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1、第六章第六章 光刻工艺光刻工艺一、光刻的定义一、光刻的定义：光刻是一种图形复光刻是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精密表面加工印和化学腐蚀相结合的精密表面加工技术。技术。二、光刻的目的二、光刻的目的：光刻的目的就是在光刻的目的就是在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩膜版二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩膜版完全对应的几何图形，从而实现选择性扩完全对应的几何图形，从而实现选择性扩散和金属薄膜布线的目的。散和金属薄膜布线的目的。三、工艺流程：三、工艺流程：以负胶为例来说明这八个步骤，一般可分以负胶为例来说明这八个步骤，一般可分为：为：打底膜打底膜-涂胶涂胶-前烘前烘-曝光曝光-显影显影- - 后烘后烘-
2、腐蚀腐蚀-去胶。去胶。打底膜（六甲基二硅亚胺打底膜（六甲基二硅亚胺HMDSHMDS）六甲基二硅亚胺HMDS反应机理SiO2SiO2OHOH(CH3) 3SiNHSi(CH3) 3O-Si(CH3) 3O-Si(CH3) 3+NH3曝光有多种方法：光学曝光就可分为接触式、接近式、投影式、直接分步重复曝光。此外，还有电子束曝光和X射线曝光等。曝光时间、氮气释放、氧气、驻波和光线平行度都是影响曝光质量曝光方法曝光方法2 2 光刻质量要求与分析光刻质量要求与分析一、光刻的质量要求光刻的质量要求： 光刻的质量直接影响到器件的性能，成品光刻的质量直接影响到器件的性能，成品率和可靠性。对其有如下要求，刻蚀的
3、图形率和可靠性。对其有如下要求，刻蚀的图形完整性好，尺寸准确，边缘整齐，线条陡直；完整性好，尺寸准确，边缘整齐，线条陡直；图形内无针孔，图形外无小岛，不染色；硅图形内无针孔，图形外无小岛，不染色；硅片表面清洁，无底膜；图形套刻准确。片表面清洁，无底膜；图形套刻准确。光刻胶的质量和放置寿命(6个月).颗粒0.2 m, 金属离子含量很少化学稳定, 光/热稳定度粘度二、光刻的质量分析二、光刻的质量分析：（1）影响分辨率的因素：）影响分辨率的因素：A A、光刻掩膜版与光刻胶的接触光刻掩膜版与光刻胶的接触; ;B B、曝光光线的平行度曝光光线的平行度; ;C C、掩膜版的质量和套刻精度直接影响光刻精掩膜
4、版的质量和套刻精度直接影响光刻精度度; ;D D、小图形引起逛衍射小图形引起逛衍射; ;E E、光刻胶膜厚度和质量的影响：光刻胶膜厚度和质量的影响：F F、曝光时间的影响曝光时间的影响：（2）针孔）针孔（3）小岛）小岛（4）浮胶）浮胶（5 5）毛刺、钻蚀）毛刺、钻蚀G、衬底反射影响：H、显影和刻蚀的影响：3 光刻胶光刻胶光刻胶的分类和光刻胶的质量要求。光刻胶的分类和光刻胶的质量要求。一、一、正胶和负胶：正胶和负胶：根根根根据据据据光光光光刻刻刻刻胶胶胶胶在在在在曝曝曝曝光光光光前前前前后后后后溶溶溶溶解解解解特特特特性性性性的的的的变变变变化化化化，可将分为正胶和负胶。可将分为正胶和负胶。可将
5、分为正胶和负胶。可将分为正胶和负胶。正胶：曝光前不可溶，曝光后正胶：曝光前不可溶，曝光后正胶：曝光前不可溶，曝光后正胶：曝光前不可溶，曝光后 可溶可溶可溶可溶负胶：曝光前负胶：曝光前负胶：曝光前负胶：曝光前 可溶，曝光后不可溶可溶，曝光后不可溶可溶，曝光后不可溶可溶，曝光后不可溶二、光刻胶的感光机理二、光刻胶的感光机理聚乙烯醇肉桂聚乙烯醇肉桂酸酯酸酯 KPRKPR胶的胶的光交联光交联( (聚合聚合) )1.1.负性胶由光产负性胶由光产生交联生交联常用负胶有聚肉桂酸酯类、聚酯类和聚烃类,2.2.正性胶正性胶由光产生由光产生分解分解胶衬底胶衬底胶衬底掩膜曝光胶衬底显影负胶正胶聚乙烯醇肉桂酸酯 KP
6、R常用负胶有聚肉桂酸酯类、聚酯类和聚烃类DNQ-酚醛树脂光刻胶的化学反应(光活泼化合物)O=S=OORO=S=OORN2oo(1)(2)h-N2重新排列O=S=OORO=S=OORcoOHco(4)(3)+H2O（1）感光度感光度 （2）分辨率分辨率（3）抗蚀性抗蚀性（4）粘附性粘附性（5）针孔密度针孔密度（6）留膜率留膜率（7）性能稳定性能稳定三、光刻胶的性能指标光刻胶的性能指标 4 光刻技术简介光刻技术简介紫外光为光源的曝光方式:接触式曝光、接近式曝光、投影式曝光三种其他曝光方式:X射线曝光、电子束曝光、直接分步重复曝光、深紫外线曝光。一、接触式曝光bb由于掩膜版与硅片相接触磨损，是掩膜版
7、的寿命降低。接近式曝光是以牺牲分辨率来延长了掩膜版的寿命大尺寸和小尺寸器件上同时保持线宽容限还有困难。另外，与接触式曝光相比，接近式曝光的操作比较复杂。二、接近式曝光k避免了掩膜版与硅片表面的摩擦，延长了掩膜版的寿命。k掩膜版的尺寸可以比实际尺寸大得多，克服了小图形制版的困难。k消除了由于掩膜版图形线宽过小而产生的光衍射效应，以及掩膜版与硅片表面接触不平整而产生的光散射现象。三、投影式曝光投影式曝光投影式曝光虽有很多优点，但由于光刻设备中许多镜头需要特制，设备复杂四、四、X X射线曝光（射线曝光（420埃）基本要求：一、材料的形变小，这样制成的图形尺寸及其相对位置的变化可以忽略。二、要求掩膜衬
8、底材料透X光能力强，而在它上面制作微细图形的材料透X光能力差，这样在光刻胶上可获得分辨率高的光刻图形。五、电子束曝光 电子束曝光的特点：b电子束曝光的精度较高。电子束的斑点可以聚焦的很小，而且聚焦的景深很深，可用计算机控制，精度远比肉眼观察要高。b电子束曝光改变光刻图形十分简便。电子束曝光机是把各次曝光图形用计算机设计图形就只要重新编程。 b电子束曝光不要掩膜版。b电子束曝光设备复杂，成本较高。制作掩膜版三个独特的优点：三个独特的优点：（1）它是通过缩小投影系统成像的，因而可以提高分辨率。用这种方法曝光，分辨率可达到11.5微米；（2）不要1:1精缩掩膜，因而掩膜尺寸大，制作方便。由于使用了缩
9、小透镜，原版上的尘埃、缺陷也相应的缩小，因而减小了原版缺陷的影响；六、直接分步重复曝光六、直接分步重复曝光分步重复曝光光学原理图分步重复曝光光学原理图bb（3 3）由于采用了逐步对准技术可补偿硅片尺）由于采用了逐步对准技术可补偿硅片尺寸的变化，提高了对准精度。逐步对准的方法寸的变化，提高了对准精度。逐步对准的方法 也可以降低对硅片表面平整度的要求。也可以降低对硅片表面平整度的要求。七、深紫外线曝光七、深紫外线曝光bb “深紫外光”大致定义为180nm到330nm间的光谱能量。它进一步分为三个光带：200nm到260nm；260nm到285nm以及285nm到315nm。bb几种实用的光刻胶配方
10、。bbPMMA对210nm到260nm的紫外光有感光性，感光性最佳的紫外光光谱约为220nm；bbPMIK的紫外光感光光谱为220nm到330nm，峰值光谱约为190nm和285nm。bbAZ240系列光刻胶的感光光谱为240nm到310nm，峰值光谱约为248nm、300nm、315nm。bbODVR系列光刻胶的感光光谱为200nm到315nm，峰值光谱为230nm、280nm、300nm。远紫外光作为曝光方法通常有两种：对准曝光和泛光曝光(不必对准)。s s泛光曝光：该工艺又被称为“多层抗蚀剂技术”，它同时使用深紫外光和标准紫外光的抗蚀剂。深紫外光的抗蚀剂直接被甩到晶片上，填满所有的空隙，留下平坦的表面。然后在上面甩上第二层胶。(第二层胶一般为正胶)。上面一层的抗蚀剂在步进光刻机用普通掩膜对准方式曝光，然后显影，这就会在深紫外光抗蚀剂上形成一层“共形”掩膜，所以不用再进行掩膜对准。然后带有共形掩膜的硅片在远紫外光下曝光，进一步处理，最后得到了分辨率相当高的线条和间隙结构图形。八、各种曝光方式的比较八、各种曝光方式的比较
