光刻-光刻胶显影和先进的光刻技术.ppt

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1、第15章光刻：光刻胶显影和先进的光刻技术7/31/20211集成电路工艺目标如何对光刻胶进行曝光后烘培以及原因描述光刻胶的正负胶显影工艺列出两种最普通光刻胶显影方法和关键的显影参数陈述显影后要进行坚膜的原因解释显影后检查的好处列出并描述4种不同的先进光刻技术及面临的挑战7/31/20212集成电路工艺提纲1.引言2.曝光后烘培3.显影4.坚膜5.显影检查6.先进的光刻技术7.显影质量测量7/31/20213集成电路工艺1.引言通过显影液将可溶解的光刻胶溶解掉就是光刻胶显影，显影除去了由曝光造成的可溶解的光刻胶。光刻胶显影的目的是在光刻胶

2、中获得准确的掩膜版图案的复制，同时保证光刻胶粘附性可接受。光刻胶显影和检查是进入下一步刻蚀或离子注入之前的图形转移工艺的中间步骤。光刻胶图形的质量决定了随后工艺的成功与否。光刻胶的显影步骤依赖于它是正胶或负胶，是常规I线胶(DNQ线性酚醛数值)或化学放大深紫外线光刻胶(CADUV)。亚微米光刻通常使用正胶，非关键层一般用常规I线胶，关键层通常用深紫外线光刻胶。7/31/20214集成电路工艺2.曝光后烘培曝光后的硅片从曝光系统转移到硅片轨道系统后，需要进行短时间的曝光后烘培（PEB）。为了促进关键光刻胶的化学反应，对CADUV光刻胶进行

3、后烘是必需的。对于基于DNQ化学成分的常规I线胶，进行后烘的目的是提高光刻胶的粘附性并减少驻波。7/31/20215集成电路工艺DUV曝光后烘培后烘的温度均匀性和持续时间是影响DUV光刻胶质量的重要因素。后烘时，硅片被放在自动轨道系统的一个热板上，处理的温度和时间需要根据光刻胶的类型确定。典型的后烘温度在90℃至130℃之间，时间约为1至2分钟。7/31/20216集成电路工艺常规I线胶PEB曝光后烘减少了光刻胶中剩余的溶剂，从曝光前的7％～4％减少到了5％～2％。曝光后烘减少了曝光过程中的驻波缺陷。驻波是由于入射光产生干涉造成的，入射

4、光与从衬底反射回来的光在光刻胶中干涉产生不均匀的光强，导致光刻胶的侧面产生驻波。7/31/20217集成电路工艺3.显影用化学显影液溶解由曝光造成的光刻胶的可溶解区域就是光刻胶显影，其主要目的是把掩膜版图形准确复制到光刻胶中。显影的要求重点是产生的关键尺寸达到规格要求。如果不正确地控制显影工艺，光刻胶图形就会出现问题。三个主要缺陷：显影不足、不完全显影和过显影。7/31/20218集成电路工艺光刻胶显影问题7/31/20219集成电路工艺负胶负胶通过紫外线曝光发生交联(crosslink)或变硬，使曝光的光刻胶变得在显影液中不可溶解。对

5、于负胶显影工艺，显影过程中几乎不需要化学反应，主要包括未曝光的光刻胶的溶剂清洗。未曝光的光刻胶由于没有发生交联，因此很软而且可溶解。显影液通常是一种有机溶剂（如二甲苯）。显影后用清洗液去除剩余的显影液，以确保显影工艺停止。7/31/202110集成电路工艺正胶由于提高了线宽分辨率，正胶是亚微米工艺制造中最普遍的光刻胶。两种类型的正胶：常规DNQI线胶和化学放大DUV光刻胶。显影液溶解光刻胶的速度称为溶解率或者显影速度。高的溶解率有助于生产率的提高，但太高的溶解率会影响光刻胶的特性。显影液具有选择性，高的显影选择比意味着显影液与曝光的光刻

6、胶反应得快，而与未曝光的光刻胶反应得慢。高密度的图形需要高选择比的显影液。7/31/202111集成电路工艺正胶显影液显影液通常用碱性溶液早期：NaOH或KOH水溶液，但这两种显影液都包含有可动离子沾污(MIC)，对于对污染很敏感的高特性集成电路是不可接受的。改用四甲基氢氧化铵（TMAH），这种显影液的金属离子浓度非常低，避免了硅片表面MIC的注入。7/31/202112集成电路工艺显影方法连续喷雾(continuousspray)显影旋覆浸没(puddle)显影7/31/202113集成电路工艺连续喷雾(continuousspray

7、)显影一个或多个喷嘴喷洒显影液到硅片表面，真空吸盘上的单个硅片以很慢的速度旋转。显影液以雾的形式喷洒。喷嘴喷雾模式和硅片旋转速度是实现硅片间光刻胶溶解率和均匀性的可重复性的关键可变因素。7/31/202114集成电路工艺旋覆浸没(puddle)显影旋覆浸没显影碰到硅片上的少量显影液形成了水坑形状。为了获得最佳特性，显影液的流动必须保持很低，以减少硅片边缘显影速率的变化。这正是旋覆浸没显影的优点。7/31/202115集成电路工艺光刻胶显影参数显影温度显影时间显影液量硅片吸盘当量浓度清洗排风7/31/202116集成电路工艺4.坚膜显影后

8、的热烘培称为坚膜烘培，目的是蒸发掉剩余的溶剂使光刻胶变硬。坚膜提高了光刻胶对硅衬底的粘附性，为下一步的工艺加工做好了准备，如提高光刻胶抗刻蚀能力。坚膜也除去了剩余的显影液和水。通常的坚膜温度正胶130℃，负