Michael quirk_半导体制造技术-第15章_光刻_光刻胶显影和先进的光刻技术
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
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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
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未被曝光 的光刻胶
区
中性化的 光刻胶区
}
H+ H+ H+
半导体光刻原理
半导体光刻原理
一、光刻原理概述
光刻是一种微影技术，是半导体工业重要的制造工艺之一。
其基本原
理是使用一个模板将光投影到光敏材料表面，形成所需的微结构图案。
光刻技术可以提高芯片集成度和性能，也可以在新一代微电子设备制
造上起到重要作用。
二、光刻技术的步骤
光刻技术的具体操作步骤如下：
1.准备掩模和光刻胶：首先制作掩模，并且将掩模和光刻胶放在一起。
2.曝光：将光源照射到掩模上，形成所需的微结构。
3.显影：将曝光后的光刻胶进行显影处理，去除未形成型的部分。
4.涂覆：涂覆镀层，用于接下来的刻蚀。
5.刻蚀：采用刻蚀技术，去除多余的金属或硅材料。
三、光刻原理详解
1.曝光：激光或光源照射到掩模上，掩模上的光线重新聚焦形成所需结构图样，并聚焦在光刻胶表面形成暴露的区域。
2.显影：将照射后的光刻胶进行显影处理，去除暴露的部分，保留未暴露的区域。
3.涂覆：涂覆镀层，用于接下来的刻蚀。
4.刻蚀：利用刻蚀技术，去除多余的金属或硅材料，从而形成所需的微结构。
四、光刻的优缺点
光刻技术的优点是制造复杂的微结构比较容易，在处理芯片上表现突出，同时也适合大量生产。
然而，随着工艺的发展，光刻技术的限制
也变得明显。
它不能刻写小于光波长的微结构，而且它涉及到更多的
光速率和温度处理条件的控制。
五、光刻技术的应用
光刻技术应用于半导体和微电子技术中，以制造LED、光纤通信器件、微机械医疗器械等。
在生产出来的领域中，光刻技术的不断创新和发
展已经成为了微电子产业中的重要基石。
Michaelquirk半导体制造技术附录图解读
Flammable: Any liquid or gas that is capable of igniting into fire.
Pyrophoric: Any material that ignites spontaneously in air below 55C (130F). An examplical name • Date prepared • PEL & TLV • Health effects
1 Above 200ºF
2 Below 200ºF
3 Below 100ºF 4 Below 73ºF
3
Reactivity
0 Stable, nonreactive
1 Unstable if heated 2 Violently reactive 3 May detonate with
heat or shock
• Solvents
• Mechanical hazards
• High temperatures • Radiation
– UV – Laser – X-ray
• Freezing temperatures
Hazard Warning Sign
Fire Hazard
0 Nonflammable
Red
Chemicals absorbed through the pores of the skin can enter the body and cause damage to vital organs. • Use full face shield when pouring or mixing chemicals.
• The workplace must be well-ventilated. If unusual odors are detected, notify someone in charge and leave the area. Sound an alarm if appropriate.
干刻蚀对于不同负载效应造成选择比差异导致的缺陷分析与解决方案
随着工艺尺寸的逐渐缩小，不同的薄膜材质和结构使得干法刻蚀的制程的复杂性和工艺 难度大大提高。对于干法刻蚀的制程的四大研究对象的深入研究和探讨对进入纳米级的微电 子工艺显得越来越重要。然而负载效应的机理研究要基于其他三个研究对象。让我们先从干 法刻蚀的非等向蚀刻性，刻蚀率和选择比的研究来引出负载效应的成因。
作者简介： 赵弘鑫：男，1978 年 11 月出生，吉林人，上海交通大学硕士研究生，中芯国际集成电路制 造（上海）有限公司，Line C MFG Photo/Etch Section Manager. 程秀兰，女，1971 年 12 月出生，重庆市人，上海交通大学微电子学与固体电子学博士，上 海交通大学微电子学院副教授，主要研究方向：先进半导体器件与工艺技术、先进封装结构 设计与制造技术。
摘 要: 在半导体制造工艺的干法刻蚀（Dry Etching）中，对于刻蚀薄膜表面面积大小的差 异性会造成负载效应（Loading effect）。然而这种负载效应影响到干刻蚀的蚀刻率（Etch Rate） 和选择比(Selectivity)而在产品上出现严重的缺陷。本文阐述了负载效应的基本原理和造成选 择比差异性的成因以及对于由此产生产品缺陷的具体解决方案。 关键词：半导体制造, 干法刻蚀, 负载效应, 选择比, 缺陷 中图分类号：TN4; 文献标识码：B
Dry Etching Loading Effect Analysis and Solve Methods
Zhao hongxin1，2, Cheng Xiulan1
1Institute of Microelectronics, Shanghai JiaoTong University, Shanghai (200030) 2Semiconductor Manufacture International Corporation (Shanghai) LineC MFG, Shanghai
Michael-quirk-半导体制造技术-第15章-光刻-光刻胶显影和先进的光刻技术
Semiconductor Manufacturing Technology
by Michael Quirk and Julian Serda
© 2001 by Prentice Hall
Objectives
After studying the material in this chapter, you will be able to:
Figure 15.2
© 2001 by Prenticeative Resist • Positive Resist • Development Methods • Resist Development Parameters
PAC PAC
PAC PAC
Standing waves
(a) Exposure to UV light
Unexposed Exposed photoresist photoresist
PAC PAC
PAC PAC
PAC
PAC PAC
PAC
PAC PAC
PAC
PAC
PAC
PAC
PAC
PAC
PAC
(b) Striations in resist
© 2001 by Prentice Hall
Amine Contamination of DUV Resist leading to “T-top” Formation
H+ H+ H+
H+ H+
Region of unexposed photoresist
Neutralized photoresist
7. Describe and give the benefit for the advanced resist process of top surface imaging.
半导体制造技术导论萧宏台译本
半导体制造技术导论萧宏台译本《半导体制造技术导论》是一本关于半导体制造技术的经典著作，本书由Stephen A. Campbell所著，是目前该领域的权威之作。
该书详细介绍了半导体材料、制造工艺、设备和技术在半导体工业中的应用。
以下是萧宏台老师在2000年所翻译的内容。
第一章半导体引论半导体材料是介于导体和绝缘体之间的一类材料。
常见的半导体材料包括硅、锗、砷化镓等。
半导体的电学特性可以通过掺杂和施加外场的方式来控制，因此被广泛应用在电子器件中。
本章将介绍半导体的基本概念和性质，为后续内容打下基础。
第二章固态材料半导体材料属于固态材料的范畴，因此理解固态物理、结构和性质对于研究半导体材料至关重要。
本章将详细介绍固态材料的结构、晶体学、缺陷和杂质等内容，并探讨这些因素对半导体材料性能的影响。
第三章半导体材料在这一章中，我们将深入研究半导体材料的种类、特性和制备方法。
着重介绍了硅和III-V族化合物半导体材料的性质和应用，分析了它们在半导体器件中的作用和地位。
第四章掺杂掺杂是操控半导体材料电学性质的重要手段，本章将阐述掺杂技术的原理和方法，包括n型掺杂、p型掺杂以及掺杂剂的选择和特性。
第五章半导体器件本章将介绍半导体器件的种类、结构和工作原理，包括二极管、场效应管、晶体管等常见器件。
深入分析了器件制造工艺和性能优化的关键技术。
第六章半导体器件制造工艺半导体器件的制造过程是非常复杂且精细的，本章将详细介绍半导体器件的制造工艺，包括光刻、沉积、腐蚀、离子注入等关键工艺步骤。
第七章半导体器件测试与可靠性制造出的半导体器件需要进行测试和可靠性评估，以确保其性能符合要求并具有良好的稳定性。
本章将介绍半导体器件测试方法和可靠性评估技术。
第八章半导体制造工厂半导体制造工厂是半导体产业链中的核心环节，本章将介绍半导体制造工厂的结构、设备和流程，以及工厂管理和自动化技术的发展。
第九章其他半导体材料和器件除了硅和III-V族化合物半导体材料，本章还将介绍其他新型半导体材料的研究进展及其在器件中的应用，如碳化硅、氮化镓等。
第15章光刻-光刻胶显影和先进的光刻技术【课件】
• 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。
2019/2/16 集成电路工艺 10
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DNQ I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。
8
光刻胶显影问题
2019/2/16
集成电路工艺
9
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。
显影时间过长或显影液过强
曝光或显影步骤中工艺不正确
2019/2/16
集成电路工艺
28
沾污
• 来自微粒或光刻胶表面外来的污染
• 可能原因： 设备需要清洗，特别是轨道类设备 硅片清洗不干净 显影化学药品或冲洗用水需要过滤去除沾 污源
2019/2/16 集成电路工艺 29
表面缺陷
缺陷类型 光刻胶表面划伤 微粒、污点或瑕疵 可能原因 硅片传送错误或与片盒分格和自动 传送系统有关的微调错误 腔体排风、喷涂器对准、喷涂压力、 硅片水平、水滴、旋转速度等 不正确的旋覆浸没时间 胶缺少、胶过多或胶有残渣 不正确的显影液量和位置 显影工艺后不正确的冲洗过程 不正确或不均匀的烘培 光刻胶图形的测墙条痕
半导体制造技术导论萧宏台译本
半导体制造技术导论介绍半导体制造技术是现代电子行业的核心，广泛应用于计算机、通信、消费电子等领域。
本文将介绍半导体制造技术的基本概念、工艺流程以及相关的前沿发展。
基本概念半导体材料半导体材料是指在温度较低时（通常是室温）具有介于导体和绝缘体之间电阻特性的材料。
常见的半导体材料包括硅（Si）和砷化镓（GaAs）等。
PN结PN结是由N型半导体和P型半导体通过扩散或外加电压连接而成的结构。
PN结具有整流特性，可用于制作二极管、晶体管等元件。
MOSFETMOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种重要的半导体器件，由金属栅极、氧化物绝缘层和半导体材料组成。
MOSFET具有高集成度、低功耗和快速开关速度等优点，在现代集成电路中得到广泛应用。
工艺流程半导体制造技术的工艺流程包括晶圆制备、光刻、化学气相沉积（CVD）、离子注入、薄膜沉积等多个步骤。
晶圆制备晶圆是半导体器件制造的基础，通常由硅材料制成。
晶圆制备包括单晶生长、切割和抛光等步骤，确保晶圆表面平整度和纯度。
光刻光刻是一种重要的微影技术，通过将光影射到覆盖在晶圆上的光刻胶上，形成图案。
光刻胶可选择性地保护或暴露下方的材料，用于制作电路的图案。
化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是一种常用的薄膜沉积技术，通过在反应室中加热气体混合物，在晶圆表面形成所需的材料层。
CVD可用于生长绝缘层、金属层等。
离子注入离子注入是一种掺杂技术，通过加速离子束使其穿过晶圆表面，改变半导体材料的电性能。
离子注入可用于形成导电层、控制PN结等。
薄膜沉积薄膜沉积是一种在晶圆表面形成薄膜的技术，常用的方法包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。
薄膜沉积可用于制作金属线路、绝缘层等。
前沿发展三维集成电路三维集成电路是一种新型的集成电路结构，通过将多个晶圆垂直堆叠或互连，实现更高的集成度和性能。
三维集成电路可以提高芯片性能，减小尺寸，并且有助于解决摩尔定律面临的挑战。
半导体制程培训-光刻.pptx
后段制程
1：构装（Packaging）、 2：测试制程（Initial Test and Final Test）
2
半导体制造工艺流程
前段制程
1>.衬底选择 N型硅：掺入V族元素--磷P、砷As、锑Sb P型硅：掺入III族元素—镓Ga、硼B
半导体制造工艺流程
2>.硅片定位边或定位槽
在硅锭上做一个定位边来标明晶体结构和硅片的晶向。 主定位边标明了晶体结构的晶向，如图2.12所示还有一个 次定位边标明硅片的晶向和导电类型。
半半导导体体制制造造工工艺艺流流程程
让让我我们们和和迈迈博博瑞瑞一一起起成成长长
作作者者：：RRiicchhaardrd_LiLuiu
半导体制造工艺流程
半导体元件制造过程可分为:
光刻胶显影和先进的光刻工艺 共43页
• (现在的深紫外线光刻胶可以延迟30分钟前后)
曝光后烘焙
后烘延迟(时间过长)、显影时会出 现
光生酸和空气中的胺发生中 和反应，长生不溶解的薄层
光刻系统的工作环境
5∶曝光后烘焙
• 曝光后烘焙是光刻工艺中重要的一步，短时间的后烘焙可以促进光刻 胶的关键化学反应，提高光刻胶的粘附性并减少驻波．
• 后烘的温度均匀性和持续时间是影响光刻胶质量的两个重要因素．后 烘的典型温度在90ºC~130ºC之间，时间为1分~2分之间(厂商有详细 说明)．
• 温度均匀性∶后烘引起的关键尺寸变化的典型值是5nm/ºC、为减小 关键尺寸值的不稳定性、热板的温度通常为130±0.1 ºC
X射线光刻工艺
• 对于X射线来说，构建任何类型的镜片都是困难的，随着 波长的减小,这个困难将会更大．所以实验性的X线曝光机 都是1:1的接近式步进机．
• 在硅片和X射线出口之间存在充满氦气或高真空的空间， 避免X射线在空气中的吸收．
X射线光刻工艺
X线吸收 透光膜
玻璃支架
X线掩膜版
硅片
纵型XY光刻机
第1５章 光刻胶显影和先进的光刻工艺
完成硅片对准和曝光 光刻胶显影
其他先进的光刻工艺
光刻胶显影
通过显影液将可溶解的光刻胶溶解掉就是光刻胶显影．
（光刻的8个基本步骤） 1∶气相成底膜 2∶旋转涂胶 3∶软烘 4∶对准和曝光 5∶曝光后烘焙 6∶显影 7∶坚膜烘焙 8∶显影检查
光刻系统的环境
黄色光源(普通的萤光灯含有紫外线的成分)
半导体制造技术
《半导体制造技术》-(美)Michael Ciuik Julian Serda著韩郑生等译电子工业出版社《微电子制造科学原理与工程技术》(第二版)–(美)StephenA.Camphell著曾莹等译电子工业出版社微电子制造：圆片——生成氧化层光刻：淀积电阻材料——形成电阻材料淀积绝缘层——形成绝缘层淀积绝缘层——形成绝缘层薄膜淀积：溅射和蒸发（物理过程）溅射——Ar+轰击含有淀积材料的靶蒸发——对圆片涂敷在圆片上部生长半导体薄层的过程称之为外延生长。
CMOS工艺流程氧化工艺：清洗液：RCH、SC-1、SC-2清洗体系以及Piranha清洗（硫酸、过氧化氢和水的混合物）干法氧化工艺的工艺菜单危险性：酸和碱（PH小于7为酸性，大于7为碱性）有毒性：磷化氢和砷化氢易燃性：酒精和丙铜自然性：硅烷（在空气55℃（130ºF）温度不能够自燃的物质）HF侵蚀玻璃，只能用塑料容器存放和使用。
不相溶的化学物质集成电路制造工艺：N（P）型SiO2 光刻 B LPVCD（SiO2）光刻（引线孔）蒸发光刻集成电路芯片生产，工艺复杂，工艺步骤高达300余步，同时使用多种化学试剂和特种气体。
但总体来说生产工艺流程是使用硅抛光/外延大园片，在其清洗干净的表面上，通过氧化或CVD的方法形成阻挡或隔离层薄膜，由光刻技术形成掺杂孔或接触孔，然后采用离子注入或扩散的方法掺杂形成器件PN结，最后由溅射镀膜或CVD成膜的方法形成互联引线。
主要生产工序包括：清洗—氧化、扩散—CVD沉积—光刻—去胶—干法刻蚀—CMP抛光—湿法腐蚀—离子注入—溅射—检测—入库。
生产所需主要原材料包括硅片、光掩模、石英制品、大宗气体、烷类特种气体、化学试剂、光刻胶、显影剂等几大类，生产产生的污染物包括酸碱废水、含F-废水、CMP废水、酸碱性废气、有机废气、废液等。
大宗气体包括氮气、氧气、氢气、氩气、氦气等。
●纯水装设容量（m3/h）80电阻率(MΩ·CM、25℃) 18.1TOC(ppb) <2细菌(个/100ml) <1Si (ppb) <0.5Na、K、Ca、Ni、Fe、Zn、Cu、Al <0.01Cl(ppb) <0.05SO4、NO3 (ppm) <0.1PO4 (μm) <0.5水温（℃）冷：23±2水压（MPa）0.3±0.05（使用点）●冷却循环水装设容量（m3/h）340供水压力（MPa）0.80供水温度（℃）16回水温度（℃）21供水水质电导率100μm/cm, PH 6.8~7.5 ●高纯氧气（纯化器出口）纯度（%）99.9995装设容量（m3/h）75CO2含量(ppb) < 1如有你有帮助，请购买下载，谢谢！CO含量(ppb) < 1H2O含量(ppb) < 1N2 (100ppb) < 1THC(100ppb) < 1微粒(pcs/l)＞0.1μm< 1使用压力（Mpa）0.5●高纯氢气（纯化器出口）纯度（%）99.9999装设容量（m3/h）14含O2量(ppb) < 1CO2含量(ppb) < 1CO含量(ppb) < 1H2O含量(ppb) < 1THC(100ppb) < 1N2 (ppb) < 1微粒(pcs/l)＞0.1μm< 1使用压力（Mpa）0.5●高纯氮气纯度（%）99.9999装设容量（m3/h）400含O2量(ppb) < 1CO2含量(ppb) < 1如有你有帮助，请购买下载，谢谢！CO含量(ppb) < 1H2O含量(ppb) < 1THC(100ppb) < 1H2 (ppb) < 1微粒(pcs/l)＞0.1μm< 1使用压力（Mpa）0.6●普通氮气纯度（%）99.999装设容量（含高纯氮）（m3/h）1275含O2量(ppb) < 200CO2含量(ppb) < 100CO含量(ppb) < 100H2O含量(ppb) < 100THC(100ppb) < 100H2 (ppb) < 100微粒(pcs/l)＞0.1μm< 5使用压力（Mpa）0.7●压缩空气露点（%）-70℃装设容量（m3/h）1260微粒(pcs/l)＞0.1μm< 0.35(0.24μm)使用压力（Mpa）0.7工艺生产过程中产生的局部废气包括一般排风、酸性废气、碱性废气与有机废气四类。
后段工艺干法去除光刻胶研究
后段工艺干法去除光刻胶研究赖海长;郭兴龙【摘要】干法去胶是用等离子体将光刻胶剥除,相对于湿法去胶,干法去胶的效果更好、速度更快.在现代集成电路制造中,干法去胶工艺加氟可有效地提高去除光刻胶的能力,特别是在离子注入之后的去胶工艺,含氟气体产生的氟离子可以防止光刻胶硬化.但在后段干法去胶工艺中,由于含氟气体的引入,会产生一系列的问题.因此,文中提出了对去胶气体组合配比进行改良,大量氧气加少量氮气的气体组合可以得到稳定的灰化率,且能减少机器零部件损耗并解决缺陷问题.提高晶圆反应温度可以大幅度提高灰化率,从而提高去胶设备的产能,降低工艺成本.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2011(011)006【总页数】4页(P23-26)【关键词】光刻胶;去胶;灰化;灰化率【作者】赖海长;郭兴龙【作者单位】上海交通大学微电子学院,上海,200240;上海交通大学微电子学院,上海,200240【正文语种】中文【中图分类】TN305.71 引言半导体光刻胶去除工艺，一般意义上说分成两种：传统的湿法去光刻胶和先进的干法去光刻胶，它们都是通过化学反应来去除光刻胶，进行的反应也都是各向同性[1]。
半导体去光刻胶工艺早期是将整盒晶圆一起浸入酸槽，由酸液将光刻胶去除，这种方法的优点是可以将光刻胶去除得很干净，但是缺点也同样明显，速度太慢、生产效率低，并且由于酸液的各向同性腐蚀，对多晶硅和金属刻蚀后去光刻胶的特征尺寸控制极为不利[2]。
所以，目前已经很少使用了，更多的是作为干法去光刻胶的一种补充和作为干法去光刻胶后的清洗存在于业界。
与传统的湿法去胶法相比，干法去胶法具有去胶灰化率高、可靠性高的优点。
其工艺过程特点在于要经由等离子和气体扩散进行真空腔体反应。
由于光刻胶的主要成分是树脂、感光材料和有机溶剂，它们的分子结构都是由长链的碳、氢、氧组成，氧等离子体去胶工艺是利用氧等离子体中的高反应活性的单原子氧极易与光刻胶中的碳氢氧高分子化合物发生聚合物反应，从而生成易挥发性的反应物，最终达到去除光刻胶层的目的[3]。
西安交通大学微电子制造技术第十五光刻
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。
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；
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15.8）。
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。
半导体制造工艺第章光刻
半导体制造工艺第章光刻光刻是半导体制造工艺中的一个重要步骤。
在半导体芯片制造的过程中，需要将芯片图形化，将设计图案复制到硅片的表面上。
这个步骤就需要光刻技术。
光刻的定义和原理光刻是利用光学系统在硅片表面上生成不同图案的一项技术。
简单来说，就是将持有芯片光掩模的基片放在硅片表面上，并利用紫外线等光源使光掩模的芯片图形投影到硅片表面上，从而完成芯片的形状和结构。
光刻机的主要部分是光源、光学系统，以及涂层沉积和烘烤系统。
硅片表面被涂上光刻胶，并使用紫外线等光源使光刻胶暴露在某些角度上，使辐射透过掩模辐射到涂在硅片表面上的光刻胶。
被照射的部分得到曝光后，经过一定的处理，剩下的部分形成所需的芯片结构。
光刻胶会在这个过程中起到纹路转移的作用，是传统光防蚀工艺及化学机械平整（CMP）处理工艺的重要保护层。
光刻机的类型目前光刻机主要分为：接触式光刻机（Contact）、非接触式光刻机（Non-contact）以及半接触光刻机（Semi-contact）。
根据不同的光掩模和涂层材料，选择不同类型的光刻机可以实现不同的功能需求。
•接触式光刻机接触式光刻机是光刻机的最早类型，利用距离近到可以接触到硅片表面的光掩模，将所需芯片结构投影到硅片表面。
这种方式比较慢，且容易产生挂膜现象，造成芯片质量下降。
但是设计和制造成本相对较低，因此在一些低端应用场景中还在使用。
•非接触式光刻机非接触式光刻机则是直接将掩模和硅片分开一定的距离，利用掩模上的光结构将所需图案投影到硅片表面。
这种光刻机的缺点就是昂贵和对粘附的材料要求更高。
因此，非接触式光刻机主要应用于高端芯片制造行业。
•半接触光刻机半接触光刻机则是将掩模和硅片之间留出一定的距离，既能够保证光防蚀层的不变性，又能够在一些场景下提升芯片制造的速度。
光刻胶的选择与性能光刻胶的选择与性能直接关系到芯片的最终质量。
不同的光刻胶材料对于不同的工艺流程具有不同的优势和劣势。
•碳链长度不同的光刻胶中含有的碳链长度不同，碳链长度决定了光刻胶对于制造工艺中反后效应的抑制效果。
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© 2001 by Prentice Hall
Photoresist Development Problems
Resist Substrate
X
X
X
Under develop
Incomplete develop
Correct develop
Severe overdevelop
Semiconductor Manufacturing Technology
Semiconductor Manufacturing Technology
Michael Quirk & Julian Serda © October 2001 by Prentice Hall
Chapter 15
Photolithography: Resist Development and Advanced Lithography
PAC
PAC
PAC
PAC PAC PAC PAC PAC PAC
PAC
PAC
PAC
(a) Exposure to UV light
PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC
(b) Striations in resist
PAC
• Continuous Spray Development • Puddle Development
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by Michael Quirk and Julian Serda
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Resist Development with Continuous Spray
Develop
• • • •
Negative Resist Positive Resist Development Methods Resist Development Parameters
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Photoresist
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Figure 15.8
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Develop Inspect • • • • Post-Develop Inspection to Find Defects Find Defects before Etching or Implanting Prevents Scrap Characterizes the Photo Process by Providing Feedback Regarding Quality of the Lithography Process • Develop Inspect Rework Flow
– Evaporates Residual Solvent in Photoresist
– Hardens the Resist
– Improves Resist-to-Wafer Adhesion – Prepares Resist for Subsequent Processing
– Higher Temperature than Soft Bake, but not to Point Where Resist Softens and Flows
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Objectives
After studying the material in this chapter, you will be able to: 1. Explain why and how a post exposure bake is done for conventional and Chemically amplified DUV resist. 2. Describe the negative and positive resist development process for conventional and chemically amplified DUV resist. 3. List and discuss the two most common resist development methods and the critical development parameters. 4. State why a hard bake is done after resist development. 5. Explain the benefits of a post-develop inspection. 6. List and describe the four different alternatives for advanced lithography, including the challenges for introducing each alternative into production. 7. Describe and give the benefit for the advanced resist process of top surface imaging.
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Amine Contamination of DUV Resist leading to “T-top” Formation
• Resist Hardening with Deep UV
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Softened Resist Flow at High Temperature
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Figure 15.4
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Development of Positive Resist
Resist exposed to light dissolves in the develop chemical.
PAC
(c) PEB causes PAC diffusion
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(d) Result of PEB
Figure 15.2 © 2001 by Prentice Hall
Region of unexposed photoresist
Neutralized photoresist
}
H+ H+
Resist T-topping
H+ PAG H+ H+ H+ PAG
PAG PAG PAG PAG PAG
Development
H+
H+ H+
H+
PAG
Acid-catalyzed reaction of exposed resist (post PEB)
(a) Wafer track system
(b) Developer spray dispenser
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Figure 15.6
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Unexposed positive resist
Crosslinked resist
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Figure 15.5
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Development Methods
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Table 15.1
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Post Exposure Bake
• Deep UV Exposure Bake
– Temperature Uniformity – PEB Delay
• Conventional I-Line PEB
Puddle Resist Development
Puddle formation Developer dispenser
(a) Puddle dispense
(b) Spin-off excess developer
(c) DI H2O rinse
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(d) Spin dry
Figure 15.7 © 2001 by Prentice Hall
Resist Developmeveloper Temperature Developer Time Developer Volume Normality Rinse Exhaust Flow Wafer Chuck