当前位置:首页 >> 信息与通信 >>

半导体光刻工艺


集成电路工艺之

光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光源 5、光刻工艺 6、新技术简介

光刻

IC 工艺?程
Materials IC Fab Metallization Wafers Thermal Processes Masks Photolithography IC Design Final Test Implant PR strip Etch PR strip Packaging CMP Dielectric deposition Test

IC 制造
e-Beam or Photo

EDA

Mask or Reticle

Ion Implant

PR
Etch

Chip

Photolithography EDA: 自动化电子设计 PR: 光刻胶

光刻基本介绍
? 在硅片表面匀胶,然后将掩模版上的图形转移光刻 胶上的过程 ? 将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。 ? 光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。 ? 光刻占40%到 50% 的流片时间。 ? 决定最小特征尺寸。 IC制程中最重要的模块,是集成电路中关键的 工艺技术,最早的构想来源于印刷技术中的照相制 版。光刻技术最早于1958年开始应用,并实现了平 面晶体管的制作。

光刻的基本步骤
? ? ? ? ? ? ? ? ? 硅片清洗 前烘和前处? 光刻胶涂布 匀胶后烘 对准和曝光 曝光后烘 显影 显影后烘 图形检查

涂胶

曝光 显影

硅片清洗
Clean Gate Oxide Primer

前烘和前处?

Polysilicon STI P-Well USG STI

Polysilicon USG P-Well

匀胶
Primer

匀胶后烘

Photoresist Polysilicon STI P-Well USG STI

Photoresist Polysilicon USG P-Well

掩模板对准
Gate Mask

曝光
Gate Mask

Photoresist Polysilicon STI P-Well USG STI

Photoresist Polysilicon USG P-Well

曝光后烘

显影

Photoresist Polysilicon STI P-Well USG STI

PR Polysilicon USG P-Well

显影后烘

图形检查

PR Polysilicon STI P-Well USG STI

PR Polysilicon USG P-Well

光刻的一般要求
? ? ? ? 图形的分辨?高 光刻胶敏感?高 层间对准精密高 缺陷密?低

光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光源 5、光刻工艺 6、新技术简介

光刻胶
? ? ? ? ? ? ? ? 开始于印刷电? 1950?起应用于半导体工业 是图形工艺的关键 有正胶和负胶两种 光敏材? 均匀涂布在硅片表面 用曝光的方法转移设计图形到光刻胶上 类似于光敏材?涂布在照相用的底片上

光刻胶的成分
? ? ? ? 聚合物 溶剂 感光剂 添加剂

聚合物
? 固体有机材?(胶膜的主体) ? 转移图形到硅片上 ? UV曝光后发生光化学反应,溶解性质发 生改变. ? 正胶: 从?可溶到可溶 ? 负胶: 从可溶到?可溶

溶剂
? 溶解聚合物 ? 经过旋转涂布可得到薄光刻胶膜.

感光剂
? 控制和或改变光化学反应 ? 决定曝光时间和强?

添加剂
? 为达到?同的工艺结果而添加多种?同的 化学物质,如添加染色剂以减少反射。

光刻胶的要求
? 高分辨?
– 光刻胶越薄,分辨?越高 – 光刻胶越薄,抗刻蚀和离子注入能?越低

光刻胶种类
负胶 ? 曝光后变为?可溶 ? 显影时未曝光的部 分溶解于显影液 ? 图形与掩模版相反 ? 分辨率较低
? 含二甲苯,对环境、 身体有害。

正胶 ? 曝光后变为可溶 ? 显影时曝光的部分 溶解于显影液 ? 图形与掩模版相同
? ?小的聚合物尺寸, 有?高的分辨? ? 大?应用于 IC fabs

? ? ? ?

高抗刻蚀性(要求厚膜) 好的黏附性 注入屏蔽能力强和针孔少(要求厚膜) 宽工艺窗口
– 能适应工艺的变?

负胶
? 几乎所有的负胶 都是聚异戊二烯 类 ? 曝光后成为相互 交联的聚合物 ? 交联的聚合物有 高抗刻蚀性 ? 未曝光的部分溶 于显影液

正胶
? 主要为酚醛树脂聚 合物,醋酸盐类溶 剂 ? 曝光前,感光剂与 树脂交联 ? 曝光后获得能量分 解感光剂并且破坏 交联 ? 树脂的可溶性提高
光刻胶t

正胶和负胶
Substrate 掩膜版 光刻胶 Substrate 负胶 Substrate 正胶 Substrate 显影后 UV light 曝光

负胶的缺点
膨胀

光刻胶的对比度
? PR Film Substrate

? 聚合物吸收显 影液 ? 因光刻胶膨胀 导致分辨?低 ? 溶剂中含二甲 苯引起环境和 健康问题.

因此,IC制造中 都使用正胶。
光刻胶区分掩模上亮区和暗区的能力。 (光刻胶上从曝光区到非曝光区过渡的陡度)

化学增强(CA)光刻胶
? ? ? ? 深紫外线 (DUV), λ ≤ 248 nm 光源:受激准分子激光器 光强低于高压汞灯产生的 I-line (365 nm) 需要?同的光刻胶
Intensity (a.u)
I-line (365) G-line (436) H-line (405) Deep UV (<260) 300 400 500 600

化学增强光刻胶-2
? 使用催化剂提高光刻胶的光敏感? ? 当光刻胶曝?在DUV下生成光酸 ? PEB时,热引起酸扩散导致催化反应的扩 大 ? 酸去除?保护物 ? 曝光的部分将溶于显影液

Wavelength (nm)

化学增强光刻胶-3
参数
Before PEB Exposed PR + H+ Protecting Groups After PEB Exposed PR + Protecting Groups + H+

光刻胶特性概要
负胶
聚异戊二烯 聚合反应 为聚合互联提供自 由基 染色剂

正胶
酚醛树脂 光-增溶 改变成碱性可溶

聚合物 光化反应 感光剂 添加剂

Heat

染色剂

光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光源 5、光刻工艺 6、新技术简介

曝光(光刻)机
? ? ? ? IC制造中最关键的步骤 IC fab. 中最昂贵的设备 最有挑战性的技术 决定最小特征尺寸 ? ? ? ? 接触式曝光机 接近式曝光机 投影式曝光机 步进式曝光机

接触式光刻机
? 设备简单 Light ? 70?代中期前使 Source Lenses 用 ? 分辨?: 有微米 级的能? ? 掩膜版和硅片直 Mask 接接触, 掩膜版 寿命短 Photoresist ? 微?

接触式光刻机
UV Light Mask

PR
Wafer

N-Silicon

接近式光刻机
? 距硅片表面 10微米 ? 无直接接触 ? ?长的掩膜 寿命 ? 分辨?: > 3 μm
Light Source Lenses

接近式光刻机
~10 μm UV Light Mask

Mask ~10 μm

PR
Wafer

Photoresist

N-Silicon

投影光刻机(扫描型)
? 类似于投影仪, 掩模与硅片之间 增加一透镜。 ? 掩模与硅片1:1 ? 大约1微米的分辨 ?
Synchronized mask and wafer movement Light Source Slit

步进光刻机
Light Source Projection Lens

Lens
Reticle

Mask Lens Photoresist Wafer
Projection Lens Wafer Wafer Stage

步进光刻机-2
? 先进的 IC fab中最流行的光刻设备 ? 高分辨率 ? 0.25 微米或以下 ? 非常昂贵 ? 掩膜图形尺寸5X:10X能够得到更好的分辨 率,但是,它的曝光时间是5X的四倍。曝 光时间和分辨率折中的结果。

相关的光学专题

? 光的衍射 ? 分辨? ? 焦深 (DOF)

衍射
? ? ? ? 光是一种波 衍射是波的基本特性 衍射影响分辨?(决定分辨率极限) 物理极限:Lmin ≥ λ / 2
光强

不通过透镜的光衍射
衍射的光 Mask

d

Ideal light Intensity pattern

分辨率:Lmin = (2dλ)1/2,波长越短衍射越 少,Lmin越小。对应于接触和接近曝光机

通过透镜的光衍射
Strayed refracted light Lens Diffracted light collected by the lens ro Less diffraction after focused by the lens Ideal light Intensity pattern D Mask

数值孔径(NA) (numerical aperture)
? NA = nsinθ ,n为物 镜与硅片间材?的折 射?。 ? NA 反映透镜收集衍 射光的能? 。 ? NA越大可收集?多的 衍射光,并形成?为 陡峭的图形。

?光学透镜可聚集衍射光提高成像质量, 投影式的优势

分辨率
? 可接受的可重复的最小特征 尺寸 ? 由光波长和系统的数值孔径 决定。分辨?可表示为:

焦深(DOF)
? 成像时可得到好的分 辨?的焦距 ? 焦深可表示为:

R=

K1λ NA

DOF =

? K1 是系统常数, λ 是光波 长, NA=nsinθ 是数值孔 径
R

K 2λ ( NA ) 2

R

提高分辨率途径
? 增加 NA
– ?大的透镜, 可能太贵?实用 – 减少DOF 但是增加?工艺的难?

分辨率与焦深
NA = n sin θ
DOF = K 2λ (NA) 2

? NA越小,焦深越大
– 一次性照相机有着很小的透镜 – 几乎所有的物体都在焦距内 – 差的分辨?

? ?低波长
– 需要改进光源 – UV到 DUV, 到 EUV, 到 X-Ray

? 减少 K1
– 相移掩膜等。改进光刻胶和设备等

R=

K1λ NA

? 为提高分辨?,减少波长的方法比增加 NA好 ? 高分辨?,小 DOF ? 聚焦在光刻胶层的中间

表面平坦化的要求 聚焦在中间层优化分辨率
? 高分辨?要求
– ?短的λ – ?大的 NA.

Center of focus

Depth of focus Photoresist Substrate

? 两者都减少? DOF ? 硅片表面必须高?平坦. ? 0.25 μm 光刻需要有CMP.

光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、曝光光源 5、光刻工艺 6、新技术简介

曝光光源
一般要求: ? 短波长、高强?、高稳定性 光源的产生: ? 高压汞灯 ? 准分子激光器

汞灯光谱
I-line (365) G-line (436) H-line (405) Deep UV (<260)

Intensity (a.u)

300

400

500

600

Wavelength (nm)

光源
Name G-line Mercury Lamp H-line I-line XeF XeCl Excimer Laser KrF (DUV) ArF (DUV) Fluorine Laser F2 (VUV) Wavelength (nm) 436 405 365 351 308 248 193 157 0.25 to 0.13 0.09 to 0.045 ? 0.35 to 0.25 Application feature size (μm) 0.50

I-line 和 DUV
? 汞i-line, 365 nm
– 通常应用于 0.35 μm 光刻

? DUV KrF准分子激光, 248 nm
– 0.25 μm, 0.18 μm 和 0.13 μm 光刻

? DUV ArF准分子激光,193 nm
– 应用: < 90 nm

? VUV F2分子激光,157 nm
– 还在研发中, < 0.10 μm 应用 ?

下一代光(?)源
? ? ? ? 超 UV (EUV) 光刻 X-Ray光刻 电子束 (E-beam) 光刻 离子束(Ion-beam) 光刻

光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光源 5、光刻工艺 6、新技术简介

光刻的基本步骤
? ? ? ? ? ? ? ? 硅片清洗 去水烘干 前处?和匀胶 匀胶后烘 对准和曝光 显影 图形检查 显影后烘 ? ? ? ? ?

硅片清洗
去除沾污 去除微? 减少针孔和其他缺陷 提高光刻胶黏附性 基本步骤 ? 传统方法
– 化学清洗 – 冲洗 – 干燥 – 高压氮气吹 – 刷子旋转刷 – 高压水冲洗

匀胶

对准和曝光 显影

硅片清洗工艺
? ? ? ? ?
Chemical Clean Rinse Dry

光刻工艺-前烘
去水烘干 去除硅片表面的水份 提高光刻胶与表面的黏附性 通常在 100 °C 与前处?同时进?

光刻工艺-前处理
? ? ? ? ? 防止显影时光刻胶脱离硅片表面 通常使用: Hexamethyldisilazane (HMDS) 匀胶前HMDS 蒸汽涂布 通常和前烘一起进? 匀胶前硅片要?却

前烘和前处理
Prep Chamber Primer Layer Wafer

Wafer

HMDS Vapor Hot Plate

Hot Plate Dehydration Bake

Primer Vapor Coating

硅片冷却
? 匀胶前硅片需?却 ? 硅片在?却平板上?却 ? 温?会影响光刻胶的黏?
– 影响光刻胶的厚?

匀胶
硅片吸附在真空卡盘上 ? 液态的光刻胶滴在硅片的中心 ? 卡盘旋转,离心?的作用下光刻 胶扩散开 ? 高速旋转,光刻胶均匀地覆盖硅 片表面 先低速旋转 ~ 500 rpm 再上升到 ~ 3000 - 7000 rpm

黏度
? 在固体表面的?动性 ? 影响匀胶厚? ? 与光刻胶的类型和温?有关 ? 高速旋转有?于匀胶的均匀性

光刻胶的厚度与黏度和转速的关系
3.5 100 cst 3.0 50 cst

Thickness (mm)

2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0

27 cst 20 cst 10 cst 5 cst

2k

3k

4k

5k

6k 7k

Spin Rate (rpm)

匀胶机 动态的转速
EBR
Spin rate

Wafer

PR

Water Sleeve Chuck Drain Vacuum Exhaust

Time

? 硅片自动输送轨道系统;真空卡盘吸住硅片;胶盘 ? 排气系统;可控旋转马达;给胶管和给胶泵 ? 边缘清洗(去边)

滴胶

光刻胶回吸

PR dispenser nozzle Wafer Chuck Spindle To vacuum pump

PR suck back

PR dispenser nozzle Wafer Chuck Spindle

To vacuum pump

旋转涂布

旋转涂布

PR suck back

PR dispenser nozzle Wafer Chuck Spindle

PR suck back

PR dispenser nozzle Wafer Chuck Spindle

To vacuum pump

To vacuum pump

旋转涂布

旋转涂布

PR suck back

PR dispenser nozzle Wafer Chuck Spindle

PR suck back

PR dispenser nozzle Wafer Chuck Spindle

To vacuum pump

To vacuum pump

旋转涂布

旋转涂布

PR suck back

PR dispenser nozzle Wafer Chuck Spindle

PR suck back

PR dispenser nozzle Wafer Chuck Spindle

To vacuum pump

To vacuum pump

旋转涂布

旋转涂布

PR suck back

PR dispenser nozzle Wafer Chuck Spindle

PR suck back

PR dispenser nozzle Wafer Chuck Spindle

To vacuum pump

To vacuum pump

旋转涂布

去边 (EBR)
? 光刻胶扩散到硅片的边缘和背面 ? 在机械搬送过程中光刻胶可能回剥? 成为微? ? 正面和背面去边 EBR ? 正面光学去边 EBR

PR suck back

PR dispenser nozzle Wafer Chuck Spindle

To vacuum pump

去边(EBR)
? 光刻胶扩散 到硅片的边 缘和背面 ? 在机械搬送 过程中光刻 胶可能回剥 ?成为微? ? 正面和背面 去边 EBR ? 正面光学去 边 EBR
EBR: Edge Bead Removal Solvent

去边

Wafer Chuck Spindle To vacuum pump

Solvent

Wafer Chuck Spindle To vacuum pump

匀胶后烘前的硅片

光学去边
Photoresist Wafer

Wafer
Spindle

Chuck

Chuck Spindle To vacuum pump

? 对准和曝光后 ? 硅片边缘曝光 (WEE) ? 显影使曝光过的光刻胶溶解

显影
Edge PR removed Patterned photoresist Wafer

匀胶后烘
? 使光刻胶中的大部分溶剂蒸发。 ? 溶剂帮助得到薄的光刻胶膜但是吸收光并且 影响黏附性 ? 曝光后烘时间和温?取决于工艺条件 ? 过烘: 聚合, 光敏性?低 ? 后烘?足: 影响黏附性和曝光

Chuck Spindle

To vacuum pump

烘烤系统
Wafer Heater Heated N 2 Photoresist Chuck Wafer Heater Hot plate Convection oven Vacuum Microwave oven MW Source

热板

Wafers Vacuum

? 广泛应用于工业界 ? 背面受热,无表面硬 壳 ? 在线轨道系统

Wafer Heater

热板

对?式烘箱 红外线烘箱

微波烘箱

硅片?却
? ? ? ? 需要?却到环境温? 硅片在?却板上?却 硅的热膨胀?: 2.5×10?6/°C 对于8英寸硅片, 改变1 °C 引起 0.5 微米的 直径差

驻波效应
?入射光和反射光的干涉 ?周期性的过曝光和曝光?足 ?影响光刻胶的分辨?

驻波强?
Average Intensity Light Intensity Constructive Interference, Overexpose Destructive Interference, Underexpose

驻波对光刻的影响
λ/nPR
Photoresist Substrate Overexposure
Surface of the substrate

Surface the of PR

λ/nPR

Underexposure

曝光后烘
? ? ? ? ? ? 玻璃转化温? Tg 烘烤温?大于 Tg 光刻胶分子热迁移 过曝光和曝光?足的光刻胶分子重排 平衡驻波效应, 平?光刻胶侧壁提高分辨?

曝光后烘(PEB)
? 对于DUV化学增强光刻胶 ,曝光 后烘提供的热是酸的扩散所需要 的。 ? PEB 处?后, 曝光区域的光刻胶 出现图形, 这是因为酸扩散后发生 显著的化学变化引起的。

曝光后烘
? PEB 通常使用 110 到 130 °C的热板烘1分 钟 ? 对于同一种类的光刻胶, PEB 的温?通常 高于匀胶后烘. ? ?充分的PEB ?能完全消除驻波的影响, ? 过烘将引起聚合反应影响光刻胶的显影

硅片?却
? PEB后,显影前,硅片放置在?却板上? 却至环境温? ? 高温会加速化学反应引起过显影 ? 光刻胶 CD 变小

显影
? ? ? ? ? 显影液溶解部分光刻胶 正胶显影液通常使用弱碱性的溶剂 最常用的是四甲基氢铵TMAH ((CH3)4NOH) 将掩膜上的图形转移到光刻胶上 三个基本步骤: 显影-清洗-干燥
Mask PR Film Substrate Exposure PR Film Substrate Development

显影:浸入式

Develop

Rinse

Spin Dry

显影液
正胶 显影 TMAH 负胶 Xylene

显影:旋转式
旋转显影机图示
DI water Wafer Developer

清洗

DI Water

n-Butylacetate
Drain Vacuum

Water sleeve Chuck

光学曝光去边
Light source Light beam Photoresist Wafer Chuck Spindle

光学曝光去边
Light source Light beam Photoresist Wafer Chuck Spindle

Exposed Photoresist

滴注显影液

显影液

Exposed Photoresist

Development solution dispenser nozzle Wafer Chuck Spindle To vacuum pump

Exposed Photoresist Wafer Chuck Spindle To vacuum pump

甩除显影液
Patterned photoresist Wafer Chuck Spindle To vacuum pump

去离子水清洗
DI water dispenser nozzle Wafer Chuck Spindle To vacuum pump

Edge PR removed

甩干

完成

Wafer Chuck Spindle To vacuum pump Spindle

Wafer Chuck

显影形貌
PR Substrate Normal Development PR Substrate Under Development PR Substrate Incomplete Development PR Substrate Over Development

显影后烘
? ? ? ? ? 使光刻胶中的溶剂蒸发 提高抗刻蚀和抗离子注入性 提高光刻胶和硅片表面的黏附性 聚合化并稳定光刻胶 光刻胶?动填平针孔

热?动填平针孔
Pinhole PR PR

显影后烘
? ? ? ? ? 通常使用热板 也可在图形检查后用烘箱烘 温?: 100 到130 °C 时间大约是 1 到2 分钟 对于相同的光刻胶显影后烘的温?通常高于 匀胶后烘

Substrate

Substrate

显影后烘
? 烘烤?足
– 光刻胶未充分聚合化 – 低抗蚀性 – 低黏附性

光刻胶熔化
? 过烘会引起光刻胶过分熔化而影响分辨 ? PR Substrate Normal Baking PR Substrate Over Baking

? 过烘
– 光刻胶熔化,分辨?变差

图形检查
? ?合格的硅片将被去除光刻胶返工
– 光刻胶的图形是临时性的 – 刻蚀和注入后的图形是永久的.

检查
? 对准精?
– 放大, 缩小, 掩膜旋转, 硅片旋转, X方向漂移, Y方向漂移

? ? ? ?

光刻是可以返工的 刻蚀和注入后?能返工 光学显微镜 扫描电子显微镜 (SEM)

? 关键尺寸 (CD) ? 表面缺陷如,刮痕,针孔,污 点,污染物等

关键尺寸
PR Substrate PR Substrate PR Substrate

检查
? 如果硅片检查合格,将会?出光刻模块, 进入下一道工艺 ? 刻蚀或离子注入

Good CD

CD Loss

Sloped Edge

轨道-步进系统
? 匀胶,曝光,显影集成在一个系统 ? 机械手位于轨道中心 ? 提高工艺成品?

硅片进入
热板 匀胶旋转台

步进光刻 机 轨道机械手

显影

热板

轨道

前烘和前处?
Hot Plate Spin Station

匀胶
Hot Plate Spin Station

Stepper Track Robot Track Robot

Stepper

Developer dispenser

Hot Plate

Track

Developer dispenser

Hot Plate

Track

匀胶后烘
Hot Plate Spin Station

对准曝光
Hot Plate Spin Station

Stepper Track Robot Track Robot

Stepper

Developer dispenser

Hot Plate

Track

Developer dispenser

Hot Plate

Track

曝光后烘 (PEB)
Hot Plate Spin Station

显影
Hot Plate Spin Station

Stepper Track Robot Track Robot

Stepper

Developer dispenser

Hot Plate

Track

Developer dispenser

Hot Plate

Track

显影后烘
Hot Plate Spin Station

硅片送出
Hot Plate

Animation

Spin Station

Stepper Track Robot Track Robot

Stepper

Developer dispenser

Hot Plate

Track

Developer dispenser

Hot Plate

Track

光刻图示
前处?腔 硅片 匀胶 ?却板

光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光源 5、光刻工艺 6、技术改进和新技术

轨道机械手

步进机

?却板

显影

热板

硅片运动 方向

未来趋势 技术改进:
1.6 1.4 1.5

Photolithography Maybe photolithography
0.8 0.5 0.35 0.25 0.18 0.13 01 90 04 65 45 07 10 32 22 14

? 相移掩膜 ? OPC ? 浸没式光刻

Feature Size (mm)

1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 84

1.0

Next Generation Lithography

88

90

93

95

98 Year

相移掩膜-1
Normal Mask Phase shift coating Total Light Intensity Phase Shift Mask Constructive Interference Total Light Intensity Destructive Interference PR Substrate Final Pattern PR Substrate Designed Pattern Substrate Designed Pattern PR

相移掩膜-2
Chrome pattern d nf Quartz substrate Phase shift coating

PR Substrate Final Pattern

d(nf ? 1) = λ/2 nf : Refractive index of phase shift coating

相移掩膜-3
Chrome pattern d Quartz substrate Phase-shifting etch ng

Photolithography- OPC
? Optical Proximity Correction (OPC) can be used to compensate somewhat for diffraction effects. ? Sharp features are lost because higher spatial frequencies are lost due to diffraction. These effects can be calculated and can be compensated for. This improves the resolution by decreasing k1.

d(ng ? 1) = λ/2 ng: refractive index of the quartz substrate

浸没式光刻
? 是目前领域最有趣的问题 ? 非常有前景 ? 193 nm浸没式光刻技术已在 2006?投入 使用 ? 模拟结果显示 193-nm浸没式光刻可曝相 互 22-nm half-pitch 线条 ? 永远的光学!

浸没式原理
R = k1

? 分辨?: ? ? ? ?

λ
n NA

k1 系统常数, λ 是波长, NA 数值孔径 n 是物镜和硅片之间的材?的折射? nwater = 1.46 在193 nm 时 nair ~ 1 ?用水提高分辨?!

193 nm浸没式
? ArF分辨?:
NA 0.465 0.575 0.675 0.825 ?-pitch 90nm 65nm 45nm 32nm Gate-CD 60nm 45nm 25nm 18nm DOF 300nm 200nm 150nm 100nm

浸没式实现方法
? 喷?vs浸泡 ? 三个主要的光刻机生产商的主 要研发方向都是喷?系统 ? 在透镜和硅片之间有水 ? 大约1 mm的间距 ? 大约100 mm 的直径

浸没式实现方法

浸没式光刻
Exposure Field

Water Wafer

浸没式光刻
Exposure Field Exposed Field

浸没式光刻
Exposure Field Exposed Field

Water Wafer

Water Wafer

浸没式光刻 下一代技术(NGL):
Exposure Field Exposed Field

超UV (EVU), λ=10~14 纳米 X-ray (?), λ< 4 纳米 电子束, 离子束, λ< 0.004 纳米 λ< 0.0001 纳米

Water Wafer

EUV
? λ = 10 -14 nm,?高的分辨? ? 材料的强烈吸收,其光学系统必须采用 反射形式 ? 22 nm 和以下 ? 计划应用于 ~ 2012 ?也许无法实现
Mask

X-ray 光刻
Beryllium

Wafer Mirror 2 Mirror 1

? λ < 4 nm ? 近似于接近式光 刻 ? 很难发现纯的 X-ray源 ? 光掩模制造困难 ? ?太可能用于生 产中

X-ray Gold

Photoresist Substrate

光学掩模和X-ray掩模
Glass

电子束光刻(EBL)
λ ~ 0.004 nm ? 用于光掩膜的制造 ? 已得到的最小几何尺寸: 0.014 μm ? 可直接复制图形, ?需要掩膜
– 低产出

Beryllium Gold

Chromium 光学掩膜

X-ray 掩膜

离子束(IBL)光刻
λ小于0.0001纳米 ? 能得到?高的分辨?
– 直接曝光(与EBL类似) – 直接离子注入和离子轰击刻蚀,减少工艺步 骤

安全
? ? ? ? 化学的 机械的 电的 放射性

? ? ? ?

效?低 几乎?可能用于大生产 可用于掩膜的修复 IC 器件缺陷的检查和修复

化学制品安全
? 湿法清洗 – ?酸 (H2SO4): 强腐蚀性 – 双氧水 (H2O2): 强氧化剂 ? 二甲苯 (负胶溶剂和显影液): ?燃?爆 ? HMDS (前处?):?燃?爆 ? TMAH (正胶显影溶剂): 有毒,有腐蚀性

化学制品安全
? 汞 (Hg, UV lamp) 蒸气
– 高毒性;

? 氯 (Cl2,受激准分子激光器)
– 有毒,有腐蚀性

? 氟 (F2,受激准分子激光器)
– 有毒,有腐蚀性

机械安全
? 活动部件 ? 热表面 ? 高压灯 ? ? ? ?

电安全
高压供电源 掉电 地面静电荷 标注清晰和锁紧

放射性安全
? ? ? ? ? ? UV 光可破坏化学键 有机分子有长化学键结构 ??因UV引起损伤 UV光通常用于消毒杀菌 如果直视UV光源会伤害眼睛 有时需要戴防UV 护目镜
? ? ? ? ?

小结
光刻: 形成暂时性图形的模块 IC制程中最重要的模块 要求: 高分辨?, 低缺陷密? 光刻胶: 正胶和负胶 步骤: 前烘和前处?, 匀胶, 匀胶后烘, 曝光, 曝光后烘, 显影, 显影后烘, 检查 ? 用于 65, 45, and 32 nm的浸没式光刻, 可达到 22 nm ? 光刻永远需要 ? NGL: EUV 和电子束光刻.



相关文章:
毕业论文(1)
毕业论文(1) - 毕业设计(论文)报告 题目 半导体光刻工艺技术 系别 尚德光伏学院 专业 液晶显示技术与应用 班级 0801 学生姓名 李海强 学号 080390 指导教师 ...
更多相关标签: