集成電路制造工藝 課件 6光刻工藝1

光刻工藝第一講光刻三要素微電子四大基本工藝之——本節(jié)課練習(xí)題：1.解釋lithography、mask、photo、Etch、PR膠、Expose、UV、DUV、EUV含義2.光刻工藝的目的是什么？3.光刻三要素是什么？4.什么是亮場掩膜版?什么是暗場掩膜版？5.正膠和負(fù)膠的區(qū)別是什么？一、概述光刻(lithography)：通過光化學(xué)反應(yīng)，將光刻版（mask）上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上?？涛g(Etch)：通過腐蝕，將光刻膠上圖形完整地轉(zhuǎn)移到Si片上二、光刻的目的1.在晶圓表面建立盡可能接近設(shè)計規(guī)則中所要求尺寸的圖形。2.在晶圓表面正確定位圖形。晶圓上的最終的圖形是用多個掩膜版按照特定的順序在晶圓表面一層一層疊加建立起來的。layout（版圖）非門圖形定位的要求就好像是一幢建筑物每一層之間所要求的正確對準(zhǔn)。如果每一次的定位不準(zhǔn)，將會導(dǎo)致整個電路失效。除了對特征圖形尺寸和圖形對準(zhǔn)的控制，在工藝過程中的缺陷水平的控制也同樣是非常重要的。光刻操作步驟的數(shù)目之多和光刻工藝層的數(shù)量之大，所以光刻工藝是一個主要的缺陷來源。三、光刻三要素①光刻機(jī)

②光刻版（掩膜版）

③光刻膠光刻機(jī)的分類：

接觸式光刻機(jī)接近式光刻機(jī)掃描投影式光刻機(jī)步進(jìn)重復(fù)式光刻機(jī)步進(jìn)掃描式光刻機(jī)光刻機(jī)最重要的參數(shù)為：曝光波長，數(shù)值孔徑，套刻精度現(xiàn)代的步進(jìn)投影光刻機(jī)一般由以下部分組成：1

縮小投影光學(xué)系統(tǒng) 2

照明光學(xué)系統(tǒng)3

自動版遮光系統(tǒng)4

版對位系統(tǒng)5

自動裝版系統(tǒng)6

硅片對位系統(tǒng)7

自動聚焦系統(tǒng)8

自動找平系統(tǒng)9

高精度的硅片工作臺10自動裝片系統(tǒng)11環(huán)境控制系統(tǒng)12計算機(jī)控制處理系統(tǒng)光刻機(jī)掩模版掩膜版的質(zhì)量要求若每塊掩膜版上圖形成品率＝90％，則6塊光刻版，其管芯圖形成品率＝（90％）6＝53％；10塊光刻版，其管芯圖形成品率＝（90％）10＝35％；15塊光刻版，其管芯圖形成品率＝（90％）15＝21％；最后的管芯成品率當(dāng)然比其圖形成品率還要低。掩膜版分亮場（明場）掩膜版和暗場掩膜版如果掩膜版的圖形是由不透光的區(qū)域決定的，稱其為亮場掩膜版；而在一個暗場掩膜版中，掩膜版上的圖形是用相反的方式編碼的，如果按照同樣的步驟，就會在晶園表面留下凸起的圖形。暗場掩膜版主要用來制作反刻金屬互聯(lián)線。光刻膠光刻膠組成：樹脂（Resin）：粘合劑感光劑（Sensitizer）溶劑（Solvent）添加劑（如穩(wěn)定劑，染色劑，表面活性劑）。光刻膠分為正膠和負(fù)膠。光刻膠正膠：曝光后會產(chǎn)生分解反應(yīng)，被分解的分子在顯影液中很容易被溶解，從而與未曝光部分形成很強(qiáng)的反差。負(fù)膠：曝光后產(chǎn)生交聯(lián)（CrossLinking）反應(yīng)，使其結(jié)構(gòu)加強(qiáng)而不溶解于顯影液。一般不用于特征尺寸小于0.3um的制造。正膠材料是鄰位醌疊氮基化合物，常用的負(fù)膠材料是聚乙稀醇肉桂酸酯。光刻膠①正膠：顯影時，感光部分溶解，未感光部分不溶解；②負(fù)膠：顯影時，感光部分不溶解，不感光部分溶解。例如：聚乙烯醇肉桂酸脂系（負(fù)膠）①基體、感光劑－聚乙烯醇肉桂酸脂濃度：5-10%②溶劑－環(huán)己酮濃度：90－95％③增感劑－5-硝基苊濃度：0.5-1%光刻膠的基本屬性:

分辨率 對比度γ

光敏度S抗蝕能力粘滯性/黏度

黏著力

表面張力

分辨率英文名：resolution。區(qū)別硅片表面相鄰圖形特征的能力,一般用關(guān)鍵尺寸（CD，CriticalDimension）來衡量分辨率。形成的關(guān)鍵尺寸越小，光刻膠的分辨率越好。對比度γ:表征曝光量與光刻膠留膜率的關(guān)系。對比度（Contrast）指光刻膠從曝光區(qū)到非曝光區(qū)過渡的陡度。對比度越好，形成圖形的側(cè)壁越陡峭，分辨率越好。以正膠為例臨界曝光量D0：使膠膜開始溶解所需最小曝光量；閾值曝光量D100：使膠膜完全溶解所需最小曝光量；對比度γ直線斜率（對比度）：

對負(fù)膠

γ越大，光刻膠線條邊緣越陡。

光敏度S（敏感度Sensitivity）:完成所需圖形的最小曝光量。指光刻膠上產(chǎn)生一個良好的圖形所需一定波長光的最小能量值（或最小曝光量）。單位：毫焦/平方厘米或mJ/cm2。光刻膠的敏感性對于波長更短的深紫外光（DUV）、極深紫外光（EUV）等尤為重要。光敏度S是光刻膠對光的敏感程度的表征；表征：S=n/E，

E-曝光量（lx·s，勒克斯·秒）；n-比例系數(shù)；正膠的S大于負(fù)膠抗蝕性（Anti-etching）表征光刻膠耐酸堿（或等離子體）腐蝕的程度。光刻膠必須保持它的粘附性，在后續(xù)的刻蝕工序中保護(hù)襯底表面、耐熱穩(wěn)定性、抗刻蝕能力和抗離子轟擊能力。對濕法腐蝕：抗蝕能力較強(qiáng)；干法腐蝕：抗蝕能力較差。負(fù)膠抗蝕能力大于正膠；抗蝕性與分辨率的矛盾：分辨率越高，抗蝕性越差；粘滯性/黏度（Viscosity）是衡量光刻膠流動特性的參數(shù)。粘滯性隨著光刻膠中的溶劑的減少而增加；高的粘滯性會產(chǎn)生厚的光刻膠；越小的粘滯性，就有越均勻的光刻膠厚度。光刻膠的比重（SG，SpecificGravity）是衡量光刻膠的密度的指標(biāo)。它與光刻膠中的固體含量有關(guān)。較大的比重意味著光刻膠中含有更多的固體，粘滯性更高、流動性更差。粘度的單位：泊（poise），光刻膠一般用厘泊（cps，厘泊為1%泊）來度量。百分泊即厘泊為絕對粘滯率；運(yùn)動粘滯率定義為：運(yùn)動粘滯率=絕對粘滯率/比重。單位：百分斯托克斯（cs）=cps/SG。粘附性（Adherence）表征光刻膠粘著于襯底的強(qiáng)度。光刻膠的粘附性不足會導(dǎo)致硅片表面的圖形變形。光刻膠的粘附性必須經(jīng)受住后續(xù)工藝（刻蝕、離子注入等）。黏著力:表征光刻膠與襯底間粘附的牢固程度。評價方法：光刻后的鉆蝕程度，即鉆蝕量越小，粘附性越好。

增強(qiáng)黏著力的方法：①涂膠前的脫水；②HMDS；③提高堅膜的溫度。表面張力：液體中將表面分子拉向液體主體內(nèi)的分子間吸引力。光刻膠應(yīng)該具有比較小的表面張力（SurfaceTension），使光刻膠具有良好的流動性和覆蓋。四、CleanRoom潔凈室潔凈等級：塵埃數(shù)/m3；（塵埃尺寸為0.5μm）

10萬級：≤350萬，單晶制備；

1萬級：≤35萬，封裝、測試；

1000級：≤35000，擴(kuò)散、CVD；

100級：≤3500，光刻、制版；深亞微米器件（塵埃尺寸為0.1μm）

10級：≤350，光刻、制版；1