光刻工藝光刻膠課件

集成電路工藝光刻1集成電路工藝光刻1光刻

1、基本描述和過(guò)程2、光刻膠3、顯影4、文獻(xiàn)2光刻

1、基本描述和過(guò)程2光刻

1、基本描述和過(guò)程2、光刻膠3、顯影4、文獻(xiàn)3光刻

1、基本描述和過(guò)程3光刻基本介紹光刻是通過(guò)一系列生產(chǎn)步驟，將晶圓表面薄膜的特定部分除去的工藝。在此之后，晶圓表面會(huì)留下帶有微圖形結(jié)構(gòu)的薄膜。通過(guò)光刻工藝過(guò)程，最終在晶圓上保留的是特征圖形部分。4光刻基本介紹光刻是通過(guò)一系列生產(chǎn)步驟，將晶圓表面薄膜的特定部光刻三要素Usedforpreparingthesubstrateofawaferforthesubsequentprocessingstage.Elements(三要素）1）Lightsource–light,X-ray,electronorionbeams–Ultraviolet(UV)lightwithawavelengthof250-450nmisusedforsiliconprocess2）Mask(掩模板）–achromiumpatternonalighttransparentsubstrate(glass).3)Resist（光刻膠）–sensitivetothelightsource,about1μmthick,appliedonthesiliconwaferoranotherdepositionlayer–positiveandnegativeresist5光刻三要素Usedforpreparingthesu光刻工藝流程6光刻工藝流程61、氣相成底膜目的：增強(qiáng)硅片與光刻膠的黏附性底膜處理的步驟

1.硅片清洗不良的表面沾污會(huì)造成：光刻膠與硅片的黏附性差，可能會(huì)浮膠、鉆蝕顆粒沾污會(huì)造成不平坦的涂布，光刻膠針孔

2.脫水烘焙使硅片表面呈干燥疏水性

3.底膜處理

HMDS作用：影響硅片表面形成疏水表面增強(qiáng)硅片與膠的結(jié)合力方法有：沉浸式，旋涂法和蒸汽法71、氣相成底膜目的：增強(qiáng)硅片與光刻膠的黏附性72、旋轉(zhuǎn)涂膠涂膠工藝的目的就是在晶圓表面建立薄的、均勻的、并且沒(méi)有缺陷的光刻膠膜。旋轉(zhuǎn)涂膠的四個(gè)基本步驟82、旋轉(zhuǎn)涂膠涂膠工藝的目的就是在晶圓表面建立薄的、均勻的、并2、旋轉(zhuǎn)涂膠常用涂膠法：靜態(tài)旋轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)噴灑靜態(tài)涂膠：首先把光刻膠通過(guò)管道堆積在晶圓的中心，然后低速旋轉(zhuǎn)使光刻膠鋪開(kāi)，再高速旋轉(zhuǎn)甩掉多余的光刻膠，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)光刻膠中的溶劑會(huì)揮發(fā)一部分。92、旋轉(zhuǎn)涂膠常用涂膠法：靜態(tài)旋轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)噴灑92、旋轉(zhuǎn)涂膠

靜態(tài)涂膠時(shí)的堆積量非常關(guān)鍵，量少了會(huì)導(dǎo)致負(fù)膠不均勻，量大了會(huì)導(dǎo)致晶圓邊緣光刻膠的堆積甚至流到背面。102、旋轉(zhuǎn)涂膠靜態(tài)涂膠時(shí)的堆積量非常關(guān)鍵，量少了會(huì)導(dǎo)致2、旋轉(zhuǎn)涂膠

動(dòng)態(tài)噴灑：隨著晶圓直徑越來(lái)越大，靜態(tài)涂膠已不能滿足要求，動(dòng)態(tài)噴灑是以低速旋轉(zhuǎn)，目的是幫助光刻膠最初的擴(kuò)散，用這種方法可以用較少量的光刻膠而達(dá)到更均勻的光刻膠膜，然后高速旋轉(zhuǎn)完成最終要求薄而均勻的光刻膠膜。112、旋轉(zhuǎn)涂膠動(dòng)態(tài)噴灑：隨著晶圓直徑越來(lái)越大，靜態(tài)涂膠2、旋轉(zhuǎn)涂膠

涂膠的質(zhì)量要求是：（1）膜厚符合設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)膜厚要均勻，膠面上看不到干涉花紋；（2）膠層內(nèi)無(wú)點(diǎn)缺陷（如針孔等）；（3）涂層表面無(wú)塵埃和碎屑等顆粒。122、旋轉(zhuǎn)涂膠涂膠的質(zhì)量要求是：（1）膜厚符合設(shè)計(jì)的要求，3、前烘目的：光刻膠中的溶劑部分揮發(fā)增強(qiáng)光刻膠的粘附性，光吸收及抗腐蝕能力緩和涂膠過(guò)程中光刻膠膜內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力如果沒(méi)有前烘，可能帶來(lái)的問(wèn)題有：光刻膠發(fā)黏，易受顆粒污染光刻膠來(lái)自旋轉(zhuǎn)涂膠的內(nèi)在應(yīng)力將導(dǎo)致粘附性問(wèn)題溶劑含量過(guò)高導(dǎo)致顯影時(shí)由于溶解差異，而很難區(qū)分曝光和未曝光的光刻膠光刻膠散發(fā)的氣體可能污染光學(xué)系統(tǒng)的透鏡133、前烘目的：134、對(duì)準(zhǔn)和曝光對(duì)準(zhǔn)是把所需圖形在晶圓表面上定位或?qū)?zhǔn)，而曝光的目的是要是通過(guò)汞弧燈或其他輻射源將圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠圖層上。用盡可能短的時(shí)間使光刻膠充分感光，在顯影后獲得盡可能高的留膜率和近似垂直的光刻膠側(cè)壁和可控的線寬。144、對(duì)準(zhǔn)和曝光對(duì)準(zhǔn)是把所需圖形在晶圓表面上定位或?qū)?zhǔn)，而曝光5、曝光后烘培

在曝光時(shí)由于駐波效應(yīng)的存在，光刻膠側(cè)壁會(huì)有不平整的現(xiàn)象，曝光后進(jìn)行烘烤，可使感光與未感光邊界處的高分子化合物重新分布，最后達(dá)到平衡，基本可以消除駐波效應(yīng)。155、曝光后烘培在曝光時(shí)由于駐波效應(yīng)的存在，光刻膠側(cè)壁6、顯影

顯影就是用顯影液溶解掉不需要的光刻膠，將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上。顯影中可能出現(xiàn)的問(wèn)題：顯影不足：比正常線條要寬并且在側(cè)面有斜坡不完全顯影：在襯底上留下應(yīng)去掉的光刻膠過(guò)顯影：除去了太多的光刻膠，引起圖形變窄和拙劣的外形166、顯影顯影就是用顯影液溶解掉不需要的光刻膠，將掩膜版7、堅(jiān)膜烘焙目的是通過(guò)溶液的蒸發(fā)來(lái)固化光刻膠，此處理提高了光刻膠對(duì)襯底的粘附性，為下一步工藝做好準(zhǔn)備。正膠的堅(jiān)膜烘焙溫度約為120℃到140℃，這比軟烘溫度要高，但也不能太高，否則光刻膠就會(huì)流動(dòng)從而破壞圖形。177、堅(jiān)膜烘焙178、顯影檢查目的是查找光刻膠中成形圖形的缺陷顯影檢查用來(lái)檢查光刻工藝的好壞，為光學(xué)光刻工藝生產(chǎn)人員提供用于糾正的信息188、顯影檢查目的是查找光刻膠中成形圖形的缺陷18光刻

1、基本描述和過(guò)程2、光刻膠3、顯影4、文獻(xiàn)19光刻

1、基本描述和過(guò)程19光刻膠

定義:

光學(xué)曝光過(guò)程中，為了將掩模上的圖形轉(zhuǎn)移到圓片上，輻照必須作用在光敏物質(zhì)上，該光敏物質(zhì)必須通過(guò)光照，改變材料性質(zhì)，使在完成光刻工藝后，達(dá)到轉(zhuǎn)移圖形的目的。該光敏物質(zhì)稱為光刻膠。它是一種對(duì)光敏感的有機(jī)化合物，它受紫外光曝光后，在顯影液中的溶解度會(huì)發(fā)生變化。作用：

a、將掩膜板上的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓表面頂層的光刻膠中；

b、在后續(xù)工序中，保護(hù)下面的材料（刻蝕或離子注入）。

20光刻膠

定義:202121光刻膠的組成

樹(shù)脂：光刻膠樹(shù)脂是一種惰性的聚合物基質(zhì)，是用來(lái)將其它材料聚合在一起的粘合劑。光刻膠的粘附性、膠膜厚度等都是樹(shù)脂給的。感光劑：感光劑是光刻膠的核心部分，它對(duì)光形式的輻射能特別在紫外區(qū)會(huì)發(fā)生反應(yīng)。曝光時(shí)間、光源所發(fā)射光線的強(qiáng)度都根據(jù)感光劑的特性選擇決定的。溶劑：光刻膠中容量最大的成分，感光劑和添加劑都是固態(tài)物質(zhì)，為了方便均勻的涂覆，要將它們加入溶劑進(jìn)行溶解，形成液態(tài)物質(zhì)，且使之具有良好的流動(dòng)性，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)方式涂布在晶圓表面。添加劑：用以改變光刻膠的某些特性，如改善光刻膠發(fā)生反射而添加染色劑。

22光刻膠的組成

樹(shù)脂：光刻膠樹(shù)脂是一種惰性的聚合物基質(zhì)，是用來(lái)光刻膠的組成23光刻膠的組成23光刻膠類(lèi)型光刻膠根據(jù)其化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和顯影原理，可分負(fù)性膠和正性膠兩類(lèi)。光照后形成不可溶物質(zhì)的是負(fù)性膠；反之，原本對(duì)某些溶劑是不可溶的，經(jīng)光照后變成可溶物質(zhì)的即為正性膠。利用這種性能，將光刻膠作涂層，就能在硅片表面刻蝕所需的電路圖形。正膠（PositivePhotoResist）：曝光前對(duì)顯影液不可溶，而曝光后變成了可溶的，能得到與掩模板遮光區(qū)相同的圖形。負(fù)膠（NegativePhotoResist）：反之。24光刻膠類(lèi)型光刻膠根據(jù)其化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和顯影原理，可分負(fù)性膠和正waferPR掩模板氧化膜曝光顯影

正膠負(fù)膠25waferPR掩模板氧化膜曝光正光刻膠

受光輻射后聚合物發(fā)生變化，被輻射部分溶解，未被輻射部分保持不變。曝光時(shí)切斷樹(shù)脂聚合體主鏈和從鏈之間的聯(lián)系，達(dá)到削弱聚合體的目的，所以曝光后光刻膠在隨后的顯影處理中溶解度升高，曝光后溶解度幾乎是未曝光時(shí)的10倍；更高分辨率（無(wú)膨脹現(xiàn)象）在IC制造應(yīng)用更為普遍；26正光刻膠

受光輻射后聚合物發(fā)生變化，被輻射部分溶解，未被輻射正光刻膠27正光刻膠27正膠IC主導(dǎo)28正膠IC主導(dǎo)28負(fù)光刻膠聚合物被輻射后不溶于顯影劑，精度遜于正膠在負(fù)膠曝光時(shí)，產(chǎn)生大量的交聯(lián)聚合，成為互相連接的大樹(shù)脂分子，很難在顯影液中溶解。從而負(fù)膠的曝光部分在顯影后保留。而未曝光部分則在顯影時(shí)去除。某種負(fù)膠中的加聚反應(yīng)29負(fù)光刻膠聚合物被輻射后不溶于顯影劑，精度遜于正膠某種負(fù)膠中的負(fù)膠30負(fù)膠30顯影液不易進(jìn)入正膠的未曝光部分，正膠光刻后線條不變形。顯影液會(huì)使負(fù)膠膨脹，線條變寬。雖然烘烤后能收縮，但易變形。所以負(fù)膠不適合2.0微米以下工藝使用。正膠是ULSI的主要光刻膠。正膠的針孔密度低，但對(duì)襯低的粘附差，通常用HMDS作增粘處理。負(fù)膠對(duì)襯底粘附好，針孔密度較高。3.正膠耐化學(xué)腐蝕，是良好的掩蔽薄膜。兩種光刻膠的性能31兩種光刻膠的性能31兩種光刻膠的性能32兩種光刻膠的性能32兩種光刻膠的性能

正膠優(yōu)點(diǎn)分辨率高、對(duì)比度好缺點(diǎn)粘附性差、抗刻蝕能力差、高成本靈敏度曝光區(qū)域光刻膠完全溶解時(shí)所需的能量負(fù)膠優(yōu)點(diǎn)良好的粘附能力和抗刻蝕能力、感光速度快缺點(diǎn)顯影時(shí)發(fā)生變形和膨脹，導(dǎo)致其分辨率靈敏度保留曝光區(qū)域光刻膠原始厚度的50%所需的能量33兩種光刻膠的性能

正膠優(yōu)點(diǎn)分辨率高、對(duì)比度好缺點(diǎn)粘附性差、抗DUV深紫外光刻膠

傳統(tǒng)DNQ膠的問(wèn)題：1、對(duì)于<i線波長(zhǎng)的光強(qiáng)烈吸收2、汞燈在DUV波段輸出光強(qiáng)不如i線和g線，因此靈敏度不夠3、量子效率提高有限（最大為1，一般0.3)原理：入射光子與PAG分子反應(yīng)，產(chǎn)生酸分子，在后續(xù)的烘烤過(guò)程中，酸分子起催化劑作用，使曝光區(qū)域光刻膠改性總量子效率>>1，因此DUV膠的靈敏度有很大提高。g線、i線光刻膠靈敏度為100mJ/cm-2，DUV膠為20－40mJ/cm-2化學(xué)增強(qiáng)光刻膠PAG(photo-acidgenerator)34DUV深紫外光刻膠

傳統(tǒng)DNQ膠的問(wèn)題：原理：入射光子與PADUV膠化學(xué)增強(qiáng)的基本原理要求對(duì)于環(huán)境和工藝參數(shù)控制嚴(yán)格，PEB溫度控制在幾分之一度。PAGINSOLINSOL聚合物長(zhǎng)鏈酸INSOLINSOL聚合物長(zhǎng)鏈SOLSOL聚合物長(zhǎng)鏈酸SOLINSOL聚合物長(zhǎng)鏈酸酸曝光曝光后烘烤（PEB）酸35DUV膠化學(xué)增強(qiáng)的基本原理要求對(duì)于環(huán)境和工藝參數(shù)控制嚴(yán)格，PEUVLithography—TheSuccessortoOpticalLithography?AbstractThispaperdiscussesthebasicconceptsandcurrentstateofdevelopmentofEUVlithography(EUVL),arelativelynewformoflithographythatusesextremeultraviolet(EUV)radiationwithawavelengthintherangeof10to14nanometer(nm)tocarryoutprojectionimaging.Currently,andforthelastseveraldecades,opticalprojectionlithographyhasbeenthelithographictechniqueusedinthehigh-volumemanufactureofintegratedcircuits.Itiswidelyanticipatedthatimprovementsinthistechnologywillallowittoremainthesemiconductorindustry’sworkhorsethroughthe100nmgenerationofdevices.However,sometimearoundtheyear2005,so-calledNext-GenerationLithographieswillberequired.EUVLisonesuchtechnologyvyingtobecomethesuccessortoopticallithography.36EUVLithography—TheSuccessorWhyEUVL?Inordertokeeppacewiththedemandfortheprintingofeversmallerfeatures,lithographytoolmanufacturershavefounditnecessarytograduallyreducethewavelengthofthelightusedforimagingandtodesignimagingsystemswitheverlargernumericalapertures.Thereasonsforthesechangescanbeunderstoodfromthefollowingequationsthatdescribetwoofthemostfundamentalcharacteristicsofanimagingsystem:itsresolution(RES)anddepthoffocus(DOF).TheseequationsareusuallyexpressedasRES=k1λ/NA(1a)andDOF=k2λ/(NA)2,(1b)whereλisthewavelengthoftheradiationusedtocarryouttheimaging,andNAisthenumericalapertureoftheimagingsystem(orcamera).TheseequationsshowthatbetterresolutioncanbeachievedbyreducingλandincreasingNA.37WhyEUVL?37Figure2:Theregionbetweenthelinesshowsthewavelengthandnumericalapertureofcamerassimultaneouslyhavingaresolutionof100nmorbetterandaDOFof0.5μmorbetter38Figure2:TheregionbetweentSourcesofEUVRadiationAnumberofsourcesofEUVradiationhavebeenusedtodateinthedevelopmentofEUVL.Radiationhasbeenobtainedfromavarietyoflaser-producedplasmasandfromthebendingmagnetsandtheundulatorsassociatedwithsynchrotrons.ResistsThemainproblemtobeconfrontedindevelopingasatisfactoryphotoresistforEUVListhestrongabsorptionofEUVradiationbyallmaterials.EUVresistswillmostlikelybestructuredsothatprintingoccursinaverythinimaginglayeratthesurfaceoftheresist.39SourcesofEUVRadiationResist1、靈敏度靈敏度的定義單位面積上入射的使光刻膠全部發(fā)生反應(yīng)的最小光能量或最小電荷量（對(duì)電子束膠），稱為光刻膠的靈敏度，記為S

，S

越小，則靈敏度越高。

通常負(fù)膠的靈敏度高于正膠。

靈敏度太低會(huì)影響生產(chǎn)效率，所以通常希望光刻膠有較高的靈敏度。但靈敏度太高會(huì)影響分辨率。

光刻膠的特性401、靈敏度通常負(fù)膠的靈敏度高2、分辨率

下面討論分辨率與靈敏度的關(guān)系。當(dāng)入射電子數(shù)為

N

時(shí)，由于隨機(jī)漲落，實(shí)際入射的電子數(shù)在范圍內(nèi)。為保證出現(xiàn)最低劑量時(shí)不少于規(guī)定劑量的90%，也即。由此可得。因此對(duì)于小尺寸曝光區(qū)，必須滿足

光刻工藝中影響分辨率的因素有：光源、曝光方式和光刻膠本身（包括靈敏度、對(duì)比度、顆粒的大小、顯影時(shí)的溶脹、電子散射等）。通常正膠的分辨率要高于負(fù)膠。NN±%10￡NN100min=N2minminminmin()10SWNqqNqWSS===412、分辨率下式中，Wmin

為最小尺寸，即分辨率?？梢?jiàn)，若靈敏度越高（即S越?。?，則Wmin

就越大，分辨率就越差。minmin10qNqWSS==42式中，Wmin為最小尺寸，即分辨率?？梢?jiàn)，若靈敏度越高（即3、對(duì)比度

對(duì)比度是圖中對(duì)數(shù)坐標(biāo)下對(duì)比度曲線的斜率，表示光刻膠區(qū)分掩模上亮區(qū)和暗區(qū)的能力的大小，即對(duì)劑量變化的敏感程度。靈敏度曲線越陡，D0與D100的間距就越小，則就越大，這樣有助于得到清晰的圖形輪廓和高的分辨率。一般光刻膠的對(duì)比度在0.9~2.0之間。對(duì)于亞微米圖形，要求對(duì)比度大于1。

通常正膠的對(duì)比度要高于負(fù)膠。D0D100

對(duì)比度的定義為g433、對(duì)比度對(duì)

光進(jìn)入光刻膠后，其強(qiáng)度按下式衰減

式中，α為光刻膠的光學(xué)吸收系數(shù),單位為長(zhǎng)度的倒數(shù)。設(shè)TR為光刻膠的厚度，則可定義光刻膠的光吸收率為

對(duì)比度與光刻膠厚度的關(guān)系是可見(jiàn)減薄膠膜厚度有利于提高對(duì)比度和分辨率。但是，光刻膠很薄時(shí)，臺(tái)階覆蓋會(huì)變差，往往在為提高分辨率而降低膠的厚度時(shí)，要全面兼顧。

44光進(jìn)入光刻膠后，其強(qiáng)度按下式衰減

一個(gè)與對(duì)比度有關(guān)的光刻膠性能指標(biāo)是臨界調(diào)制傳輸函數(shù)CMTF

，代表在光刻膠上獲得能被分辨的圖形所必須的最小調(diào)制傳輸函數(shù)，其定義為

利用對(duì)比度的公式，可得

CMTF的典型值為0.4。如果實(shí)像的MTF小于CMTF，則其圖像就不能被分辨；如果實(shí)像的MTF大于CMTF，就有可能被分辨。

臨界調(diào)制傳輸函數(shù)45一個(gè)與對(duì)比度有關(guān)的光刻膠性能指標(biāo)是臨界調(diào)制傳輸感光度：表征光刻膠對(duì)光線敏感程度的性能指標(biāo)只有某一波長(zhǎng)范圍的光才能使光刻膠發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。留膜率:定義：曝光顯影后的非溶性膠膜厚度與曝光前的膠膜厚度之比.影響因素：膠自身性質(zhì)；吸收特性在曝光波長(zhǎng)下的吸收率a：a太大:僅膠頂部被曝光。a太小:需很長(zhǎng)曝光時(shí)間。?光化學(xué)吸收率即曝光前后吸收率之差。?影響因素:膠自身性質(zhì)光刻膠的性能指標(biāo)46光刻膠的性能指標(biāo)46光刻膠的性能指標(biāo)粘附性：光刻膠與襯底之間粘附的牢固程度。影響因素：膠自身性質(zhì)；襯底的性質(zhì)及其表面狀態(tài)。針孔密度：?jiǎn)挝幻娣e上的針孔數(shù)。影響因素：膠自身性質(zhì)；環(huán)境潔凈度?？刮g性：能較長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受酸、堿的浸蝕和等離子體的作用。影響因素：膠自身性質(zhì)；光刻工藝條件。性能穩(wěn)定性：暗反應(yīng)和存儲(chǔ)性能退化。影響因素：膠自身性質(zhì)和存儲(chǔ)條件。47光刻膠的性能指標(biāo)粘附性：光刻膠與襯底之間粘附的牢固程度。47光刻

1、基本描述和過(guò)程2、光刻膠3、顯影4、文獻(xiàn)48光刻

1、基本描述和過(guò)程48顯影顯影就是用顯影液去除已曝光部分的光刻膠，在硅片上形成所需圖形的過(guò)程。曝光部分的光刻膠與顯影液作用并溶解于水，未曝光部分不與顯影液作用并保持原狀。顯影液為堿性溶液，與光刻膠是一一對(duì)應(yīng)的。49顯影顯影就是用顯影液去除已曝光部分的光刻膠，在硅片上形成所需

顯影將曝光后的硅片放到顯影液中。對(duì)于負(fù)膠，通過(guò)顯影溶解掉未曝光區(qū)的膠膜；對(duì)于正膠，通過(guò)顯影溶解掉曝光區(qū)的膠膜。幾乎所有的正膠都使用堿性顯影液。

顯影過(guò)程中膠膜會(huì)發(fā)生膨脹。正膠的膨脹可以忽略，而負(fù)膠的膨脹則可能使圖形尺寸發(fā)生變化。

顯影過(guò)程對(duì)溫度非常敏感。顯影過(guò)程可影響膠的對(duì)比度，從而影響膠的剖面形狀。50顯影顯影過(guò)程中膠膜會(huì)發(fā)生膨脹顯影缺陷:顯影過(guò)度:光刻膠太薄或者不均勻，顯影時(shí)間太長(zhǎng)，光刻膠質(zhì)量太差（老化）顯影不足:光刻膠太厚或者不均勻，顯影時(shí)間太短，

顯影劑性能太弱（老化）顯影中的問(wèn)題51顯影缺陷:顯影中的問(wèn)題51負(fù)光刻膠顯影當(dāng)負(fù)性光刻膠經(jīng)過(guò)曝光后，它會(huì)發(fā)生聚合，在聚合與未聚合之間有足夠高的分辨率，從而在顯影過(guò)程中聚合的區(qū)域只會(huì)失去很小部分光刻膠，而未聚合的區(qū)域則在顯影過(guò)程中分解，但由于兩個(gè)區(qū)域之間總是存在過(guò)渡區(qū)，過(guò)渡區(qū)是部分聚合的光刻膠，所以，顯影結(jié)束后必須及時(shí)沖洗，使顯影液很快稀釋?zhuān)ＷC過(guò)渡區(qū)不被顯影，使顯影后的圖形得以完整。52負(fù)光刻膠顯影52正光刻膠顯影對(duì)于正性光刻膠，聚合與未聚合區(qū)域的溶解率約為1:4。這意味著在顯影中總會(huì)從聚合的區(qū)域失去一些光刻膠。使用過(guò)度的顯影液或顯影時(shí)間過(guò)長(zhǎng)都會(huì)導(dǎo)致光刻膠太薄而不能使用。正性光刻膠的顯影工藝比負(fù)性光刻膠更為敏感，影響的因素有：軟烘焙時(shí)間和溫度、曝光度、顯影液濃度、時(shí)間、溫度以及顯影方法。顯影工藝參數(shù)由所有變量的測(cè)試來(lái)決定。顯影液早期用水稀釋的強(qiáng)堿溶液，如氫氧化鈉，現(xiàn)在用四甲基氫氧化銨53正光刻膠顯影53

顯影劑溫度和曝光關(guān)系與線寬變化的比較54顯影劑溫度和曝光關(guān)系與顯影方式顯影方式靜態(tài)浸漬顯影圓片靜止顯影液噴在圓片表面，依靠圓片表面張力使顯影液停留在圓片上，圓片輕輕的轉(zhuǎn)動(dòng)，讓顯影液在圓片表面充分浸潤(rùn)，一段時(shí)間后，高速旋轉(zhuǎn)將顯影液甩掉。旋轉(zhuǎn)噴霧顯影圓片旋轉(zhuǎn)由高壓氮?dú)鈱⒘鹘?jīng)噴嘴的顯影液打成微小的液珠噴射在圓片表面，數(shù)秒鐘顯影液就能均勻地覆蓋在整個(gè)圓片表面。影響顯影質(zhì)量因素顯影時(shí)間影響條寬控制精度顯影液的溫度影響顯影的速率55顯影方式顯影方式55旋覆浸沒(méi)顯影56旋覆浸沒(méi)顯影56連續(xù)噴霧光刻膠顯影57連續(xù)噴霧光刻膠顯影57堅(jiān)膜在顯影過(guò)程中，顯影液溶解掉了需要去除的那部分光刻膠膜，同時(shí)也使不需要去除的光刻膠膜軟化，含有過(guò)多的水分，并且與基片的附著性變差，降低了后續(xù)刻蝕工藝的耐蝕性，必須經(jīng)過(guò)一定溫度和時(shí)間的烘烤，以揮發(fā)掉殘留的顯影液和水分，使膠膜致密堅(jiān)固，進(jìn)一步提高膠膜與基體表面的附著力和抗化學(xué)腐蝕性，減少刻蝕時(shí)所出現(xiàn)的鉆蝕和針孔現(xiàn)象。烘焙溫度太低，脫水和聚合不徹底，溫度太高光刻膠容易變軟甚至流動(dòng)，所以溫度的控制極為嚴(yán)格。58堅(jiān)膜在顯影過(guò)程中，顯影液溶解掉了需要去除的那部分光刻膠

任何一次工藝過(guò)后都要進(jìn)行檢驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)合格的晶園流入下一道工藝，對(duì)顯影檢驗(yàn)不合格的晶園可以返工重新曝光、顯影。工藝流程如圖所示。顯影檢驗(yàn)的內(nèi)容圖形尺寸上的偏差，定位不準(zhǔn)的圖形，表面問(wèn)題（光刻膠的污染、空洞、或劃傷），以及污點(diǎn)和其他的表面不規(guī)則等。顯影檢查59顯影檢查59光刻

1、基本描述和過(guò)程2、光刻膠3、顯影4、文獻(xiàn)60光刻

1、基本描述和過(guò)程60高分辨率I-line正性光刻膠的制備及應(yīng)用性能研究摘要：利用兩種不同重均分子量的改性酚醛樹(shù)脂（PF）與一種三個(gè)酯化度的四羥基二苯甲酮―重氮萘醌磺酸酯光敏劑（PAC）按比例配制，加入適量助劑優(yōu)化感光性能，制備出一種應(yīng)用于電子觸屏加工領(lǐng)域的I-line正性光刻膠，其具有刻蝕精度高、工藝性能優(yōu)良、單位成本較低等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。試驗(yàn)方法正性光刻膠的制備將兩種不同重均分子量PF與PGMEA溶劑按照質(zhì)量比1∶5進(jìn)行溶解，同時(shí)要求避光攪拌，待樹(shù)脂充分溶解后，再加入3%～4%比例的4HBP-215DNQ和助劑（包括EDL、MIBK、HBP）等。持續(xù)避光攪拌一小時(shí)以上，無(wú)不溶沉淀即可，置于5℃以下冰箱冷藏，密封保存。61高分辨率I-line正性光刻膠的制備及應(yīng)用性能研究摘要：結(jié)果與討論酚醛樹(shù)脂選型比較實(shí)驗(yàn)采用的是在間、對(duì)甲酚樹(shù)脂基礎(chǔ)上改性而成不同重均分子量的兩種酚醛樹(shù)脂，作為成膜材料。標(biāo)記為1號(hào)樹(shù)脂和2號(hào)樹(shù)脂。1號(hào)樹(shù)脂是使用普通加成縮合法合成的大分子量酚醛樹(shù)脂，2號(hào)樹(shù)脂采用兩步法[4]合成了一種分子量?。∕W＝2007）且分子量分布系數(shù)窄（D＝1.4）的酚醛樹(shù)脂，分子量表征如圖362結(jié)果與討論62由圖4可見(jiàn)，1號(hào)樹(shù)脂樣品刻蝕輪廓明顯，但膜曝光部分沒(méi)有被溶解完全，因其分子量較大，阻溶能力太強(qiáng)，弱堿顯影性能不夠理想；2號(hào)樹(shù)脂樣品分子量較小，阻溶能力不足，造成非曝光區(qū)域溶解，曝光輪廓邊緣模糊；1、2號(hào)混合樹(shù)脂曝光輪廓清晰，顯影效果明顯，不同分子量的樹(shù)脂提高了曝光區(qū)與非曝光區(qū)的溶解速率反差，使得分辨率提高。63由圖4可見(jiàn)，1號(hào)樹(shù)脂樣品刻蝕輪廓明顯，但膜曝光部分沒(méi)有被環(huán)保溶劑選型比較為了提高光刻膠的物理性能和安全性，本文篩選出幾種涂料油墨行業(yè)常用的環(huán)保溶劑，如丙二醇甲醚醋酸酯（PGMEA）、乙二醇單乙醚等。此外，還可加入沸點(diǎn)較高的溶劑如N,N-二甲基甲酰胺（DMF）等[7]。分別用PGMEA與DMF作為溶劑，配制樣品，對(duì)比前烘烤時(shí)間的情況，如表2所示由表2可知，PGMEA較DMF優(yōu)先揮發(fā)完全，完成固化成膜過(guò)程，這與PGMEA沸點(diǎn)略低于DMF的規(guī)律相符。前烘烤時(shí)間上兩者相差不大，因此在優(yōu)先選擇較為環(huán)保的PGMEA作溶劑同時(shí)，可以根據(jù)固體原料的溶解效率適當(dāng)加入DMF作為輔助。64環(huán)保溶劑選型比較由表2可知，PGMEA較DMF優(yōu)先揮發(fā)光敏劑分子結(jié)構(gòu)選型比較實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的是“PF-DNQ”體系光化學(xué)反應(yīng)原理，其中DNQ的作用是促進(jìn)曝光區(qū)域的溶解，抑制非曝光區(qū)域的溶解。使用一種含有三個(gè)酯化度的四羥基二苯甲酮-215重氮萘醌磺酸酯和一種全酯化的三羥基二苯甲酮-215重氮萘醌磺酸酯分別作為光敏劑配膠，顯影效果對(duì)比如圖6所示。65光敏劑分子結(jié)構(gòu)選型比較65由圖6可見(jiàn)，不同接枝母體結(jié)構(gòu)的DNQ光敏劑在分辨率和感光性能上存在差異。光敏劑的酯化度越高，對(duì)樹(shù)脂的溶解抑制性越強(qiáng)，膠的分辨率越高。在多于四個(gè)羥基后，分子的空間位阻對(duì)感光性能開(kāi)始產(chǎn)生不利影響。另一方面，全酯化的光敏劑又存在難以溶解的問(wèn)題。因此，提出利用二苯甲酮骨架結(jié)構(gòu)制備出含有單個(gè)羥基并且由于空間位阻而未被酯化的光敏劑，這類(lèi)含不飽和酯化度的光敏劑相對(duì)于全酯化的光敏劑，溶解抑制作用沒(méi)有下降，保持了原有的高分辨率，而且感光性和溶解性更好。66由圖6可見(jiàn)，不同接枝母體結(jié)構(gòu)的DNQ光敏劑在分辨率和感光光敏劑（PAC）與助劑添加量比較光敏劑由于其較高的酯化度會(huì)造成本身溶解度的降低，其溶解性能和溶解效率是影響配制光刻膠效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以配方中光敏劑用量比例為1.0倍計(jì)，分別取用1.5倍、1.0倍、0.5倍和0.5倍含助劑（PAC/HBP＝3∶1）作為光敏劑進(jìn)行樣品配制，對(duì)比檢測(cè)顯影時(shí)間，結(jié)果如表3所示。67光敏劑（PAC）與助劑添加量比較67由表3可知，PAC用量越多，顯影時(shí)間越短，是因?yàn)楣夥磻?yīng)原料濃度增加使曝光時(shí)能量吸收更為充分，顯影效率隨之提高。但制樣中存在PAC溶解度偏低，不能完全溶解的情況。使用含助劑HBP的光敏劑PAC，能夠起到溶解（曝光區(qū)域樹(shù)脂膜）促進(jìn)的作用，加快顯影速度。結(jié)論1）成膜酚醛樹(shù)脂的重均分子量應(yīng)呈現(xiàn)兩極化分布，利用不同分子量樹(shù)脂的溶解速率反差，可以明顯提高分辨率。2）根據(jù)固體原料溶解性能和前烘烤所需時(shí)間，優(yōu)先選用常見(jiàn)的涂料環(huán)保溶劑PGMEA，其具有易得和成本低的優(yōu)勢(shì)。3）光敏劑接枝母體結(jié)構(gòu)對(duì)“PF-DNQ”體系的光化學(xué)反應(yīng)有明顯影響，該體系所使用的接枝母體在感光性能上的最優(yōu)指向是含三個(gè)酯化度的2,3,4,4’-四羥基二苯甲酮。4）使用助劑HBP可以有效減少溶解度低的光敏劑用量，提高固體原料溶解速率，并保持顯影效率，能夠顯著降低單位成本。68由表3可知，PAC用量越多，顯影時(shí)間越短，是因?yàn)楣夥磻?yīng)原參考文獻(xiàn)69參考文獻(xiàn)69集成電路工藝光刻70集成電路工藝光刻1光刻

1、基本描述和過(guò)程2、光刻膠3、顯影4、文獻(xiàn)71光刻

1、基本描述和過(guò)程2光刻

1、基本描述和過(guò)程2、光刻膠3、顯影4、文獻(xiàn)72光刻

1、基本描述和過(guò)程3光刻基本介紹光刻是通過(guò)一系列生產(chǎn)步驟，將晶圓表面薄膜的特定部分除去的工藝。在此之后，晶圓表面會(huì)留下帶有微圖形結(jié)構(gòu)的薄膜。通過(guò)光刻工藝過(guò)程，最終在晶圓上保留的是特征圖形部分。73光刻基本介紹光刻是通過(guò)一系列生產(chǎn)步驟，將晶圓表面薄膜的特定部光刻三要素Usedforpreparingthesubstrateofawaferforthesubsequentprocessingstage.Elements(三要素）1）Lightsource–light,X-ray,electronorionbeams–Ultraviolet(UV)lightwithawavelengthof250-450nmisusedforsiliconprocess2）Mask(掩模板）–achromiumpatternonalighttransparentsubstrate(glass).3)Resist（光刻膠）–sensitivetothelightsource,about1μmthick,appliedonthesiliconwaferoranotherdepositionlayer–positiveandnegativeresist74光刻三要素Usedforpreparingthesu光刻工藝流程75光刻工藝流程61、氣相成底膜目的：增強(qiáng)硅片與光刻膠的黏附性底膜處理的步驟

1.硅片清洗不良的表面沾污會(huì)造成：光刻膠與硅片的黏附性差，可能會(huì)浮膠、鉆蝕顆粒沾污會(huì)造成不平坦的涂布，光刻膠針孔

2.脫水烘焙使硅片表面呈干燥疏水性

3.底膜處理

HMDS作用：影響硅片表面形成疏水表面增強(qiáng)硅片與膠的結(jié)合力方法有：沉浸式，旋涂法和蒸汽法761、氣相成底膜目的：增強(qiáng)硅片與光刻膠的黏附性72、旋轉(zhuǎn)涂膠涂膠工藝的目的就是在晶圓表面建立薄的、均勻的、并且沒(méi)有缺陷的光刻膠膜。旋轉(zhuǎn)涂膠的四個(gè)基本步驟772、旋轉(zhuǎn)涂膠涂膠工藝的目的就是在晶圓表面建立薄的、均勻的、并2、旋轉(zhuǎn)涂膠常用涂膠法：靜態(tài)旋轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)噴灑靜態(tài)涂膠：首先把光刻膠通過(guò)管道堆積在晶圓的中心，然后低速旋轉(zhuǎn)使光刻膠鋪開(kāi)，再高速旋轉(zhuǎn)甩掉多余的光刻膠，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)光刻膠中的溶劑會(huì)揮發(fā)一部分。782、旋轉(zhuǎn)涂膠常用涂膠法：靜態(tài)旋轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)噴灑92、旋轉(zhuǎn)涂膠

靜態(tài)涂膠時(shí)的堆積量非常關(guān)鍵，量少了會(huì)導(dǎo)致負(fù)膠不均勻，量大了會(huì)導(dǎo)致晶圓邊緣光刻膠的堆積甚至流到背面。792、旋轉(zhuǎn)涂膠靜態(tài)涂膠時(shí)的堆積量非常關(guān)鍵，量少了會(huì)導(dǎo)致2、旋轉(zhuǎn)涂膠

動(dòng)態(tài)噴灑：隨著晶圓直徑越來(lái)越大，靜態(tài)涂膠已不能滿足要求，動(dòng)態(tài)噴灑是以低速旋轉(zhuǎn)，目的是幫助光刻膠最初的擴(kuò)散，用這種方法可以用較少量的光刻膠而達(dá)到更均勻的光刻膠膜，然后高速旋轉(zhuǎn)完成最終要求薄而均勻的光刻膠膜。802、旋轉(zhuǎn)涂膠動(dòng)態(tài)噴灑：隨著晶圓直徑越來(lái)越大，靜態(tài)涂膠2、旋轉(zhuǎn)涂膠

涂膠的質(zhì)量要求是：（1）膜厚符合設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)膜厚要均勻，膠面上看不到干涉花紋；（2）膠層內(nèi)無(wú)點(diǎn)缺陷（如針孔等）；（3）涂層表面無(wú)塵埃和碎屑等顆粒。812、旋轉(zhuǎn)涂膠涂膠的質(zhì)量要求是：（1）膜厚符合設(shè)計(jì)的要求，3、前烘目的：光刻膠中的溶劑部分揮發(fā)增強(qiáng)光刻膠的粘附性，光吸收及抗腐蝕能力緩和涂膠過(guò)程中光刻膠膜內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力如果沒(méi)有前烘，可能帶來(lái)的問(wèn)題有：光刻膠發(fā)黏，易受顆粒污染光刻膠來(lái)自旋轉(zhuǎn)涂膠的內(nèi)在應(yīng)力將導(dǎo)致粘附性問(wèn)題溶劑含量過(guò)高導(dǎo)致顯影時(shí)由于溶解差異，而很難區(qū)分曝光和未曝光的光刻膠光刻膠散發(fā)的氣體可能污染光學(xué)系統(tǒng)的透鏡823、前烘目的：134、對(duì)準(zhǔn)和曝光對(duì)準(zhǔn)是把所需圖形在晶圓表面上定位或?qū)?zhǔn)，而曝光的目的是要是通過(guò)汞弧燈或其他輻射源將圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠圖層上。用盡可能短的時(shí)間使光刻膠充分感光，在顯影后獲得盡可能高的留膜率和近似垂直的光刻膠側(cè)壁和可控的線寬。834、對(duì)準(zhǔn)和曝光對(duì)準(zhǔn)是把所需圖形在晶圓表面上定位或?qū)?zhǔn)，而曝光5、曝光后烘培

在曝光時(shí)由于駐波效應(yīng)的存在，光刻膠側(cè)壁會(huì)有不平整的現(xiàn)象，曝光后進(jìn)行烘烤，可使感光與未感光邊界處的高分子化合物重新分布，最后達(dá)到平衡，基本可以消除駐波效應(yīng)。845、曝光后烘培在曝光時(shí)由于駐波效應(yīng)的存在，光刻膠側(cè)壁6、顯影

顯影就是用顯影液溶解掉不需要的光刻膠，將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上。顯影中可能出現(xiàn)的問(wèn)題：顯影不足：比正常線條要寬并且在側(cè)面有斜坡不完全顯影：在襯底上留下應(yīng)去掉的光刻膠過(guò)顯影：除去了太多的光刻膠，引起圖形變窄和拙劣的外形856、顯影顯影就是用顯影液溶解掉不需要的光刻膠，將掩膜版7、堅(jiān)膜烘焙目的是通過(guò)溶液的蒸發(fā)來(lái)固化光刻膠，此處理提高了光刻膠對(duì)襯底的粘附性，為下一步工藝做好準(zhǔn)備。正膠的堅(jiān)膜烘焙溫度約為120℃到140℃，這比軟烘溫度要高，但也不能太高，否則光刻膠就會(huì)流動(dòng)從而破壞圖形。867、堅(jiān)膜烘焙178、顯影檢查目的是查找光刻膠中成形圖形的缺陷顯影檢查用來(lái)檢查光刻工藝的好壞，為光學(xué)光刻工藝生產(chǎn)人員提供用于糾正的信息878、顯影檢查目的是查找光刻膠中成形圖形的缺陷18光刻

1、基本描述和過(guò)程2、光刻膠3、顯影4、文獻(xiàn)88光刻

1、基本描述和過(guò)程19光刻膠

定義:

光學(xué)曝光過(guò)程中，為了將掩模上的圖形轉(zhuǎn)移到圓片上，輻照必須作用在光敏物質(zhì)上，該光敏物質(zhì)必須通過(guò)光照，改變材料性質(zhì)，使在完成光刻工藝后，達(dá)到轉(zhuǎn)移圖形的目的。該光敏物質(zhì)稱為光刻膠。它是一種對(duì)光敏感的有機(jī)化合物，它受紫外光曝光后，在顯影液中的溶解度會(huì)發(fā)生變化。作用：

a、將掩膜板上的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓表面頂層的光刻膠中；

b、在后續(xù)工序中，保護(hù)下面的材料（刻蝕或離子注入）。

89光刻膠

定義:209021光刻膠的組成

樹(shù)脂：光刻膠樹(shù)脂是一種惰性的聚合物基質(zhì)，是用來(lái)將其它材料聚合在一起的粘合劑。光刻膠的粘附性、膠膜厚度等都是樹(shù)脂給的。感光劑：感光劑是光刻膠的核心部分，它對(duì)光形式的輻射能特別在紫外區(qū)會(huì)發(fā)生反應(yīng)。曝光時(shí)間、光源所發(fā)射光線的強(qiáng)度都根據(jù)感光劑的特性選擇決定的。溶劑：光刻膠中容量最大的成分，感光劑和添加劑都是固態(tài)物質(zhì)，為了方便均勻的涂覆，要將它們加入溶劑進(jìn)行溶解，形成液態(tài)物質(zhì)，且使之具有良好的流動(dòng)性，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)方式涂布在晶圓表面。添加劑：用以改變光刻膠的某些特性，如改善光刻膠發(fā)生反射而添加染色劑。

91光刻膠的組成

樹(shù)脂：光刻膠樹(shù)脂是一種惰性的聚合物基質(zhì)，是用來(lái)光刻膠的組成92光刻膠的組成23光刻膠類(lèi)型光刻膠根據(jù)其化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和顯影原理，可分負(fù)性膠和正性膠兩類(lèi)。光照后形成不可溶物質(zhì)的是負(fù)性膠；反之，原本對(duì)某些溶劑是不可溶的，經(jīng)光照后變成可溶物質(zhì)的即為正性膠。利用這種性能，將光刻膠作涂層，就能在硅片表面刻蝕所需的電路圖形。正膠（PositivePhotoResist）：曝光前對(duì)顯影液不可溶，而曝光后變成了可溶的，能得到與掩模板遮光區(qū)相同的圖形。負(fù)膠（NegativePhotoResist）：反之。93光刻膠類(lèi)型光刻膠根據(jù)其化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和顯影原理，可分負(fù)性膠和正waferPR掩模板氧化膜曝光顯影

正膠負(fù)膠94waferPR掩模板氧化膜曝光正光刻膠

受光輻射后聚合物發(fā)生變化，被輻射部分溶解，未被輻射部分保持不變。曝光時(shí)切斷樹(shù)脂聚合體主鏈和從鏈之間的聯(lián)系，達(dá)到削弱聚合體的目的，所以曝光后光刻膠在隨后的顯影處理中溶解度升高，曝光后溶解度幾乎是未曝光時(shí)的10倍；更高分辨率（無(wú)膨脹現(xiàn)象）在IC制造應(yīng)用更為普遍；95正光刻膠

受光輻射后聚合物發(fā)生變化，被輻射部分溶解，未被輻射正光刻膠96正光刻膠27正膠IC主導(dǎo)97正膠IC主導(dǎo)28負(fù)光刻膠聚合物被輻射后不溶于顯影劑，精度遜于正膠在負(fù)膠曝光時(shí)，產(chǎn)生大量的交聯(lián)聚合，成為互相連接的大樹(shù)脂分子，很難在顯影液中溶解。從而負(fù)膠的曝光部分在顯影后保留。而未曝光部分則在顯影時(shí)去除。某種負(fù)膠中的加聚反應(yīng)98負(fù)光刻膠聚合物被輻射后不溶于顯影劑，精度遜于正膠某種負(fù)膠中的負(fù)膠99負(fù)膠30顯影液不易進(jìn)入正膠的未曝光部分，正膠光刻后線條不變形。顯影液會(huì)使負(fù)膠膨脹，線條變寬。雖然烘烤后能收縮，但易變形。所以負(fù)膠不適合2.0微米以下工藝使用。正膠是ULSI的主要光刻膠。正膠的針孔密度低，但對(duì)襯低的粘附差，通常用HMDS作增粘處理。負(fù)膠對(duì)襯底粘附好，針孔密度較高。3.正膠耐化學(xué)腐蝕，是良好的掩蔽薄膜。兩種光刻膠的性能100兩種光刻膠的性能31兩種光刻膠的性能101兩種光刻膠的性能32兩種光刻膠的性能

正膠優(yōu)點(diǎn)分辨率高、對(duì)比度好缺點(diǎn)粘附性差、抗刻蝕能力差、高成本靈敏度曝光區(qū)域光刻膠完全溶解時(shí)所需的能量負(fù)膠優(yōu)點(diǎn)良好的粘附能力和抗刻蝕能力、感光速度快缺點(diǎn)顯影時(shí)發(fā)生變形和膨脹，導(dǎo)致其分辨率靈敏度保留曝光區(qū)域光刻膠原始厚度的50%所需的能量102兩種光刻膠的性能

正膠優(yōu)點(diǎn)分辨率高、對(duì)比度好缺點(diǎn)粘附性差、抗DUV深紫外光刻膠

傳統(tǒng)DNQ膠的問(wèn)題：1、對(duì)于<i線波長(zhǎng)的光強(qiáng)烈吸收2、汞燈在DUV波段輸出光強(qiáng)不如i線和g線，因此靈敏度不夠3、量子效率提高有限（最大為1，一般0.3)原理：入射光子與PAG分子反應(yīng)，產(chǎn)生酸分子，在后續(xù)的烘烤過(guò)程中，酸分子起催化劑作用，使曝光區(qū)域光刻膠改性總量子效率>>1，因此DUV膠的靈敏度有很大提高。g線、i線光刻膠靈敏度為100mJ/cm-2，DUV膠為20－40mJ/cm-2化學(xué)增強(qiáng)光刻膠PAG(photo-acidgenerator)103DUV深紫外光刻膠

傳統(tǒng)DNQ膠的問(wèn)題：原理：入射光子與PADUV膠化學(xué)增強(qiáng)的基本原理要求對(duì)于環(huán)境和工藝參數(shù)控制嚴(yán)格，PEB溫度控制在幾分之一度。PAGINSOLINSOL聚合物長(zhǎng)鏈酸INSOLINSOL聚合物長(zhǎng)鏈SOLSOL聚合物長(zhǎng)鏈酸SOLINSOL聚合物長(zhǎng)鏈酸酸曝光曝光后烘烤（PEB）酸104DUV膠化學(xué)增強(qiáng)的基本原理要求對(duì)于環(huán)境和工藝參數(shù)控制嚴(yán)格，PEUVLithography—TheSuccessortoOpticalLithography?AbstractThispaperdiscussesthebasicconceptsandcurrentstateofdevelopmentofEUVlithography(EUVL),arelativelynewformoflithographythatusesextremeultraviolet(EUV)radiationwithawavelengthintherangeof10to14nanometer(nm)tocarryoutprojectionimaging.Currently,andforthelastseveraldecades,opticalprojectionlithographyhasbeenthelithographictechniqueusedinthehigh-volumemanufactureofintegratedcircuits.Itiswidelyanticipatedthatimprovementsinthistechnologywillallowittoremainthesemiconductorindustry’sworkhorsethroughthe100nmgenerationofdevices.However,sometimearoundtheyear2005,so-calledNext-GenerationLithographieswillberequired.EUVLisonesuchtechnologyvyingtobecomethesuccessortoopticallithography.105EUVLithography—TheSuccessorWhyEUVL?Inordertokeeppacewiththedemandfortheprintingofeversmallerfeatures,lithographytoolmanufacturershavefounditnecessarytograduallyreducethewavelengthofthelightusedforimagingandtodesignimagingsystemswitheverlargernumericalapertures.Thereasonsforthesechangescanbeunderstoodfromthefollowingequationsthatdescribetwoofthemostfundamentalcharacteristicsofanimagingsystem:itsresolution(RES)anddepthoffocus(DOF).TheseequationsareusuallyexpressedasRES=k1λ/NA(1a)andDOF=k2λ/(NA)2,(1b)whereλisthewavelengthoftheradiationusedtocarryouttheimaging,andNAisthenumericalapertureoftheimagingsystem(orcamera).TheseequationsshowthatbetterresolutioncanbeachievedbyreducingλandincreasingNA.106WhyEUVL?37Figure2:Theregionbetweenthelinesshowsthewavelengthandnumericalapertureofcamerassimultaneouslyhavingaresolutionof100nmorbetterandaDOFof0.5μmorbetter107Figure2:TheregionbetweentSourcesofEUVRadiationAnumberofsourcesofEUVradiationhavebeenusedtodateinthedevelopmentofEUVL.Radiationhasbeenobtainedfromavarietyoflaser-producedplasmasandfromthebendingmagnetsandtheundulatorsassociatedwithsynchrotrons.ResistsThemainproblemtobeconfrontedindevelopingasatisfactoryphotoresistforEUVListhestrongabsorptionofEUVradiationbyallmaterials.EUVresistswillmostlikelybestructuredsothatprintingoccursinaverythinimaginglayeratthesurfaceoftheresist.108SourcesofEUVRadiationResist1、靈敏度靈敏度的定義單位面積上入射的使光刻膠全部發(fā)生反應(yīng)的最小光能量或最小電荷量（對(duì)電子束膠），稱為光刻膠的靈敏度，記為S

，S

越小，則靈敏度越高。

通常負(fù)膠的靈敏度高于正膠。

靈敏度太低會(huì)影響生產(chǎn)效率，所以通常希望光刻膠有較高的靈敏度。但靈敏度太高會(huì)影響分辨率。

光刻膠的特性1091、靈敏度通常負(fù)膠的靈敏度高2、分辨率

下面討論分辨率與靈敏度的關(guān)系。當(dāng)入射電子數(shù)為

N

時(shí)，由于隨機(jī)漲落，實(shí)際入射的電子數(shù)在范圍內(nèi)。為保證出現(xiàn)最低劑量時(shí)不少于規(guī)定劑量的90%，也即。由此可得。因此對(duì)于小尺寸曝光區(qū)，必須滿足

光刻工藝中影響分辨率的因素有：光源、曝光方式和光刻膠本身（包括靈敏度、對(duì)比度、顆粒的大小、顯影時(shí)的溶脹、電子散射等）。通常正膠的分辨率要高于負(fù)膠。NN±%10￡NN100min=N2minminminmin()10SWNqqNqWSS===1102、分辨率下式中，Wmin

為最小尺寸，即分辨率?？梢?jiàn)，若靈敏度越高（即S越小），則Wmin

就越大，分辨率就越差。minmin10qNqWSS==111式中，Wmin為最小尺寸，即分辨率。可見(jiàn)，若靈敏度越高（即3、對(duì)比度

對(duì)比度是圖中對(duì)數(shù)坐標(biāo)下對(duì)比度曲線的斜率，表示光刻膠區(qū)分掩模上亮區(qū)和暗區(qū)的能力的大小，即對(duì)劑量變化的敏感程度。靈敏度曲線越陡，D0與D100的間距就越小，則就越大，這樣有助于得到清晰的圖形輪廓和高的分辨率。一般光刻膠的對(duì)比度在0.9~2.0之間。對(duì)于亞微米圖形，要求對(duì)比度大于1。

通常正膠的對(duì)比度要高于負(fù)膠。D0D100

對(duì)比度的定義為g1123、對(duì)比度對(duì)

光進(jìn)入光刻膠后，其強(qiáng)度按下式衰減

式中，α為光刻膠的光學(xué)吸收系數(shù),單位為長(zhǎng)度的倒數(shù)。設(shè)TR為光刻膠的厚度，則可定義光刻膠的光吸收率為

對(duì)比度與光刻膠厚度的關(guān)系是可見(jiàn)減薄膠膜厚度有利于提高對(duì)比度和分辨率。但是，光刻膠很薄時(shí)，臺(tái)階覆蓋會(huì)變差，往往在為提高分辨率而降低膠的厚度時(shí)，要全面兼顧。

113光進(jìn)入光刻膠后，其強(qiáng)度按下式衰減

一個(gè)與對(duì)比度有關(guān)的光刻膠性能指標(biāo)是臨界調(diào)制傳輸函數(shù)CMTF

，代表在光刻膠上獲得能被分辨的圖形所必須的最小調(diào)制傳輸函數(shù)，其定義為

利用對(duì)比度的公式，可得

CMTF的典型值為0.4。如果實(shí)像的MTF小于CMTF，則其圖像就不能被分辨；如果實(shí)像的MTF大于CMTF，就有可能被分辨。

臨界調(diào)制傳輸函數(shù)114一個(gè)與對(duì)比度有關(guān)的光刻膠性能指標(biāo)是臨界調(diào)制傳輸感光度：表征光刻膠對(duì)光線敏感程度的性能指標(biāo)只有某一波長(zhǎng)范圍的光才能使光刻膠發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。留膜率:定義：曝光顯影后的非溶性膠膜厚度與曝光前的膠膜厚度之比.影響因素：膠自身性質(zhì)；吸收特性在曝光波長(zhǎng)下的吸收率a：a太大:僅膠頂部被曝光。a太小:需很長(zhǎng)曝光時(shí)間。?光化學(xué)吸收率即曝光前后吸收率之差。?影響因素:膠自身性質(zhì)光刻膠的性能指標(biāo)115光刻膠的性能指標(biāo)46光刻膠的性能指標(biāo)粘附性：光刻膠與襯底之間粘附的牢固程度。影響因素：膠自身性質(zhì)；襯底的性質(zhì)及其表面狀態(tài)。針孔密度：?jiǎn)挝幻娣e上的針孔數(shù)。影響因素：膠自身性質(zhì)；環(huán)境潔凈度?？刮g性：能較長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受酸、堿的浸蝕和等離子體的作用。影響因素：膠自身性質(zhì)；光刻工藝條件。性能穩(wěn)定性：暗反應(yīng)和存儲(chǔ)性能退化。影響因素：膠自身性質(zhì)和存儲(chǔ)條件。116光刻膠的性能指標(biāo)粘附性：光刻膠與襯底之間粘附的牢固程度。47光刻

1、基本描述和過(guò)程2、光刻膠3、顯影4、文獻(xiàn)117光刻

1、基本描述和過(guò)程48顯影顯影就是用顯影液去除已曝光部分的光刻膠，在硅片上形成所需圖形的過(guò)程。曝光部分的光刻膠與顯影液作用并溶解于水，未曝光部分不與顯影液作用并保持原狀。顯影液為堿性溶液，與光刻膠是一一對(duì)應(yīng)的。118顯影顯影就是用顯影液去除已曝光部分的光刻膠，在硅片上形成所需

顯影將曝光后的硅片放到顯影液中。對(duì)于負(fù)膠，通過(guò)顯影溶解掉未曝光區(qū)的膠膜；對(duì)于正膠，通過(guò)顯影溶解掉曝光區(qū)的膠膜。幾乎所有的正膠都使用堿性顯影液。

顯影過(guò)程中膠膜會(huì)發(fā)生膨脹。正膠的膨脹可以忽略，而負(fù)膠的膨脹則可能使圖形尺寸發(fā)生變化。

顯影過(guò)程對(duì)溫度非常敏感。顯影過(guò)程可影響膠的對(duì)比度，從而影響膠的剖面形狀。119顯影顯影過(guò)程中膠膜會(huì)發(fā)生膨脹顯影缺陷:顯影過(guò)度:光刻膠太薄或者不均勻，顯影時(shí)間太長(zhǎng)，光刻膠質(zhì)量太差（老化）顯影不足:光刻膠太厚或者不均勻，顯影時(shí)間太短，

顯影劑性能太弱（老化）顯影中的問(wèn)題120顯影缺陷:顯影中的問(wèn)題51負(fù)光刻膠顯影當(dāng)負(fù)性光刻膠經(jīng)過(guò)曝光后，它會(huì)發(fā)生聚合，在聚合與未聚合之間有足夠高的分辨率，從而在顯影過(guò)程中聚合的區(qū)域只會(huì)失去很小部分光刻膠，而未聚合的區(qū)域則在顯影過(guò)程中分解，但由于兩個(gè)區(qū)域之間總是存在過(guò)渡區(qū)，過(guò)渡區(qū)是部分聚合的光刻膠，所以，顯影結(jié)束后必須及時(shí)沖洗，使顯影液很快稀釋?zhuān)ＷC過(guò)渡區(qū)不被顯影，使顯影后的圖形得以完整。121負(fù)光刻膠顯影52正光刻膠顯影對(duì)于正性光刻膠，聚合與未聚合區(qū)域的溶解率約為1:4。這意味著在顯影中總會(huì)從聚合的區(qū)域失去一些光刻膠。使用過(guò)度的顯影液或顯影時(shí)間過(guò)長(zhǎng)都會(huì)導(dǎo)致光刻膠太薄而不能使用。正性光刻膠的顯影工藝比負(fù)性光刻膠更為敏感，影響的因素有：軟烘焙時(shí)間和溫度、曝光度、顯影液濃度、時(shí)間、溫度以及顯影方法。顯影工藝參數(shù)由所有變量的測(cè)試來(lái)決定。顯影液早期用水稀釋的強(qiáng)堿溶液，如氫氧化鈉，現(xiàn)在用四甲基氫氧化銨122正光刻膠顯影53

顯影劑溫度和曝光關(guān)系與線寬變化的比較123顯影劑溫度和曝光關(guān)系與顯影方式顯影方式靜態(tài)浸漬顯影圓片靜止顯影液噴在圓片表面，依靠圓片表面張力使顯影液停留在圓片上，圓片輕輕的轉(zhuǎn)動(dòng)，讓顯影液在圓片表面充分浸潤(rùn)，一段時(shí)間后，高速旋轉(zhuǎn)將顯影液甩掉。旋轉(zhuǎn)噴霧顯影圓片旋轉(zhuǎn)由高壓氮?dú)鈱⒘鹘?jīng)噴嘴的顯影液打成微小的液珠噴射在圓片表面，數(shù)秒鐘顯影液就能均勻地覆蓋在整個(gè)圓片表面。影響顯影質(zhì)量因素顯影時(shí)間影響條寬控制精度顯影液的溫度影響顯影的速率124顯影方式顯影方式55旋覆浸沒(méi)顯影125旋覆浸沒(méi)顯影56連續(xù)噴霧光刻膠顯影126連續(xù)噴霧光刻膠顯影57堅(jiān)