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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第十五章,光刻,光刻胶显影和先进的光刻技术,微固学院 张金平,2,15.1,引言,本章主要内容：,光刻胶显影技术,先进的光刻技术,本章知识要点：,掌握光刻胶的显影方法；,掌握光刻胶曝光后烘焙意义；,了解先进的光刻技术。,3,8),显影后检查,5),曝光后烘焙,6),显影,7),坚膜,UV Light,Mask,4),对准和曝光,Resist,2),涂胶,3),前烘,1),气相成底膜,HMDS,光刻的八个步骤,15.1,引 言,4,15.2,曝光后烘焙,5,15.2,曝光后烘焙,DUV,曝光后烘焙,促进化学反应,温度均匀性,典型的后烘温度在,90,至,130,之间，时间约为,1,到,2,分钟，通常比软供温度高,10,到,15,。,曝光后烘焙延迟（表层不溶的阻止层）,I-Line,曝光后烘焙,提高光刻胶的粘附性并减少驻波,6,PAG,PAG,PAG,PAG,PAG,PAG,PAG,PAG,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,未被曝光的光刻胶区,中性化的光刻胶区,被曝光的光刻胶的酸催化反应,(PEB,后,),显影,光刻胶的,T,型,15.2.1,胺染污引起的,“,T-top,”,7,(d)PEB,的结果,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,(c)PEB,引起,PAC,扩散,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,未被曝光的光刻胶,曝光的光刻胶,(b),光刻胶中的条纹,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,PAC,驻波,(a)UV,光曝光,15.2.2,后烘引起驻波减少,8,15.3,显影,9,15.3,显 影,显影,是将,未感光,的,负胶,或已经,感光,的,正胶溶解,的工艺。显影速率受显影液温度和浓度的影响。,显影依赖于所用光刻胶，亚微米光刻常用正胶，非关键层一般用,I,线胶，关键层和,0.25,m,以下用,DUV,光刻胶。,负胶显影时不与显影液反应，留下的胶易膨胀和变形，分辨率低。,正胶显影需要与显影液反应，留下的胶未曝光，不膨胀和变形，分辨率高，所以用于亚微米光刻。,显影方法分为,浸泡法,和,喷雾法,两种。喷雾法的分辨率和重复性好，广泛采用。,10,15.3,显影问题,胶显影出现的各种现象,显影不足,X,X,不完全显影,X,过显影,正确显影,光刻胶,衬底,显影不足：,线条比正常线条要宽并且在侧面有斜坡；,不完全显影：,衬底上留下应该在显影过程中去掉的剩余光刻胶；,过显影：,除去了太多的光刻胶，引起图形变窄和拙劣的外形。,11,15.3,显 影,负胶,正胶,显影方法,胶显影参数,12,15.3.1,负胶交联,UV,交联,未曝光的光刻胶,曝光的光刻胶,负胶显影时不发生化学反应，主要是未曝光的光刻胶的溶剂清洗。,留下的胶易膨胀和变形，分辨率低。,13,15.3.2,正胶显影,曝光的胶溶解在显影液中,未曝光的正胶,交联光刻胶,正胶显影包含显影液和光刻胶之间的化学反应；,显影液和正胶的化学反应与溶解负胶的溶剂清洗有很大差别。正胶显影液是一种用水稀释的强碱溶液。,14,15.3.3,显影方法,连续喷雾显影,旋覆浸没显影,15,15.3.3,连续喷雾光刻胶显影,真空吸盘,连接旋转电机的转杆,至真空泵,(a),硅片轨道系统,(b),喷雾式显影,硅片传送系统,装片台,传送台,气相成底膜,涂胶,显影和清洗,去边,软烘,冷板,冷板,坚膜,16,15.3.3,旋覆浸没光刻胶显影,(d),甩干,(c)DI H,2,O,清洗,(b),甩掉多余的显影液,(a),旋覆浸没式,滴显影液,浸没式,17,15.3.3,光刻胶显影参数,显影温度,15,25,显影时间,显影液用量,当量浓度,清洗,排风,硅片吸盘,18,15.4,坚膜,19,15.4,坚 膜,坚膜：,显影后的热烘焙称为坚膜烘焙,蒸发掉剩余的溶剂,使光刻胶变硬,增加光刻胶与硅片的粘附性,为下一步工艺准备,比软烘的温度高，但不能使光刻胶变形,用,Deep UV,坚膜,20,15.4,高温下变软的光刻胶流动,光刻胶,正胶,130,，负胶,150,。,21,15.5,显影检查,22,15.5,显影后检查,查找缺陷,在腐蚀或离子注入前检查,检查光刻工艺的好坏,硅片返工,23,15.5,自动显影检查设备,24,15.5,光刻、显影检查及返工流程,1.,气相成底膜,HMDS,2.,旋转涂胶,光刻胶,3.,软烘,4.,对准和曝光,UV light,Mask,5.,曝光后烘焙,6.,显影,7.,坚膜烘焙,8.,显影检查,不合格硅片,合格硅片,离子注入,刻蚀,O,2,等离子去胶清洗,返工,25,15.6,先进的光刻技术,26,15.6,光刻技术的改进,27,15.6,先进的光刻技术,下一代光刻技术,极紫外,(EUV),角度限制投影电子束光刻,SCALPEL,离子束投影,Ion Projection Lithography(IPL),X-Ray,先进的光刻胶工艺,发展的方向（正胶、化学放大,DUV,）,扩散增强甲硅烷基光刻胶工艺,DESIRE,28,15.6.1,下一代光刻技术,极紫外光刻技术示意图,步进扫描承片台,步进扫描,4,倍反射投影掩膜版,大功率激光,靶材料,EUV,等离子,多层涂层镜,投影掩膜版的,1/4,图形,真空腔,29,15.6.1,SCALPEL,示意图,电子束,步进扫描承片台,静电透镜系统（,4:1,缩小）,步进扫描投影掩膜版承台,真空腔,角度限制投影电子束光刻,(SCALPEL),；,使用的多层薄膜掩膜版几乎不吸收电子；,电子束通过一个掩膜版中的高原子数目层时，该层散射出电子在硅片平面形成一个高对比度的图形；,SCALPEL,为线性复制，用步进扫描直写方式产生曝光光刻胶条纹。,30,15.6.1,离子束投影,光刻技术,离子束投影光刻技术,(IPL),；,用离子束进行光刻胶曝光，或者通过掩膜，或者用精确聚焦的离子束连续在光刻胶上直写,。,离子质量比电子大，因而能更有效地将能量转换到光刻胶上。,离子束投影光刻技术能获得非常高的分辨率。,离子束,步进扫描承片台,静电透镜系统（,4:1,缩小）,真空腔,离子源,Mask,参考平面,31,15.6.1,X,射线光刻技术,X-ray,光谱,10 nm,0.1 nm,1 nm,100 nm,MUV,DUV,Hg,灯,同步加速器,UV,光谱,EUV,软,X-rays,硬,X-rays,准分子激光器,X,射线光刻技术：,系统组件包括,:(1),掩膜版,(2)x,射线源,(3)x,射线光刻胶。,32,15.6.1 X,射线光刻技术,X-ray,光掩膜示意图,X-rays,Silicon wafer,薄膜,玻璃架,刻到下层薄膜的窗口,镀金的铬图形吸收,X-ray,扫描,X-rays,通过类似这种光掩膜版被指向生产硅片,.,波长很短，掩膜版上没有衍射干涉效应产生，工艺宽容度很大。,X,射线版图用的是与硅片关键尺寸相同的,1,倍掩膜版。,33,15.6.1 MOS,器件中的辐射损伤,34,15.6.1 MOS,器件中的辐射损伤,35,15.6.2,先进的光刻胶工艺,光刻胶及光刻的发展,负性光刻胶,正性光刻胶,(DNQ-,酚醛树脂,),化学放大胶,先进的光刻胶,顶层表面成像,接触式曝光机,G,线分步重复光刻机,I,线分步重复光刻机,扫描式光刻机,DUV,步进扫描光刻机,DUV,分步重复光刻机,EUV,步进扫描光刻机,SCALPEL,IPL,X-ray,PSM,OAI,1970s 10,m,m,1.2,m,m,0.35,m,m,0.40,m,m,0.18,m,m,2010 0.1,m,m,2000s 0.13,m,m,1,m,m,1980s,1990s,
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