第6章 光刻工藝

1、第六章第六章 光刻工藝光刻工藝6.1 概述概述6.2 光刻工藝光刻工藝6.3 光刻方式光刻方式6.4 光刻膠與掩膜版光刻膠與掩膜版6.5 光刻工藝設(shè)備光刻工藝設(shè)備6.1 概述概述 一、一、 襯底材料對(duì)光刻工藝的影響襯底材料對(duì)光刻工藝的影響 襯底材料對(duì)光刻工藝的影響，概括說來有三個(gè)方面：表面清潔度、表面性質(zhì)(疏水或親水)和平面度。主要介紹表面清潔度和平面度對(duì)光刻質(zhì)量的影響，以及檢測和改善的方法。二、二、 增粘處理增粘處理 光刻膠與襯底之間粘附力的大小對(duì)光刻質(zhì)量有極大影響。而對(duì)粘附力影響最大的，是襯底的表面性質(zhì)。 SiO2是主要的刻蝕對(duì)象，因此下面主要介紹改善SiO2表面性質(zhì)的處理方法。6.2 光

2、刻工藝光刻工藝 在硅片上制作器件或電路時(shí)，為進(jìn)行定域摻雜與互連等，需要多次用SiO2進(jìn)行掩蔽加工，因而就需要進(jìn)行多次的光刻。每塊集成電路一般要進(jìn)行67次光刻。各次光刻的工藝條件略有差異。一般都要經(jīng)過涂膠，前烘、曝光、顯影、后烘、刻蝕和去膠七個(gè)步驟。 正膠：曝光后正膠：曝光后 可溶可溶負(fù)膠：曝光后負(fù)膠：曝光后 不可溶不可溶一涂膠 1.涂膠步驟二前烘二前烘 涂膠后的膠膜要立即進(jìn)行烘干。一般是在80oC溫度下烘烤1015分鐘。烘烤的溫度不能過高，時(shí)間不能太長，否則會(huì)造成顯影困難。例如溫度若在100oC以上，由于增感劑揮發(fā)而造成曝光時(shí)間增長，甚至完全顯不出圖形來。 另一種烘烤方法是，用紅外光從硅片背面

3、照射，并透過硅片加熱，位于SiO2和膠的界面先開始干燥。這種使溶劑從內(nèi)部向外蒸發(fā)的方法是一種較好的干燥方法。三曝光三曝光 曝光就是對(duì)涂有光刻膠且進(jìn)行了前烘之后的硅片進(jìn)行選擇性的光照，曝光部分的光刻膠將改變其在顯影液中的溶解性，經(jīng)顯影后在光刻膠膜上得到和“掩膜”相對(duì)應(yīng)的圖形。四顯影四顯影 顯影是把曝光后的硅片放在顯影液里，將應(yīng)去除的光刻膠膜溶除干凈，以獲得腐蝕時(shí)所需要的抗蝕劑膜保護(hù)圖形。 顯影液和顯影時(shí)間的選擇對(duì)顯影效果的影響是極為重要的。顯影液的選擇原則是：對(duì)需要去除的那部分膠膜溶解得快，溶解度大，對(duì)需要保留的那部分膠膜的溶解度極小。五堅(jiān)膜五堅(jiān)膜 堅(jiān)膜是在一定的溫度下，將顯影后的片子進(jìn)行烘干處

4、理，除去顯影時(shí)膠膜所吸收的顯影液和殘留水分，改善膠膜與基片間的粘附性增強(qiáng)膠膜的抗蝕能力，以及消除顯影時(shí)所引起的圖形變形。 堅(jiān)膜的溫度和時(shí)間要合適。若溫度太低，時(shí)間過短，抗蝕劑膠膜沒有烘透，膠膜就不堅(jiān)固，腐蝕時(shí)易脫膠；若溫度過高，時(shí)間過長，則抗蝕劑膠膜因熱膨脹而翹曲和剝落，腐蝕時(shí)也容易產(chǎn)生鉆蝕或脫膠，還可能引起聚合物分解，產(chǎn)生低分子化合物，影響粘附性能，削弱抗蝕能力。此外，堅(jiān)膜時(shí)最好采用緩慢升溫和自然冷卻降溫的方式，以及從背面烘烤的辦法。六腐蝕六腐蝕 腐蝕就是用適當(dāng)?shù)母g劑，對(duì)未被膠膜覆蓋的二氧化硅或其他性質(zhì)的薄膜進(jìn)行腐蝕，按照光刻膠膜上已經(jīng)顯示出來的圖形，進(jìn)行完整、清晰、準(zhǔn)確的腐蝕，達(dá)到選擇性

5、擴(kuò)散或金屬布線的目的。它是影響光刻精度的重要環(huán)節(jié)。 對(duì)腐蝕劑的要求有： (1)只對(duì)需要腐蝕的物質(zhì)進(jìn)行腐蝕。 (2)對(duì)抗蝕劑膠膜不腐蝕或腐蝕很小。 (3)腐蝕因子要大于一定的數(shù)值。腐蝕因子定義為：當(dāng)腐蝕線條時(shí)，腐蝕的深度與一邊的橫向增加量的比值。它的值大則表明橫向腐蝕速度小，腐蝕效果好，常用來衡量腐蝕的質(zhì)量。 (4)腐蝕液毒性小，使用方便，腐蝕圖形邊緣整齊、清晰。七去膠七去膠 去膠是常規(guī)光刻工藝的最后一道工序，簡單地講，是使用特定的方法將經(jīng)過腐蝕之后還留在表面的膠膜去除掉。通常，采用的去膠方式有溶劑去膠、氧化去膠、等離子體去膠等方式。6.3 光刻方式光刻方式 一、曝光光源一、曝光光源 常用的紫外

6、線光源是高壓汞燈。其發(fā)射光譜中有幾條很強(qiáng)的譜線，它們分別是313nm、334.2nm、365nm、404.7nm及435.8nm。對(duì)光刻膠起感光作用的主要是365nm(I線)、404.7nm(H線)、435.8nm(G線)三條譜線。 二、常規(guī)光刻方式 幾種常見的曝光方法接觸式曝光：分辨率較高，但是容易造成掩膜版和光刻膠膜的損傷。接近式曝光：在硅片和掩膜版之間有一個(gè)很小的間隙(1025m)，可以大大減小掩膜版的損傷，分辨率較低投影式曝光：利用透鏡或反射鏡將掩膜版上的圖形投影到襯底上的曝光方法，目前用的最多的曝光方式表表6.1 三種光學(xué)曝光技術(shù)對(duì)比三種光學(xué)曝光技術(shù)對(duì)比曝光方式特性接觸式接近式1:1

7、全反射系統(tǒng)投影式縮小投影式DSW2:14:1分辨率負(fù)膠2m4m5m3m2.5m正膠1m2.5m2.5m1.5m0.8m掩膜版壽命短接觸式的510倍半永久半永久對(duì)準(zhǔn)精度13m13m0.51m0.10.3m裝置成本便宜中高高優(yōu)點(diǎn)分辨率高;線寬重復(fù)性好;設(shè)備成本低掩膜壽命高;晶片表面不易損傷掩膜壽命半永久;成品率高;無間距誤差掩膜壽命半永久;成品率高;掩膜版制作容易;分辨率高;對(duì)準(zhǔn)精度高缺點(diǎn)掩膜版壽命低,晶片易損壞;成品率低;分辨率低;線寬偏差大分辨率比接近式稍差;線寬偏差大,比接近式稍差每次光刻面積較小,曝光效率低;設(shè)備昂貴遠(yuǎn)紫外線曝光 電子束光刻 離子束光刻X射線三、超細(xì)線條曝光技術(shù)三、超細(xì)線條

8、曝光技術(shù) 光刻三要素：光刻膠、掩膜版和光刻機(jī) 一、 光刻膠光刻膠又叫光致抗蝕劑，它是由光敏化合物、基體樹脂和有機(jī)溶劑等混合而成的膠狀液體光刻膠受到特定波長光線的作用后，導(dǎo)致其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使光刻膠在某種特定顯影溶液中的溶解特性改變6.4 光刻膠與掩膜版光刻膠與掩膜版顯影液硅片光刻膠二氧化硅膜曝光后的光刻膠正膠：曝光前不可溶正膠：曝光前不可溶,曝光后可溶曝光后可溶負(fù)膠：曝光前可溶負(fù)膠：曝光前可溶,曝光后不可溶曝光后不可溶正膠：分辨率高，在超大規(guī)模集成電路工藝中，一般只采用正膠負(fù)膠：分辨率差，適于加工線寬3m的線條 光刻膠的主要性能光刻膠的主要性能 (1)靈敏度 (2)對(duì)比度 (3)分辨能力

9、(4)光吸收度 (5)耐刻蝕度 (6)純度 (7)粘附性二、二、 光刻掩膜版光刻掩膜版 1.掩膜版的制備流程掩膜版的制備流程 (1)空白版的制備 (2)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 (3)刻畫 (4)形成圖形 (5)檢測與修補(bǔ) (6)老化與終檢 掩膜版上的圖形掩膜版上的圖形 主線路單元 獨(dú)立測試單元 測試器件單元 工藝檢測單元 標(biāo)準(zhǔn)定位單元 其他單元 3.掩膜版質(zhì)量的要求掩膜版質(zhì)量的要求 (1)玻璃襯底的選擇 用于掩膜版制備的玻璃襯底需滿足以下幾個(gè)條件。 熱膨脹系數(shù)(CTE) 透射率 化學(xué)性質(zhì) 要求玻璃襯底表面平整、光滑、無劃痕、厚度均勻，與遮光膜的粘附性好。(2)掩膜版的質(zhì)量要求 每個(gè)微小圖形的圖像質(zhì)量要高，圖形尺寸要準(zhǔn)確，盡可能接近設(shè)計(jì)尺寸的要求，間距符合要求，而且圖形不能發(fā)生畸變。 各塊掩膜版間要能夠精確地套準(zhǔn)，對(duì)準(zhǔn)誤差盡