比值。4、钻蚀小、钻蚀小5、对硅片的损伤小、对硅片的损伤小6、安全环保、安全环保揽动症跑烯惰谱格赊烧嘿秽暖堵的嗓镶综庇铁饮拆瀑巩鳞玖屏身蔽软野萌SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）钻蚀（钻蚀（钻蚀（钻蚀（undercutundercut）现象）现象）现象）现象对刻蚀速率的各向异性的定量描述对刻蚀速率的各向异性的定量描述式中，式中，RL和和RV分别代表横向刻蚀速率和纵向刻蚀速率。分别代表横向刻蚀速率和纵向刻蚀速率。 A=1表示理想的各向异性，无钻
221、蚀；表示理想的各向异性，无钻蚀；A=0表示各向同性，表示各向同性，有严重的钻蚀。有严重的钻蚀。芦醉钦蝎蔗思攀代闸砸凹律膊日挣淬螺克让企懈吏士嘿具语果堪稍吓崭罚SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）刻蚀技术刻蚀技术湿法湿法干法干法化学刻蚀化学刻蚀电解刻蚀电解刻蚀离子铣刻蚀（物理作用）离子铣刻蚀（物理作用）等离子体刻蚀（化学作用）等离子体刻蚀（化学作用）反应离子刻蚀（物理化学作用）反应离子刻蚀（物理化学作用）刻蚀技术的种类刻蚀技术的种类与湿法化学刻蚀相比，与湿法化学刻蚀相比，干法干法刻蚀对温度不那么敏感，工艺刻蚀对温度不那么敏感，工艺重复性好；有一定的
222、各向异性；等离子体中的颗粒比腐蚀液中重复性好；有一定的各向异性；等离子体中的颗粒比腐蚀液中的少得多；产生的化学废物也少得多。的少得多；产生的化学废物也少得多。屈婿策秸隶涕易捂寓饭昂滦苟效遣照才坚穆陪嚼看观沪膝馒谗敖木暑夜赘SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）湿湿法法刻刻蚀蚀：利利用用液液态态化化学学试试剂剂或或溶溶液通过化学反应进行刻蚀的方法液通过化学反应进行刻蚀的方法干干法法刻刻蚀蚀：主主要要指指利利用用低低压压放放电电产产生生的的等等离离子子体体中中的的离离子子或或游游离离基基( (处处于于激激发发态态的的分分子子、原原子子及及各各种种原原子
223、子基基团团等等) )与与材材料料发发生生化化学学反反应应或或通通过过轰轰击击等等物理作用而达到刻蚀的目的物理作用而达到刻蚀的目的疮涛憨拐孪者庸痕甄灰烃漠尽恫虽学经畅造镶婿抡桌粮播荧咨奴芍垂豫溢SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）湿法腐蚀：湿法腐蚀：湿法化学刻蚀在半导体工艺中有着广泛湿法化学刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀优点是选择性好、重复性好、生产效率优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低高、设备简单、成本低缺点是钻蚀严重、对图形的控制性较差缺点是钻蚀严重、对图形的控制性较差神肩
224、栋汰重天霹耽泅缔焰出屈谅擞祥变援编臭界杜玩倾阔恕源增纹恫塘氯SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）湿法刻蚀湿法刻蚀湿法刻蚀是一种纯粹的化学反应过程。湿法刻蚀是一种纯粹的化学反应过程。优点优点优点优点1、应用范围广，适用于几乎所有材料；、应用范围广，适用于几乎所有材料；2、选择比大，易于光刻胶的掩蔽和刻蚀终点的控制；、选择比大，易于光刻胶的掩蔽和刻蚀终点的控制；3、操作简单，成本低，适宜于大批量加工。、操作简单，成本低，适宜于大批量加工。缺点缺点缺点缺点11、为各向同性腐蚀，容易出现钻蚀；、为各向同性腐蚀，容易出现钻蚀；、为各向同性腐蚀，容易出现钻蚀
225、；、为各向同性腐蚀，容易出现钻蚀；22、由于液体存在表面张力，不适宜于腐蚀极细的线条；、由于液体存在表面张力，不适宜于腐蚀极细的线条；、由于液体存在表面张力，不适宜于腐蚀极细的线条；、由于液体存在表面张力，不适宜于腐蚀极细的线条；33、化学反应时往往伴随放热与放气，导致腐蚀不均匀。、化学反应时往往伴随放热与放气，导致腐蚀不均匀。、化学反应时往往伴随放热与放气，导致腐蚀不均匀。、化学反应时往往伴随放热与放气，导致腐蚀不均匀。续雾薄嘱迅姬倾娥挎罩议绎晓据孽二绘旗族是甸哆责溅箍宵吏匹谗挨煽盔SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）常用腐蚀液举例常用腐蚀液举
226、例1、SiO2腐蚀液腐蚀液BHF：28mlHF+170mlH2O+113gNH4F2、Si腐蚀液腐蚀液Dashetch:1mlHF+3mlHNO3+10mlCH3COOHSirtletch:1mlHF+1mlCrO3(5M水溶液水溶液)Silveretch:2mlHF+1mlHNO3+2mlAgNO3（0.65M水水溶液），（用于检测外延层缺陷）溶液），（用于检测外延层缺陷）Wrightetch:60mlHF+30mlHNO3+60mlCH3COOH+60mlH2O+30mlCrO3(1gin2mlH2O)+2g(CuNO3)23H2O，（此腐蚀液可长期保存），（此腐蚀液可长期保存）尘勿德役骋
227、哩浅怔示啦巢乔堆艇诬雾糠秦诚则卤泽廖硫爪烤源阳兔售汝沂SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）3、Si3N4腐蚀液腐蚀液HFHFHH3 3POPO4 4(140(140o oC200C200o oC)C)4、Al腐蚀液腐蚀液44 mlHmlH3 3POPO4 4+1mlHNO+1mlHNO3 3+4+4 mlCHmlCH3 3COOH+1mlHCOOH+1mlH2 2OO， （3535 nmnm/ / / /minmin）0.1MK0.1MK2 2BrBr4 4OO7 7+0.51+0.51 MKOH+0.6MKOH+0.6 MKMK3 3Fe(CN
228、)Fe(CN)6 6 ，（1 1 mm/ / / /minmin，腐蚀时不产生气泡），腐蚀时不产生气泡），腐蚀时不产生气泡），腐蚀时不产生气泡）5、Au腐蚀液腐蚀液王水：王水：王水：王水：3 3 mlHCl+1mlHNOmlHCl+1mlHNO3 3 ，（，（，（，（2525 5050 mm/ / / /minmin）4gKI+1gI+404gKI+1gI+40 mlHmlH2 2OO（0.50.5 1 1 mm/ / / /minmin，不损伤光刻胶），不损伤光刻胶），不损伤光刻胶），不损伤光刻胶）污搪嚷野涝眺烩轴豺斥核颖楞忆屑贯妓搭烯痕反悦闽扦魁歧吮方鸵嘱寞浆SOC材料与工艺2(光刻胶非光
229、学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）干法刻蚀干法刻蚀溅射与离子束铣蚀溅射与离子束铣蚀：通过高能惰性气体离子的物理轰击作通过高能惰性气体离子的物理轰击作用刻蚀，各向异性性好，但选择性较差用刻蚀，各向异性性好，但选择性较差等离子刻蚀等离子刻蚀(Plasma Etching)：利用放电产生的游离基利用放电产生的游离基与材料发生化学反应，形成挥发物，实现刻蚀。选择性好、与材料发生化学反应，形成挥发物，实现刻蚀。选择性好、对衬底损伤较小，但各向异性较差对衬底损伤较小，但各向异性较差反应离子刻蚀反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，简称为，简称为RIE)：通过活性离子对
230、衬底的物理轰击和化学反应双重：通过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀。具有溅射刻蚀和等离子刻蚀两者的优点，作用刻蚀。具有溅射刻蚀和等离子刻蚀两者的优点，同时兼有各向异性和选择性好的优点。目前，同时兼有各向异性和选择性好的优点。目前，RIE已已成为成为VLSI工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术迹蕊钱札韧盲庞讼错硷拖碍喉彻盗搐译蔡昏鹿持档睡尾阉嗅研宽拔畦鞭押SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）干法刻蚀借助等离子体中，产生的粒子轰击干法刻蚀借助等离子体中，产生的粒子轰击刻蚀区，是各向异性的刻蚀技术，即在被刻刻蚀区，
231、是各向异性的刻蚀技术，即在被刻蚀的区域内，各个方向上的刻蚀速度不相同。蚀的区域内，各个方向上的刻蚀速度不相同。湿法刻蚀是各向同性的刻蚀方法，利用化学湿法刻蚀是各向同性的刻蚀方法，利用化学反应过程去除待刻蚀区域的薄膜材料。通常，反应过程去除待刻蚀区域的薄膜材料。通常，氮化硅、多晶硅、金属以及合金材料采用干氮化硅、多晶硅、金属以及合金材料采用干法刻蚀技术，二氧化硅采用湿法刻蚀技术，法刻蚀技术，二氧化硅采用湿法刻蚀技术，有时金属铝也采用湿法刻蚀技术。通过刻蚀，有时金属铝也采用湿法刻蚀技术。通过刻蚀，或者是形成了图形线条，如多晶硅条、铝条或者是形成了图形线条，如多晶硅条、铝条等，或者是裸露了硅本体，为
232、将来的选择掺等，或者是裸露了硅本体，为将来的选择掺杂确定了掺杂的窗口。杂确定了掺杂的窗口。剿风碌噶睛伟娟芦馋泪派仿栏另丰干万业帧疼禾疥未路彼汰汞亡侯降吓颠SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）干法刻蚀基本分类干法刻蚀基本分类等离子体刻蚀（化学作用）等离子体刻蚀（化学作用）反应离子刻蚀（物理化学作用）反应离子刻蚀（物理化学作用）离子铣刻蚀（物理作用）离子铣刻蚀（物理作用）芽廖苑单冯哩慈瘸洗湘专纷蝶织市羊歼杖宵茧歼帐娃酗府乐惹髓雕晋糊酷SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）等离子体刻蚀等离子体刻蚀一、等离子
233、体刻蚀机理一、等离子体刻蚀机理在低温等离子体中在低温等离子体中，除了含有电子和离子外，还含有大量，除了含有电子和离子外，还含有大量处于处于激发态的游离基激发态的游离基 和和化学性质活泼的中性原子团化学性质活泼的中性原子团。正是利用。正是利用游离基和中性原子团与被刻蚀材料之间的化学反应游离基和中性原子团与被刻蚀材料之间的化学反应，来达到刻，来达到刻蚀的目的蚀的目的。对硅基材料的基本刻蚀原理对硅基材料的基本刻蚀原理对硅基材料的基本刻蚀原理对硅基材料的基本刻蚀原理 是用是用是用是用“硅硅硅硅- -卤卤卤卤”键代键代键代键代替替替替“硅硅硅硅- -硅硅硅硅”键键键键 ，从而产生挥发性的硅卤化合物。，从
234、而产生挥发性的硅卤化合物。，从而产生挥发性的硅卤化合物。，从而产生挥发性的硅卤化合物。终嗡卤令誉谰电严冬找澈忽植击擅目还冒勇兢藤粟茁饶梆挟拆柔获没有芬SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）刻蚀硅基材料时的刻蚀气体有刻蚀硅基材料时的刻蚀气体有CF4、C2F6和和SF6等。其中等。其中最常用的是最常用的是CF4。CF4本身并不会直接本身并不会直接刻蚀硅。等离子体中的高能电子撞击刻蚀硅。等离子体中的高能电子撞击CF4分子使之裂解成分子使之裂解成CF3、CF2、C和和F，这些都是具有极强，这些都是具有极强化学反应性的原子团。化学反应性的原子团。CF4等离子
235、体对等离子体对Si和和SiO2有很高的刻蚀选择比，室温下可有很高的刻蚀选择比，室温下可高达高达50，所以很适合刻蚀，所以很适合刻蚀SiO2上的上的Si或多晶或多晶Si。在在CF4中掺入少量其它气体可改变刻蚀选择比。掺入少量中掺入少量其它气体可改变刻蚀选择比。掺入少量氧气可提高对氧气可提高对Si的刻蚀速率的刻蚀速率；掺入少量氢气则可提高对；掺入少量氢气则可提高对SiO2的刻蚀速率，从而适合刻蚀的刻蚀速率，从而适合刻蚀Si上的上的SiO2。陋棒横褥熙形寝召器造颇皇熟窑莹洞腊掉惧纯埂刊爆齿阵厅饶蜘凶顾兄葬SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）二、等离子体
236、刻蚀反应器二、等离子体刻蚀反应器1、圆筒式反应器、圆筒式反应器这种这种反应器最早被用于去胶，采用的刻蚀气体是反应器最早被用于去胶，采用的刻蚀气体是O2。后来。后来又利用又利用F基气体来刻蚀硅基材料基气体来刻蚀硅基材料。屏蔽筒的作用是避免屏蔽筒的作用是避免晶片与晶片与等离子体接触而产生损伤，同时可使刻蚀均匀。等离子体接触而产生损伤，同时可使刻蚀均匀。Vacuum pumpGas inRF electrodeRFgeneratorWafersQuartz boatWafersReaction chamber挖踩膜桂凶普赚烙潭础静钎筏查倪倪炽廊侧呆审叮星粹垛拓瞒贾阿刮资江SOC材料与工艺2(光刻胶非
237、光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）典型工艺条件典型工艺条件射频频率：射频频率：13.56MHz射频功率：射频功率：300600W工作气体：工作气体：O2（去胶）（去胶）F基（刻蚀基（刻蚀Si、Poly-Si、Si3N4等）等）F基基+H2（刻蚀（刻蚀SiO2等）等）气压（真空度）：气压（真空度）：0.110Torr分辨率：分辨率：2 m馋录烃茫吹鞠爸闺彰褥曾钒匡郡螺园牛嘱枕职镐梅蓬扑仙炮矣腑探贼鞘峭SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）1、为各向同性腐蚀，存在侧向钻蚀，分辨率不高；为各向同性腐蚀，存在侧向钻蚀，分辨率不高；3、
238、均匀性差；、均匀性差；4、不适于刻蚀、不适于刻蚀SiO2和和Al。筒式等离子体刻蚀反应器的筒式等离子体刻蚀反应器的缺点缺点2、负载效应大，刻蚀速率随刻蚀面积的增大而减小；、负载效应大，刻蚀速率随刻蚀面积的增大而减小；即铸壤椰渴谴龙日机孩臣箕蓄粉渊崎怠樟抑阉迫干闸绥肆容氛竣喳堕捣妇SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）2、平板式、平板式反应器反应器射频源射频源阴极阴极阳极阳极气体气体硅片放在阳极上。这种刻蚀硅片放在阳极上。这种刻蚀以以化学刻蚀为主，也有微弱的化学刻蚀为主，也有微弱的物理物理溅射溅射刻蚀作用。离子的能量可以促进原子团与硅片之间的刻蚀作用
239、。离子的能量可以促进原子团与硅片之间的化学反应，提高刻蚀化学反应，提高刻蚀速率，同时使速率，同时使刻蚀具有一定的刻蚀具有一定的各向异性，各向异性，使分辨率有所提高。使分辨率有所提高。翌彩焙算错拎丑搽凳照明侵肾瘤括祭孵偏崭颓术拍粹栅阅赦歼样瓜鞋央迹SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）非挥发性的反应产物在侧壁的淀积也可实现一定程度的各非挥发性的反应产物在侧壁的淀积也可实现一定程度的各向异性向异性刻蚀刻蚀。毛貌践氧桃宰砍馒制祝鳞庇糙沂临乞茄英哥帖逆祖胃匹斌凳匣求躇粹称芦SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）
240、典型工艺条件典型工艺条件典型工艺条件典型工艺条件射频频率：射频频率：射频频率：射频频率：13.56MHz13.56MHz工作气体：工作气体：工作气体：工作气体：F F 基、基、基、基、ClCl 基（可加少量基（可加少量基（可加少量基（可加少量 HeHe、ArAr、HH2 2、OO22等）等）等）等）气压：气压：气压：气压：1010-2-2 1Torr1Torr分辨率：分辨率：分辨率：分辨率：0.50.5 1 1 mm证醉际潭摔你筛享岔空颅辰政栈龋蝇或唁衡挖恩午象诡督珊磅薯肘湛纳绒SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）离子铣刻蚀离子铣刻蚀 又称为又称
241、为离子束溅射刻蚀离子束溅射刻蚀离子束溅射刻蚀离子束溅射刻蚀。离子铣离子铣一、离子溅射刻蚀机理一、离子溅射刻蚀机理一、离子溅射刻蚀机理一、离子溅射刻蚀机理一次溅射一次溅射：入射离子直接将晶格位置上的原子碰撞出来。：入射离子直接将晶格位置上的原子碰撞出来。入射离子以高速撞击固体表面，当传递给固体原子的能量入射离子以高速撞击固体表面，当传递给固体原子的能量超过其结合能（几到几十电子伏特）时，固体原子就会脱离其超过其结合能（几到几十电子伏特）时，固体原子就会脱离其晶格位置而被溅射出来。这是一种晶格位置而被溅射出来。这是一种纯粹的物理过程纯粹的物理过程纯粹的物理过程纯粹的物理过程。二次溅射二次溅射：被入
242、射离子碰撞出来的晶格原子，若具有足够：被入射离子碰撞出来的晶格原子，若具有足够的能量时，可将其它晶格原子碰撞出来。的能量时，可将其它晶格原子碰撞出来。赌灵捆屏酬坑靠磨潍淳抠磁涪握纹村吉瞧峦廓图返默淋扼婆蓟徽氦魄肌轻SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）选择离子的原则选择离子的原则令令，可得，可得，且，且，这时靶原子，这时靶原子可获得最大能量，即可获得最大能量，即。所以为获得最好的溅射效果，。所以为获得最好的溅射效果，应选择入射离子使其质量尽可能接近靶原子。应选择入射离子使其质量尽可能接近靶原子。1、质量、质量质量为质量为M2的靶原子从质量为的靶原子
243、从质量为M1的入射离子获得的能量为的入射离子获得的能量为诉富同腔挞屁栗萤乾眶唁坤校登轧湘绦棚援鹰换思坛得短巡柔邀贡裸妆句SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）2、要求入射离子对被刻蚀材料的影响尽量小、要求入射离子对被刻蚀材料的影响尽量小3、容易获得、容易获得例如，若要对例如，若要对SiO2进行溅射加工，根据要求进行溅射加工，根据要求2与要求与要求3，入射离子应在较为容易获得的惰性气体离子入射离子应在较为容易获得的惰性气体离子Ar+、Kr+和和Xe+中选择，又因中选择，又因Si原子和原子和O2分子的原子量分别是分子的原子量分别是28和和32，而，而A
244、r+、Kr+和和Xe+的原子量分别是的原子量分别是40、84和和131，所以采用，所以采用ArAr+ +离子的效果是最好的。离子的效果是最好的。诡诀茎飞噶日爆稼予核顿担首清瞬暴喳掺训矮慌趾郴宅荫卸征跑肆洪绿韦SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）相对溅射率相对溅射率：在单位离子：在单位离子束电流密度下，单位时间内加束电流密度下，单位时间内加工表面的减薄量，记为工表面的减薄量，记为溅射率与入射角的关系溅射率与入射角的关系溅射率与入射角的关系溅射率与入射角的关系入射角入射角入射角入射角：靶平面法线与入射离子束的夹角，记为：靶平面法线与入射离子束的夹角，
245、记为：靶平面法线与入射离子束的夹角，记为：靶平面法线与入射离子束的夹角，记为。溅射率溅射率：由一个入射离子溅射出来的原子或分子的数目，：由一个入射离子溅射出来的原子或分子的数目，：由一个入射离子溅射出来的原子或分子的数目，：由一个入射离子溅射出来的原子或分子的数目，也称为溅射产率，记为也称为溅射产率，记为也称为溅射产率，记为也称为溅射产率，记为 S S 。溅射率。溅射率。溅射率。溅射率 S S 是入射角是入射角是入射角是入射角的函数。的函数。的函数。的函数。030o60o90o式中，式中，n为被溅射材料的为被溅射材料的原子密度。原子密度。谎失采相彤逢沈彰侍翼卷洱朗废辗薯慎终神采抄秒烷钻旷逮蛆饰
246、具授够托SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）溅射率与离子能量的关系溅射率与离子能量的关系式中，式中，V0为临界电压，对金属靶约为为临界电压，对金属靶约为25V。入射离子能量更高时，离子将进入固体内较深的区域，这入射离子能量更高时，离子将进入固体内较深的区域，这时表面溅射反而减小，成为时表面溅射反而减小，成为离子注入离子注入。妹点幽挽渴投矫馆撩偿催羔何耕匪冯例寂然闸犊钳甘二立扼丰款堤虑烽区SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）几种常用材料的相对溅射率几种常用材料的相对溅射率（条件：（条件：Ar+，1kV
247、，1mA/cm2，510-5Torr，单位，单位nm/min）Si:36，GaAs:260，SiO2(热氧化热氧化):42，Al:44，Au:160，Cr:20，KTER:39，AZ1350:60，PMMA:84，上述数据说明，上述数据说明，离子溅射的选择比很差。离子溅射的选择比很差。离子溅射的选择比很差。离子溅射的选择比很差。国蚜柴鞍哩屿拨渺降挪痪倾韧拱醒哑踢愿软宰住连凶唯洲雏骨束将拓锐仅SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）2 2、掩模方式离子束溅射刻蚀、掩模方式离子束溅射刻蚀、掩模方式离子束溅射刻蚀、掩模方式离子束溅射刻蚀通常采用光刻胶作掩模
248、。有两种类型的刻蚀装置。通常采用光刻胶作掩模。有两种类型的刻蚀装置。(1)离子源与加工室分离的，如考夫曼型，离子源气压为离子源与加工室分离的，如考夫曼型，离子源气压为10-210-4Torr，加工室气压为，加工室气压为10-510-7Torr。(2)离子源与加工室一体的，如射频型，气离子源与加工室一体的，如射频型，气压为压为10-2Torr。二、离子束溅射刻蚀装置二、离子束溅射刻蚀装置1、聚焦方式离子束溅射刻蚀、聚焦方式离子束溅射刻蚀设备的基本原理与聚焦离子束曝光装置相同，离子源通常设备的基本原理与聚焦离子束曝光装置相同，离子源通常采用采用LMIS。也可采用等离子体型，离子通常用。也可采用等离
249、子体型，离子通常用Ar+。优点优点：无需掩模与光刻胶，刻蚀深度范围大。无需掩模与光刻胶，刻蚀深度范围大。缺点缺点：刻蚀效率低，设备复杂昂贵。刻蚀效率低，设备复杂昂贵。雇称捣费畸泛椅樱摊钒馏毒包孕晨汁视永拿真轮屎改豺镐犹时铝奸堪结聋SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）接地电极（阳极）接地电极（阳极）等离子体区（亮区）等离子体区（亮区）电位降区（暗区）电位降区（暗区）浮空电极（阴极）浮空电极（阴极）射频发生器射频发生器工作原理（以射频型为例）工作原理（以射频型为例）爪瓤钦睦柑舔隔齿预宦料孟灿辨族狸典化捂恨氛勾纶等舒杭卡南乾害抨剿SOC材料与工艺2(光
250、刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）典型工艺条件典型工艺条件射频频率：射频频率：13.56MHz直流偏压：直流偏压：503000V工作气体（离子）：工作气体（离子）：Ar气压（真空度）：约气压（真空度）：约10-2Torr分辨率：分辨率：0.1 m谗滔腮野诬扼汉八口卜墨喀逢禽玫慈鸽嫡虞绣药盆暂菇稠束酞争胚碱径嗽SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）三、离子束溅射刻蚀的特点三、离子束溅射刻蚀的特点优点优点1、入射离子有很强的方向性，为各向异性刻蚀，无侧向、入射离子有很强的方向性，为各向异性刻蚀，无侧向钻蚀，刻蚀分辨率高；钻蚀
251、，刻蚀分辨率高；2、能刻蚀任何材料，一次能刻蚀多层材料；、能刻蚀任何材料，一次能刻蚀多层材料；3、刻蚀在高真空中进行，刻蚀过程不易受、刻蚀在高真空中进行，刻蚀过程不易受污染。污染。溺侍堤歧侠厩欺对藕胚撇霜掖岸烬据俐拱株奋瑚的鸵诀溺哗耍捉敝洒晾李SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）缺点缺点1、选择比差、选择比差对不同材料的刻蚀速率的差别小于对不同材料的刻蚀速率的差别小于3倍，对光刻胶及下层倍，对光刻胶及下层材料的选择比常接近于材料的选择比常接近于1:1，甚至对光刻胶的刻蚀速率更快，甚至对光刻胶的刻蚀速率更快。选择比差的后果是，第一，当采用掩模方式时
252、，刻蚀深度受到选择比差的后果是，第一，当采用掩模方式时，刻蚀深度受到限制；第二，刻蚀终点难以控制，容易损伤下层材料。限制；第二，刻蚀终点难以控制，容易损伤下层材料。2、刻蚀速度慢，效率低、刻蚀速度慢，效率低皱白君氰出垒部究血特嘶帜镑雌饭拂慕馈碾乓兑族攘哄负陈软滇诬扑冶秋SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）4、有再淀积效应、有再淀积效应3、有侧向刻蚀、有侧向刻蚀5、图形边缘出现沟槽、图形边缘出现沟槽拖磋悦肖挪腊怀无逝孵讹汇峰刽釜漱瞻鲍感扬楼猩葵勒吟衔纵术溉潜带兴SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）简称
253、为简称为RIE，但是其更恰当的名称应该是离子辅助刻蚀。，但是其更恰当的名称应该是离子辅助刻蚀。反应离子刻蚀反应离子刻蚀反应离子刻蚀反应离子刻蚀装置可分为平板式与六角形式。与平板式装置可分为平板式与六角形式。与平板式等等离子体刻蚀相比，离子体刻蚀相比，区别是将硅片放在阴极上，而区别是将硅片放在阴极上，而等离子体刻蚀等离子体刻蚀是将硅片放在阳极上是将硅片放在阳极上。与离子铣刻蚀相比，区别是要通入腐蚀。与离子铣刻蚀相比，区别是要通入腐蚀性气体如性气体如Cl基、基、F基气体，而离子铣刻蚀用的是惰性气体。基气体，而离子铣刻蚀用的是惰性气体。阴极阴极多孔阳极多孔阳极射频源射频源气体气体湃斧哆怜坡莲彬即坚苯
254、急肮卯造赞逃孤渣图砍密咱乖依疵咽友德历龋诬滚SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）反应离子刻蚀具有等离子体刻蚀的刻蚀速率快的优点，而反应离子刻蚀具有等离子体刻蚀的刻蚀速率快的优点，而且比等离子体刻蚀还要快，同时又具有离子铣刻蚀的各向异性且比等离子体刻蚀还要快，同时又具有离子铣刻蚀的各向异性因而分辨率高的优点。因而分辨率高的优点。离子的轰击起到了多种作用。离子轰击提供的能量提高了离子的轰击起到了多种作用。离子轰击提供的能量提高了表面层的化学活性；离子轰击可使反应气体更容易穿透表面的表面层的化学活性；离子轰击可使反应气体更容易穿透表面的阻碍物而达到反应
255、层；阻碍物而达到反应层；此外还有轻微的物理此外还有轻微的物理溅射刻蚀溅射刻蚀作用。由作用。由于于离子轰击的方向性，遭受离子轰击的底面比未遭受离子轰击离子轰击的方向性，遭受离子轰击的底面比未遭受离子轰击的侧面的刻蚀要快得多。的侧面的刻蚀要快得多。当使用某些混合气体如当使用某些混合气体如BCl3、CCl4、SiCl4，反应过程会，反应过程会在侧壁上形成保护性的聚合物薄膜，进一步提高了各向异性。在侧壁上形成保护性的聚合物薄膜，进一步提高了各向异性。甚余至拢伙朽号苞褐陶谢摄冈齐四榴俊卓什胯皂锭掏尝者筒蔗绰翰氯线决SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）典型工
256、艺条件典型工艺条件射频频率：射频频率：13.56MHz工作气体：工作气体：Cl基、基、F基基气压：气压：10-110-3Torr分辨率：分辨率：0.10.2 m刻蚀速率：刻蚀速率：100200nm/min葵桓类花幅升抵板掠尧晒珍盂惩帖锥路隋凤裙具坐爆光锋指欣画敝倦琼痉SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）高密度等离子体（高密度等离子体（HDP）刻蚀）刻蚀提高提高刻蚀速率的方法之一是提高刻蚀速率的方法之一是提高等离子体的密度。若对等离子体的密度。若对等等离子体施加额外的电场与磁场，可以急剧增加自由电子的碰离子体施加额外的电场与磁场，可以急剧增加自由电
257、子的碰撞撞几率几率，在相同或者更低的气压与功率下增加离化率，从而提高，在相同或者更低的气压与功率下增加离化率，从而提高等离子体的密度。等离子体的密度。最早用于刻蚀的高密度等离子体是最早用于刻蚀的高密度等离子体是电子回旋共振电子回旋共振等离子体等离子体（ECR），而现在用得最多），而现在用得最多的是电的是电感耦合感耦合等离子体等离子体（ICP）。）。高密度等离子体能够提供高浓度低能量的离子，因而能在高密度等离子体能够提供高浓度低能量的离子，因而能在提高刻蚀速率的同时，减少刻蚀时的沾污，降低刻蚀损伤。提高刻蚀速率的同时，减少刻蚀时的沾污，降低刻蚀损伤。智捏雍袍召甥葫碎颗积租连衷塑妙收艰佰嚷婿妨即炭
258、要幼来哪苟啄岳泅但SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）剥离技术剥离技术剥离工艺可用于制造剥离工艺可用于制造IC的金属互连线。的金属互连线。曝光曝光显影显影淀积金属淀积金属去胶去胶 剥离工艺中，当采用正胶时，获得的金属图形与掩模版上剥离工艺中，当采用正胶时，获得的金属图形与掩模版上的图形相反，这与采用负胶及刻蚀工艺所得到的结果的图形相反，这与采用负胶及刻蚀工艺所得到的结果相同。相同。炸市驭钉婆限赖儡速王浪摈碾纱镣郊复痕事额烂森亲需只数斗宋辨赚傈泉SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）光刻胶的剖面轮廓有光
259、刻胶的剖面轮廓有顶切式顶切式、底切式底切式 和和直壁式直壁式 三种。三种。对于剥离工艺，为了使有胶区和无胶区的金属薄膜很好地对于剥离工艺，为了使有胶区和无胶区的金属薄膜很好地分离，希望获得底切式的轮廓分离，希望获得底切式的轮廓。对。对PMMA正性光刻胶在采取正性光刻胶在采取双层胶技术或氯苯浸泡等一些特殊措施后双层胶技术或氯苯浸泡等一些特殊措施后，可以形成底切式，可以形成底切式，而且胶膜较厚，所以在剥离工艺中常采用而且胶膜较厚，所以在剥离工艺中常采用PMMA胶。胶。顶切式顶切式底切式底切式直壁式直壁式蚕链侦挚厉氓绪进煮巩辛蝶碾区茎朗斡勃第斜伎聘诬诗昆对吞汇疚睡袱帜SOC材料与工艺2(光刻胶非光学
260、光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）物理刻蚀为各向异性，无钻蚀，分辨率好；物理刻蚀为各向异性，无钻蚀，分辨率好；化学刻蚀为各向同性，有钻蚀，分辨率差。化学刻蚀为各向同性，有钻蚀，分辨率差。物理刻蚀的选择比小；化学刻蚀的选择比大。物理刻蚀的选择比小；化学刻蚀的选择比大。可以通过调节工作气体的种类、气压、电极方式和电压等可以通过调节工作气体的种类、气压、电极方式和电压等来控制刻蚀剖面的形状和选择比。来控制刻蚀剖面的形状和选择比。小结小结磨换逊厦拨盐萧隔低啪域私孤娃者趾颈豌侥喊弘冕伸晕弘版能幂浸蔽沫僚SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）
261、1、工作气体、工作气体若只采用若只采用Ar等惰性气体，则发生纯物理的溅射刻蚀；若只等惰性气体，则发生纯物理的溅射刻蚀；若只采用采用F基、基、Cl基等活泼气体基等活泼气体，则发生纯化学的等离子体刻蚀，则发生纯化学的等离子体刻蚀。而混合气体的刻蚀速率远大于两类单一气体刻蚀速率之和。而混合气体的刻蚀速率远大于两类单一气体刻蚀速率之和。2 2、气压气压气压越低，物理作用越强；气压越高，化学作用越强。气压越低，物理作用越强；气压越高，化学作用越强。33、电极电极若晶片置于阴极，则物理作用较强；若晶片置于阳极，则若晶片置于阴极，则物理作用较强；若晶片置于阳极，则物理作用较弱；在圆物理作用较弱；在圆筒式反应
262、器中，筒式反应器中，晶片不置于电极上，则无晶片不置于电极上，则无物理作用。物理作用。4、电压、电压电压越高，物理作用越强；电压越低，物理作用越弱。电压越高，物理作用越强；电压越低，物理作用越弱。吃蹿敌喷该博尽适粮慨识捂霜韭疥尸精签思介构女乔豪劫备图万夏栅党廊SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）各种干法刻蚀方法比较各种干法刻蚀方法比较 圆筒式圆筒式 平板式平板式 反应离子反应离子 离子铣离子铣 工作气体工作气体CF4 、O2 等等CF4、CCl4、Ar 等等 同左同左 Ar 气体压力气体压力 (Torr) 10-1 10 10-2 1 10-2 1
263、0-1 10-5 10-4 晶片放置晶片放置 屏蔽筒内屏蔽筒内 阳极阳极 阴极阴极 阴极阴极 刻蚀机理刻蚀机理 化学化学 化学化学 + 少量物理少量物理化学化学 + 物理物理 物理物理分辨率分辨率( m) 2 0.5 0.2 0.1 钻蚀钻蚀 有有 小小 基本无基本无 无无 损伤损伤 无无 小小 中中 大大 选择比选择比 大大 较大较大 中中 小小 刻蚀速率刻蚀速率 中中 快快 很快很快 慢慢贴毯雷童咱优僳逗癣板颓晶惧季窘搔勋淋塔早音江懒钒皋脯夺思妻俞荷馅SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）虽然，光刻和刻蚀是两个不同的加工工艺，虽然，光刻和刻蚀是两个不同的加工工艺，但因为这两个工艺只有连续进行，才能完但因为这两个工艺只有连续进行，才能完成真正意义上的图形转移。在工艺线上，成真正意义上的图形转移。在工艺线上，这两个工艺是放在同一工序，因此，有时这两个工艺是放在同一工序，因此，有时也将这两个工艺步骤统称为光刻。也将这两个工艺步骤统称为光刻。纂抛芬秋澈荫卜剩骗淬承影怜菠炊蒙村抵匈纵裁宾蓄估最淡绩南漳担抡万SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）SOC材料与工艺2(光刻胶非光学光刻刻湿）
