(9)(10)(11)光刻

1、1 第第9章章 光刻工藝光刻工藝第第10章章 光刻技術光刻技術第第11章章 刻蝕刻蝕技術技術2 IC對光刻技術的要求對光刻技術的要求n高分辨率高分辨率n高靈敏度的光刻膠高靈敏度的光刻膠n低缺陷低缺陷n精密的套刻精度：誤差精密的套刻精度：誤差 10%Ln可對大尺寸硅片進行光刻加工可對大尺寸硅片進行光刻加工3 第第9章章 光刻工藝光刻工藝 49.1 概述概述n光刻光刻(photolithography)就是將掩模版（光刻就是將掩模版（光刻版）上的幾何圖形轉(zhuǎn)移到覆蓋在半導體襯底版）上的幾何圖形轉(zhuǎn)移到覆蓋在半導體襯底表面的對光輻照敏感薄膜材料（光刻膠）上表面的對光輻照敏感薄膜材料（光刻膠）上去的工藝過

2、程去的工藝過程 。n光刻系統(tǒng)的主要指標包括分辨率、焦深、對光刻系統(tǒng)的主要指標包括分辨率、焦深、對比度、特征線寬控制、對準和套刻精度、產(chǎn)比度、特征線寬控制、對準和套刻精度、產(chǎn)率以及價格。率以及價格。5 9.1.1 分辨率分辨率 R 分辨率是指一個光學系統(tǒng)精確區(qū)分目標的能力。分辨率是指一個光學系統(tǒng)精確區(qū)分目標的能力。分辨率是決定光刻系統(tǒng)最重要的指標，能分辨分辨率是決定光刻系統(tǒng)最重要的指標，能分辨的線寬越小，分辨率越高。其由瑞利定律決定：的線寬越小，分辨率越高。其由瑞利定律決定：NAkR1k1=0.60.8NA=0.160.8提高分辨率：提高分辨率：NA ， ，k1 6 光源光源波長波長 (nm)術

3、語術語技術節(jié)點技術節(jié)點汞燈汞燈436g線線0.5mm汞燈汞燈365i線線0.5/0.35mmKrF(激光激光)248DUV0.25/0.13mmArF (激光激光)193193DUV90/6532nmF2 (激光激光)157VUVCaF2 lenses等離子體等離子體13.5EUVReflective mirrors光源光源7Mask design and resist processl nmk14360.83650.62480.3-0.41930.3-0.4Contrast436,365nm: =2-3, (Qf/Q02.5)248,193nm: =5-10 (Qf/Q01.3)8 8 3、

4、增加、增加 NALens fabricationl nmNA4360.15-0.453650.35-0.602480.35-0.821930.60-0.93anH2O 浸入式光刻浸入式光刻NA=nsinanH2O=1.44NA1.369 9.1.2 光刻分辨率光刻分辨率n分辨率分辨率nR=1/2L (mm-1)；n直接用線寬直接用線寬L表示表示n存在物理極限，由衍射決定：存在物理極限，由衍射決定： L/2, Rmax 1/L L10 9.1.3 焦深焦深cos4/2/)2/1 (1 4/22NAfd 2sin 為為軸上光線到極限聚焦位置的光程差。根據(jù)瑞利判據(jù)：軸上光線到極限聚焦位置的光程差。根

5、據(jù)瑞利判據(jù)： 很小時，很小時，22)(NAkDOF NA，焦深 焦深焦深:NAfd 2sin 11 11焦深焦深焦平面焦平面光刻膠光刻膠IC技術中，焦深只有技術中，焦深只有1m mm，甚至更小，甚至更小12 9.1.4 對比度對比度調(diào)制傳遞函數(shù)調(diào)制傳遞函數(shù)MTF對比度對比度13 139.1.4 對比度對比度minmaxminmaxIIIIMTF一般要求一般要求MTF0.5與尺寸有關與尺寸有關14 149.2 基本光刻工藝流程基本光刻工藝流程n一般的光刻工藝要經(jīng)歷底膜處理、涂膠、前烘、一般的光刻工藝要經(jīng)歷底膜處理、涂膠、前烘、曝光、顯影、堅膜、刻蝕、去膠、檢驗工序。曝光、顯影、堅膜、刻蝕、去膠、

6、檢驗工序。 15 159.2.1 底膜處理底膜處理n底膜處理是光刻工藝的第一步，其主要目底膜處理是光刻工藝的第一步，其主要目的是對硅襯底表面進行處理，以增強襯底的是對硅襯底表面進行處理，以增強襯底與光刻膠之間的黏附性。與光刻膠之間的黏附性。n底膜處理包括以下過程：底膜處理包括以下過程： 1、清洗；清洗；2、烘干；烘干；3、增粘處理。增粘處理。16 169.2.2 涂膠涂膠n在硅片表面涂敷的光刻膠應厚度均勻、附在硅片表面涂敷的光刻膠應厚度均勻、附著性強、沒有缺陷。著性強、沒有缺陷。n在涂膠之前，硅片一般需要經(jīng)過脫水烘焙，在涂膠之前，硅片一般需要經(jīng)過脫水烘焙，或涂敷能增加光刻膠與硅片表面附著能力或

7、涂敷能增加光刻膠與硅片表面附著能力的化合物。六甲基乙硅氮烷的化合物。六甲基乙硅氮烷 (HMDS) 17 17涂膠工藝示意圖涂膠工藝示意圖 30006000 rpm，0.51 m mm18涂膠厚度主要由光刻膠粘度和轉(zhuǎn)速決定涂膠厚度主要由光刻膠粘度和轉(zhuǎn)速決定19 9.2.3 前烘前烘n液態(tài)光刻膠中，溶劑的成份占液態(tài)光刻膠中，溶劑的成份占65-85。經(jīng)。經(jīng)過甩膠之后，雖然液態(tài)的光刻膠已經(jīng)成為固過甩膠之后，雖然液態(tài)的光刻膠已經(jīng)成為固態(tài)的薄膜，但仍含有態(tài)的薄膜，但仍含有10-30的溶劑，容易的溶劑，容易玷污灰塵，通過在較高溫度下進行烘焙，可玷污灰塵，通過在較高溫度下進行烘焙，可以使溶劑從光刻膠內(nèi)揮發(fā)出來

8、以使溶劑從光刻膠內(nèi)揮發(fā)出來n前烘方法：熱平板傳導；紅外線輻射；干燥前烘方法：熱平板傳導；紅外線輻射；干燥循環(huán)熱風。循環(huán)熱風。 1030 min，80110 C202122229.2.4 曝光曝光n曝光是使光刻掩模版與涂上光刻膠的襯底曝光是使光刻掩模版與涂上光刻膠的襯底對準，用光源經(jīng)過光刻掩模版照射襯底，對準，用光源經(jīng)過光刻掩模版照射襯底，使接受到光照的光刻膠的光學特性發(fā)生變使接受到光照的光刻膠的光學特性發(fā)生變化。化。n曝光中要特別注意曝光光源的選擇和對準。曝光中要特別注意曝光光源的選擇和對準。23 23簡單的光學系統(tǒng)曝光圖簡單的光學系統(tǒng)曝光圖 24n曝光，曝光劑量等于光強與曝光時間的乘曝光，曝

9、光劑量等于光強與曝光時間的乘積。曝光過度會導致圖形側墻傾斜積。曝光過度會導致圖形側墻傾斜n入射光波長越短，可實現(xiàn)的特征尺寸越小，入射光波長越短，可實現(xiàn)的特征尺寸越小，圖形分辨率越高，但能量越小圖形分辨率越高，但能量越小n首次曝光需要對準晶向，多次曝光之間需首次曝光需要對準晶向，多次曝光之間需要進行圖形對準要進行圖形對準對準曝光對準曝光2526光的反射、干涉、衍射與駐波光的反射、干涉、衍射與駐波n可反光的表面將入射光反射，并在光刻膠可反光的表面將入射光反射，并在光刻膠中于入射光發(fā)生干涉形成中于入射光發(fā)生干涉形成駐波現(xiàn)象駐波現(xiàn)象。引起。引起不均勻曝光不均勻曝光272829n不平整的表面造成漫反射，

10、引起不平整的表面造成漫反射，引起光刻膠反光刻膠反射切口射切口。n入射光遇到掩模版上細小圖形或孔，產(chǎn)生入射光遇到掩模版上細小圖形或孔，產(chǎn)生衍射。衍射。n通常在光刻膠底部淀積通常在光刻膠底部淀積2002000?？狗瓷浒？狗瓷鋵樱▽樱ˋRC）30DUV后烘后烘n溫度均勻性和烘焙時溫度均勻性和烘焙時間：間：控制光生酸的催控制光生酸的催化反應化反應31n后烘延遲后烘延遲：烘干后及時顯影，防止污染：烘干后及時顯影，防止污染32常規(guī)常規(guī)I線后烘線后烘nDNQ酚醛樹酚醛樹脂脂I線光刻膠線光刻膠后烘，使感光后烘，使感光劑擴散，可有劑擴散，可有效減少駐波影效減少駐波影響響33 9.2.5 顯影顯影n正膠的曝光區(qū)和

11、負膠的非曝光區(qū)的光刻膠正膠的曝光區(qū)和負膠的非曝光區(qū)的光刻膠在顯影液中溶解，而正膠的非曝光區(qū)和負在顯影液中溶解，而正膠的非曝光區(qū)和負膠的曝光區(qū)的光刻膠則不會在顯影液中溶膠的曝光區(qū)的光刻膠則不會在顯影液中溶解。解。n曝光后在光刻膠層中形成的潛在圖形，顯曝光后在光刻膠層中形成的潛在圖形，顯影后便顯現(xiàn)出來，在光刻膠上形成三維圖影后便顯現(xiàn)出來，在光刻膠上形成三維圖形，這一步驟稱為顯影。形，這一步驟稱為顯影。3060 s34 9.2.6 堅膜堅膜n堅膜也叫后烘，是為了去除由于顯影液的浸泡引起堅膜也叫后烘，是為了去除由于顯影液的浸泡引起的膠膜軟化、溶脹現(xiàn)象，能使膠膜附著能力增強，的膠膜軟化、溶脹現(xiàn)象，能使膠

12、膜附著能力增強，抗腐蝕能力提高?？垢g能力提高。n堅膜溫度要高于前烘和曝光后烘烤溫度，較高的堅堅膜溫度要高于前烘和曝光后烘烤溫度，較高的堅膜溫度可使堅膜后光刻膠中的溶劑含量更少，但增膜溫度可使堅膜后光刻膠中的溶劑含量更少，但增加了去膠時的困難。且光刻膠內(nèi)部拉伸應力的增加加了去膠時的困難。且光刻膠內(nèi)部拉伸應力的增加會使光刻膠的附著性下降，因此必須適當?shù)目刂茍詴构饪棠z的附著性下降，因此必須適當?shù)目刂茍阅囟饶囟?。1030 min，100140 C35 359.2.7 顯影檢驗顯影檢驗 n光刻膠鉆蝕光刻膠鉆蝕n圖形尺寸變化圖形尺寸變化n套刻對準不良套刻對準不良n光刻膠膜損傷光刻膠膜損傷n線條是

13、否齊、陡線條是否齊、陡n針孔、小島針孔、小島鉆蝕鉆蝕針孔、小島、劃傷針孔、小島、劃傷36 369.2.8 刻蝕刻蝕 n濕法腐蝕濕法腐蝕SiO2、Al、poly-Si等薄膜等薄膜n干法腐蝕同上干法腐蝕同上37 9.2.9 去膠去膠 n濕法去膠，用溶劑、用濃硫酸濕法去膠，用溶劑、用濃硫酸 98%H2SO4+H2O2+膠膠CO+CO2+H2On氧氣加熱去膠氧氣加熱去膠 O2+膠膠 CO+CO2+H2On等離子去膠等離子去膠38 9.2.10 最終檢驗最終檢驗 n在基本的光刻工藝過程中，最終步驟是在基本的光刻工藝過程中，最終步驟是檢驗。襯底在入射白光或紫外光下首先檢驗。襯底在入射白光或紫外光下首先接受

14、表面目檢，以檢查污點和大的微粒接受表面目檢，以檢查污點和大的微粒污染。之后是顯微鏡檢驗或自動檢驗來污染。之后是顯微鏡檢驗或自動檢驗來檢驗缺陷和圖案變形。檢驗缺陷和圖案變形。 399.3 光刻技術中的常見問題光刻技術中的常見問題n半導體器件和集成電路的制造對光刻質(zhì)量有如下半導體器件和集成電路的制造對光刻質(zhì)量有如下要求：要求：n一是刻蝕的圖形完整，尺寸準確，邊緣整齊陡直；一是刻蝕的圖形完整，尺寸準確，邊緣整齊陡直；n二是圖形內(nèi)沒有針孔；二是圖形內(nèi)沒有針孔；n三是圖形外沒有殘留的被腐蝕物質(zhì)。三是圖形外沒有殘留的被腐蝕物質(zhì)。n同時要求圖形套刻準確，無污染等等。同時要求圖形套刻準確，無污染等等。n但在光

15、刻過程中，常出現(xiàn)浮膠、毛刺、鉆蝕、針但在光刻過程中，常出現(xiàn)浮膠、毛刺、鉆蝕、針孔和小島等缺陷。孔和小島等缺陷。 409.3.1 浮膠浮膠 浮膠就是在顯影和腐蝕過程中，由于化浮膠就是在顯影和腐蝕過程中，由于化學試劑不斷侵入光刻膠膜與學試劑不斷侵入光刻膠膜與SiO2或其它薄膜或其它薄膜間的界面，所引起的光刻膠圖形膠膜皺起或間的界面，所引起的光刻膠圖形膠膜皺起或剝落的現(xiàn)象。剝落的現(xiàn)象。41顯影時產(chǎn)生浮膠的原因有：顯影時產(chǎn)生浮膠的原因有： 膠膜與基片表面粘附不牢。膠膜與基片表面粘附不牢。 膠的光化學反應性能不好，膠膜過厚，或者收縮膨脹膠的光化學反應性能不好，膠膜過厚，或者收縮膨脹不均。不均。 烘焙時間

16、不足或過度。烘焙時間不足或過度。 曝光不足。曝光不足。 顯影時間過長，使膠膜軟化。顯影時間過長，使膠膜軟化。腐蝕時產(chǎn)生浮膠的原因：腐蝕時產(chǎn)生浮膠的原因： 堅膜時膠膜沒有烘透，膜不堅固。堅膜時膠膜沒有烘透，膜不堅固。 腐蝕液配方不當。例如，腐蝕腐蝕液配方不當。例如，腐蝕SiO2的氟化氫緩沖腐蝕液的氟化氫緩沖腐蝕液中，氟化銨太少，化學活潑性太強。中，氟化銨太少，化學活潑性太強。 腐蝕溫度太低或太高。腐蝕溫度太低或太高。 429.3.2 毛刺和鉆蝕毛刺和鉆蝕 腐蝕時，如果腐蝕液滲透光刻膠膜的邊緣，會使腐蝕時，如果腐蝕液滲透光刻膠膜的邊緣，會使圖形邊緣受到腐蝕，從而破壞掩蔽擴散的氧化層或圖形邊緣受到腐

17、蝕，從而破壞掩蔽擴散的氧化層或鋁條的完整性。若滲透腐蝕較輕，圖形邊緣出現(xiàn)鋁條的完整性。若滲透腐蝕較輕，圖形邊緣出現(xiàn)針針狀狀的局部破壞，習慣上就稱為的局部破壞，習慣上就稱為毛刺毛刺；若腐蝕嚴重，；若腐蝕嚴重，圖形邊緣出現(xiàn)圖形邊緣出現(xiàn)“鋸齒狀鋸齒狀”或或“繡花球繡花球”樣的破壞，樣的破壞，就稱它為就稱它為鉆蝕鉆蝕。當。當SiO2等掩蔽膜窗口存在毛刺和鉆等掩蔽膜窗口存在毛刺和鉆蝕時，蝕時，擴散后結面就很不平整，影響結特性，甚至擴散后結面就很不平整，影響結特性，甚至造成短路。同時，光刻的分辨率和器件的穩(wěn)定性、造成短路。同時，光刻的分辨率和器件的穩(wěn)定性、可靠性也會變壞?？煽啃砸矔儔摹?3 9.3.2

18、毛刺和鉆蝕毛刺和鉆蝕 產(chǎn)生毛刺和鉆蝕的原因有：產(chǎn)生毛刺和鉆蝕的原因有： 基片表面存在污物，油垢，小顆粒或吸附水汽，基片表面存在污物，油垢，小顆?；蛭剿构饪棠z與氧化層粘附不良。使光刻膠與氧化層粘附不良。 氧化層表面存在磷硅玻璃，與光刻膠粘附不好，氧化層表面存在磷硅玻璃，與光刻膠粘附不好，耐腐蝕性能差，引起鉆蝕。耐腐蝕性能差，引起鉆蝕。 光刻膠中存在顆粒狀物質(zhì)，造成局部粘附不良。光刻膠中存在顆粒狀物質(zhì)，造成局部粘附不良。 對于光硬化型光刻膠，曝光不足，顯影時產(chǎn)生對于光硬化型光刻膠，曝光不足，顯影時產(chǎn)生溶鉆，腐蝕時造成毛刺或鉆蝕。溶鉆，腐蝕時造成毛刺或鉆蝕。 顯影時間過長，圖形邊緣發(fā)生溶鉆，

19、腐蝕時造顯影時間過長，圖形邊緣發(fā)生溶鉆，腐蝕時造成鉆蝕。成鉆蝕。 掩模圖形的黑區(qū)邊緣有毛刺狀缺陷。掩模圖形的黑區(qū)邊緣有毛刺狀缺陷。449.3.3 針孔針孔 在氧化層上，除了需要刻蝕的窗口外，在其它在氧化層上，除了需要刻蝕的窗口外，在其它區(qū)域也可能產(chǎn)生大小一般在區(qū)域也可能產(chǎn)生大小一般在13微米的細小孔洞。微米的細小孔洞。這些孔洞，在光刻工藝中稱為這些孔洞，在光刻工藝中稱為針孔針孔。 針孔的存在，將使氧化層不能有效地起到掩蔽針孔的存在，將使氧化層不能有效地起到掩蔽的作用。在器件生產(chǎn)中，尤其在集成電路和大功率的作用。在器件生產(chǎn)中，尤其在集成電路和大功率器件生產(chǎn)中，器件生產(chǎn)中，針孔是影響成品率的主要因

20、素之一針孔是影響成品率的主要因素之一。 459.3.3 針孔針孔 針孔產(chǎn)生的原因有：針孔產(chǎn)生的原因有： 薄膜表面有外來顆粒或膠膜與基片表面未充分沾潤，薄膜表面有外來顆粒或膠膜與基片表面未充分沾潤，涂膠時留有未覆蓋的小區(qū)域，腐蝕時產(chǎn)生針孔。涂膠時留有未覆蓋的小區(qū)域，腐蝕時產(chǎn)生針孔。 光刻膠含有固體顆粒，影響曝光效果，顯影時易剝落，光刻膠含有固體顆粒，影響曝光效果，顯影時易剝落，造成腐蝕時產(chǎn)生針孔。造成腐蝕時產(chǎn)生針孔。 光刻膠膜本身抗蝕能力差，或膠膜太薄，腐蝕過程中光刻膠膜本身抗蝕能力差，或膠膜太薄，腐蝕過程中局部蝕穿，造成針孔。局部蝕穿，造成針孔。 前烘不足，殘存溶劑阻礙光刻膠交聯(lián)；或前烘驟熱，

21、前烘不足，殘存溶劑阻礙光刻膠交聯(lián)；或前烘驟熱，溶劑揮發(fā)過快，引起鼓泡穿孔，造成針孔。溶劑揮發(fā)過快，引起鼓泡穿孔，造成針孔。 曝光不足，交聯(lián)不充分，或時間過長，膠層發(fā)生皺皮，曝光不足，交聯(lián)不充分，或時間過長，膠層發(fā)生皺皮，腐蝕液穿透膠膜，在腐蝕液穿透膠膜，在SiO2表面產(chǎn)生腐蝕斑點。表面產(chǎn)生腐蝕斑點。 腐蝕液配方不當，腐蝕能力太強。腐蝕液配方不當，腐蝕能力太強。 掩模版透光區(qū)存在黑斑，或沾有灰塵，曝光時局部膠掩模版透光區(qū)存在黑斑，或沾有灰塵，曝光時局部膠膜未曝光，顯影時被溶解，腐蝕時產(chǎn)生針孔。膜未曝光，顯影時被溶解，腐蝕時產(chǎn)生針孔。469.3.4 小島小島 小島，是指在應該將氧化層刻蝕干凈的擴小

22、島，是指在應該將氧化層刻蝕干凈的擴散窗口內(nèi)，還留有沒有刻蝕干凈的氧化層局散窗口內(nèi)，還留有沒有刻蝕干凈的氧化層局部區(qū)域，它的形狀不規(guī)則，很象部區(qū)域，它的形狀不規(guī)則，很象“島嶼島嶼”，尺寸一般比針孔大些，習慣上稱這些氧化層尺寸一般比針孔大些，習慣上稱這些氧化層“島嶼島嶼”為小島。為小島。 小島的存在，使擴散區(qū)域的某些局部點，小島的存在，使擴散區(qū)域的某些局部點，因雜質(zhì)擴散受到阻礙而形成異常區(qū)。它使器因雜質(zhì)擴散受到阻礙而形成異常區(qū)。它使器件擊穿特性變壞，漏電流增大，甚至極間穿件擊穿特性變壞，漏電流增大，甚至極間穿通。通。 479.3.4 小島小島 小島產(chǎn)生的原因有：小島產(chǎn)生的原因有： 掩模版上的損傷，

23、在曝光時形成漏光點，使掩模版上的損傷，在曝光時形成漏光點，使該處的光刻膠膜感光交聯(lián)保護了氧化層不被腐蝕，該處的光刻膠膜感光交聯(lián)保護了氧化層不被腐蝕，形成小島。形成小島。 曝光過度，或光刻膠存放時間過長，性能失曝光過度，或光刻膠存放時間過長，性能失效，使局部區(qū)域光刻膠顯影不凈，仍留有觀察不到效，使局部區(qū)域光刻膠顯影不凈，仍留有觀察不到的光刻膠膜。其在腐蝕時起阻礙作用，引起該處氧的光刻膠膜。其在腐蝕時起阻礙作用，引起該處氧化層腐蝕不完全而形成化層腐蝕不完全而形成“小島小島”。 氧化層表面有局部耐腐蝕的物質(zhì)，如硼硅玻氧化層表面有局部耐腐蝕的物質(zhì)，如硼硅玻璃等。璃等。 腐蝕液中存在阻礙腐蝕作用的臟物。

24、腐蝕液中存在阻礙腐蝕作用的臟物。48 本章重點本章重點n光刻系統(tǒng)的主要指標光刻系統(tǒng)的主要指標n基本光刻工藝流程基本光刻工藝流程n光刻技術中的常見問題光刻技術中的常見問題 49 第第10章章 光刻技術光刻技術 50 10.1 光刻掩模版的制造光刻掩模版的制造 掩模版掩模版就是將設計好的特定幾何圖形通過一定的就是將設計好的特定幾何圖形通過一定的方法以一定的間距和布局做在基版上，供光刻工方法以一定的間距和布局做在基版上，供光刻工藝中重復使用。制造商將設計工程師交付的標準藝中重復使用。制造商將設計工程師交付的標準制版數(shù)據(jù)傳送給一個稱作圖形發(fā)生器的設備，圖制版數(shù)據(jù)傳送給一個稱作圖形發(fā)生器的設備，圖形發(fā)生

25、器會根據(jù)該數(shù)據(jù)完成圖形的產(chǎn)生和重復，形發(fā)生器會根據(jù)該數(shù)據(jù)完成圖形的產(chǎn)生和重復，并將版圖數(shù)據(jù)分層轉(zhuǎn)移到各層光刻掩模版（為涂并將版圖數(shù)據(jù)分層轉(zhuǎn)移到各層光刻掩模版（為涂有感光材料的優(yōu)質(zhì)玻璃板）上，這就是有感光材料的優(yōu)質(zhì)玻璃板）上，這就是制版制版。 51n掩模版使用低膨脹系數(shù)的熔融石英上淀積掩模版使用低膨脹系數(shù)的熔融石英上淀積金屬鉻（金屬鉻（1000埃）制成埃）制成n通過電子束直寫，將設計圖轉(zhuǎn)化為掩模版通過電子束直寫，將設計圖轉(zhuǎn)化為掩模版圖形圖形n特征尺寸減小，要求保護掩模版避免掉鉻、特征尺寸減小，要求保護掩模版避免掉鉻、擦傷、顆粒污染和靜電放電損傷擦傷、顆粒污染和靜電放電損傷52 光刻版光刻版535

26、4 (A)電路圖；電路圖；(B)版圖版圖(A)(B)55 10.1.1 制版工藝簡介制版工藝簡介 掩模版的制作流程掩模版的制作流程 5610.1.1 制版工藝簡介制版工藝簡介 一般集成電路的制版工藝流程示意圖一般集成電路的制版工藝流程示意圖 57 10.1.2 掩模板的基本構造及質(zhì)量要求掩模板的基本構造及質(zhì)量要求掩模版的基本構造掩模版的基本構造 58 掩模版上的缺陷一般來自兩個方面：掩模版上的缺陷一般來自兩個方面： 一是一是掩模版圖形本身的缺陷掩模版圖形本身的缺陷，大致包括針孔、黑點、黑區(qū)，大致包括針孔、黑點、黑區(qū)突出、白區(qū)突出、邊緣不均及刮傷等，此部分皆為制作過程中突出、白區(qū)突出、邊緣不均及

27、刮傷等，此部分皆為制作過程中所出現(xiàn)的，目前是利用目檢或機器原形比對等方式來篩選；所出現(xiàn)的，目前是利用目檢或機器原形比對等方式來篩選； 二是指二是指附著在掩模版上的外來物附著在掩模版上的外來物，為解決此問題，通常在，為解決此問題，通常在掩模版上裝一層保護膜。掩模版上裝一層保護膜。掩模版保護膜功能示意圖掩模版保護膜功能示意圖5910.1.2 掩模板的基本構造及質(zhì)量要求掩模板的基本構造及質(zhì)量要求光刻工藝對掩模版的質(zhì)量要求歸納有如下幾光刻工藝對掩模版的質(zhì)量要求歸納有如下幾點：點： 每一個微小圖形尺寸精確無畸變。每一個微小圖形尺寸精確無畸變。 圖形邊緣清晰、銳利，無毛刺，過渡區(qū)要小。圖形邊緣清晰、銳利，

28、無毛刺，過渡區(qū)要小。 整套掩模中的各塊掩模能很好地套準。整套掩模中的各塊掩模能很好地套準。 圖形與襯底要有足夠的反差，透明區(qū)無灰霧。圖形與襯底要有足夠的反差，透明區(qū)無灰霧。 掩模應盡可能做到無缺陷。掩模應盡可能做到無缺陷。 版面平整、光潔、結實耐用。版面平整、光潔、結實耐用。60 10.1.3 鉻版的制備技術鉻版的制備技術鉻版工藝的特點如下鉻版工藝的特點如下: 由于金屬鉻膜與相應的玻璃襯底有很強由于金屬鉻膜與相應的玻璃襯底有很強的粘附性能；質(zhì)地堅硬。所以耐磨、壽命長。的粘附性能；質(zhì)地堅硬。所以耐磨、壽命長。 圖形失真小，分辨率極高。圖形失真小，分辨率極高。 鉻膜的光學密度大，鉻膜的光學密度大，

29、搭配透明搭配透明襯底，反襯底，反差極好。差極好。 金屬鉻在空氣中十分穩(wěn)定。金屬鉻在空氣中十分穩(wěn)定。61 10.1.3 鉻版的制備技術鉻版的制備技術空白鉻版制作工藝流程空白鉻版制作工藝流程62 1、玻璃基板的選擇與制備、玻璃基板的選擇與制備（1）基板玻璃的選擇）基板玻璃的選擇為保證版的質(zhì)量，玻璃襯底必須滿足如下要求：為保證版的質(zhì)量，玻璃襯底必須滿足如下要求： 熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)：要求越小越好要求越小越好，對于白玻璃，要求，對于白玻璃，要求9.310-6K-1；對于硼硅玻璃，要求；對于硼硅玻璃，要求4.510-6K-1；對于石；對于石英玻璃，要求英玻璃，要求0.510-6K-1。 透射率透射率：

30、在：在360nm以上的波長范圍內(nèi)，透射率在以上的波長范圍內(nèi)，透射率在90%以上。以上。 化學穩(wěn)定性化學穩(wěn)定性：掩模版在使用和儲存過程中，很難絕：掩模版在使用和儲存過程中，很難絕對避免與酸、堿、水和其它氣氛接觸。它們對玻璃都有不同對避免與酸、堿、水和其它氣氛接觸。它們對玻璃都有不同程度的溶解力。程度的溶解力。 選擇方法：選擇方法：表面光澤，無突起點、凹陷、劃痕和氣表面光澤，無突起點、凹陷、劃痕和氣泡，版面平整。厚度適中、均勻。對于接觸式曝光，為能承泡，版面平整。厚度適中、均勻。對于接觸式曝光，為能承受接觸復印壓力，厚度應在受接觸復印壓力，厚度應在3mm以上。以上。63 （2）玻璃基板的制備）玻璃

31、基板的制備 挑選好的制版玻璃，通過切割、銑邊、例棱、倒角、挑選好的制版玻璃，通過切割、銑邊、例棱、倒角、粗磨、精磨、厚度分類、粗拋、精拋、超聲清洗、檢驗、平粗磨、精磨、厚度分類、粗拋、精拋、超聲清洗、檢驗、平坦度分類等工序后，制成待用的襯底玻璃。坦度分類等工序后，制成待用的襯底玻璃。2、鉻膜的蒸發(fā)、鉻膜的蒸發(fā) 鉻版通常采用純度鉻版通常采用純度99%以上的鉻粉作為蒸發(fā)以上的鉻粉作為蒸發(fā)源，把其裝在加熱用的鉬舟內(nèi)進行蒸發(fā)。蒸發(fā)前源，把其裝在加熱用的鉬舟內(nèi)進行蒸發(fā)。蒸發(fā)前應把真空度抽至應把真空度抽至10-3mmHg以上，被蒸發(fā)的玻璃以上，被蒸發(fā)的玻璃需加熱。其它如預熱等步驟與蒸鋁工藝相似。需加熱。其

32、它如預熱等步驟與蒸鋁工藝相似。 64 3、蒸發(fā)后對鉻膜的質(zhì)量檢查、蒸發(fā)后對鉻膜的質(zhì)量檢查 從真空室中取出蒸好的鉻版，用丙酮棉球擦洗表面，從真空室中取出蒸好的鉻版，用丙酮棉球擦洗表面，然后放在白熾燈前觀察。檢查鉻層有否針孔，厚度是否均然后放在白熾燈前觀察。檢查鉻層有否針孔，厚度是否均勻，厚薄是否適當。如果勻，厚薄是否適當。如果鉻膜太厚鉻膜太厚，腐蝕時，腐蝕時容易鉆蝕容易鉆蝕，影，影響光刻質(zhì)量。響光刻質(zhì)量。太薄則反差不夠高太薄則反差不夠高。鉻膜的厚度可用透過鉻。鉻膜的厚度可用透過鉻版觀察白熾燈絲亮度的方法，根據(jù)經(jīng)驗判斷；精確的厚度版觀察白熾燈絲亮度的方法，根據(jù)經(jīng)驗判斷；精確的厚度必須用測厚儀測量。

33、鉻膜質(zhì)量不好的常見毛病是針孔，產(chǎn)必須用測厚儀測量。鉻膜質(zhì)量不好的常見毛病是針孔，產(chǎn)生原因主要是玻璃基片的清潔度不夠好，有水汽吸附，鉻生原因主要是玻璃基片的清潔度不夠好，有水汽吸附，鉻粉不純，表面存在塵埃等。粉不純，表面存在塵埃等。 6510.1.3 鉻版的制備技術鉻版的制備技術 4、鉻膜質(zhì)量、鉻膜質(zhì)量（1）膜厚）膜厚（2）均勻性）均勻性（3）針孔）針孔（4）牢固度）牢固度66 10.1.4 彩色版制備技術彩色版制備技術 彩色版是一種采用新型的透明或半透明掩模，因有顏彩色版是一種采用新型的透明或半透明掩模，因有顏色，即俗稱彩色版，它可克服超微粒干版缺陷多，耐磨性色，即俗稱彩色版，它可克服超微粒干

34、版缺陷多，耐磨性差及鉻版針孔多、易反光、不易對準等缺點。差及鉻版針孔多、易反光、不易對準等缺點。 彩色版種類很多，有氧化鐵版、硅版、氧化鉻版、氧彩色版種類很多，有氧化鐵版、硅版、氧化鉻版、氧化亞銅版等，目前應用較廣的是化亞銅版等，目前應用較廣的是氧化鐵彩色版氧化鐵彩色版。 氧化鐵具備作為選擇透明掩模材料的所有要求的最佳氧化鐵具備作為選擇透明掩模材料的所有要求的最佳的化學和物理特性。據(jù)報道，在紫外區(qū)（的化學和物理特性。據(jù)報道，在紫外區(qū)（300400nm）的的透射率小于透射率小于1%，在可見光區(qū)（，在可見光區(qū)（400800nm）透射率大于透射率大于30%。 67 氧化鐵版在使用上還有以下優(yōu)點：氧化

35、鐵版在使用上還有以下優(yōu)點： 在觀察光源波長下是透明的，而在曝光光源在觀察光源波長下是透明的，而在曝光光源波長下是不透明的。波長下是不透明的。 反射率較低的。反射率較低的。 克服光暈效應?？朔鈺炐?。 結構致密且無定形，針孔少。結構致密且無定形，針孔少。 與玻璃粘附性好、比較耐磨。與玻璃粘附性好、比較耐磨。 復印腐蝕特性比較好。復印腐蝕特性比較好。6810.1.5 光刻制版面臨的挑戰(zhàn)光刻制版面臨的挑戰(zhàn) 1、傳統(tǒng)光學光刻及制版技術面臨的挑戰(zhàn)傳統(tǒng)光學光刻及制版技術面臨的挑戰(zhàn)2、掩模制造設備面臨的挑戰(zhàn)掩模制造設備面臨的挑戰(zhàn)3、越來越重要的越來越重要的DFM（Design for Manufactur

36、ing）4、掩模版檢測技術的發(fā)展趨勢掩模版檢測技術的發(fā)展趨勢69707110.2 光刻膠光刻膠（PR-光阻）光阻）n光刻時接受圖像的介質(zhì)稱為光刻膠。光刻時接受圖像的介質(zhì)稱為光刻膠。n以光刻膠構成的圖形作為掩膜對薄膜進以光刻膠構成的圖形作為掩膜對薄膜進行腐蝕，圖形就轉(zhuǎn)移到晶片表面的薄膜行腐蝕，圖形就轉(zhuǎn)移到晶片表面的薄膜上了，所以也將光刻膠稱為上了，所以也將光刻膠稱為抗蝕劑抗蝕劑。72 10.2 光刻膠光刻膠n感光劑感光劑，膠的主體，又稱光敏劑；，膠的主體，又稱光敏劑；n聚合物材料聚合物材料，使膠具有一定的粘度，能，使膠具有一定的粘度，能均勻涂覆；均勻涂覆；n增感劑增感劑，能增加膠的感光能力的物質(zhì)

37、，能增加膠的感光能力的物質(zhì)。n溶劑溶劑 1、組成、組成73n按曝光區(qū)在顯影中被去除或保留來劃分：按曝光區(qū)在顯影中被去除或保留來劃分：n正（性）膠正（性）膠n負（性）膠負（性）膠n按其用途劃分：按其用途劃分：n光學光刻膠光學光刻膠n電子抗蝕劑電子抗蝕劑nX-射線抗蝕劑射線抗蝕劑2、分類、分類7410.2.1 光刻膠的特征量光刻膠的特征量n響應波長響應波長n靈敏度，又稱光敏度，指最小曝光劑量靈敏度，又稱光敏度，指最小曝光劑量E0 n抗蝕性，指耐酸、堿能力抗蝕性，指耐酸、堿能力n粘滯性，指流動特性的定量指標粘滯性，指流動特性的定量指標 n粘附性粘附性 ，指與硅、二氧化硅表面結合力的大小，指與硅、二氧

38、化硅表面結合力的大小 n光刻膠的膨脹光刻膠的膨脹 n微粒數(shù)量和金屬含量微粒數(shù)量和金屬含量 n儲存壽命儲存壽命 75 10.2.2 光學光刻膠光學光刻膠正膠和負膠進行圖形轉(zhuǎn)移示意圖正膠和負膠進行圖形轉(zhuǎn)移示意圖 76 1、正膠、正膠n當前常用正膠為當前常用正膠為DQN，組成為光敏劑，組成為光敏劑 重氮醌重氮醌(DQ)，堿溶性的，堿溶性的酚醛樹脂酚醛樹脂(N)，和溶劑，和溶劑二甲苯二甲苯等。等。響應波長響應波長330-430nm 膠膜厚膠膜厚1-3m，顯影液是氫，顯影液是氫氧化鈉等堿性物質(zhì)。氧化鈉等堿性物質(zhì)。正膠正膠IC主導主導77 DQN顯影原理顯影原理n曝光的重氮醌退曝光的重氮醌退化，易溶于顯影

39、化，易溶于顯影液，液，未曝光的重未曝光的重氮醌和樹脂構成氮醌和樹脂構成的膠膜難溶于堿的膠膜難溶于堿性顯影液性顯影液。光刻膠曝光、水解和顯影過程中光刻膠曝光、水解和顯影過程中的化學反應方程的化學反應方程782、負膠、負膠n負膠多由長鏈高分子有機物組成。如由負膠多由長鏈高分子有機物組成。如由順聚異戊順聚異戊二烯二烯和對輻照敏感的和對輻照敏感的交聯(lián)劑交聯(lián)劑，以及溶劑組成得負，以及溶劑組成得負膠，響應波長膠，響應波長330-430nm，膠膜厚度，膠膜厚度0.3-1m，顯，顯影液影液二甲苯二甲苯等。等。負膠負膠79 順聚異戊二烯負膠顯影原理順聚異戊二烯負膠顯影原理n曝光的順聚異戊二烯在交聯(lián)劑作用下交聯(lián)，

40、成為曝光的順聚異戊二烯在交聯(lián)劑作用下交聯(lián)，成為體型高分子，并固化，不再溶于有機溶劑構成的體型高分子，并固化，不再溶于有機溶劑構成的顯影液，而顯影液，而未曝光的長鏈高分子溶于顯影液未曝光的長鏈高分子溶于顯影液，顯，顯影時被去掉。影時被去掉。順聚異戊二烯順聚異戊二烯+交聯(lián)劑交聯(lián)劑hv固化為體型分子固化為體型分子80 3 正、負膠比較正、負膠比較n正膠，顯影容易，圖形邊緣齊，無溶漲現(xiàn)象，光正膠，顯影容易，圖形邊緣齊，無溶漲現(xiàn)象，光刻的分辨率高，去膠也較容易?？痰姆直媛矢?，去膠也較容易。 n負膠顯影后保留區(qū)的膠膜是交聯(lián)高分子，在顯影負膠顯影后保留區(qū)的膠膜是交聯(lián)高分子，在顯影時，吸收顯影液而時，吸收顯影

41、液而溶漲溶漲，另外，交聯(lián)反應是局部，另外，交聯(lián)反應是局部的，邊界不齊，所以圖形分辨率下降。光刻后硬的，邊界不齊，所以圖形分辨率下降。光刻后硬化的膠膜也較難去除。但化的膠膜也較難去除。但負膠比正膠相抗蝕性強負膠比正膠相抗蝕性強。 1、電子束光刻膠、電子束光刻膠 2、X射線光刻膠射線光刻膠 81 10.3 光學分辨率增強技術光學分辨率增強技術 光學分辨率增強技術包括移相掩模技術光學分辨率增強技術包括移相掩模技術（phase shift mask )、 離軸照明技術離軸照明技術(off-axis illumination)、光學鄰近效應校正技術光學鄰近效應校正技術(optical proximity

42、 correction)、光瞳濾波技術、光瞳濾波技術（pupil filtering technology）等。82 10.3.1 移相掩模技術移相掩模技術 移相掩模的基本原理是在光掩模的某些透明圖移相掩模的基本原理是在光掩模的某些透明圖形上增加或減少一個透明的介質(zhì)層，稱移相器，使形上增加或減少一個透明的介質(zhì)層，稱移相器，使光波通過這個介質(zhì)層后產(chǎn)生光波通過這個介質(zhì)層后產(chǎn)生180的位相差，與鄰的位相差，與鄰近透明區(qū)域透過的光波產(chǎn)生干涉，抵消圖形邊緣的近透明區(qū)域透過的光波產(chǎn)生干涉，抵消圖形邊緣的光衍射效應，從而提高圖形曝光分辨率。移相掩模光衍射效應，從而提高圖形曝光分辨率。移相掩模技術被認為是最有

43、希望拓展光學光刻分辨率的技術技術被認為是最有希望拓展光學光刻分辨率的技術之一之一。 83 通過移相層后光波與正常光波產(chǎn)生的相位差可用通過移相層后光波與正常光波產(chǎn)生的相位差可用下式表達：下式表達：) 1(2ndQ式中式中 d移相器厚度；移相器厚度； n移相器介質(zhì)的折射率；移相器介質(zhì)的折射率； 光波波長。光波波長。84 附加材料造成附加材料造成光學路逕差異，光學路逕差異，達到反相達到反相8510.3.1 移相掩模技術移相掩模技術移相掩模的主要類型有：移相掩模的主要類型有： 交替式交替式PSM 衰減型衰減型PSM 邊緣增強型邊緣增強型PSM 無鉻無鉻PSM 混合混合PSM86 10.3.2 離軸照明

44、技術離軸照明技術 離軸照明技術是指在投影光刻機中所有照明掩模的離軸照明技術是指在投影光刻機中所有照明掩模的光線都與主光軸方向有一定夾角，照明光經(jīng)過掩模衍光線都與主光軸方向有一定夾角，照明光經(jīng)過掩模衍射后，通過投影光刻物鏡成像時，仍無光線沿主光軸射后，通過投影光刻物鏡成像時，仍無光線沿主光軸方向傳播。是被認為最有希望拓展光學光刻分辨率的方向傳播。是被認為最有希望拓展光學光刻分辨率的一種技術之一。它能大幅提高投影光學光刻系統(tǒng)的分一種技術之一。它能大幅提高投影光學光刻系統(tǒng)的分辨率和增大焦深。辨率和增大焦深。 離軸照明的種類有：二極照明、四極照明、環(huán)形照離軸照明的種類有：二極照明、四極照明、環(huán)形照明等

45、。明等。87 可以減小對分辨率的限制、增加成像的焦深且提高了可以減小對分辨率的限制、增加成像的焦深且提高了MTF88 部分相干照明部分相干照明()時，傳統(tǒng)光刻截止分辨率為時，傳統(tǒng)光刻截止分辨率為R R傳統(tǒng)傳統(tǒng)/2NA(1+)。離軸照明時，所照明光都與主光軸。離軸照明時，所照明光都與主光軸有一定的夾角，光經(jīng)過掩模衍射，由投影透鏡成像有一定的夾角，光經(jīng)過掩模衍射，由投影透鏡成像時，系統(tǒng)截止頻率為時，系統(tǒng)截止頻率為)1 (NA2離軸R式中，式中，為照明傾斜角。顯然離軸照明技術有利為照明傾斜角。顯然離軸照明技術有利：提高分辨率：提高分辨率。89 OAI的原理的原理11)1(SNAkR例如：當例如：當

46、1NA（1S）時，）時，R可以可以提高提高1倍！倍！90 實現(xiàn)方式：環(huán)形照明實現(xiàn)方式：環(huán)形照明 四極照明四極照明 兩極照明兩極照明 在投影曝光系統(tǒng)中，掩模圖形的空間像的對比度在投影曝光系統(tǒng)中，掩模圖形的空間像的對比度（MTF）依賴于投影物鏡中參與成像的）依賴于投影物鏡中參與成像的1級以上衍射級以上衍射光的比例。由于收集了較多高頻信號，離軸照明技術光的比例。由于收集了較多高頻信號，離軸照明技術通過降低成像光束中的低頻成分來提高高頻成分在總通過降低成像光束中的低頻成分來提高高頻成分在總光強中的比例，從而提高了空間像的對比度。光強中的比例，從而提高了空間像的對比度。91 10.3.3 光學鄰近效應校

47、正技術光學鄰近效應校正技術 光學鄰近效應是指在光刻過程中，由于掩模上光學鄰近效應是指在光刻過程中，由于掩模上相鄰微細圖形的衍射光相互干涉而造成像面光強分相鄰微細圖形的衍射光相互干涉而造成像面光強分布發(fā)生改變，使曝光得到的圖形偏離掩模設計所要布發(fā)生改變，使曝光得到的圖形偏離掩模設計所要求的尺寸和形狀。這些畸變將對集成電路的電學性求的尺寸和形狀。這些畸變將對集成電路的電學性質(zhì)產(chǎn)生較大的影響。光刻圖形的特征尺寸越接近于質(zhì)產(chǎn)生較大的影響。光刻圖形的特征尺寸越接近于投影光學光刻系統(tǒng)的極限分辨率時，鄰近效應就越投影光學光刻系統(tǒng)的極限分辨率時，鄰近效應就越明顯。明顯。 光學鄰近效應校正的種類有：線條偏置法、

48、形光學鄰近效應校正的種類有：線條偏置法、形狀調(diào)整法、加襯線法、微型灰度法。狀調(diào)整法、加襯線法、微型灰度法。 92 10.3.3 光學鄰近效應校正技術光學鄰近效應校正技術 OPC實例實例 93 10.3.4 光瞳濾波技術光瞳濾波技術 光瞳濾波技術就是利用濾波器適當調(diào)整投影光光瞳濾波技術就是利用濾波器適當調(diào)整投影光學光刻成像系統(tǒng)的光瞳處掩模頻譜的零級光與高頻學光刻成像系統(tǒng)的光瞳處掩模頻譜的零級光與高頻光的振幅或相位的關系，使高頻光部分盡量多的通光的振幅或相位的關系，使高頻光部分盡量多的通過，減少低頻光的通過，從而提高光刻圖形成像對過，減少低頻光的通過，從而提高光刻圖形成像對比度，達到提高光刻分辨率

49、和增大焦深的目的。比度，達到提高光刻分辨率和增大焦深的目的。 光瞳濾波的種類有：振幅濾波、相位濾波和復光瞳濾波的種類有：振幅濾波、相位濾波和復合濾波。合濾波。94 光瞳濾波技術需要解決的問題：光瞳濾波技術需要解決的問題： 不同的掩模圖形對應不同的最優(yōu)濾波器，這要不同的掩模圖形對應不同的最優(yōu)濾波器，這要求濾波器在光瞳面上易于取放；求濾波器在光瞳面上易于取放； 濾波器在光瞳面內(nèi)與掩模頻譜的精確對準問濾波器在光瞳面內(nèi)與掩模頻譜的精確對準問題；題； 濾波器對強紫外光長時間的吸收和反射引起濾波器對強紫外光長時間的吸收和反射引起的熱量問題；的熱量問題； 濾波器的材料和移相器的制造還需作大量研濾波器的材料和

50、移相器的制造還需作大量研究。究。95 10.5 其它曝光技術其它曝光技術其它曝光技術的主要有：其它曝光技術的主要有： 電子束光刻電子束光刻 X-射線光刻射線光刻 離子束光刻離子束光刻 新技術展望新技術展望 9610.5.1 電子束光刻電子束光刻n電子束光刻是采用電子束光刻機進行的光刻，電子束光刻是采用電子束光刻機進行的光刻，有兩種方式：一是在一臺設備中既發(fā)生圖形又有兩種方式：一是在一臺設備中既發(fā)生圖形又進行光刻，就是進行光刻，就是直寫光刻直寫光刻（不用光刻板的光（不用光刻板的光刻）；另一種是兩個系統(tǒng)，制版和光刻分別進刻）；另一種是兩個系統(tǒng)，制版和光刻分別進行。行。n電子束光刻已應用于制造高精度

51、掩模版、移相電子束光刻已應用于制造高精度掩模版、移相掩膜版和掩膜版和x射線掩模版。射線掩模版。97目前電子束直寫可實現(xiàn)目前電子束直寫可實現(xiàn)0.36um線寬線寬9810.5.1 電子束光刻電子束光刻n電子抗蝕劑對電子抗蝕劑對10-30kV的電子束靈敏，有的電子束靈敏，有正性抗蝕劑正性抗蝕劑，負性抗蝕劑負性抗蝕劑。常用的正性。常用的正性抗蝕劑有抗蝕劑有PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）（聚甲基丙烯酸甲酯）膠，分辨率可達膠，分辨率可達10nm。EBR-9（丙烯酸（丙烯酸鹽基類），靈敏度比鹽基類），靈敏度比PMMA高高10倍，最倍，最小分辨率只有小分辨率只有0.2m。99n電子束的散射有前向散射和背散射，背

52、散射角大，電子束的散射有前向散射和背散射，背散射角大，是造成鄰近效應的主要原因是造成鄰近效應的主要原因10010.5.2 X射線光刻射線光刻n以高強度的電子束轟擊金屬靶材，使其發(fā)射以高強度的電子束轟擊金屬靶材，使其發(fā)射X射線，射線，X射線作為曝光光源，射線作為曝光光源，在在 0.2-4nm。n掩膜版：為了掩膜版：為了X-射線能夠透過，掩膜版很薄，射線能夠透過，掩膜版很薄，對對X射線透明的射線透明的Si、SiN、BN和聚酯薄膜為基和聚酯薄膜為基片在上面淀積金薄膜，以此作為空白版，金膜片在上面淀積金薄膜，以此作為空白版，金膜能吸收能吸收X射線，以電子束制版方法制備掩膜版射線，以電子束制版方法制備掩

53、膜版版。版。101影響分影響分辨率的辨率的不是衍不是衍射，而射，而是是半陰半陰影影和和幾幾何畸變何畸變102n在電子抗蝕劑中加入銫、鉈等，能增加抗蝕劑對在電子抗蝕劑中加入銫、鉈等，能增加抗蝕劑對X-射線的吸收能力，可以使之作為射線的吸收能力，可以使之作為X-射線抗蝕劑。射線抗蝕劑。如如PMMA 。103n 同步輻射同步輻射x射線源，是利用高能電子束在磁場中射線源，是利用高能電子束在磁場中沿曲線軌道運動時發(fā)出的。沿曲線軌道運動時發(fā)出的。n同步輻射方向性強，準直性好，可以近似看作平同步輻射方向性強，準直性好，可以近似看作平行光源。光源的線度尺寸約為行光源。光源的線度尺寸約為1mm，所以半陰影，所以

54、半陰影效應和幾何畸變可以忽略。效應和幾何畸變可以忽略。同步輻射同步輻射x射線光學系統(tǒng)射線光學系統(tǒng)10410.5.3 離子束光刻離子束光刻 離子束注入，是利用元素離子本身所具有的化離子束注入，是利用元素離子本身所具有的化學性質(zhì)學性質(zhì)-摻雜效應，通過將高能雜質(zhì)離子注入到半摻雜效應，通過將高能雜質(zhì)離子注入到半導體晶體表面，以改變晶體表面的化學性質(zhì)和物理導體晶體表面，以改變晶體表面的化學性質(zhì)和物理性質(zhì)；另一方面則可以利用離子本身具有的能量來性質(zhì)；另一方面則可以利用離子本身具有的能量來實現(xiàn)各種工藝目的。按照離子能量的不同，工藝目實現(xiàn)各種工藝目的。按照離子能量的不同，工藝目的也不同，如離子能量在的也不同，

55、如離子能量在10keV以下時，離子束常以下時，離子束常被用來作為離子束刻蝕和離子束外延；當能量在幾被用來作為離子束刻蝕和離子束外延；當能量在幾十至十至70keV時，則被用作離子束曝光。時，則被用作離子束曝光。105 聚焦離子束系統(tǒng)截面示意圖聚焦離子束系統(tǒng)截面示意圖106無版光刻代無版光刻代替光學光刻替光學光刻實現(xiàn)精細的實現(xiàn)精細的圖形化可以圖形化可以將總掩膜成將總掩膜成本降低本降低60% 107 10.5.4 新技術展望新技術展望 NAkR1NAkR11、浸入式光刻技術、浸入式光刻技術n/ 45, 32, 22 nmTechnology nodes譬如用水替代空氣譬如用水替代空氣全氟聚烷基醚油全

56、氟聚烷基醚油108 提高提高193nm ArF浸入式光刻機浸入式光刻機NA的方案的方案NA解決方案解決方案1.37水水+平面鏡頭平面鏡頭+石英光學材料石英光學材料1.42第二代浸入液第二代浸入液+平面鏡頭平面鏡頭+光學石英材料光學石英材料1.55第二代浸入液第二代浸入液+彎曲主鏡頭彎曲主鏡頭+光學石英材料光學石英材料1.65第三代浸入液第三代浸入液+新光學鏡頭材料新光學鏡頭材料+新光刻膠新光刻膠1.75第三代浸入液第三代浸入液+新光學鏡頭材料新光學鏡頭材料+半場尺寸半場尺寸109 2、納米壓印光刻、納米壓印光刻現(xiàn)有的主流納米壓印光刻現(xiàn)有的主流納米壓印光刻110 3、極紫外光刻（、極紫外光刻（E

57、UV） 極紫外光刻原理圖極紫外光刻原理圖111n較新設備由較新設備由ASML 研發(fā)研發(fā)NXE:3100 （試（試產(chǎn)型），可實現(xiàn)產(chǎn)型），可實現(xiàn)18nm關鍵尺寸，造價超過關鍵尺寸，造價超過一億美元一億美元n每小時加工每小時加工5片晶圓。預計可實現(xiàn)片晶圓。預計可實現(xiàn)60片片/小時小時的產(chǎn)量目標。的產(chǎn)量目標。有說法：有說法：EUV光刻機必須能光刻機必須能維持維持80 片片/小時的產(chǎn)量，光刻機廠商才有可小時的產(chǎn)量，光刻機廠商才有可能從中獲得穩(wěn)定收入能從中獲得穩(wěn)定收入。112NXE:3100113 4、無掩模光刻、無掩模光刻(ML2)光學無掩模光刻示意圖光學無掩模光刻示意圖 帶電粒子無掩模光刻示意圖帶電粒

58、子無掩模光刻示意圖 114 從平面工藝誕生以來，光刻設備可以分為五代。從平面工藝誕生以來，光刻設備可以分為五代。每一代又以那個時期獲得每一代又以那個時期獲得CD和分辨率所需的設備和分辨率所需的設備類型為代表。這五個精細光刻時代的代表是：類型為代表。這五個精細光刻時代的代表是： 接觸式光刻機；接觸式光刻機； 接近式光刻機；接近式光刻機； 掃描投影光刻機；掃描投影光刻機； 分步重復投影光刻機；分步重復投影光刻機； 步進掃描光刻機。步進掃描光刻機。115 接觸式光刻機系統(tǒng)接觸式光刻機系統(tǒng)116 接近式光刻機上的邊緣衍射和表面反射接近式光刻機上的邊緣衍射和表面反射 117 掃描投影光刻機掃描投影光刻機

59、118 步進光刻機的曝光場步進光刻機的曝光場 119 10.6.5 步進掃描投影光刻機步進掃描投影光刻機步進掃描光刻機的曝光場步進掃描光刻機的曝光場120 10.6.6 光刻設備的發(fā)展趨勢光刻設備的發(fā)展趨勢 1、光刻設備加工硅片大尺寸化、單片化、光刻設備加工硅片大尺寸化、單片化、高精度化和全自動化高精度化和全自動化 2、設備制造商壟斷化、設備制造商壟斷化 3、設備高價格化、設備高價格化 4、設備研制聯(lián)合化、設備研制聯(lián)合化121 n光刻掩模板的制造光刻掩模板的制造n光刻膠光刻膠n光學分辨率增強技術光學分辨率增強技術n紫外光曝光技術紫外光曝光技術n其它曝光技術其它曝光技術n光刻設備光刻設備122第

60、第11章章 刻蝕技術刻蝕技術11.1 概述概述 11.2 濕法刻蝕濕法刻蝕11.3 干法刻蝕技術干法刻蝕技術11.4 刻蝕技術新進展刻蝕技術新進展12311.1 概述概述 理想的刻蝕工藝必須具有以下特點：理想的刻蝕工藝必須具有以下特點： 各向異性刻蝕。各向異性刻蝕。 刻蝕選擇性良好；刻蝕選擇性良好； 加工批量大，控制容易，成本低，對環(huán)境加工批量大，控制容易，成本低，對環(huán)境污染少，適用于工業(yè)生產(chǎn)。污染少，適用于工業(yè)生產(chǎn)。124 廣義而言，刻蝕技術包含了所有將材質(zhì)表面均勻廣義而言，刻蝕技術包含了所有將材質(zhì)表面均勻移除或是有選擇性地部分去除的技術，可大體分為移除或是有選擇性地部分去除的技術，可大體分