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1、Photolithography为什么要“重点研讨光刻？半导体工艺的不断提高由光刻工艺决议半导体工艺的不断提高由光刻工艺决议为什么要“重点研讨光刻？业界之前所预测的光刻技术开展道路图业界之前所预测的光刻技术开展道路图光刻概述Photolithography暂时性地涂覆光刻胶到硅片上性地涂覆光刻胶到硅片上转移移设计图形到光刻胶上形到光刻胶上IC制造中最重要的工制造中最重要的工艺占用占用40to50%芯片制造芯片制造时间决决议着芯片的最小特征尺寸着芯片的最小特征尺寸光刻技术的原理光刻的根本原理光刻的根本原理:是利用光致抗蚀剂或称光刻胶感光后因光化学是利用光致抗蚀剂或称光刻胶感光后因光化学反响而构成
2、耐蚀性的特点，将掩模板上的图形刻制到被反响而构成耐蚀性的特点，将掩模板上的图形刻制到被加工外表上。加工外表上。光刻工序1、清洗硅片WaferClean去除去除污染物染物去除去除颗粒粒减少减少针孔和其它缺孔和其它缺陷陷提高光刻胶黏附性提高光刻胶黏附性根本步根本步骤化学清洗化学清洗漂洗漂洗烘干烘干清洗硅片WaferClean化学清洗漂洗烘干2、预烘和底胶涂覆Pre-bakeandPrimerVapor预烘：烘：脱水烘焙脱水烘焙去除去除圆片外表的潮气片外表的潮气加加强光刻胶与外表的黏附性光刻胶与外表的黏附性通常大通常大约100C与底胶涂覆合并与底胶涂覆合并进展展底胶涂覆：底胶涂覆：加强光刻胶加强光刻
3、胶(PR)和圆片外表的黏附性和圆片外表的黏附性广泛运用广泛运用:(HMDS)六甲基二硅胺六甲基二硅胺在在PR旋转涂覆前旋转涂覆前HMDS蒸气涂覆蒸气涂覆PR涂覆前用冷却板冷却圆片涂覆前用冷却板冷却圆片预烘和底胶蒸气涂覆3、光刻胶涂覆PhotoresistCoating圆片放置在真空卡盘上圆片放置在真空卡盘上高速旋转高速旋转液态光刻胶滴在圆片中心液态光刻胶滴在圆片中心光刻胶以离心力向外扩展光刻胶以离心力向外扩展均匀涂覆在圆片外表均匀涂覆在圆片外表实验室匀胶机PhotoresistSpinCoaterEBR: Edge bead removal边缘修复滴胶光刻胶吸回PhotoresistSpinC
4、oatingEdgeBeadRemovalReadyForSoftBake4、前烘SoftBake蒸发光刻胶中的溶剂蒸发光刻胶中的溶剂溶剂能使涂覆的光刻胶更薄溶剂能使涂覆的光刻胶更薄但吸收热量且影响光刻胶的黏附但吸收热量且影响光刻胶的黏附性性过多的烘烤使光刻胶聚合，感光过多的烘烤使光刻胶聚合，感光灵敏度变差灵敏度变差烘烤不够影响黏附性和曝光烘烤不够影响黏附性和曝光BakingSystems5、对准Alignment对准方法：准方法：a、预对准，准，经过硅片上的硅片上的notch或者或者flat进展激光自展激光自动对准准b、经过对准准标志，位于切割槽志，位于切割槽上。另外上。另外层间对准，即套刻
5、精度准，即套刻精度,保保证图形与硅片上曾形与硅片上曾经存在的存在的图形之形之间的的对准。准。6、曝光Exposure曝光方法：曝光方法：a、接触式曝光、接触式曝光 ContactPrinting 掩膜板掩膜板直接与光刻胶直接与光刻胶层层接触。接触。b、接近式曝光、接近式曝光 ProximityPrinting 掩膜掩膜板与光刻胶板与光刻胶层层的略微分开，大的略微分开，大约为约为1050m。c、投影式曝光、投影式曝光 ProjectionPrinting 。在。在掩膜板与光刻胶之掩膜板与光刻胶之间间运用透运用透镜镜聚集光聚集光实实现现曝光。曝光。d、步、步进进式曝光式曝光(Stepper)曝光中
6、最重要的两个参数是：曝光中最重要的两个参数是：1.曝光能量曝光能量Energy2.焦距焦距Focus假设能量和焦距调整不好，就不能得到要求假设能量和焦距调整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的图形。表现为图形的关键的分辨率和大小的图形。表现为图形的关键尺寸超出要求的范围尺寸超出要求的范围7、后烘PostExposureBakea、减少驻波效应、减少驻波效应b、激发化学加强光刻胶的、激发化学加强光刻胶的PAG产产生的酸与光刻胶上的维护基团发生的酸与光刻胶上的维护基团发生反响并移除基团使之能溶解于生反响并移除基团使之能溶解于显影液显影液8、显影Development显影液溶影液溶剂溶解掉光刻胶中溶
7、解掉光刻胶中软化化部分部分从掩膜版从掩膜版转移移图形到光刻胶上形到光刻胶上三个根本步三个根本步骤:显影影漂洗漂洗枯燥枯燥DevelopmentProfiles9、坚膜HardBake1.完全蒸发掉光刻胶里面的溶剂完全蒸发掉光刻胶里面的溶剂2.坚膜，以提高光刻胶在离子注入或刻蚀坚膜，以提高光刻胶在离子注入或刻蚀中维护下外表的才干中维护下外表的才干3.进一步加强光刻胶与硅片外表之间的黏进一步加强光刻胶与硅片外表之间的黏附性附性4.减少驻波效应减少驻波效应StandingWaveEffect)烘烤缺乏烘烤缺乏Underbake减弱光刻胶的强度抗刻蚀才干和离子注入减弱光刻胶的强度抗刻蚀才干和离子注入中
8、的阻挠才干；降低针孔填充才干中的阻挠才干；降低针孔填充才干GapfillCapabilityfortheneedlehole；降低与基底的黏附才干。烘烤过度；降低与基底的黏附才干。烘烤过度Overbake引起光刻胶的流引起光刻胶的流动，使图形精度降低，分辨率变差。动，使图形精度降低，分辨率变差。10、图形检测PatternInspection1.对准问题：对准问题：重叠和错位，掩膜旋转，重叠和错位，掩膜旋转，圆片旋转，圆片旋转，X方向错位，方向错位，Y方向错位方向错位2.临界尺寸临界尺寸3.外表不规那么：外表不规那么：划痕、针孔、瑕疵和污划痕、针孔、瑕疵和污染物染物临界尺寸CriticalDi
9、mension集成电路工艺所采用的光刻技术主流光刻技主流光刻技术:248nmDUV技技术KrF准分子激光准分子激光-0.10um特征尺寸特征尺寸193nmDUV技技术ArF准分子激光准分子激光-90nm特征尺寸特征尺寸193nm沉浸式技沉浸式技术ArF准分子激光准分子激光-65nm特征尺寸特征尺寸新一代的替代光刻技新一代的替代光刻技术:157nmF2EUV光刻光刻紫外紫外线光刻光刻电子束投影光刻子束投影光刻X射射线光刻光刻离子束光刻离子束光刻纳米印制光刻米印制光刻当22nm工艺节点降临之时，又将要会采用什么样的光刻工艺呢？为什么22nm节点之后光刻就这么难？由上图可知高频光的能量较高，低频光的
10、能量较低，由上图可知高频光的能量较高，低频光的能量较低，在工艺尺寸一再减小的根底上，可见光曾经不能很在工艺尺寸一再减小的根底上，可见光曾经不能很好的完成光刻任务了！好的完成光刻任务了！听听来自工业界的声音！2019年国际固态电路会议(ISSCC2019)上，IBM,台积电等厂商均表示将继续在22/20nm节点制程运用平面构造的体硅晶体管工艺，光刻技术方面，22/20nm节点主要几家芯片厂商也将继续运用基于193nm液浸式光刻系统的双重成像doublepatterning技术。不过固态电路协会的另外一位重要成员Intel那么继续坚持沉默。最为活泼的193nm浸入式光刻浸入式光刻技术与传统光刻技术
11、的比较浸入式光刻技术与传统光刻技术的比较最为活泼的193nm浸入式光刻在传统的光刻技术中，其镜头与光刻胶之间的介质是空气，而所谓浸入式技术是将空气介质换成液体。实践上，浸入式技术利用光经过液体介质后光源波长缩短来提高分辨率，其缩短的倍率即为液体介质的折射率。例如，在193nm光刻机中，在光源与硅片光刻胶之间参与水作为介质，而水的折射率约为1.4，那么波长可缩短为193/1.4=132nm。容易知道波长减少，能量添加！前景光明的EUV极端远紫外光刻EUV是目前距适用是目前距适用话话最近的一种深最近的一种深亚亚微米的光刻技微米的光刻技术术。他依然采用前面提到的分步投影光刻系他依然采用前面提到的分步
12、投影光刻系统统，只是改，只是改动动光源的光源的波波长长，即采用波，即采用波长长更短的更短的远远紫外紫外线线。采用的。采用的EUV进进展光刻的展光刻的主要主要难难点是很点是很难难找到适宜的制造掩膜版的找到适宜的制造掩膜版的资资料和光学系料和光学系统统。EUV技术技术前景光明的EUV极端远紫外光刻EUV极端远紫外光所处的位置极端远紫外光所处的位置上图中，我们可以明确看到上图中，我们可以明确看到EUV极端远紫外光在光谱中的极端远紫外光在光谱中的位置，这是一种波长极短的光刻技术，其曝光波长大约为位置，这是一种波长极短的光刻技术，其曝光波长大约为13.5nm。按照目前实际上以为的波长与蚀刻精度关系，。按
13、照目前实际上以为的波长与蚀刻精度关系，EUV技技术可以蚀刻出术可以蚀刻出5nm以下工艺的晶体管。以下工艺的晶体管。前景光明的EUV极端远紫外光刻EUV光刻技术正在飞速开展光刻技术正在飞速开展前景光明的EUV极端远紫外光刻虽然业界一再强调EUV的技术,我们有理由置信，EUV极端远紫外光刻将是未来纳米级光刻技术的主流工艺，而不断沉默不语的Intel能否曾经运用了这种技术呢？Intel巨巨资资开开发发的的IntelsMicroExposureTool MET 其实各大厂商曾经开场为EUV规划！IMEC开发的开发的EUValphademonstrationtool台积电公司订购台积电公司订购ASML公
14、司极紫外光刻系统公司极紫外光刻系统TwinscanNXE3100其实各大厂商曾经开场为EUV规划！EUV技技术术在在Intel的的实战实战中中获获得成果得成果光刻技术面临的困难与挑战光刻技术面临的困难与挑战32纳米纳米内容概要光学掩膜版图形分辨率加强光学掩膜版图形分辨率加强技术的研发和后光学成像技技术的研发和后光学成像技术掩膜版的制造术掩膜版的制造控制图形的对准，线宽和缺陷，使用亚分辨率辅助图形技术；掌握曝光过程中缺陷的产生；制订193nm工艺平台上实现小于45纳米半间距线宽工艺图形所需掩膜版的放大倍率，并研发基于小像场使用的补偿模式；制造用于后光学成像技术的1倍五缺陷膜版成本控制和投资回报成
15、本控制和投资回报控制设备、工艺的投入产出比，制造成本可接受且适用的光学掩膜版和用于后光学成像技术的掩膜版；合理调配资源，杜绝浪费，研发450mm硅片生产设备工艺控制工艺控制控制栅电极的线宽变化4nm，研发新的图形对准技术11nm；控制线宽边缘粗糙度表现；控制测量引入线宽变化和缺陷50nm；采用更精确的光刻胶模型，采用更精确的OPC模型，并基于光学极化效应确认其表现；控制并校正光刻设备的光散射，尤其针对极紫外线光刻设备；采用利于光刻工艺的设计和成产要求优化的设计方案沉浸式光刻技术沉浸式光刻技术控制沉浸式光刻技术生产中产生的缺陷、研发、优化光刻胶的组成，使之具备和液体以及顶部疏水层良好的兼容性，研
16、发折射率1.8的光刻胶；折射率1.65的浸没液体以及折射率1.65的光学镜头材料极紫外线光刻技术极紫外线光刻技术制造低缺陷密度的掩膜基板；研发功率115瓦的光源系统以及长寿命低损耗的光学部件；研发线宽边缘粗糙度3nm，感光灵敏度10ml/cm2；分辨率40纳米半间距线宽工艺图形的光刻胶；制造0.01nm均方根误差和小于10%本征光散射的光学部件；控制光学部件的污染，研究不使用有机保护薄膜的掩膜版保护；研究与光学成像工艺生产设备的兼容性但一切还远没有终了!据Intel表示，11nm制程节点上该公司的光刻技术将采用多种光刻工艺互补混搭的战略，将193nm沉浸式光刻技术与EUV,无掩模光刻maskless等技术混合在一同来满足11nm制程的需求。从Intel的方案道路图，我们可以看出，未来的11nm工艺能够会是多种工艺技术的混合运用，以便到达更加杰出的效果！THANKYOU!
