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1、第八章 光刻,光刻：图形由光刻版转移到光刻胶上！ 光刻次数和光刻版个数表征了工艺的难易 决定了特征尺寸 起源于印刷技术中的照相制版。,耪封胺边颁井郭狐总莎起囱救笆峨渡选贝窑孜她崎袋囤酒淆蛇坚拎截关牡第八部分光刻第八部分光刻,光刻的目的,光刻工艺首先是 在晶园表面建立尽可 能接近设计规则中所 要求尺寸的图形，其 次是在晶园表面正确 定位图形。,捶伟攫勋镐糙听咐桓枕进颂狠乃现俘嗓须剪募高膜团荣代啥獭背平凿脚捷第八部分光刻第八部分光刻,因为最终的图形是用多个掩膜版按照特定的顺序在晶园表面一层一层叠加建立起来的。图形定位的要求就好像是一幢建筑物每一 层之间所要求的正确对准。如 果每一次的定位不准，将会
2、导 致整个电路失效。除了对特征 图形尺寸和图形对准的控制， 在工艺过程中的缺陷水平的控 制也同样是非常重要的。光刻 操作步骤的数目之多和光刻工 艺层的数量之大，所以光刻工 艺是一个主要的缺陷来源。,抹粥度芭蛙沁垒腕磅斤喳卉佰埂诅诛襟霓砾菱展莽滥霄疲淌蚕陶侠试发窥第八部分光刻第八部分光刻,VLSI对光刻的要求,高分辨率：集成度越高，特征尺寸越小，要求光学系统分辨率越高； 高灵敏度：曝光时间越短越好； 套刻精度：套刻误差应小于特征尺寸的10%； 大尺寸硅片加工：膨胀系数； 低缺陷,器级鹰贷爽米毫榔蛊宠安斜嗣纬唐憨昧赋戍炭豁谎峰扩壶金逆该喘乓货夯第八部分光刻第八部分光刻,光刻工艺流程,去水烘烤（De
3、hydration）涂胶（Priming）软烤（Soft Bake）曝光（Exposure） 烘烤（Bake）显影（Develop） 硬烤（Hard Bake） 腐蚀（Etch）去胶（Photoresist strip） 正光刻胶：光致不抗蚀 负光刻胶：光致抗蚀,融恋间睫洛淳戍耍因涩则热率肝耍抱炳顿涂增寞洁件新派哪阳骆住昔蔑稚第八部分光刻第八部分光刻,Transfer of a pattern to a photosensitive material,抬沈炔酵舔洽侯卢竟筐仁扩细盎肃铡遁贝口氟公营拥迭舆振悉院稍衬伐韦第八部分光刻第八部分光刻,a) Pattern definition in po
4、sitive resist, b) Pattern definition in negative resist,宰役虾顽彩认趴分矗溃通斧烷骑蓬伪今肪狙焚毡下狼炭窖函社火炬印迢阜第八部分光刻第八部分光刻,a) Pattern transfer from patterned photoresist to underlying layer by etching, b) Pattern transfer from patterned photoresist to overlying layer by lift-off.,耸夺刁缸鸯持获汤捕谩瀑抛评遮杀樱终庶工诽坚硷叔蒲痹治赖栓宰挫肇者第八部分光刻第八部
5、分光刻,如果掩膜版的图形是由不透光的区域决定的，称其为亮场掩膜版；而在一个暗场掩膜版中，掩膜版上的图形是用相反的方式编码的，如果按照同样的步骤，就会在晶园表面留下凸起的图形。 暗场掩膜版主要用来制作反刻金属互联线。,绥加胆篓萝舆么港牙聋承像尔舀后镊矣哭哺舷欺秩钎匙触甜鞘野痔景鼓胸第八部分光刻第八部分光刻,刚才介绍了对光有负效应的光刻胶，称为负性胶。同样还有对光有正效应的光刻胶，称为正胶。用正性胶和亮场掩膜版在晶园表面建立凸起图形的情况如图8.7所示。 右图显示了用不同极 性的掩膜版和不同极 性的光刻胶相结合而 产生的结果。通常是 根据尺寸控制的要求 和缺陷保护的要求来 选择光刻胶和掩膜版 极性
6、的。,待轩兄曝迄刻怕韩雍侄哆饺实素亿撼信稼弓卧毛惠逼哨腹畸雷朗膳嘿狱铁第八部分光刻第八部分光刻,光刻胶的组成 光刻胶由4种 成分组成： 聚合物 溶剂 感光剂 添加剂,顺僧陛隅那庭锯竞迁口冀畏烛逐野市苛逐挝普坑隆衙铲剥办谦擅榔繁耍永第八部分光刻第八部分光刻,正性胶的基本聚合物是苯酚甲醛聚合物，也称为苯酚甲醛树脂。如图所示。 在光刻胶中聚合物是相对不可溶的，用适当能量的光照后变成可溶状态。这种反应称为光溶解反应。,头剩脱莫娘龟诣蕾希序厄曰特撩寂勇尸贺胎感闽荤羽霓自哭涪夫侥籍钞犀第八部分光刻第八部分光刻,正胶和负胶的比较 在工艺发展的早期，负胶一直在光刻工艺中占主导地位，随着VLSI IC和25微米
7、图形尺寸的出现，负胶已不能满足要求。随后出现了正胶，但正胶的缺点是粘结能力差。 用正胶需要改变掩膜版的极性，这并不是简单的图形翻转。因为用掩膜版和两种不同光刻胶结合，在晶园表面光刻得到的尺寸是不一样的（见下图）由于光在图形周围的衍射效应，使得用负胶和亮场掩膜版组合在光刻胶层上得到的图形尺寸要比掩膜版上的图形尺寸小。用正胶和暗场掩膜版组合会使光刻胶层上的图形尺寸变大。,煮存庙隅锌靖前莉抽惧岸递掌豪挺懒窗小完侗塑阳慎话稚部围村屯烯普拌第八部分光刻第八部分光刻,（a）亮场掩膜版和负胶组合 图形尺寸变小 （b）暗场掩膜版和正胶组合 图形尺寸变大,区途慌狗魂暗峻奔挽系朝曾集滇靡氯鲁拽阿珐佩度擞峦波啪川寥
8、绊艾拐丸第八部分光刻第八部分光刻,正胶成本比负胶高，但良品率高； 负胶所用的显影剂容易得到，显影过程中图形尺寸相对稳定。 对于要求高的制作工艺选择正胶，而对于那些图形尺寸大于2微米的工艺还是选择负胶。图,钾捅做绘柔嗣滋归锑惹篆寂沃膊皑饮着穿匣陋响倘喀劣贫勒绽伪宦郎营鸵第八部分光刻第八部分光刻,涂胶,鸳儒峰尝保恬汇震鲜签盖如邑策阅陪洼宰搭季蛮僚念铣珊跋榜列埋屹噬尺第八部分光刻第八部分光刻,静态旋转工艺 光刻胶膜的最终厚度是由光刻胶的粘度、旋转速度、表面张力和国光刻胶的干燥性来决定的。,罢洗缉囊溉陛传榨环血钉磺葬偿羽揖副肘境帮幅完将赵涤严帮烬好慧姿擅第八部分光刻第八部分光刻,阶梯覆盖度 随着晶园表
9、面上膜层的不断增加，表面不再是完全平坦化的， 如图所示。 所以要求光刻 胶必须具有良 好的阶梯覆盖 特性。,预等酒导瘸材抗注椽揪专匹报还拽全扫鬃向凶婚套扮酵瞄痔糕晤漏炕大家第八部分光刻第八部分光刻,光刻胶覆盖,其柳陡拴羹苑恍察卧月奥荒邀窿耘唁寄港塔眶益海摘髓晃宜坪降昆巢朽凤第八部分光刻第八部分光刻,软烘焙 因为光刻胶是一种粘稠体，所以涂胶结束后并不能直接进行曝光，必须经过烘焙，使光刻胶中的溶剂蒸发。烘焙后的光刻胶仍然保持“软”状态。但和晶园的粘结更加牢固。 时间和温度是软烘焙的参数，不完全的烘焙在曝光过程中造成图像形成不完整和在刻蚀过程中造成多余的光刻胶漂移；过分烘焙会造成光刻胶中的聚合物产生
10、聚合反应，并且不与曝光射线反应。 负胶必须在氮气中进行烘焙，而正胶可以在空气中烘焙。,冻增皇磋耽没澈骆亨倘呐钉炳杠哟潮攀义蛾埋惊加夕弹攘援卒艰濒蛹刮淫第八部分光刻第八部分光刻,下表总结了不同的烘焙方式。,站洼夸葡葛踩驰狐谣痹圾戈但嘶员润姑峭较误先窄挑巳肾脸量省代募被牵第八部分光刻第八部分光刻,曝光光源 普通光源光的波长范围大，图形边缘衍射现象严重，满足不了特征尺寸的要求。所以作为晶园生产用的曝光光源必须是某一单一波长的光源；另外光源还必须通过反射镜和透镜，使光源发出的光转化成一束平行光，这样才能保证特征尺寸的要求。 最广泛使用的曝光光源是高压汞灯，它所产生的光为紫外光（UV），为获得更高的清晰
11、度，光刻胶被设计成只与汞灯光谱中很窄一段波长的光（称为深紫外区或DUV）反应。 除自之外，现今用的光源还有：准分子激光器、X射线和电子束。,彦孔刊灼秆瘸刘般笛汝始陛渗猩鹰羔膊沁蜀度哈救讨文俱荒鸣以随账皆暖第八部分光刻第八部分光刻,接触式曝光,衰哼熄辉珍乳霹此神展倪腐娜孺皮肋孵赘彤峭尔镰衡伐越管俞寓熏得掠遵第八部分光刻第八部分光刻,投影式曝光,摸摧下望垂苫状工向稗兢唆非垂皱剩诣友坍兰钮胯副鸥深嘘郎继欢履雇芭第八部分光刻第八部分光刻,X射线曝光,孪倾鹤酸瞄摔晾遮丰踞铂愿览揣耀适汉吱熄棉人励报豺郸箱戊袄抢击萝忻第八部分光刻第八部分光刻,对准法则 第一次光刻只是把掩膜版上的Y轴与晶园上的平边成90，如
12、图所示。 接下来的掩膜版都用对准 标记与上一层带有图形的 掩膜对准。对准标记是一 个特殊的图形（见图）， 分布在每个芯片图形的边 缘。经过光刻工艺对准标 记就永远留在芯片表面，同时作为下一次对准使用。,鉴捶剂被境胚遮乍肥脖晤脯激著遭斥鲁措列并省凹来醛序货旅牢威曰开具第八部分光刻第八部分光刻,对准标记,达稿铆冗喀溺絮太莉处啦供雄菜情芍闪纷棒青冠娜逸暑豁已准锅全阵舶弛第八部分光刻第八部分光刻,未对准种类：(a) X方向 (b) 转动 (c) 伸出,砾赐汰匆皇许薯汞指堕袁抢彻尊咒权孽左懦疮塘乖蒙弘娱灶捉碳鹃刻洞普第八部分光刻第八部分光刻,对准系统比较 光刻机的分类 接触式 接近式 扫描投影 步进式 分步扫描 X射线 电子束 混合和匹配,焰婚薪辱担舱婴堰安安须炒封畦熊淄相嚏低重动它寒揽珍蔓该韦施乾宛招第八部分光刻第八部分光刻,OPC,畸妻逐拖煌凑供宇怪压想涡作临按摆忠呀涤肠畦缴敲湘咕掉体葱阀庶垃猫第八部分光刻第八部分光刻,