《光刻工艺B》PPT课件

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1、光刻工艺■�概述■�掩膜版■�光刻机■光刻胶■�典型的光刻工艺流程参考资料：《微电子制造科学原理与工程技术》第7、8章（电子讲稿中出现的图号是该书中的图号）四、光刻胶由光敏化合物（PAC)、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体。都是碳基有机化合物(1)当受到特定波长光线的作用后，光刻胶会发生化学反应，使光刻胶在某些特定溶液（显影液）中的溶解特性发生改变。(2)正性胶和负性胶。a.曝光前对显影液不可溶而曝光后变成可溶的。能得到与掩膜版遮光图案相同的图形。b.负胶反之。1、光刻胶的组成：2、正性光刻胶■特点：正胶中的长链聚合物曝光后分解而变得可溶。■缺点：粘附

2、性和耐腐蚀性较差，成本高。■优点：分辨率高，边缘整齐，陡直度好；感光机理：紫外照射后分解放出氮气，同时分子结构重排，产生环的收缩，形成五环烯酮化合物，经水解生成羧酸衍生物，在碱性水溶液中生成可溶性羧酸盐而溶解，从而显出图形。1）常用正胶：a.邻迭氮萘醌(PAC)DQWolff重组五环烯酮化合物羧酸衍生物羧酸盐b.gline和iline:DQN正胶：酚醛树脂(N),重氮萘醌(DQ)。偏甲氧酚醛树脂是水溶性的，能溶于碱溶液和许多溶剂。树脂:PAC≈1:1→光刻胶在碱溶液中几乎不溶解。PAC起溶解抑止剂作用。PAC在紫外光作用下由油溶性光敏剂转变成在碱溶液中溶解的

3、水溶性物质(羧酸）。曝光后，曝光部分的树脂在碱溶液中溶解度大增，导致硅片上产生光刻图形。2）深紫外248nmKrF光刻胶a.g-line和i-line光刻胶存在的问题:I)DQN在300nm以上是透明的，DUV波段吸收强烈。II)单光子过程：在曝光时吸收一个光子最多发生一次分解反应。I)化学放大光刻胶（CAR）：由光敏产酸物(ＰＡＧ)、酸敏树脂和溶剂等组成。II)化学放大过程：一个光子触发许多化学反应，灵敏度大增。b.深紫外光刻胶I在曝光时光敏产酸物质(ＰＡＧ)分解出超强酸分子；II曝光后烘烤提供反应和扩散能量，催化酸敏树脂侧链上的不溶物分解，同时再产生酸分

4、子。III催化剂在反应中可以循环使用,酸催化反应数量远大于光化反应的数量。c.（CAR）基本工作原理：正型CAR中的基本反应d.CAR的特点I)化学反应为催化反应，酸分子在每步化学反应后重新产生，从而可参与上百次的反应。酸催化反应数量远大于光化学反应的数量。II)CAR的总量子效率＝光-PAG反应效率×后续催化反应数量——CAR的量子效率远远大于1，使得CAR的敏感度远大于DQN胶e.存在的问题I)曝光与酸催化反应之间存在时间延迟——造成酸分子往非曝光区的扩散，并容易造成酸污染II)PEB(曝光后烘烤)条件的控制对光刻质量影响很大3、负性光刻胶1）特点：大多

5、数负胶通过曝光后的交联聚合而起作用，大的树脂分子相互连接，变得不可溶。a.优点：感光速度高，粘附性和耐腐蚀性强，工艺易于控制，成本低。b.缺点：易膨胀。显影时图形线宽展宽，烘烤后恢复，但线条变形。膨胀时靠的很近的线条可能会连在一起。■通常在加工线宽>2µm的图形时采用；这种观念已经动摇。■深紫外248nm曝光，采用负性化学放大光刻胶已能获得与正胶类似的具有亚微米图形的精度。2)常用负胶：特点：在高分子的侧链上带有肉桂酸基感光性官能团，曝光后，官能团中的碳－碳双键发生二聚反应，引起聚合物分子间的交联，转变为不溶于显影液的物质。聚肉桂酸酯类、聚烃类－双叠氮系光刻

6、胶等。a.聚肉桂酸酯类b.聚烃类－双叠氮系光刻胶由聚烃类树脂(主要是环化橡胶)、双叠氮型交联剂、增感剂和溶剂组成(2)双氮烯自由基与橡胶分子链反应，生成不溶性网状高聚物。(1)双叠氮型交联剂进行光化学分解反应：基体树脂(聚对羟基苯乙烯或甲酚醛树脂),交联剂(六甲氧基甲基三聚氰氨基ＨＭＭＭ),光敏产酸物(PAG，鎓盐).（3）深紫外248nm负性化学放大光刻胶的组成：4、光刻胶的性能指标胶自身性质：正胶>负胶；光刻工艺：曝光源、时间；胶膜厚度；显影条件，硅片平整度等。1）分辨率：用某种光刻胶光刻时所能得到的光刻图形的最小尺寸，通常是以每毫米内能刻蚀出可分辨的最

7、多线条数目来表示。则:R=1/W(条线/毫米）最小分辨线宽w/2，■影响因素2）感光度和敏感度正胶：显影后感光部分的膜厚为零时的最小曝光剂量。负胶：显影后感光部分的膜厚为曝光前膜厚一半时的曝光量。a.是表征光刻胶对光线敏感程度的性能指标。Minsk将发生完全化学反应时光刻胶曝光剂量H的倒数来表示感光度S:S=K/H其中K是一个常数b.曝光剂量H:光照强度与曝光时间的乘积。■H的定义：c.敏感度：光刻胶发生完全光化学反应的最小曝光剂量——灵敏度影响因素：胶自身性质；光刻工艺条件：胶膜厚度,曝光剂量，前烘温度，显影液成分等。c.敏感度：光刻胶发生完全光化学反应的

8、最小曝光剂量影响因素：光刻胶的种类、厚度；辐照源的输