微电子制造技术抗反射涂层

微电子制造技术
电信学院 微电子学系 12
曝光光源
在光刻胶曝光过程中，是通过光刻胶材料发 生光化学反应来转移掩膜版的图形，而且必须在 最短的时间内完成，同时要求在批量生产中是可 重复的。 紫外光用于光刻胶的曝光是因为光刻胶材料 与这个特定波长的光反应满足上述要求。因为较 短的波长可以获得光刻胶上较小尺寸的分辨率。 所以现今最常用光学光刻的两种紫外光源是：汞 灯和准分之激光。除此之外其它用于先进的或特 殊应用的光刻胶曝光有X射线、电子束和离子束。

Figure 14.3 光的波长和频率
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 9
波的干涉
波本质上是正弦曲线。任何形式的正弦波只 要有相同的频率就能相互干涉。有两种类型的干 涉基于波是否有相同的相位（见下图）。
相长干涉
A 同相位波 不同相位波 B
相消干涉
A+B
微电子制造技术
Figure 14.4
电信学院 微电子学系 10
微电子制造技术 电信学院 微电子学系 8
光的实质就是电磁波，光也能辐射能量。这 两个描述反映了光的波粒两相性的本质。因此可 以用波长（ λ）和频率（ƒ）来描述。这两者的 关系如图14.3所示，其中υ是光的速度。
= v f
v = 光的速度, 3E 108 m/sec f = 以 Hz为单位的频率(每秒周期) = 波长，频率对应周期的物理长度， 以米为单位 激光器
通过表14.2可以看出，要得到0.25µm以下的特 征尺寸，对应的光源波长应该是小于 248nm的深紫 外（DUV）光，但是从图14.7可以看出，248nm的深 紫外发射是365nm的I线发射强度的1/5。
微电子制造技术 电信学院 微电子学系 2
掩膜版上设计的每一层图形都有一个特
殊功能，如接触孔、MOS的源漏区或金属线等 ，光刻过程中掩膜版把这些图形彼此套准来
制成硅片上的器件或电路。版图套准过程有
对准规范，就是前面提出的套准容差。怎样 精确地把亚微米尺寸套准，对光学光刻提出 了特殊的对准挑战。
微电子制造技术
(nm)
紫外光谱
EUV VUV DUV Mid-UV 紫
可见光谱（白光）
蓝 绿 黄 橙 红
4
50
100
150
200
ຫໍສະໝຸດ Baidu
250 248
300
350 365 i
400
450
500
550
600
650
700
13（极紫外）
126 157 193
405 436 g h
准分之激光 光刻光源
汞灯 Figure 14.6 电磁波谱
光学滤波器 滤光器利用光的干涉阻止不需要的 入射光，通过反射或干涉来获得一个特定波长的 波（见图14.5）
宽带光
被反射的波长
涂层 1 (不反射)
涂层2 涂层3
二次反射 (干涉)
玻璃
透射的波长
微电子制造技术
Figure 14.5 光学滤波
电信学院 微电子学系 11
整个可见和不可见的电磁波被称作电磁波谱， 它由从极短到极长波长的各种辐射能组成。 黄光和红光因为它处在可见光区含极少紫外光 ，因此不会影响光刻胶。所以光刻区的照明通常使 用黄光或红光。
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 14
Table 14.2 汞灯的强度峰
UV 光波长 (nm) 436 405 365 248
描述符号 g-line h-line i-line Deep UV (DUV)
CD 分辨率 (m) 0.5 0.4 0.35 0.25
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 15
微电子制造技术 电信学院 微电子学系 13
120
100 80 相对强渡 (%)
高强度汞灯的发射光谱
i-line 365 nm h-line 405 nm g-line 436 nm
60
40 20
DUV 248 nm
0
200 300 400 500 600
波长 (nm)
Figure 14.7 典型的高压汞灯的发射光谱
6
4
3 2 7
8
1
剖面图
顶视图
Figure 14.2 CMOS 剖面和投影掩膜版的顶视图
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 6
1) STI 刻蚀
2) P-阱注入
3) N-阱注入
4) 多晶硅栅刻蚀
5) N+ S/D 注入
6) P+ S/D注入
7) 氧化层接触刻蚀
8) 金属刻蚀
Figure 14.2 投影掩膜版的分解图
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 7
光学曝光
在曝光过程中，从光源发出的光通过对准的 掩膜版（版上有黑白分明的区域，这些区域形成 了要转移到硅片表面的图形）对涂胶的硅片曝光 。曝光的目的就是要把掩膜版上的图形精确地复 制到涂胶的硅片上。 曝光的一个方面是在所有其它条件相同时， 曝光光线波长越短能曝出的特征尺寸就越小。此 外，曝光的光线必须具有一定的能量，以便对光 刻胶产生光化学反应。为了提高曝光质量，光必 须均匀地分配到整个曝光区域。 为了获得精细光刻的关键尺寸，光刻需要在 短波长下进行强曝光。
电信学院 微电子学系 3
学 习 目 标 1. 解释光刻中对准和曝光的目的； 2. 3. 4. 5. 描述光刻中光的特性及光源的重要性； 了解光学系统对光刻工艺的重要性； 解释分辨率，说明它对光刻的重要性； 了解光刻中获得精确对准的方法。
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 4
UV 光源 快门 对准曝光 快门在聚焦和对准过程 中闭合，而在曝光过程 中打开
投影掩膜版（在投影掩 膜版视场内可能包含一 个或多个芯片） 投影透镜（缩小的投影掩 膜版的视场到硅片表面）
单视场曝光，包括：聚焦 、对准、曝光、步进和重 复过程
承片台在 X, Y, Z, q方向控制硅片的 位置
Figure 14.1 掩模版图型转移到光刻胶上
微电子制造技术
电信学院 微电子学系 5
5
微电子制造技术
第 14 章
光刻：对准和曝光
微电子制造技术 电信学院 微电子学系 1
概
述
对准就是把所需图形在硅片表面上定位或对 准。而曝光是通过曝光灯或其它辐射源将图形转 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。 因为最终的图形是用多个掩膜版按照特定的 顺序在晶园表面一层一层叠加建立起来的。图形 定位的要求就好像是一幢建筑物每一层之间所要 求的正确对准。如果每一次的定位不准，将会导 致成品率下降或者整个电路失效。