ppt课件-西安交通大学_微电子制造技术_第十五章_光刻3

微电子制造技术
电信学院 微电子学系 22
谢谢观看
对正胶而言，余下不可溶解的光P刻AC胶应该PAC是与掩膜版完全相同的图案。 因此在大规模生产的今天，此方法已PA不C 再适P用AC。
硅片图形必须转移为一种可替换的PA光C 刻工P艺AC，即下一代光刻技术。
显连影续要 喷求雾的显重影点是用产于生连的续关喷(键雾c)尺显寸影PE达的B到设引规备格和起要光求刻PA，胶C因喷为涂扩如系散果统相CD似达。到了规格要求，那么(d所）有的P特EB征的都认结为果是可以接受的。
PAC
PAC
PAC
PAC
PAC
对于负胶，溶解率随温度的增加而增加PA。C
PAC
PAC PAC
显影要求的重点是产生的关键尺寸PAC达到规格PAC要求，因PA为C 如果CD达到了规格要求，那么所有的特PAC征都认为是可以接受的。
坚膜的起始温度由光刻胶生产厂商的P推AC荐设置决PA定C 。
PAC PAC
PAC
• 显影时间 时间短会出现显影不足或不完全显影 ，时间长容易出现过腐蚀导致不能接受的CD尺寸 值。一般通过在线自动检测控制装置实现最好的 时间控制。
• 显影液量 喷洒在硅片上的显影液量也会影响光 刻胶的显影质量。因为不充分的显影液会导致显 影不足并且在硅片表面留有光刻胶的剩余残膜。
• 当量浓度 当量浓度反应了显影液的准确化学组 分，决定显影液碱性的强弱。
后烘的温度均匀性和时间是影响光刻质量的 主要因素，在光刻胶的产品说明书中，生产商会 提供后烘的时间和温度。
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 4
未被曝光 的光刻胶
区
中性化的 光刻胶区
}
H+ H+ H+
H+ H+
PAG PAG
PAG PAG
PAG PAG
PAG
PAG
H+ H+ H+
H+ H+
被曝光的光刻胶 的酸催化反应
关键尺寸 沾污 表面缺陷 套准精度
有些缺陷是光刻过程中产生的，有的可能是 光刻以前已经存在的。显影后的检查需要一个复 杂的系统。通常显影检查由一名熟练的操作人员 借助光学显微镜手工完成。现在特别是对于亚微 米级的光刻使用的都是自动检查设备。
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 19
微电子制造技术
Photo 15.1 自动显影检查设备 电信学院 微电子学系 20
(c) DI 水清洗
PAC
PAC
PAC
PAC
完成光刻工艺中的对准和曝光后，掩膜PA版C 上的图PA案C 已经通过紫外线曝光转移到光刻胶中。
PAC
PAC
用化学显影液溶解曝光的光刻胶P就AC是光刻胶PAC显影，其PA主C 要目的是把掩膜版图形准确复P制AC到光P刻AC胶中。
解释显影后要进行坚膜的原因； PAC
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 8
负胶显影 负胶通过紫外线曝光发生交联而变硬，
使曝光的光刻胶变得在显影液中不可溶解。对于负 胶显影工艺，显影过程中几乎不需要化学反应，主 要是未曝光的光刻胶的溶剂清洗。
UV
被曝光的光刻胶
未曝光的光刻胶
交联
微电子制造技术
Figure 15.4 负胶显影 电信学院 微电子学系 9
PAC
PAC
PAC
3 光刻胶容易出现的显影问题 PAC
PAC
PAC
PAC
PAC
2 曝光后烘引起驻波影响减少
当量浓度 当量浓度反应了显影液(的a)准确U化V学光组曝分，光决定显影液碱性的强弱。
对于旋覆浸没显影，喷到硅片上的少量显影液形成水坑形状（见图）。
(b) 光刻胶中的条纹
这些问题对产品成品率会产生不利的影响，在随后的刻蚀工艺中就会出现缺陷。
显影就是通过显影液溶掉可溶解的光刻胶。 并且保证光刻胶和硅片有良好的黏附性能。对正 胶而言，余下不可溶解的光刻胶应该是与掩膜版 完全相同的图案。因为光化学变化使正胶曝光的 部分变得可溶解，负胶则反之。
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 2
学习目标
1. 解释为什么以及如何对光刻胶进行曝光后的 烘陪；
(PEB后)
显影
光刻胶的T型
Figure 15.1 DUV 光刻胶的胺污染引起的“T”型
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 5
驻波
未曝光的 光刻胶
曝光的 光刻胶
正胶显影 正性光刻胶主要针对亚微米工艺的精细图形的光刻，为了满足不同的要求，光刻胶中往往都加有一种酚醛基的树脂，不同
的正胶加有不同的树脂。
先进的光刻技术
预测光学光刻技术的分辨率极限，随着许多 设备和工艺的改进在不断地变化。但将来的某 些分辨率极限总会使光学光刻技术的扩展不再 可行。硅片图形必须转移为一种可替换的光刻 工艺，即下一代光刻技术。 极紫外 (EUV)光刻技术 角度限制投影电子束光刻技术( SCALPEL ） 粒子束投影光刻技术 (IPL) X-射线光刻技术
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 16
坚膜
显影后的热烘陪称为坚膜。目的是蒸发剩余 的溶剂使保留下来的光刻胶变硬，增加光刻胶对硅 片衬底的黏附性，提高光刻胶的抗蚀能力。
坚膜的温度可以适当提高，以有效蒸发光刻 胶中的溶剂，最大实现光刻胶的致密性。坚膜的起 始温度由光刻胶生产厂商的推荐设置决定。然后根 据产品要求的黏附性和尺寸控制需要对工艺参数进 行调整。通常的坚膜温度对于正胶是130℃，对于 负胶是150℃。温度太高会引起光刻胶的轻微流动 ，从而造成光刻图形变形（见图）。
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 14
浸没式
滴显影液
(a) 旋覆浸没式
(b) 甩掉多余的显影液
(c) DI 水清洗
(d) 甩干
微电子制造技术
Figure 15.7 旋覆浸没显影 电信学院 微电子学系 15
光刻胶显影参数
• 显影温度 显影液的温度对光刻胶的溶解率有直 接的影响。对于正胶，温度越低溶解率越大；对 于负胶，溶解率随温度的增加而增加。一般的显 影温度是15～20℃，误差范围为±1℃。
曝光后的烘陪（PEB）
Figure 15.2 曝光后烘引起驻波影响减少
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 6
显影
用化学显影液溶解曝光的光刻胶就是光刻胶 显影，其主要目的是把掩膜版图形准确复制到光 刻胶中。显影要求的重点是产生的关键尺寸达到 规格要求，因为如果CD达到了规格要求，那么所 有的特征都认为是可以接受的。
HMDS
1. 气相成底膜
O2
Plasma
去胶清洗 返工
Resist
2. 旋转涂胶
3. 软烘
UV light Mask
4. 对准和曝光
5. 曝光后烘陪
不合格硅片
8. 显影检查
7. 坚膜
离子注入 合格硅片
刻蚀
6. 显影
微电子制造技术
Figure 15.9 显影检查的返工流程 电信学院 微电子学系 21
坚膜的另一种方式是深紫外线坚膜。
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 17
光刻胶
Figure 15.8 高温下变软的光刻胶流动
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 18
显影检查
显影检查主要是查找光刻过程中形成的缺陷 ，否则对带有光刻胶图形缺陷的硅片进行刻蚀或 离子注入会使硅片报废。显影后的检查包括以下 几个方面：
要求显影液具有选择性，高的显影选择比意味 着显影液与曝光的光刻胶反应的快，而与未曝光的 光刻胶反应的漫。
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 10
曝光的光刻胶 溶解在显液中
未曝光的正胶
发生交联 的光刻胶
微电子制造技术
Figure 15.5 正胶显影
电信学院 微电子学系 11
显影方法
早期的显影是将硅片浸没在显影液中，在 一定的温度下经过一定的时间使被曝光的光刻 胶溶掉。此方法在显影的同时要消耗大量的显 影液，而且对于大尺寸硅片的高密度集成电路 ，成批浸没方式很难实现显影的均匀性。因此 在大规模生产的今天，此方法已不再适用。
如果显影不正确，光刻胶图形就会出现问题 （见图）。这些问题对产品成品率会产生不利的 影响，在随后的刻蚀工艺中就会出现缺陷。显影 的主要三个缺陷是：
• 显影不足 • 不完全显影 • 过显影
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 7
光刻胶
衬底
X
显影 不足
X
不完全 的显影
正确显影
X
过显影
Figure 15.3 光刻胶容易出现的显影问题
为了让光刻胶可溶解的区域变的完全溶解，显 影液必须在光刻胶上停留足够的时间。可以使用多 次旋覆浸没方法。每次喷涂显影液的多少和停留时 间可以调整。
待光刻胶被显影液溶解后，用去离子水清洗硅 片并旋转甩干。为了获得最佳显影特性，显影液的 流动必须保持很低以减小边缘显影速率的变化，这 就是旋覆浸没显影的优点。
微电子制造技术
第 15 章
光刻：显影和先进的光刻技术
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 1
概述
完成光刻工艺中的对准和曝光后，掩膜版上 的图案已经通过紫外线曝光转移到光刻胶中。接 下来的工艺步骤就是曝光后的烘陪，主要是为显 影做准备。
显影是在光刻胶中产生三维物理图形的一个 步骤，这一步决定光刻胶图形是否是掩膜版图形 的真实再现。
现在用于旋覆硅片显影的显影技术主要有 两种：
•连续喷雾显影 •旋覆浸没显影
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 12
连续喷雾显影 用于连续喷雾显影的设备和光刻
胶喷涂系统相似。可以用一个或多个喷嘴喷洒显影 液到硅片表面，硅片以很慢地速度旋转。喷嘴喷雾 模式和旋转速度是实现硅片间光刻胶溶解率和均匀 性及可重复性的关键可变因素。
1 自动显影检查设备
PAC
PAC
坚膜的温度可以适当提高，以有P效AC蒸发PA光C 刻胶中的溶剂，最大实现光刻胶的致密性。
显影的主要三个缺陷是：
PAC
用化学显影液溶解曝光的光刻胶就P是AC光刻PA胶C 显影PA，C 其主要目的是把掩膜版图形准确复制到光刻胶中。
显因影此温 在度大规显模影生液产的的温今度天对，光此刻方胶法P的A已C溶不解P再A率C适有用P直A。C接的影响。
微电子制造技术
至真空泵
真空吸盘 连接旋转电 机的转杆
Figure 15.6 连续喷雾显影
电信学院 微电子学系 13
旋覆浸没显影
旋覆浸没显影与喷雾显影使用相同的设备，只 是显影液的喷涂方式不同而已。对于旋覆浸没显影 ，喷到硅片上的少量显影液形成水坑形状（见图） 。要使整个硅片表面形成一个似水坑的弯月面，显 影液既不能多也不能少。喷涂显影液时硅片可以固 定或者慢慢旋转。
2. 了解光刻胶的显影工艺和关键的显影参数； 3. 解释显影后要进行坚膜的原因； 4. 了解4种不同可选择的先进光刻技术。
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 3
曝光后的烘陪（PEB）
曝光后的烘陪主要是为了促进光刻胶充分的 化学反应，提高光刻胶的黏附性能并减少驻波（ 针对不同的光刻胶）效应。
对于CA DUV光刻胶来说，因为含有一种保 护化学成分使其不在显影液中溶解。在紫外线曝 光过程中，光酸产生剂（PAC）在光刻胶曝光区 产生了一种酸，而这种酸经过后烘加热光刻胶， 引起酸催化的去保护反应，使光刻胶在显影液中 溶解，从而使显影效果更好。
正胶显影 正性光刻胶主要针对亚微米工艺的精细 图形的光刻，为了满足不同的要求，光刻胶中往往 都加有一种酚醛基的树脂，不同的正胶加有不同的 树脂。在显影过程中加入的这些树脂材料都必须溶 掉，所以一般使用碱性显影液。
正胶显影主要是显影液和光刻胶之间的化学反 应（见图），通过反应溶解被曝光的光刻胶。溶解 的速率称为溶解率（显影速度），高的溶解速度有 助于提高生产率，但太高的溶解率会影响光刻胶的 特性。