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
半导体光刻技术
半导体光刻技术OntheleftofthisslidetheamplitudeoftheFouriercoefficientsis
shownfortheordersfromthegratingandtheprojectedorders(
onthewafer).Thisleadstoacomparisonbetweentheperfectima
geandthesumoforders.Ontherightsidethesameisdonefor
agratingwithasmallerpitch.Notethattheevenordersaren
otpresentintheFouriercoefficients!!MOS产品事业部NIKON光刻机光刻要求温度2
3+/-1度,湿度45+/-度13131312121212121212114)Develop
conditions显影液浓度影响显影液温度影响:23度最合适显影时间的影响1.50
2.38
3.0TMAHConcentra
tionPhotospeedResolutionBetterHigherDeveloptimevsprofile
Developtimevsprofile?time(sec)PROFILE5060409070Optim
umtimeThisisthestandardtooltodecidedevelopdippingtime
.UnderDevelop:ScumandtailOverDevelop:Topprofilecollap seDEVELOPRATETEMPERTUREDeveloptemperatureisoneofimporta
光刻光刻胶显影和先进的光刻技术
30.12.2021
7Leabharlann Baidu
第15章光刻:光刻胶显影和先进的光刻技术
• 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幅员形 准确复制到光刻胶中。
• 显影的要求重点是产生的关键尺寸到达规格要求。 • 假如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:显影缺乏、不完全显影和
换到光刻胶上。
30.12.2021
25
第15章光刻:光刻胶显影和先进的光刻技术
X射线光刻技术
• X射线源将X射线投影到一种特殊的掩膜上,在已涂胶的硅片上形成图形。 • 用于光刻的X射线为软X射线(0.1-10nm波长) • X射线光刻技术的系统组件包括: • 一块掩膜版,该掩膜版由可以传导X射线的材料(如聚酰亚胺)构成,此材料上有吸收X射线的材料
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
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第15章光刻:光刻胶显影和先进的光刻技术
• 显影后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。 • 坚膜进步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,如进步光刻胶抗刻蚀才能。
光刻-光刻胶显影和先进的光 刻技术
第15章光刻:光刻胶显影和先进的光刻技术
12《先进基板技术》课程教学大纲 2016-张文峰-check
《先进基板技术》课程教学大纲
一、课程名称(中英文)
中文名称:先进基板技术
英文名称:Advanced Substrate Technology
二、课程编码及性质
课程编码:0825001
课程性质:专业核心选修课(限选)
三、学时与学分:
总学时:24
学分:1.5
四、先修课程:
材料科学基础、电子封装技术综合实验、材料物理与力学性能
五、授课对象
本课程面向电子封装专业学生开设,同时适用于机械、材料、材料加工及微电子类学生选修。
六、课程教学目标
本课程是本专业的专业核心选修课之一,其教学目标包括:
1、掌握电子基板的定义、功能、分类、连接方式、电气特性等基本专业知识;
2、掌握主要电子基板的材料特性、制备方法、基板金属化工艺等知识,具备针对不同应用背景进行合理选择基板类型的能力;
3、能够综合运用基板材料特性及加工工艺专业知识,对不同基板制造加工及金属化的特点进行分析比较,从而具有提出改进以及优化各类基板加工制造方案的能力;
4、了解与本课程有关的新材料、新工艺、新技术及其发展趋势,掌握不同基板在实际应用及高端研发中的相关知识。
表1 课程目标对毕业要求的支撑关系
七、教学重点与难点:
教学重点:
重点要求学生掌握主要电子基板材料特性、基板制备方法、金属化工艺特点等,进而具备针对不同应用背景进行合理选择基板类型的能力。
教学难点:
如何针对不同应用背景,培养学生对于不同基板材料特性进行深入了解、进而掌握基板加工制造及金属化工艺的选择原则,从而能够提出改进以及优化各类基板加工制造的方案。
八、教学方法与手段:
教学方法:
(1)采用现代化教学方法(含PPT演示,设备照片,影像资料等),阐述该课程的基板概念、材料特性、加工工艺及金属化方法,保证主要教学内容的完成,这部分以课堂讲授为主;
ppt课件-西安交通大学微电子制造技术第十五章光刻
(b) 光刻胶中的条纹
PAC
(c) PEB引起 PAC 扩散
(d)PEB的结果
Figure 15.2 曝光后烘引起驻波影响减少
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。 如果显影不正确,光刻胶图形就会出现问题 (见图 15.3 )。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
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;
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。
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。 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。
Michael quirk 半导体制造技术 第13章 光刻 气相成底膜到软烘
9. Discuss the purpose of soft bake and how it is accomplished in production.
Semiconductor Manufacturing Technology
Semiconductor Manufacturing Technology
by Michael Quirk and Julian Serda
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Photomask and Reticle for Microlithography
1:1 Mask
4:1 Reticle
Three Dimensional Pattern in Photoresist
Linewidth Space
Photoresist
Thickness
Substrate
Semiconductor Manufacturing Technology
by Michael Quirk and Julian Serda
Figure 13.1
© 2001 by Prentice Hall
Photolithography Concepts
• Patterning Process
Michaelquirk半导体制造技术附录图解读
• Chemical name • Date prepared • PEL & TLV • Health effects
• Physical/Chemical characteristics
• Fire/Explosion data • Reactivity hazard data • Health hazard dta
P recautionary A ction
G eneral rule for all chem icals, even if th ey are con sidered n onhazardous.
Substan ces that are suspected or kn ow n to cause can cer. Som e m ay have thresh old lim its of exposure. M ultiple exposure to suspected carcin ogen ic m aterials for even a low dose m ay be w orse than a sin gle m assive exposure.
How Chemicals Enter the Body
2. Ingestion (swallowing).
• Certain toxic chemicals can be fatal when even a minute amount in ingested.
半导体制造技术-光刻
29
4.对准和曝光(Alignment) (Exposure )
• 对准是将掩膜版与与前道工序中已刻在硅片上 的图形对准 • 曝光是对准以后,将掩膜版和硅片曝光,把掩 膜版图形转移到涂胶的硅片上,实现图形复制。
对准和曝光 对准是把所需图形在晶园表面上定位或对 准。而曝光是通过曝光灯或其他辐射源将图形 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。
半导体制造技术
光刻
3
4
光刻:使用光敏光刻胶材料和可控制的曝光 在硅片表面形成三维图形,包括:照相、制 版、掩膜、图形生成。也就是将图形转移到 一个平面的复制过程。
光刻是IC制造中最关键的步骤,处于中心地 位,占成本约1/3。
5
6
7
• 掩膜版(投影):包含要在硅片上重复生成 的图形。 • 光谱:光谱能量要能够激活光刻胶
2)蒸发溶剂增强光刻胶和晶圆的粘附力。
时间和温度是软烘的参数。
不完全的烘焙在曝光过程中造成图像形成不完整和 在刻蚀过程中造成多余的光刻胶漂移; 过分烘焙会造成光刻胶中的聚合物产生聚合反应, 并且不与曝光射线反应,影响曝光。
软烘特点:
• 增强光刻胶与硅片的粘附性
• 促进光刻胶的均匀性 • 提高线宽控制 • 典型烘焙温度 90 to 100°C – For About 30 Seconds – 在热板上 – 随后在冷板上降温
Michael quirk_半导体制造技术-第16章_刻蚀
Figure 16.1
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Process Flow in a Wafer Fab
Wafer fabrication (front-end) Wafer start
Thin Films
Unpatterned wafer Completed wafer Diffusion Photo
© 2001 by Prentice Hall
Sidewall Profiles for Wet Etch Versus Dry Etch
Type of Etch Wet Etch Sidewall Profile Isotropic Isotropic (depending on equipment & parameters) Anisotropic (depending on equipment & parameters) Anisotropic – Taper Silicon Trench Diagram
Bias
Bias
Resist Film Substrate (b)
Semiconductor Manufacturing Technology
by Michael Quirk and Julian Serda
Figure 16.6
© 2001 by Prentice Hall
《半导体制造技术导论》读书笔记PPT模板思维导图下载
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译者序
译者简介
第1章 导论
1.1 集成电路 1
发展历史
1.2 集成电路 2
发展回顾
3
1.3 小结
4
1.4 参考文献
5
1.5 习题
第2章 集成电路工艺介绍
01
2.1 集成 电路工艺 简介
02
2.2 集成 电路的成 品率
03
2.3 无尘 室技术
04
2.4 集成 电路工艺 间基本结 构
10.9 工艺发展趋 势与故障排除
10.10 化学气相 沉积工艺发展趋 势
10.12 参考文献
10.11 小结
10.13 习题
第11章 金属化工艺
01
11.1 简 介
02
11.2 导 电薄膜
03
11.3 金 属薄膜特 性
04
11.4 金 属化学气 相沉积
06
11.6 铜 金属化工 艺
05
11.5 物 理气相沉 积
《半导体制造技术导论》
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01 此书献给
目录
02 译者序
03 译者简介
04 第1章 导论
05
第2章 集成电路工艺 介绍
06 第3章 半导体基础
目录
07 第4章 晶圆制造
Michael quirk半导体制造技术第13章光刻气相成底膜到软烘
Figure 13.2
© 2001 by Prentice Hall
Section of the Electromagnetic Spectrum
Visible
f (Hz)
Gamma rays X-rays UV
MicroInfrared waves
wenku.baidu.com
Radio waves
1022 1020 1018 1016 1014 1012 1010 10 8 10 6 10 4
Figure 13.1
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Photolithography Concepts
• Patterning Process
– Photomask – Reticle
• Critical Dimension Generations • Light Spectrum • Resolution • Overlay Accuracy • Process Latitude
Semiconductor Manufacturing Technology
by Michael Quirk and Julian Serda
Table 13.1
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Importance of Mask Overlay Accuracy
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
4. State why a hard bake is done after resist development.
Lithography
Semiconductor Manufacturing Technology
by MichaelΒιβλιοθήκη BaiduQuirk and Julian Serda
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Objectives
After studying the material in this chapter, you will be able to:
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
半导体制造工艺技术(PPT 68页)
CVD气流动力学对淀积出均匀的膜很重要。 所谓气体流动,指的是反应气体输送到硅片表 面的反应区域(见下图)。CVD气体流动的主 要因素包括,反应气体从主气流中到硅片表面 的输送以及在表面的化学反应速度。
半导体制造技术 by Michael Quirk and Julian Serda
8) 副产物 去除 排气
连续膜
Substrate
半导体制造技术 by Michael Quirk and Julian Serda
Figure 11.8
电信学院微电子教研室
在化学气相淀积中,气体先驱物传输到硅
片表面进行吸附作用和反应。列入,下面的三
个反应。反应1)显示硅烷首先分解成SiH2先驱 物。 SiH2先驱物再和硅烷反应形成Si2H6。在中 间CVD反应中, SiH2随着Si2H6被吸附在硅片表 面。然后Si2H6分解形成最终需要的固态硅膜。
• SiH4(气态)
SiH2(气态) + H2(气态) (高温分解)
• SiH4(气态) + SiH2(气态) 成品形成)
Si2H6(气态) (反应半
• Si2H6(气态) 品形成)
2Si (固态) + 3H2(气态) (最终产
以上实例是硅气相外延的一个反应过程
半导体制造技术 by Michael Quirk and Julian Serda
Michael quirk_半导体制造技术-第17章_离子注入
Diffused region N p+ Silicon substrate
Oxide
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Figure 17.3
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Diffusion • Diffusion Principles
Table 17.3
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Diffusion Process
Eight Steps for Successful Diffusion: 1. Run qualification test to ensure the tool meets production quality criteria. 2. Verify wafer properties with a lot control system. 3. Download the process recipe with the desired diffusion parameters. 4. Set up the furnace, including a temperature profile. 5. Clean the wafers and dip in HF to remove native oxide. 6. Perform predeposition: load wafers into the deposition furnace and diffuse the dopant. 7. Perform drive-in: increase furnace temperature to drive-in and activate the dopant bonds, then unload the wafers. 8. Measure, evaluate and record junction depth and sheet resistivity.
半导体第十一讲光刻胶的研究进展综述
• IC制造中用的光刻胶通常有三种成分,树脂或 基体材料、感光化合物(PAC:photoactive compound)、以及可控制光刻胶机械性能(例 如集体黏滞性)并使其保持液体状态的溶剂。 • 在正性光刻胶中,PAC在曝光前作为一种抑制 剂,降低光刻胶在显影溶液中的溶解速度。在 正性光刻胶暴露于光线时有化学反应发生,使 抑制剂变成了感光剂,从而增加了胶的溶解速 率。
• 芳香族环烃和长链聚合物 • 芳香族环烃由六个排列成平面六角结构 的碳原子组成 • 苯,每一个碳原子都与一个氢原子相连 • 碳原子通过与两个与其紧相邻的碳原子 之间的共价键获得两个电子,与氢结合 获得一个电子,每个碳原子的最后一个 未配对电子参与一个非局域化的键,该 键的形状为围绕着苯分子的一个环。正 是这个高游离的非局域化π电子决定了芳 香烃的特殊性质
• 替代材料如聚(4-烃基-苯乙烯)比常用的酚醛树脂化合物更 为透明,但是它们极难使对溶解的抑制能力达到足够的 程度 • 二甲基的替换使这种基体材料的溶解速度下降了500倍, 接近高性能胶所需要的溶解速度
• 另一个关于深紫外胶的设想是采用完全不同的化学途径。 部分最有希望的典型193nm光刻胶使用PAG、保护剂、以 及各种丙烯酸基的基体 • 丙烯酸基的光刻胶与简单的PMMA相比,虽然有一些改 善,同样存在抗刻蚀性差的问题
• 沿胶深度的曝光很不均匀,因此小特征图形的侧墙为斜坡 状 • DQN不能用于0.25以下的特征尺寸,必须找到新的基体 材料和新的感光材料用于193nm曝光
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Develop
• • • •
Negative Resist Positive Resist Development Methods Resist Development Parameters
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(d) Spin dry
Figure 15.7 © 2001 by Prentice Hall
Resist Development Parameters • • • • • • • Developer Temperature Developer Time Developer Volume Normality Rinse Exhaust Flow Wafer Chuck
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Figure 15.4
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Development of Positive Resist
Resist exposed to light dissolves in the develop chemical.
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Figure 15.3
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Negative Resist Crosslinking
UV
Exposed resist
Crosslinks Unexposed resist
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Eight Basic Steps of Photolithography
Chapter Covered 13 13 13 14 15 15 15 15
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Figure 15.1
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Reduction of Standing Wave Effect due to PEB
Puddle Resist Development
Puddle formation Developer dispenser
(a) Puddle dispense
(b) Spin-off excess developer
(c) DI H2O rinse
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• Resist Hardening with Deep UV
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Softened Resist Flow at High Temperature
PAC
(c) PEB causes PAC diffusion
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(d) Result of PEB
Figure 15.2 © 2001 by Prentice Hall
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Photoresist Development Problems
Resist Substrate
X
X
X
Under develop
Incomplete develop
Correct develop
Severe overdevelop
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Load Station
Vapor Prime
Resist Coat
Spray DevelopRinse
Edge-bead Removal Transfer Station
Wafer Transfer System
To vacuum pump Soft Bake Cool Plate Cool Plate Hard Bake Vacuum chuck Spindle connected to spin motor
Standing waves
PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC PAC
Unexposed photoresist
PAC PAC PAC PAC PAC
Exposed photoresist
Step 1. Vapor prime 2. Spin coat 3. Soft bake 4. Alignment and exposure 5. Post-exposure bake 6. Develop 7. Hard bake 8. Develop inspect
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Semiconductor Manufacturing Technology
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Hard Bake • Characteristics of Hard Bake:
– Post-Development Exposure
(a) Wafer track system
(b) Developer spray dispenser
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Figure 15.6
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Amine Contamination of DUV Resist leading to “T-top” Formation
Unexposed positive resist
Crosslinked resist
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Figure 15.5
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Development Methods
– 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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Table 15.1
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Post Exposure Bake
• Deep UV Exposure Bake
– Temperature Uniformity – PEB Delay
• Conventional I-Line PEB
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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Resist Development with Continuous Spray
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Michael Quirk & Julian Serda © October 2001 by Prentice Hall
Chapter 15
Photolithography: Resist Development and Advanced Lithography
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
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)
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by Michael Quirk and Julian Serda
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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.