西安交通大学微电子制造技术第十四章光刻

《西安交通大学微电子制造技术第十四章光刻》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、微电子制造技术第14章光刻：对准和曝光概述对准就是把所需图形在硅片表面上定位或对准。而曝光是通过曝光灯或其它辐射源将图形转移到光刻胶涂层上。如果说光刻胶是光刻工艺的“材料”核心，那么对准和曝光则是该工艺的“设备”核心。图形的准确对准是保证器件和电路正常工作的决定性因素之一。因为最终的图形是用多个掩膜版按照特定的顺序在晶园表面一层一层叠加建立起来的。图形定位的要求就好像是一幢建筑物每一层之间所要求的正确对准。如果每一次的定位不准，将会导致成品率下降或者整个电路失效。掩膜版上设计的每一层图形都有一个特殊功能，如接触孔、MOS的源漏区或

2、金属线等，光刻过程中掩膜版把这些图形彼此套准来制成硅片上的器件或电路。版图套准过程有对准规范，就是前面提出的套准容差。怎样精确地把亚微米尺寸套准，对光学光刻提出了特殊的对准挑战。学习目标1.解释光刻中对准和曝光的目的；2.描述光刻中光的特性及光源的重要性；3.了解光学系统对光刻工艺的重要性；解释分辨率，说明它对光刻的重要性；了解光刻中获得精确对准的方法。单视场曝光，包括：聚焦、对准、曝光、步进和重复过程UV光源投影掩膜版（在投影掩膜版视场内可能包含一个或多个芯片）快门承片台在X,Y,Z,q方向控制硅片的位置投影透镜（缩小的投影掩膜

3、版的视场到硅片表面）快门在聚焦和对准过程中闭合，而在曝光过程中打开对准曝光Figure14.1掩模版图型转移到光刻胶上顶视图12345768剖面图Figure14.2CMOS剖面和投影掩膜版的顶视图4)多晶硅栅刻蚀1)STI刻蚀2)P-阱注入3)N-阱注入8)金属刻蚀5)N+S/D注入6)P+S/D注入7)氧化层接触刻蚀Figure14.2投影掩膜版的分解图光学曝光在曝光过程中，从光源发出的光通过对准的掩膜版（版上有黑白分明的区域，这些区域形成了要转移到硅片表面的图形）对涂胶的硅片曝光。曝光的目的就是要把掩膜版上的图形精确地复制到

4、涂胶的硅片上。曝光的一个方面是在所有其它条件相同时，曝光光线波长越短能曝出的特征尺寸就越小。此外，曝光的光线必须具有一定的能量，以便对光刻胶产生光化学反应。为了提高曝光质量，光必须均匀地分配到整个曝光区域。为了获得精细光刻的关键尺寸，光刻需要在短波长下进行强曝光。光的实质就是电磁波，光也能辐射能量。这两个描述反映了光的波粒两相性的本质。因此可以用波长（λ）和频率（ƒ）来描述。这两者的关系如图14.3所示，其中υ是光的速度。l=vf激光器v=光的速度,3E108m/secf=以Hz为单位的频率(每秒周期)l=波长，频率对应周期的物

5、理长度，以米为单位Figure14.3光的波长和频率波的干涉波本质上是正弦曲线。任何形式的正弦波只要有相同的频率就能相互干涉。有两种类型的干涉基于波是否有相同的相位（见下图）。ABA+B同相位波不同相位波相长干涉相消干涉Figure14.4光学滤波器滤光器利用光的干涉阻止不需要的入射光，通过反射或干涉来获得一个特定波长的波（见图14.5）二次反射(干涉)涂层1(不反射)涂层3玻璃涂层2被反射的波长透射的波长宽带光Figure14.5光学滤波整个可见和不可见的电磁波被称作电磁波谱，它由从极短到极长波长的各种辐射能组成。黄光和红光因

6、为它处在可见光区含极少紫外光，因此不会影响光刻胶。所以光刻区的照明通常使用黄光或红光。13（极紫外）l(nm)700455060065050045040035030025020015010050紫外光谱可见光谱（白光）汞灯准分之激光光刻光源ghi365405248193436157126紫红蓝绿黄橙Mid-UVEUVDUVVUVFigure14.6电磁波谱曝光光源在光刻胶曝光过程中，是通过光刻胶材料发生光化学反应来转移掩膜版的图形，而且必须在最短的时间内完成，同时要求在批量生产中是可重复的。紫外光用于光刻胶的曝光是因为光刻胶材料与

7、这个特定波长的光反应满足上述要求。因为较短的波长可以获得光刻胶上较小尺寸的分辨率。所以现今最常用光学光刻的两种紫外光源是：汞灯和准分之激光。除此之外其它用于先进的或特殊应用的光刻胶曝光有X射线、电子束和离子束。120100806040200200300400500600波长(nm)相对强渡(%)h-line405nmg-line436nmi-line365nmDUV248nm高强度汞灯的发射光谱Figure14.7典型的高压汞灯的发射光谱Table14.2汞灯的强度峰通过表14.2可以看出，要得到0.25µm以下的特征尺寸，对应的

8、光源波长应该是小于248nm的深紫外（DUV）光，但是从图14.7可以看出，248nm的深紫外发射是365nm的I线发射强度的1/5。照在硅片表面上光的能量（mJ/cm2）是光强(功率)和时间的乘积。所以光刻胶在248nm下曝光要得到相同的效果，就