ic制造中硅片边缘上光刻工艺的波动问题分析

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1、第一章引言光刻工艺处在整个IC生产线的核心地位，几乎和其他每个工艺步序都有联系，国此光刻在生产线上的地位举足轻重。在主流的微电子制造过程中，光刻是最复杂，昂贵和关键的工艺。光刻工艺的作用是把掩模版上的图形转移到硅片上，曝光好坏由下面四个参数决定:分辨率，焦点深度，透镜失真，套刻精度。本论文主要讨论的分辨率和焦点深度两个参数。因为这两个参数是光刻成像最关键并且可以控制的两个参数，对于先进工艺，这两个参数一个都不能少，但这两个参数又是呈反比的，增大了一个参数，另一个就一定会变小。第一节集成电路(IC)及集成电路制造流程简介所谓的集成电路(IC)，就

2、是把特定电路所需的各种电子元件及线路缩小并制作在大小仅为1平方厘米，或更小的面积上的一种电子产品。因为集成电路大多是由数以万计，大小只能通过显微镜才能观看到的固态电子元件所组合而成，因此我们又习惯称呼它为微电子元件(Mieroelectronies)。集成电路(工ntegratedCircuit，以下简称为1C)在我们的日常生活当中应用己经极为广泛，己经渗透进工农业生产和国防领域的方方面面，而且其应用还在不断的扩张与发展。集成电路工业已经变成了现代社会的基础工业而成为各国竞相投入的关键产业。IC由这样一个发明原形成长为今天现代经济的主要支柱产业

3、，成为近半个世纪来发展最快、影响最深远的技术之一。整个集成电路产业可以分为上游(硅晶圆制造)，中游(集成电路的制作)，下游(集成电路的封装测试)三个阶段(见图1一1)。允.翻作从洲多.，心口伪珍.1.1.…k.比1。砂玲。一011目加甲.目.，!ngot神护只，燕，.御于-位侧面子桩人二匆侧、封绍已t比1习日1.1即1.t.l五国，lod.，，盆目洛.如二山1润I.Tti飞!I犷‘夕图1一l集成电路制造简易流程集成电路制作部分流程非常复杂，工艺流程一般都有几百上千个步骤，从开始流片到可以切割封装动辄需要几个月的时间。人类自从创造了集成电路产业以

4、来，生产效率不断提高，从从三寸晶圆到目前的主流十二寸晶圆，可用面积增加了16倍，流片结束后的晶粒产出量也提升了数十倍，而且十六寸晶圆生产线正在研发，预计在不久的将来就会投入使用。集成电路的制作流程可以分为6个独立的生产模块:扩散(包括氧化和掺杂工艺)，光刻，蚀刻，薄膜，离子注入和抛光(见图1一2)。这6个主要的生产模块都是在高度洁净的无尘室车间内完成，互相关联，相辅相成。通过这些工艺步骤在一小块硅单晶片上同时制造晶体管、二极管、电阻和电容等元件，并且采用一定的隔离技术使各元件在电性能上互相隔离。然后在硅片表面蒸发铝层并用光刻技术刻蚀成互连图形，

5、使元件按需要互连成完整电路，制成半导体单片集成电路。随着单片集成电路从小、中规模发展到大规模、超大规模集成电路，平面工艺技术也随之得到发展。例如，扩散掺杂改用离子注入掺杂工艺;紫外光常规光刻发展到一整套微细加工技术，如采用电子束曝光制版、等离子刻蚀、反应离子铣等;外延生长又采用超高真空分子束外延技术;采用化学汽相淀积工艺制造多晶硅、二氧化硅和表面钝化薄膜;互连细线除采用铝或金以外，还采用了化学汽相淀积重掺杂多晶硅薄膜和贵金属硅化物薄膜，以及多层互连结构等工艺。光刻工艺处在整个生产线的核心地位，在主流的微电子制造过程中，光刻是最复杂，昂贵和关键的

6、工艺，光刻占了总制造成本的1/3，而且所占的百分比还在上升。图1一2晶片制作流程模块图第二节光刻技术光刻工艺也被称为大家熟知的photolithography，photo一masking，masking，或micro1ithogI’aphy。在晶圆的制造过程中，晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成。这些部件是每次在一个掩膜层上生成的，并且结合生成薄膜及去除特定部分，通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留特征图形的部分。光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在晶圆表面的位置正确且与其它部

7、件(parts)的关联正确。光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。如图卜3，1一4。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40、60%。光刻机是生产线上最贵的机台，5一15百万美元/台。主要是贵在成像系统(由15~20个直径为200一300Inln的透镜组成)和定位系统(定位精度小于IOnm)。其折旧速度非常快，大约3一9万人民币/天，所以也称之为印钞机。光刻部分的主要机台包括两部分:轨道机(Tracker)，用于涂胶显影;扫描

8、曝光机(Scanning)。光刻工艺的要求:光刻工具具有高的分辨率;光刻胶具有高的光学敏感性;准确地对准;大尺寸硅片的制造;低的缺陷密度。户户挥、、图