光刻技術(shù)回顧

1、光刻技術(shù)光刻工藝光刻技術(shù)刻蝕技術(shù)目 的v 光刻系統(tǒng)的主要指標(biāo)光刻系統(tǒng)的主要指標(biāo)v 基本光刻工藝流程基本光刻工藝流程v 光刻技術(shù)中的常見(jiàn)問(wèn)題光刻技術(shù)中的常見(jiàn)問(wèn)題 v 光刻掩模板的制造光刻掩模板的制造v 曝光技術(shù)曝光技術(shù)v 光刻設(shè)備光刻設(shè)備v 濕法腐蝕和干法刻蝕的原理濕法腐蝕和干法刻蝕的原理高分辨率。高分辨率。通常把線(xiàn)寬作為光刻水平的標(biāo)志，線(xiàn)寬越來(lái)越細(xì)，要求光刻具有高分辨率。高靈敏度的光刻膠。高靈敏度的光刻膠。光刻膠的靈敏度通常是指光刻膠的感光速度。光刻膠靈敏度提高，曝光時(shí)間短，但往往使光刻膠的其他屬性變差。低缺陷。低缺陷。在集成電路芯片的加工進(jìn)程中，如果在器件上產(chǎn)生一個(gè)缺陷，即使缺陷的尺寸小于圖

2、形的線(xiàn)寬，也可能會(huì)使整個(gè)芯片失效。精密的套刻對(duì)準(zhǔn)。精密的套刻對(duì)準(zhǔn)。集成電路芯片的制造需要經(jīng)過(guò)多次光刻，在各次曝光圖形之間要相互套準(zhǔn)。通常要采用自動(dòng)套刻對(duì)準(zhǔn)技術(shù)。誤差誤差 10%L對(duì)大尺寸硅片的加工。對(duì)大尺寸硅片的加工。為了提高經(jīng)濟(jì)效益和硅片利用率，一般在一個(gè)大尺寸硅片上同時(shí)制作很多個(gè)完全相同的芯片。對(duì)于光刻而言，在大尺寸硅片上滿(mǎn)足前述的要求難度更大。IC 對(duì)光刻技術(shù)的基本要求3.1 概述v光刻光刻(photolithography)是在光的作用下，是在光的作用下，使圖像從母版向另一種介質(zhì)轉(zhuǎn)移的過(guò)程。母使圖像從母版向另一種介質(zhì)轉(zhuǎn)移的過(guò)程。母版就是光刻版，是一種由透光區(qū)和不透光區(qū)版就是光刻版，是一

3、種由透光區(qū)和不透光區(qū)組成的玻璃版。組成的玻璃版。v即將掩模版（光刻版）上的幾何圖形轉(zhuǎn)移到即將掩模版（光刻版）上的幾何圖形轉(zhuǎn)移到覆蓋在半導(dǎo)體襯底表面的對(duì)光輻照敏感薄膜覆蓋在半導(dǎo)體襯底表面的對(duì)光輻照敏感薄膜材料（光刻膠）上去的工藝過(guò)程材料（光刻膠）上去的工藝過(guò)程 。 光刻工藝就是利用光敏光敏的抗蝕涂層發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)光化學(xué)反應(yīng)，按照確定的版圖圖形，結(jié)合刻刻蝕方法蝕方法在各種薄膜薄膜上（如SiO2等絕緣膜和各種金屬膜）制備出制備出合乎要求的電路圖形，包括形成金屬電極和布線(xiàn)、表面鈍化以及實(shí)現(xiàn)選擇性摻雜。由于集成電路有一定的空間結(jié)構(gòu)，需多次使用光刻多次使用光刻，每塊集成電路一般要進(jìn)行67次光刻，所以氧化工

4、藝氧化工藝與光刻工藝光刻工藝的結(jié)合構(gòu)成了整個(gè)平面工藝的基礎(chǔ)。v 分辨率、分辨率、v 焦深、焦深、v 對(duì)比度、對(duì)比度、v 特征線(xiàn)寬控制、特征線(xiàn)寬控制、v 對(duì)準(zhǔn)和套刻精度、對(duì)準(zhǔn)和套刻精度、v 產(chǎn)率以及價(jià)格。產(chǎn)率以及價(jià)格。光刻系統(tǒng)的主要指標(biāo)包括光刻系統(tǒng)的主要指標(biāo)包括:73.1.1 分辨率分辨率 分辨率是指一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)精確區(qū)分目標(biāo)的能力。分辨率是指一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)精確區(qū)分目標(biāo)的能力。分辨率是決定光刻系統(tǒng)最重要的指標(biāo)，能分辨的分辨率是決定光刻系統(tǒng)最重要的指標(biāo)，能分辨的線(xiàn)線(xiàn)寬寬越小，分辨率越小，分辨率越高越高。其由瑞利衍射定律決定：。其由瑞利衍射定律決定：NAkR1k1=0.60.8NA=0.160.8提高分

5、辨率：提高分辨率：NA ， ，k1 ：曝光光源的波長(zhǎng) NA：曝光鏡頭的數(shù)值孔徑 K1: 比例系數(shù)83.1.2 光刻分辨率光刻分辨率v分辨率分辨率R=1/2L (mm-1)；直接用線(xiàn)寬直接用線(xiàn)寬L表示表示v存在物理極限，由衍射存在物理極限，由衍射決定：決定： L/2, Rmax 1/L L即每即每mm中包含的間距與寬度相等的線(xiàn)條數(shù)目。中包含的間距與寬度相等的線(xiàn)條數(shù)目。因光的波動(dòng)性而產(chǎn)生的衍射效應(yīng)限定了線(xiàn)寬因光的波動(dòng)性而產(chǎn)生的衍射效應(yīng)限定了線(xiàn)寬KrF激光光源，可產(chǎn)生激光光源，可產(chǎn)生0.25um常用光源波長(zhǎng)常用光源波長(zhǎng)436nm，最佳線(xiàn)寬，最佳線(xiàn)寬47um粒子粒子質(zhì)量質(zhì)量m，動(dòng)能動(dòng)能E有關(guān)有關(guān)3.2

6、基基本本光光刻刻工工藝藝流流程程10底膜處理底膜處理v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(duì)硅襯底表面進(jìn)行處理，以增強(qiáng)襯底的是對(duì)硅襯底表面進(jìn)行處理，以增強(qiáng)襯底與光刻膠之間的與光刻膠之間的黏附性黏附性。v底膜處理包括以下過(guò)程：底膜處理包括以下過(guò)程： 1、清洗；清洗；2、烘干；烘干；3、增粘處理。增粘處理。涂涂 膠膠 在集成電路工藝中，光刻膠層的作用是在刻蝕(腐蝕)或離子注入過(guò)程中，保護(hù)被光刻膠覆蓋的材料。因此，光刻膠層與硅片表面之間需要牢固地黏附。涂膠的目的是在硅片表面形成厚度均勻、附著性強(qiáng)、并且沒(méi)有缺陷的光刻膠薄膜厚度均勻、附著性強(qiáng)、并且沒(méi)有缺陷的光刻膠

7、薄膜。 在涂膠之前，硅片一般需要經(jīng)過(guò)脫水烘焙脫水烘焙并且涂上用來(lái)增加光刻膠與硅片表面附著能力的化合物。SiO2的表面是親水性親水性的，而光刻膠是疏水性疏水性的六甲基乙硅氮烷六甲基乙硅氮烷(簡(jiǎn)稱(chēng)HMDS)涂膠：采用旋轉(zhuǎn)涂膠工藝前前 烘烘 在液態(tài)的光刻膠中，溶劑的成份占65-85，經(jīng)過(guò)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10-30的溶劑，涂膠以后的硅片，需要在一定的溫度下進(jìn)行烘烤，使溶劑從光刻膠內(nèi)揮發(fā)出來(lái)，這一步驟稱(chēng)為前烘。 (前烘后光刻膠中溶劑含量降至到5左右) 在前烘過(guò)程中，由于溶劑的揮發(fā)，光刻膠的厚度也會(huì)減薄，一般減小的幅度為10-20左右。14曝曝 光光v曝光是使光刻掩模

8、版與涂上光刻膠的襯底對(duì)曝光是使光刻掩模版與涂上光刻膠的襯底對(duì)準(zhǔn)，用光源經(jīng)過(guò)光刻掩模版照射襯底，使接準(zhǔn)，用光源經(jīng)過(guò)光刻掩模版照射襯底，使接受到光照的光刻膠的光學(xué)特性發(fā)生變化。受到光照的光刻膠的光學(xué)特性發(fā)生變化。v曝光中要特別注意曝光光源的選擇和對(duì)準(zhǔn)。曝光中要特別注意曝光光源的選擇和對(duì)準(zhǔn)。15簡(jiǎn)單的光學(xué)系統(tǒng)曝光圖簡(jiǎn)單的光學(xué)系統(tǒng)曝光圖 顯顯 影影 顯影后所留下的光刻膠圖形光刻膠圖形將在后續(xù)的刻蝕和離子注入刻蝕和離子注入工藝中做為掩膜，因此顯影也是一步重要工藝。嚴(yán)格地說(shuō)，在顯影時(shí)曝光區(qū)與非曝光區(qū)的光刻膠都有不同程度的溶解。曝光區(qū)與非曝光區(qū)的光刻膠的溶解速度反差越大，顯影后得到的圖形對(duì)比度越高。 以正膠

9、為例，在顯影過(guò)程中，曝光區(qū)的光刻膠在顯影液中溶解，非曝光區(qū)的光刻膠則不會(huì)溶解。曝光后在光刻膠層中形成的潛在圖形，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(lái)顯影后便顯現(xiàn)出來(lái)，這一步驟稱(chēng)為顯影。 17堅(jiān)堅(jiān) 膜膜v堅(jiān)膜也叫后烘，堅(jiān)膜也叫后烘，主要作用是除去光刻膠中剩余的溶劑，增強(qiáng)光刻膠對(duì)硅片表面的附著力，同時(shí)提高光刻膠在刻蝕和離子注入過(guò)程中的抗蝕性和保護(hù)能力。v堅(jiān)膜溫度要高于前烘和曝光后烘烤溫度，較高的堅(jiān)膜溫堅(jiān)膜溫度要高于前烘和曝光后烘烤溫度，較高的堅(jiān)膜溫度可使堅(jiān)膜后光刻膠中的溶劑含量更少，但增加了去膠度可使堅(jiān)膜后光刻膠中的溶劑含量更少，但增加了去膠時(shí)的困難。且光刻膠內(nèi)部拉伸應(yīng)力的增加會(huì)使光

10、刻膠的時(shí)的困難。且光刻膠內(nèi)部拉伸應(yīng)力的增加會(huì)使光刻膠的附著性下降，因此必須適當(dāng)?shù)目刂茍?jiān)膜溫度附著性下降，因此必須適當(dāng)?shù)目刂茍?jiān)膜溫度 。1030 min，100140 C腐腐 蝕蝕v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(lái)的圖形，進(jìn)行完整、清晰、準(zhǔn)確的腐蝕完整、清晰、準(zhǔn)確的腐蝕，達(dá)到選擇性擴(kuò)散或金屬布線(xiàn)的目的。它是影響光刻精度的重要環(huán)節(jié)影響光刻精度的重要環(huán)節(jié)。v對(duì)腐蝕劑的要求有：v(1)只對(duì)需要腐蝕的物質(zhì)進(jìn)行腐蝕。v(2)對(duì)抗蝕劑膠膜不腐蝕或腐蝕很小。v(3)腐蝕因子要大于一定的數(shù)值。腐蝕因子定義

11、為：當(dāng)腐蝕線(xiàn)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(lái)衡量腐蝕的質(zhì)量。v(4)腐蝕液毒性小，使用方便，腐蝕圖形邊緣整齊、清晰。去去 膠膠v去膠是常規(guī)光刻工藝的最后一道工序，簡(jiǎn)單地講，是使用特定的方法將經(jīng)過(guò)腐蝕之后還留在表面的膠膜去除掉。v在集成電路工藝中，去膠的方法包括濕法去膠和干法去膠，在濕法去膠中又分為有機(jī)溶液去膠和無(wú)機(jī)溶液去膠。 v有機(jī)溶液去膠主要是使光刻膠溶于有機(jī)溶液中（丙酮和芳香族的有機(jī)溶劑），從而達(dá)到去膠的目的。v無(wú)機(jī)溶液去膠的原理是使用一些無(wú)機(jī)溶液(如H2SO4和H2O2等)，將光刻膠中的碳元素氧化成為二氧化碳，把光刻膠從硅片的表面

12、上除去。v98%H2SO4+H2O2+膠膠CO+CO2+H2OvO2+膠膠 CO+CO2+H2Ov干法去膠則是用等離子體將光刻膠剝除。干法去膠則是用等離子體將光刻膠剝除。光刻膠通過(guò)在氧等離子體中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氣態(tài)的CO，CO2和H2O由真空系統(tǒng)抽走。v相對(duì)于濕法去膠，干法去膠的效果更好，但是干法去膠存在反應(yīng)殘留物的玷污問(wèn)題，因此干法去膠與濕法去膠經(jīng)常搭配進(jìn)行。20最終檢驗(yàn)最終檢驗(yàn) v在基本的光刻工藝過(guò)程中，最終步驟是在基本的光刻工藝過(guò)程中，最終步驟是檢驗(yàn)。襯底在入射白光或紫外光下首先檢驗(yàn)。襯底在入射白光或紫外光下首先接受表面目檢，以檢查污點(diǎn)和大的微粒接受表面目檢，以檢查污點(diǎn)和大的微粒污染。

13、之后是顯微鏡檢驗(yàn)或自動(dòng)檢驗(yàn)來(lái)污染。之后是顯微鏡檢驗(yàn)或自動(dòng)檢驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)缺陷和圖案變形。檢驗(yàn)缺陷和圖案變形。 在光刻的過(guò)程中通常包括三個(gè)主要步驟：曝光、顯影、刻蝕在光刻的過(guò)程中通常包括三個(gè)主要步驟：曝光、顯影、刻蝕(或淀積或淀積) 。223.3 光刻技術(shù)中的常見(jiàn)問(wèn)題光刻技術(shù)中的常見(jiàn)問(wèn)題v半導(dǎo)體器件和集成電路的制造對(duì)光刻質(zhì)量有半導(dǎo)體器件和集成電路的制造對(duì)光刻質(zhì)量有如下要求：一是刻蝕的如下要求：一是刻蝕的圖形完整圖形完整，尺寸準(zhǔn)確，尺寸準(zhǔn)確，邊緣整齊陡直邊緣整齊陡直；二是圖形內(nèi)沒(méi)有；二是圖形內(nèi)沒(méi)有針孔針孔；三是；三是圖形外沒(méi)有圖形外沒(méi)有殘留殘留的被腐蝕的被腐蝕物質(zhì)物質(zhì)。同時(shí)要求圖。同時(shí)要求圖形套刻準(zhǔn)確，

14、無(wú)污染等等。但在光刻過(guò)程中，形套刻準(zhǔn)確，無(wú)污染等等。但在光刻過(guò)程中，常常出現(xiàn)浮膠、毛刺、鉆蝕、針孔和小島等缺出現(xiàn)浮膠、毛刺、鉆蝕、針孔和小島等缺陷陷。 v光刻三要素：光刻膠、掩膜版和光刻機(jī)v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(shù)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(zhǎng)光線(xiàn)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3.4 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25v按曝光區(qū)在顯影中被去除或保留來(lái)劃分：按曝光區(qū)在顯影中被去除或保留來(lái)劃分：正（性）膠正（性）膠 負(fù)（性）膠負(fù)（性）膠v按其用途劃分：按其用途劃

15、分：光學(xué)光刻膠光學(xué)光刻膠電子抗蝕劑電子抗蝕劑X-射線(xiàn)抗蝕劑射線(xiàn)抗蝕劑分類(lèi)分類(lèi)曝光前不可溶曝光前不可溶,曝光后可溶曝光后可溶曝光前可溶曝光前可溶,曝光后不可溶曝光后不可溶26光刻膠的特征量光刻膠的特征量v響應(yīng)波長(zhǎng)響應(yīng)波長(zhǎng)v靈敏度，又稱(chēng)光敏度，指最小曝光劑量靈敏度，又稱(chēng)光敏度，指最小曝光劑量E0 v抗蝕性，抗蝕性，指耐酸、堿能力指耐酸、堿能力v粘滯性，指粘滯性，指流動(dòng)特性的定量指標(biāo)流動(dòng)特性的定量指標(biāo) v粘附性粘附性 ，指與硅、二氧化硅表面結(jié)合力的大小，指與硅、二氧化硅表面結(jié)合力的大小 v光刻膠的膨脹光刻膠的膨脹 v微粒數(shù)量和金屬含量微粒數(shù)量和金屬含量 v儲(chǔ)存壽命儲(chǔ)存壽命 27光學(xué)光刻膠光學(xué)光刻膠正

16、膠和負(fù)膠進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移示意圖 283 正、負(fù)膠比較正、負(fù)膠比較v正膠，顯影容易，圖形邊緣齊，無(wú)溶漲現(xiàn)象，光正膠，顯影容易，圖形邊緣齊，無(wú)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。 在超大規(guī)模集成電路工藝中，一般只采用正膠。 v負(fù)膠顯影后保留區(qū)的膠膜是交聯(lián)高分子，在顯影負(fù)膠顯影后保留區(qū)的膠膜是交聯(lián)高分子，在顯影時(shí)，吸收顯影液而時(shí)，吸收顯影液而溶漲溶漲，另外，交聯(lián)反應(yīng)是局部，另外，交聯(lián)反應(yīng)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。但負(fù)膠比正膠相抗蝕性強(qiáng)?；哪z膜也較難去除。但負(fù)膠比正膠相抗蝕性強(qiáng)。 適于加工

17、線(xiàn)寬3m的線(xiàn)條29其它光刻膠其它光刻膠1、電子束光刻膠、電子束光刻膠 2、X射線(xiàn)光刻膠射線(xiàn)光刻膠 303.4 光刻掩模版的制造光刻掩模版的制造 掩模版就是將設(shè)計(jì)好的特定幾何圖形通過(guò)一定掩模版就是將設(shè)計(jì)好的特定幾何圖形通過(guò)一定的方法以一定的間距和布局做在基版上，供光的方法以一定的間距和布局做在基版上，供光刻工藝中重復(fù)使用。制造商將設(shè)計(jì)工程師交付刻工藝中重復(fù)使用。制造商將設(shè)計(jì)工程師交付的標(biāo)準(zhǔn)制版數(shù)據(jù)傳送給一個(gè)稱(chēng)作圖形發(fā)生器的的標(biāo)準(zhǔn)制版數(shù)據(jù)傳送給一個(gè)稱(chēng)作圖形發(fā)生器的設(shè)備，圖形發(fā)生器會(huì)根據(jù)該數(shù)據(jù)完成圖形的產(chǎn)設(shè)備，圖形發(fā)生器會(huì)根據(jù)該數(shù)據(jù)完成圖形的產(chǎn)生和重復(fù)，并將版圖數(shù)據(jù)分層轉(zhuǎn)移到各層光刻生和重復(fù)，并將版

18、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，掩模版（為涂有感光材料的優(yōu)質(zhì)玻璃板）上，這就是制版。這就是制版。 31光刻版光刻版32(A)電路圖；電路圖；(B)版圖版圖(A)(B) 掩模版的制備流程掩模版的制備流程v(1)空白版的制備v(2)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 v(3)刻畫(huà) v(4)形成圖形 v(5)檢測(cè)與修補(bǔ) v(6)老化與終檢 34掩模板的基本構(gòu)造及質(zhì)量要求掩模板的基本構(gòu)造及質(zhì)量要求掩模版的基本構(gòu)造 掩膜版質(zhì)量的要求掩膜版質(zhì)量的要求v(1)玻璃襯底的選擇 v用于掩膜版制備的玻璃襯底需滿(mǎn)足以下幾個(gè)條件。v熱膨脹系數(shù)(CTE) 要求越小越好，對(duì)于白玻璃，要求要求越小越好，對(duì)于白玻璃，要

19、求9.310-6K-1；對(duì)于硼硅玻；對(duì)于硼硅玻璃，要求璃，要求4.510-6K-1；對(duì)于石英玻璃，要求；對(duì)于石英玻璃，要求0.510-6K-1。v透射率 在在360nm以上的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，透射率在以上的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，透射率在90%以上。以上。v化學(xué)穩(wěn)定性 掩模版在使用和儲(chǔ)存過(guò)程中，很難絕對(duì)避免與酸、堿、水和其它掩模版在使用和儲(chǔ)存過(guò)程中，很難絕對(duì)避免與酸、堿、水和其它氣氛接觸。它們對(duì)玻璃都有不同程度的溶解力。氣氛接觸。它們對(duì)玻璃都有不同程度的溶解力。v選擇方法 要求玻璃襯底表面平整、光滑、無(wú)劃痕、厚度均勻，與遮光膜的要求玻璃襯底表面平整、光滑、無(wú)劃痕、厚度均勻，與遮光膜的粘附性好。粘附性好。36彩色

20、版制備技術(shù)彩色版制備技術(shù) 彩色版是一種采用新型的透明或半透明掩模，因有顏色，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(chēng)彩色版，它可克服超微粒干版缺陷多，耐磨性差及即俗稱(chēng)彩色版，它可克服超微粒干版缺陷多，耐磨性差及鉻版針孔多、易反光、不易對(duì)準(zhǔn)等缺點(diǎn)。鉻版針孔多、易反光、不易對(duì)準(zhǔn)等缺點(diǎn)。 彩色版種類(lèi)很多，有氧化鐵版、硅版、氧化鉻版、氧化彩色版種類(lèi)很多，有氧化鐵版、硅版、氧化鉻版、氧化亞銅版等，目前應(yīng)用較廣的是氧化鐵彩色版。亞銅版等，目前應(yīng)用較廣的是氧化鐵彩色版。 氧化鐵具備作為選擇透明掩模材料的所有要求的最佳的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(xué)和物理特性。據(jù)報(bào)道，在

21、紫外區(qū)（化學(xué)和物理特性。據(jù)報(bào)道，在紫外區(qū)（300400nm）的透的透射率小于射率小于1%，在可見(jiàn)光區(qū)（，在可見(jiàn)光區(qū)（400800nm）透射率大于透射率大于30%。 373.6 紫外光曝光技術(shù)紫外光曝光技術(shù)光學(xué)相關(guān)波長(zhǎng)范圍參考圖38紫外光曝光技術(shù)紫外光曝光技術(shù)v光源：主要是光源：主要是UV，DUV水銀弧光燈：水銀弧光燈： i線(xiàn)線(xiàn)365nm； h線(xiàn)線(xiàn)405nm； g線(xiàn)線(xiàn)436nm氙汞燈：氙汞燈：200-300nm準(zhǔn)分子激光：準(zhǔn)分子激光：KrF248nm；0.35-0.18 m工藝，工藝，ArF193nm，可用于可用于0.13m的的CMOS工藝工藝39紫外光曝光技術(shù)紫外光曝光技術(shù)1:1曝光系統(tǒng)曝光系

22、統(tǒng)4或或5倍縮小曝光系統(tǒng)倍縮小曝光系統(tǒng)接觸式接觸式接近式接近式投影式（步進(jìn)）投影式（步進(jìn)）40其它曝光技術(shù)其它曝光技術(shù)其它曝光技術(shù)的主要有：其它曝光技術(shù)的主要有： 電子束光刻電子束光刻 X-射線(xiàn)光刻射線(xiàn)光刻 離子束光刻離子束光刻 新技術(shù)展望新技術(shù)展望 41電子束光刻電子束光刻v電子束光刻是采用電子束光刻機(jī)進(jìn)行的光刻，電子束光刻是采用電子束光刻機(jī)進(jìn)行的光刻，有兩種方式：一是在一臺(tái)設(shè)備中既發(fā)生圖形又有兩種方式：一是在一臺(tái)設(shè)備中既發(fā)生圖形又進(jìn)行光刻，就是進(jìn)行光刻，就是直寫(xiě)光刻直寫(xiě)光刻（不用光刻板的光（不用光刻板的光刻）；另一種是兩個(gè)系統(tǒng)，制版和光刻分別進(jìn)刻）；另一種是兩個(gè)系統(tǒng)，制版和光刻分別進(jìn)行。行

23、。v電子束光刻已應(yīng)用于制造高精度掩模版、移相電子束光刻已應(yīng)用于制造高精度掩模版、移相掩膜版和掩膜版和x射線(xiàn)掩模版。射線(xiàn)掩模版。42新技術(shù)展望新技術(shù)展望 NAkR1NAkR11、浸入式光刻技術(shù)、浸入式光刻技術(shù)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氟聚烷基醚油432、納米壓印光刻、納米壓印光刻現(xiàn)有的主流納米壓印光刻44新技術(shù)展望新技術(shù)展望 3、極紫外光刻（、極紫外光刻（EUV） 極紫外光刻原理圖 45新技術(shù)展望新技術(shù)展望 4、無(wú)掩模光刻、無(wú)掩模光刻(ML2)光學(xué)無(wú)掩模光刻示意圖 帶電粒子無(wú)掩模光刻示意圖 46 從平面工藝誕生

24、以來(lái)，光刻設(shè)備可以分為五代。從平面工藝誕生以來(lái)，光刻設(shè)備可以分為五代。每一代又以那個(gè)時(shí)期獲得每一代又以那個(gè)時(shí)期獲得CD和分辨率所需的設(shè)備和分辨率所需的設(shè)備類(lèi)型為代表。這五個(gè)精細(xì)光刻時(shí)代的代表是：類(lèi)型為代表。這五個(gè)精細(xì)光刻時(shí)代的代表是： 接觸式光刻機(jī)；接觸式光刻機(jī)； 接近式光刻機(jī)；接近式光刻機(jī)； 掃描投影光刻機(jī)；掃描投影光刻機(jī)； 分步重復(fù)投影光刻機(jī)；分步重復(fù)投影光刻機(jī)； 步進(jìn)掃描光刻機(jī)。步進(jìn)掃描光刻機(jī)。47 接觸式光刻機(jī)系統(tǒng)48接近式光刻機(jī)上的邊緣衍射和表面反射 49掃描投影光刻機(jī)50步進(jìn)光刻機(jī)的曝光場(chǎng) 51步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)步進(jìn)掃描光刻機(jī)的曝光場(chǎng)52光刻設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)光刻設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì) 1、光

25、刻設(shè)備加工硅片大尺寸化、單、光刻設(shè)備加工硅片大尺寸化、單片化、高精度化和全自動(dòng)化片化、高精度化和全自動(dòng)化 2、設(shè)備制造商壟斷化、設(shè)備制造商壟斷化 3、設(shè)備高價(jià)格化、設(shè)備高價(jià)格化 4、設(shè)備研制聯(lián)合化、設(shè)備研制聯(lián)合化533.8 刻蝕技術(shù)刻蝕技術(shù)3.8.1 概述概述 3.8.2 濕法刻蝕濕法刻蝕3.8.3 干法刻蝕技術(shù)干法刻蝕技術(shù)3.8.4 刻蝕技術(shù)新進(jìn)展刻蝕技術(shù)新進(jìn)展543.8.1 概述概述 理想的刻蝕工藝必須具有以下特點(diǎn)：理想的刻蝕工藝必須具有以下特點(diǎn)： 各向異性刻蝕各向異性刻蝕，即只有垂直刻蝕，沒(méi)有橫向鉆蝕。，即只有垂直刻蝕，沒(méi)有橫向鉆蝕。 良好的刻蝕選擇性良好的刻蝕選擇性，即對(duì)作為掩模的抗蝕

26、劑和處于，即對(duì)作為掩模的抗蝕劑和處于其下的另一層薄膜或材料的刻蝕速率都比被刻蝕薄膜的刻其下的另一層薄膜或材料的刻蝕速率都比被刻蝕薄膜的刻蝕速率小得多，以保證刻蝕過(guò)程中抗蝕劑掩蔽的有效性，蝕速率小得多，以保證刻蝕過(guò)程中抗蝕劑掩蔽的有效性，不致發(fā)生因?yàn)檫^(guò)刻蝕而損壞薄膜下面的其他材料；不致發(fā)生因?yàn)檫^(guò)刻蝕而損壞薄膜下面的其他材料； 加工批量大加工批量大，控制容易，成本低，對(duì)環(huán)境污染少，控制容易，成本低，對(duì)環(huán)境污染少，適用于工業(yè)生產(chǎn)。適用于工業(yè)生產(chǎn)。55 廣義而言，刻蝕技術(shù)包含了所有廣義而言，刻蝕技術(shù)包含了所有將材質(zhì)表面均勻?qū)⒉馁|(zhì)表面均勻移除或是有選擇性地部分去除的技術(shù)移除或是有選擇性地部分去除的技術(shù)，

27、可大體分為，可大體分為濕法刻蝕濕法刻蝕（Wet Etching）和干法刻蝕和干法刻蝕（Dry Etching）兩種方式兩種方式。 影響刻蝕工藝的因素分為外部因素和內(nèi)部因素。影響刻蝕工藝的因素分為外部因素和內(nèi)部因素。 外部因素主要包括設(shè)備硬件的配置以及環(huán)境的溫度、濕度外部因素主要包括設(shè)備硬件的配置以及環(huán)境的溫度、濕度影響，對(duì)于操作人員來(lái)說(shuō)，外部因素只能記錄，很難改變，影響，對(duì)于操作人員來(lái)說(shuō)，外部因素只能記錄，很難改變，要做好的就是優(yōu)化工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)比較理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。要做好的就是優(yōu)化工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)比較理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 內(nèi)部因素就是在設(shè)備穩(wěn)定的情況下對(duì)工藝結(jié)果起到?jīng)Q定性?xún)?nèi)部因素就是在設(shè)備穩(wěn)定的情況

28、下對(duì)工藝結(jié)果起到?jīng)Q定性作用。作用。 563.8.2 濕法刻蝕濕法刻蝕v濕法腐蝕是濕法腐蝕是化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕，晶片放在腐蝕液中（或噴淋），晶片放在腐蝕液中（或噴淋），通過(guò)化學(xué)反應(yīng)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)去除窗口薄膜去除窗口薄膜，得到晶片表面的薄膜圖，得到晶片表面的薄膜圖形。形。v濕法刻蝕大概可分為三個(gè)步驟：濕法刻蝕大概可分為三個(gè)步驟：v反應(yīng)物質(zhì)擴(kuò)散到被刻蝕薄膜的表面。反應(yīng)物質(zhì)擴(kuò)散到被刻蝕薄膜的表面。v反應(yīng)物與被刻蝕薄膜反應(yīng)。反應(yīng)物與被刻蝕薄膜反應(yīng)。v反應(yīng)后的產(chǎn)物從刻蝕表面擴(kuò)散到溶液中，并隨溶液反應(yīng)后的產(chǎn)物從刻蝕表面擴(kuò)散到溶液中，并隨溶液排出。排出。v在這三個(gè)步驟中，一般進(jìn)行最慢的是反應(yīng)物與被刻蝕在這三個(gè)步驟

29、中，一般進(jìn)行最慢的是反應(yīng)物與被刻蝕薄膜反應(yīng)的步驟，也就是說(shuō)，該步驟的進(jìn)行速率即是薄膜反應(yīng)的步驟，也就是說(shuō)，該步驟的進(jìn)行速率即是刻蝕速率?？涛g速率。57濕法腐蝕特點(diǎn)濕法腐蝕特點(diǎn)v濕法腐蝕工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜設(shè)備濕法腐蝕工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜設(shè)備v保真度差，腐蝕為各向同性，保真度差，腐蝕為各向同性，A=0，圖形分，圖形分辨率低。辨率低。v選擇比高選擇比高v均勻性好均勻性好v清潔性較差。清潔性較差。 583.8.2.1 硅的濕法腐蝕硅的濕法腐蝕v各向同性腐蝕：各向同性腐蝕：Si+HNO3+6HF H2SiF6+HNO2+H2O+H2v各向異性腐蝕：各向異性腐蝕：Si+2KOH+H2O K2SiO3+H2O

30、593.8.2.2 二氧化硅的濕法腐蝕二氧化硅的濕法腐蝕262262SiOHFSiFH OHHFNHFNH34影響刻蝕質(zhì)量的因素主要有：影響刻蝕質(zhì)量的因素主要有： 粘附性光刻膠與粘附性光刻膠與SiO2表面粘附良好，是保表面粘附良好，是保證刻蝕質(zhì)量的重要條件。證刻蝕質(zhì)量的重要條件。二氧化硅的性質(zhì)。二氧化硅的性質(zhì)。二氧化硅中的雜質(zhì)。二氧化硅中的雜質(zhì)?？涛g溫度?？涛g溫度?？涛g時(shí)間?？涛g時(shí)間。 603.8.2.4 濕法刻蝕設(shè)備濕法刻蝕設(shè)備 濕法刻蝕工藝的設(shè)備主要由濕法刻蝕工藝的設(shè)備主要由刻蝕槽、水洗糟和干刻蝕槽、水洗糟和干燥槽燥槽構(gòu)成，其裝置結(jié)構(gòu)如圖所示。構(gòu)成，其裝置結(jié)構(gòu)如圖所示。 613.8.3 干

31、法刻蝕技術(shù)干法刻蝕技術(shù)v干法腐蝕是應(yīng)用干法腐蝕是應(yīng)用等離子技術(shù)等離子技術(shù)的腐蝕方法，的腐蝕方法，刻刻蝕氣體在反應(yīng)器中等離子化蝕氣體在反應(yīng)器中等離子化，與被刻蝕材料，與被刻蝕材料反應(yīng)（或?yàn)R射），反應(yīng)（或?yàn)R射），生成物是氣態(tài)物質(zhì)生成物是氣態(tài)物質(zhì)，從反，從反應(yīng)器中被抽出。應(yīng)器中被抽出。v干法刻蝕是干法刻蝕是ULSI的的標(biāo)準(zhǔn)腐蝕工藝標(biāo)準(zhǔn)腐蝕工藝。62干法刻蝕的方式干法刻蝕的方式 依據(jù)等離子放電條件、反應(yīng)氣體、系統(tǒng)的依據(jù)等離子放電條件、反應(yīng)氣體、系統(tǒng)的不同，有多種干法刻蝕方式。不同，有多種干法刻蝕方式。v物理性刻蝕物理性刻蝕v化學(xué)性刻蝕（又稱(chēng)等離子體刻蝕）化學(xué)性刻蝕（又稱(chēng)等離子體刻蝕）v物理化學(xué)性刻蝕（

32、又稱(chēng)反應(yīng)離子刻蝕物理化學(xué)性刻蝕（又稱(chēng)反應(yīng)離子刻蝕RIE）633 物理化學(xué)性刻蝕（物理化學(xué)性刻蝕（RIE）vRIE是等離子是等離子化學(xué)性刻蝕化學(xué)性刻蝕和和濺射物理性刻蝕濺射物理性刻蝕現(xiàn)象同時(shí)作用的刻蝕，實(shí)際是離子輔助刻現(xiàn)象同時(shí)作用的刻蝕，實(shí)際是離子輔助刻蝕。蝕。v設(shè)備特點(diǎn)是被刻蝕襯底放置在功率電極上。設(shè)備特點(diǎn)是被刻蝕襯底放置在功率電極上。v目前，目前， RIE是在是在IC中采用最多的刻蝕方法。中采用最多的刻蝕方法。64RIE刻蝕特點(diǎn)刻蝕特點(diǎn)v保真度優(yōu)于化學(xué)性刻蝕，但不如物理性保真度優(yōu)于化學(xué)性刻蝕，但不如物理性刻蝕?？涛g。v選擇比優(yōu)于物理性刻蝕，但不如化學(xué)性選擇比優(yōu)于物理性刻蝕，但不如化學(xué)性刻蝕刻蝕vRIE刻蝕后在襯底上留