浅议光刻工艺

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1、浅议光刻工艺摘要：光刻是半导体器件制造工艺中的一个重要步骤，该步骤利用曝光和显影在光刻胶M上刻画几何图形结构，然后通过刻蚀工艺将光掩模上的图形转移到衬底上。这里所说的衬底不仅包含硅晶圆，还可以是其他金展层、介质层，例如玻璃、SOS中的蓝宝石。传统的光刻技术是一种利用类似于照相复制的曝光与刻蚀相结合的技术，通过曝光和显影工序把集成电光刻掩模版的版图图形转移到光刻胶上，然后通过刻蚀工艺再转移到基片（如硅片）上，在基片表面生成微、纳米尺度的集成电路图形M。其他微、纳米加工领域也都借用半导体集成电路的工艺技术，尤其利用光刻技术实

2、现微、纳米尺度的制造。微纳加工，光刻，半导体一.光刻的主要过程首先，在涂抹光刻胶之前，硅衬底一般需要进行预处理。一般情况下，衬底表面上的水分需要蒸发掉，这一步通过脱水烘培来完成。此外，为了提高光刻胶在衬底表面的附着能力，还会在衬底表面涂抹化合物。0前应用的比较多的是六甲基乙硅氮烷、三甲基甲硅烷基二乙胺等。然u•在这M化合物上覆上一足光刻胶,在这一步屮，需耍将光刻胶均匀、平整地分布在衬底表而上。完成光刻胶的涂抹之后，需要进行软烘干操作，这一步骤也被称为前烘。虽然在甩胶之后，液态的光刻胶已经成为固态的薄膜，侃仍有10%-30

3、%的溶剂，容易沾污灰尘。通过在较高温度下进行烘培，可以使溶剂从光刻胶中挥发出來（前烘后溶剂含量降至5%左右），从而降低了灰尘的沾污。同时，这一步骤还可以减轻因高速旋转形成的薄膜应力，从KU提高光刻胶在衬底上的附着性。这层光阻剂在曝光（一般是紫外线）后可以被特定溶液（敁影液）溶解，使特定的光波穿过光掩膜照射在光刻胶上，可以对光刻胶进行选择性照射（曝光）。然后使用前面提到的显影液，溶解掉被照射的区域，这样，光掩模上的图形就呈现在光刻胶上。通常还将通过烘干措施，改善剩余部分光刻胶的一些性质。上述步骤完成后，就可以对衬底进行选择

4、性的刻蚀或离子注入过程，未被溶解的光刻胶将保护衬底在这些过程中不被改变。刻蚀或离子注入完成后，将进行光刻的最后一步，即将光刻胶去除，以方便进行半导体器件制造的其他步骤。通常，半导体器件制造的整个过程中，会进行很多次光刻流程。生产复杂集成电路的工艺过程中可能需耍进行多达50步光刻,Iflj生产薄膜所需的光刻次数会少一些。在硅片上涂光刻胶曝光图形刻蚀图1.光刻过程一.光刻技术的优点及发展障碍光刻的优点是它可以精确地控制形成图形的形状、大小，此外它可以同时在整个芯片表面产生外形轮廓。不过，其主要缺点在于它必须在平面上使用，在不

5、平的表面上它的效果要差一些。此外它还要求衬底具冇极高的清洁条件。下面我们就几种光刻技术的优点以及瓶颈进行阐述。1.传统光学光刻通常情况下，对一台光学投影光刻系统而言，极限指的是光刻分辨力的物理极限。光刻分辨力R可以用瑞利公式表示为R=kiX/NA（l）式中：h为工艺因子；X为曝光波长；NA为投影光刻物镜的数值孔径。从式⑴可以看出，提高光刻分辨力可以通过缩短波长、降低工艺因子和提高投影物镜的数值孔径NA来实现。随着半导体技术的进一步发展，传统的光学投影光刻技术的分辨力已经达到Y物理极限，要进一步降低分辨力，无论从技术还是经

6、济上都面临着巨人的困难和挑战。下面分析传统投影光刻分辨力的极限及相应的改进措施。1.1降低工艺因子㈨）对于大生产环境，通常的工艺因子匕多为0.7左右；对于实验环境，工艺因子1^则降低到0.5左右。降低工艺因子的途桥主要有OAI（离轴照明）、PSM（移相掩模）及OPC（光学邻近效应校正）等几方面。要达到超工艺因子匕值成像，就只宥当掩模设计、照明条件和抗蚀剂工艺同时达到最佳化时才能实现。经过近10年的努力，人们通过采用OAI、PSM、OPC等光学工程，已经使工艺因子ki在生产环境中达到了0.4,而且上述因素组合正在将工艺因子

7、lq提高到0.3乃至更小，当幻值降低到0.25吋就达到了物理极限。1.2缩短曝光波长㈧在缩短波长方面，经历了g线（436nm）->i线（365nm>+远紫外线（248nm的KrF准分子激光光源）+深紫外线（193nm的ArF准分子激光光源）4个阶段。如果采用更短的波L<:，则需要非常复杂的光源系统，相应的光刻物镜需要昂贵的纯石英和氟化钙等材料，同吋物镜设计、加工和装配技术所需要的精度也更高，因此要花费很大的代价。与此吋，波长越来越短又造成了焦深的大大减小，从而带来一系列问题，尽管现在仍在向更短波长的157nm的准分子激光

8、光源进军，但人们不得不考虑其成本剧增带来的局限性。1.3提高物镜的数值孔径（NA）在增大镜头的数值孔径方面，□前最新推岀的193nmArF光刻机的数值孔後已达0.85,比最初的0.28增大了300%。非浸没式光刻物镜的数值孔径至此也已经接近了物理极限，再进一步提高几乎不可能。2001年，美U麻哲理工学院林肯实验室的M