光刻工艺介绍1
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光刻工艺介绍1
General Photolithography
前工序
Process
涂胶
(Coating)
HMDS
Resist coating
Soft bake
Soft bake
TARC coating
曝光
(Exposure)
显影
(Developing)
套刻
(Overlay)
Post exposure bake
NIKON G8 4
5 inch 20mm 486nm 0.6um +/-0.15um S3 & CP
All
NIKON I8/I9/I10/I11/I12
4/1/2/13/4 5 inch 20mm 365nm 0.4um
+/-0.12um ALL
All
NIKON机光路图
椭球体 汞灯 快门 滤光镜 蝇眼积分器
显影（Develop）
目的： • 简单的说就是去除已曝光部分的光刻胶 显影方法： • 浸润显影（TANK） • 喷雾显影（SPRAY） • 静态显影（PUDDLE） 影响显影的因素： • 显影液成份、显影液温度 • 环境温度、环境湿度 • 显影液量、显影方式、程序
坚膜（Hard Bake）
目的： • 去除残余的显影液、水、有机溶剂 • 提高粘附性 • 预防刻蚀时胶形貌变形 方法：接近式热板 控制关键点是温度和时间
DI Water
Develop
Hard bake
显检
(Inspect)
条宽
(Critical Dimension)
后工序
材料 设备
涂胶/显影概况
光刻胶 显影液 其他
SPR6812 IX925G-14CP XHRIC-11 SPR513 Durimide7510 MIR701-29CP MIR701-49CP AZ 6130 SPR660-1.0 AZ AQUATAR AR3-600 UV135 CD26: 5 MF503: 10 HRD-2: 7
• LSA (Laser Step Alignment) • FIA (Field Image Alignment)
– g-EGA Alignment (Enhanced Global Alignment)
• LSA • FIA
Alignment System
HP/HP HP/HP AH/AC AH/AC
SC
IND4
TR
IND3 IND2
SC
IND1
软烘（SB）
HP：HOT PLATE IND：INDEXER AC：ADHESION CHAMBER WITH CP
AH：ADHESION CHAMBER WITH HP
SC：SPIN COATER
TR：TRANSFER UNIT
IND AH AC SC HP IND
涂胶前处理（Priming）
HMDS 处理
去水烘烤
HMDS
• 目的：增加圆片衬底与光刻胶的粘附性 • 原理：将圆片表面状态由亲水性转变为疏水性(亲油性) • 化学试剂：HMDS (六甲基二硅胺) • 气相涂布方法：高温低真空下的HMDS单片处理模块 • 确认HMDS的效果用接触角计测量，一般要求大于65度 • 前处理注意事项：
Stepper Introduce
Tool sets Retile size
NIKON EX14-DUV
1
6 inch
CANON 2000i 3
5 inch
NIKON G6/G7
4/0
5 inch
Field size
22mm
20mm
15mm
Wave length
248nm
365nm
486nm
Resolution
– 来片衬底必须是干净和干燥的 – HMDS处理后应及时涂胶 – HMDS处理不能过度 – 安全使用HMDS
涂胶（Coating）
• 涂胶就是采用旋转涂敷的方法，在圆片衬底上均 匀的涂上一层一定厚度的光刻胶。
• 旋转涂敷主要受到以下几个因素的影响，它们彼 此作用，或相互增强或相互减弱结果
– 光刻胶的流动性 – 光刻胶中树脂成份中分子间的束缚力 – 旋转离心力 – 光刻胶溶剂的挥发力
驻波效应（Standing Wave）
驻波效应原理： • 由于入射光与反射光产生干
涉使沿胶厚的方向的光强形 成波峰和波谷产生的
降低或消除驻波效应的方法： • PEB • 加抗反射层：用有机(TARC/BARC)&无机材料(TIN) • 染色剂
NO PEB
PEB
Footing and Undercut
Defocus Effect
+1.0um +0.8um
+0.2um
-0.4um -0.6um
+0.6um
Best Focus
-0.8um
+0.4um
-0.2um
-1.0um
Focus-Exposure Matrix
焦点和曝光量在光阻线条上的效应
固定CD对焦点和曝光量的等高图
在线宽，形貌和胶的损失量三个规格基 对应于可接受的外部极限的两条CD曲线-CD规格 础上构建的焦点曝光量工艺窗口
脱胶原因
1.圆片表面潮湿或者不干净 2.HMDS管道板堵 3.没有做HMDS处理 4.AH/HP板温度异常 5.Metal层次涂胶时间过长
常见Track异常-显影缺陷
多个胶点残留
单点胶残留
拐角处胶残留
颗粒
图形坏
色差
常见Track异常
EBR
胶
回
溅
回
溅
显
脱
影
胶
不
清
Step-and-Repeat System
显影基本流 程
DNS 显影系统图：
Post Exposure Bake Developer
HP/HP HP/CP HP/CP HP/HP
SDP
IND4
TR
IND3 IND2
SDP
IND1
Hard Bake
HP：HOT PLATE CP：COOLING PLATE IND：INDEXER SDP：SPIN DEVELPER TR：TRANSFER UNIT
一般情况下，圆片和光刻胶并不是理想化的平坦，于是当 处于边缘的BLOCK执行SHIFT FOCUS 时，选择INTRASHOT 来执行 SHIFT FOCUS 比较容易得到正确的信息。
Auto Leveling
Max.: 20mm Φ: 19mm
限制：圆片边缘12.5mm无法进行AL。
Auto Leveling
背面印记 (W2层次)
背面颗粒导致聚焦 （此物质能剥掉）
Alignment Process
• 初始化基准标记位置 (Found Coordinates) • 光刻版对位 (Align to Fiducial Mark) • 圆片对位 (Base on the Coordinates)
– Pre-Alignment (Find the Orientation Flat) – Search Alignment
涂胶——均匀性的影响因素(1)
涂胶——均匀性的影响因素(2)
软烘（Soft Bake）
软烘目的： • 去除光刻胶中的溶剂 • 增加粘附性 • 提高E0的稳定性 • 减少表面张力 软烘方法： • 热对流烘箱 • 红外线辐射 • 接触式（接近式）热板 软烘的关键控制点是温度和时间(90℃/60s)
• Yellow:
– Auto focus OK, Auto leveling NG;
• Blue:
– Auto focus & Auto leveling OK.
Auto Focus
Max.: 20mm
限制：圆片边缘6mm无法进行AF，3-4mm范围内可能会因为 圆片边缘的台阶影响正常AF。
Auto Focus
的工艺条件为：112 °C/60s
PR/HMDS影响
❖ PR厚度，粘性系数；HMDS 处理是否恰当、温度设置、 HMDS原料等，都是影响显影缺陷的因素
解决PR/HMDS造成的显影缺陷的措施：
✓检查HMDS的流量是否正常，温度是否设置恰当，必要时，可以考虑试用不同厂家的 HMDS
✓不同PR和显影液菜单的组合，对显影缺陷的影响程度不一样，如PR 20#菜单/DEV 5#搭 配与DEV 10#菜单搭配对某些层次有不同的影响。如不同的搭配都可以用于某一层次，那 么，考虑最终选那一种方案，则要考虑对显影缺陷的影响。
➢ 对于一般的产品pattern外区域为不透光的铬,因此一般没有影响.但是对于带有插 花的产品(drop in chip)，或者block size比较大(Barcode和对版标记)影响是明显 的.
产品的异常表现
➢ 漏光的shot本身图形是正常的,但mask上透光的区域会对相邻的shot产生影响.周而 复始,类似于固定缺陷.
聚光镜
挡板
聚光镜
光刻版
光学镜头 圆片
Reticle Blind
漏光对Mask图形的影响
Mask
光源
➢ 光源通过blind后的形状如上图所示,其中99%的强度集中在中心pattern区域.还有 1%以半圆形集中在图形外测.
➢ 光刻胶有理想响应:曝光能量强度Dcr=能量*时间,当shutter打开的时间默认为无差 异.则能量的大小为主要影响因素.如果光强持续增大,则pattern外围缺陷就会出现.
各层次MATRIX STEP参考条件
Defocus 产生的原因
• Particle • Edge, OF Effect • Auto Focus • Auto Leveling
边缘效应
边缘效应
Φ=125mm Auto focus & Auto leveling
• Red:
– Auto focus & Auto leveling NG;
0.35um
0.6um
0.8um
Overlay
+/-0.06um
+/-0.15um
+/-0.17um
Resist
DUV
ALL
S3 & CP
Grouping mode
0.35um process
STM, 0.6um & above DMOS
0.8um & above process and 0.6um NCL
Auto Leveling
Auto Leveling(III)
常见聚焦不良
STAGE颗粒/圆片背面颗粒导致聚焦不良
AL 层次溅射
吸笔等印记
Fujitsu 客户在线圆片 背面情况
Metal2层次 聚焦圆片
常见聚焦不良
STAGE颗粒/圆片背面颗粒导致聚焦不良
GT层次圆片边缘异常导致聚焦(1)
GT层次圆片边缘异常导致聚焦(2)
IND HP CP SDP HP IND
显影菜单（DNS 5#）介绍
FLOW DATA：
F-STEP
BASIC FLOW
NO.
STNO.U-NO. U-NAME
1
S1
1
INDEX-A
2
1
5
HP
3
1
7
CP
4
1
3
POSI-DEV
5
1
8
HP
6
E1
1
INDEX-A
J-NO.
6 9 4 10
PARALLEL FLOW U-NAME J-NO. U-NAME
HP CP POSI-DEV HP
J-NO. U-NAME
1
5/6HP
7/9CP
2
3
8/10HPຫໍສະໝຸດ Baidu
3/4 DEV
4
显影前烘焙（Post Exposure
Bake）
• 目的：降低或消除驻波效应 • PEB温度一般要求比软烘高15-20°C • PEB一般采接近式热板烘焙 • PEB的关键控制点是温度与时间 • 的工艺条件为：112℃/60s
HMDS EBR 7030
DNS TEL DUV
涂胶菜单
注：⑴.关键层指：TO、GT、PC、BN+、ROM、W1、VIA、METAL、TU、BC、SGE、SN（MG）、GW（MG）。 ⑵.非关键层指：除关键层次和PAD之外的其他层次。
涂胶基本流 程
DNS 涂胶系统图：
前处理（PRIMING） 涂胶（APPLY）
涂胶去边规范：AL、CP层次2-3mm 其他层次1-2mm
涂胶（Coating）
☆涂胶的关键在于控制膜厚及其均匀性
影响光刻胶厚度和均匀性的主要参数：[括号内的值为 实际工艺参数设置] • 环境温度（23°C) • 环境湿度(40%) • 排风净压力(5 mmaq) • 光刻胶温度(23°C+/-0.5） • 光刻胶量（1.2-1.5cc) • 旋转马达的精度和重复性 • 回吸量 • 预旋转速度 预旋转时间 最终旋转速度 最终旋转时间 最终旋转加速度
➢ 光线透过Barcode和对版标记位置,即使没有在圆片上成像,也会对正常图形的CD型 貌产生影响.
Depth Of Focus
Lens
Center of focus
-
Depth of focus
Photoresist
Film
+
IDOF、UDOF
(Independence)
(Useable)
Image Defocus
General Photolithography
前工序
Process
涂胶
(Coating)
HMDS
Resist coating
Soft bake
Soft bake
TARC coating
曝光
(Exposure)
显影
(Developing)
套刻
(Overlay)
Post exposure bake
NIKON G8 4
5 inch 20mm 486nm 0.6um +/-0.15um S3 & CP
All
NIKON I8/I9/I10/I11/I12
4/1/2/13/4 5 inch 20mm 365nm 0.4um
+/-0.12um ALL
All
NIKON机光路图
椭球体 汞灯 快门 滤光镜 蝇眼积分器
显影（Develop）
目的： • 简单的说就是去除已曝光部分的光刻胶 显影方法： • 浸润显影（TANK） • 喷雾显影（SPRAY） • 静态显影（PUDDLE） 影响显影的因素： • 显影液成份、显影液温度 • 环境温度、环境湿度 • 显影液量、显影方式、程序
坚膜（Hard Bake）
目的： • 去除残余的显影液、水、有机溶剂 • 提高粘附性 • 预防刻蚀时胶形貌变形 方法：接近式热板 控制关键点是温度和时间
DI Water
Develop
Hard bake
显检
(Inspect)
条宽
(Critical Dimension)
后工序
材料 设备
涂胶/显影概况
光刻胶 显影液 其他
SPR6812 IX925G-14CP XHRIC-11 SPR513 Durimide7510 MIR701-29CP MIR701-49CP AZ 6130 SPR660-1.0 AZ AQUATAR AR3-600 UV135 CD26: 5 MF503: 10 HRD-2: 7
• LSA (Laser Step Alignment) • FIA (Field Image Alignment)
– g-EGA Alignment (Enhanced Global Alignment)
• LSA • FIA
Alignment System
HP/HP HP/HP AH/AC AH/AC
SC
IND4
TR
IND3 IND2
SC
IND1
软烘（SB）
HP：HOT PLATE IND：INDEXER AC：ADHESION CHAMBER WITH CP
AH：ADHESION CHAMBER WITH HP
SC：SPIN COATER
TR：TRANSFER UNIT
IND AH AC SC HP IND
涂胶前处理（Priming）
HMDS 处理
去水烘烤
HMDS
• 目的：增加圆片衬底与光刻胶的粘附性 • 原理：将圆片表面状态由亲水性转变为疏水性(亲油性) • 化学试剂：HMDS (六甲基二硅胺) • 气相涂布方法：高温低真空下的HMDS单片处理模块 • 确认HMDS的效果用接触角计测量，一般要求大于65度 • 前处理注意事项：
Stepper Introduce
Tool sets Retile size
NIKON EX14-DUV
1
6 inch
CANON 2000i 3
5 inch
NIKON G6/G7
4/0
5 inch
Field size
22mm
20mm
15mm
Wave length
248nm
365nm
486nm
Resolution
– 来片衬底必须是干净和干燥的 – HMDS处理后应及时涂胶 – HMDS处理不能过度 – 安全使用HMDS
涂胶（Coating）
• 涂胶就是采用旋转涂敷的方法，在圆片衬底上均 匀的涂上一层一定厚度的光刻胶。
• 旋转涂敷主要受到以下几个因素的影响，它们彼 此作用，或相互增强或相互减弱结果
– 光刻胶的流动性 – 光刻胶中树脂成份中分子间的束缚力 – 旋转离心力 – 光刻胶溶剂的挥发力
驻波效应（Standing Wave）
驻波效应原理： • 由于入射光与反射光产生干
涉使沿胶厚的方向的光强形 成波峰和波谷产生的
降低或消除驻波效应的方法： • PEB • 加抗反射层：用有机(TARC/BARC)&无机材料(TIN) • 染色剂
NO PEB
PEB
Footing and Undercut
Defocus Effect
+1.0um +0.8um
+0.2um
-0.4um -0.6um
+0.6um
Best Focus
-0.8um
+0.4um
-0.2um
-1.0um
Focus-Exposure Matrix
焦点和曝光量在光阻线条上的效应
固定CD对焦点和曝光量的等高图
在线宽，形貌和胶的损失量三个规格基 对应于可接受的外部极限的两条CD曲线-CD规格 础上构建的焦点曝光量工艺窗口
脱胶原因
1.圆片表面潮湿或者不干净 2.HMDS管道板堵 3.没有做HMDS处理 4.AH/HP板温度异常 5.Metal层次涂胶时间过长
常见Track异常-显影缺陷
多个胶点残留
单点胶残留
拐角处胶残留
颗粒
图形坏
色差
常见Track异常
EBR
胶
回
溅
回
溅
显
脱
影
胶
不
清
Step-and-Repeat System
显影基本流 程
DNS 显影系统图：
Post Exposure Bake Developer
HP/HP HP/CP HP/CP HP/HP
SDP
IND4
TR
IND3 IND2
SDP
IND1
Hard Bake
HP：HOT PLATE CP：COOLING PLATE IND：INDEXER SDP：SPIN DEVELPER TR：TRANSFER UNIT
一般情况下，圆片和光刻胶并不是理想化的平坦，于是当 处于边缘的BLOCK执行SHIFT FOCUS 时，选择INTRASHOT 来执行 SHIFT FOCUS 比较容易得到正确的信息。
Auto Leveling
Max.: 20mm Φ: 19mm
限制：圆片边缘12.5mm无法进行AL。
Auto Leveling
背面印记 (W2层次)
背面颗粒导致聚焦 （此物质能剥掉）
Alignment Process
• 初始化基准标记位置 (Found Coordinates) • 光刻版对位 (Align to Fiducial Mark) • 圆片对位 (Base on the Coordinates)
– Pre-Alignment (Find the Orientation Flat) – Search Alignment
涂胶——均匀性的影响因素(1)
涂胶——均匀性的影响因素(2)
软烘（Soft Bake）
软烘目的： • 去除光刻胶中的溶剂 • 增加粘附性 • 提高E0的稳定性 • 减少表面张力 软烘方法： • 热对流烘箱 • 红外线辐射 • 接触式（接近式）热板 软烘的关键控制点是温度和时间(90℃/60s)
• Yellow:
– Auto focus OK, Auto leveling NG;
• Blue:
– Auto focus & Auto leveling OK.
Auto Focus
Max.: 20mm
限制：圆片边缘6mm无法进行AF，3-4mm范围内可能会因为 圆片边缘的台阶影响正常AF。
Auto Focus
的工艺条件为：112 °C/60s
PR/HMDS影响
❖ PR厚度，粘性系数；HMDS 处理是否恰当、温度设置、 HMDS原料等，都是影响显影缺陷的因素
解决PR/HMDS造成的显影缺陷的措施：
✓检查HMDS的流量是否正常，温度是否设置恰当，必要时，可以考虑试用不同厂家的 HMDS
✓不同PR和显影液菜单的组合，对显影缺陷的影响程度不一样，如PR 20#菜单/DEV 5#搭 配与DEV 10#菜单搭配对某些层次有不同的影响。如不同的搭配都可以用于某一层次，那 么，考虑最终选那一种方案，则要考虑对显影缺陷的影响。
➢ 对于一般的产品pattern外区域为不透光的铬,因此一般没有影响.但是对于带有插 花的产品(drop in chip)，或者block size比较大(Barcode和对版标记)影响是明显 的.
产品的异常表现
➢ 漏光的shot本身图形是正常的,但mask上透光的区域会对相邻的shot产生影响.周而 复始,类似于固定缺陷.
聚光镜
挡板
聚光镜
光刻版
光学镜头 圆片
Reticle Blind
漏光对Mask图形的影响
Mask
光源
➢ 光源通过blind后的形状如上图所示,其中99%的强度集中在中心pattern区域.还有 1%以半圆形集中在图形外测.
➢ 光刻胶有理想响应:曝光能量强度Dcr=能量*时间,当shutter打开的时间默认为无差 异.则能量的大小为主要影响因素.如果光强持续增大,则pattern外围缺陷就会出现.
各层次MATRIX STEP参考条件
Defocus 产生的原因
• Particle • Edge, OF Effect • Auto Focus • Auto Leveling
边缘效应
边缘效应
Φ=125mm Auto focus & Auto leveling
• Red:
– Auto focus & Auto leveling NG;
0.35um
0.6um
0.8um
Overlay
+/-0.06um
+/-0.15um
+/-0.17um
Resist
DUV
ALL
S3 & CP
Grouping mode
0.35um process
STM, 0.6um & above DMOS
0.8um & above process and 0.6um NCL
Auto Leveling
Auto Leveling(III)
常见聚焦不良
STAGE颗粒/圆片背面颗粒导致聚焦不良
AL 层次溅射
吸笔等印记
Fujitsu 客户在线圆片 背面情况
Metal2层次 聚焦圆片
常见聚焦不良
STAGE颗粒/圆片背面颗粒导致聚焦不良
GT层次圆片边缘异常导致聚焦(1)
GT层次圆片边缘异常导致聚焦(2)
IND HP CP SDP HP IND
显影菜单（DNS 5#）介绍
FLOW DATA：
F-STEP
BASIC FLOW
NO.
STNO.U-NO. U-NAME
1
S1
1
INDEX-A
2
1
5
HP
3
1
7
CP
4
1
3
POSI-DEV
5
1
8
HP
6
E1
1
INDEX-A
J-NO.
6 9 4 10
PARALLEL FLOW U-NAME J-NO. U-NAME
HP CP POSI-DEV HP
J-NO. U-NAME
1
5/6HP
7/9CP
2
3
8/10HPຫໍສະໝຸດ Baidu
3/4 DEV
4
显影前烘焙（Post Exposure
Bake）
• 目的：降低或消除驻波效应 • PEB温度一般要求比软烘高15-20°C • PEB一般采接近式热板烘焙 • PEB的关键控制点是温度与时间 • 的工艺条件为：112℃/60s
HMDS EBR 7030
DNS TEL DUV
涂胶菜单
注：⑴.关键层指：TO、GT、PC、BN+、ROM、W1、VIA、METAL、TU、BC、SGE、SN（MG）、GW（MG）。 ⑵.非关键层指：除关键层次和PAD之外的其他层次。
涂胶基本流 程
DNS 涂胶系统图：
前处理（PRIMING） 涂胶（APPLY）
涂胶去边规范：AL、CP层次2-3mm 其他层次1-2mm
涂胶（Coating）
☆涂胶的关键在于控制膜厚及其均匀性
影响光刻胶厚度和均匀性的主要参数：[括号内的值为 实际工艺参数设置] • 环境温度（23°C) • 环境湿度(40%) • 排风净压力(5 mmaq) • 光刻胶温度(23°C+/-0.5） • 光刻胶量（1.2-1.5cc) • 旋转马达的精度和重复性 • 回吸量 • 预旋转速度 预旋转时间 最终旋转速度 最终旋转时间 最终旋转加速度
➢ 光线透过Barcode和对版标记位置,即使没有在圆片上成像,也会对正常图形的CD型 貌产生影响.
Depth Of Focus
Lens
Center of focus
-
Depth of focus
Photoresist
Film
+
IDOF、UDOF
(Independence)
(Useable)
Image Defocus