光刻工艺及设备

光刻：62872500，62872517.Email：[e-mail][e-mail][e-mail]到平台秘书处报名预约培训理论培训填写培训申请表上机培训实习期需付费人签字实习期内不得独立上机操作，需相关人员陪同正式授权使用•正式授权后如一年内未进行上机操作者需从新授权使用光刻培训流程光刻的本质是把制作在掩膜版上的图形复制到以后要进行刻蚀和离子注入的晶圆上。其原理与照相相似，不同的是半导体晶圆与光刻胶代替了照相底片与感光涂层。光刻简介表面处理涂胶前烘坚膜显影后烘对准&曝光核心工艺检查去胶清洗注入刻蚀否通过黄光室前部工艺光刻流程图衬底光刻胶光刻版光源基本工艺流程•旋转涂胶•对准和曝光•显影光刻胶光刻胶是一种有机化合物，受紫外曝光后，在显影溶液中的溶解度会发生变化。晶片制造中所用的光刻胶通常以液态涂在硅片表面，而后被干燥成胶膜。负性光刻胶　负性光刻胶在曝光后硬化变得不能溶解。正性光刻胶正性光刻胶曝光后软化变得可溶。衬底UV衬底衬底resister显影负性胶正性胶光刻版光刻胶•表面处理•涂胶•前烘•对准和曝光•显影•图形检查•坚膜表面处理晶圆容易吸附潮气到它的表面。光刻胶黏附要求要严格的干燥表面，所以在涂胶之前要进行脱水烘焙和黏附剂的涂覆。脱水烘焙的温度通常在140度到200度之间。有时还要用到黏附剂，黏附剂通常使用HMDS（六甲基二硅胺脘）。表面处理的主要作用是提高光刻胶与衬底之间的粘附力，使之在显影过程中光刻胶不会被液态显影液渗透。（如下图）显影液光刻胶衬底渗透Attractiveinteraction是否要使用黏附剂要根据图形大小、衬底及光刻胶的种类来决定，HMDS可以用浸泡、喷雾和气相方法来涂覆。粘附力好表面粘附力差的表面涂胶1.滴胶（静态、动态）2.加速旋转3.甩掉多余的胶4.溶剂挥发1234•表面处理•涂胶•前烘•对准和曝光•显影•图形检查•坚膜膜厚:实验室现有匀胶设备：SSE涂胶台国产匀胶台双轨自动涂胶显影机表面出现气泡•滴胶时胶中带有气泡•喷嘴尖端切口有问题或带刺放射状条纹•胶液喷射速度过高•设备排气速度过高•胶涂覆前静止时间过长•匀胶机转速或加速度设置过高•片子表片留有小颗粒•胶中有颗粒中心漩涡图案•设备排气速度过高•喷胶时胶液偏离衬底中心•旋图时间过长ProcessTroubleshooting中心圆晕•不合适的托盘•喷嘴偏离衬底中心胶液未涂满衬底•给胶量不足•不合适的匀胶加速度针孔•光刻胶内存在颗粒或气泡•衬底上纯在颗粒resist较薄的区域衬底上突起结构厚边如衬底图形台面过高，要考虑到在台面上的光刻胶要薄与实际希望的匀胶厚度（这会影响到后步工艺）匀胶后在衬底边缘处会形成较厚的边（这会影响到光刻的图形精度）。可在涂胶过程中加入去边及背喷工艺衬底掩膜光顶视图侧视图光表面反射对图形的影响(反射切口效应)前烘前烘:目的是蒸发掉胶中的有机溶剂成分，使晶圆表面的胶固化。这个过程中胶中的溶剂基本被蒸发掉，因而通常情况下胶的厚度会变薄（大约减少25%）•表面处理•涂胶•前烘•对准和曝光•显影•图形检查•坚膜烘箱：90度30分钟前烘可在热板或烘箱中进行。每一种胶都有其特定的前烘温度和时间,更厚的胶可能需要更长的时间热板：95度1分钟•烘烤过度:减小光刻胶中感光成分的活性•前烘不足:光刻胶中的溶剂不能完全被蒸发掉，这将阻碍光对胶的作用并且影响到其在显影液中的溶解度（如下图）•肌肤效应对准和曝光曝光工具:•接触式光刻机•接近式光刻机•步进重复式曝光系统•扫描式曝光系统•表面处理•涂胶•前烘•对准和曝光•显影•图形检查•坚膜SUSSMA6及国产光刻机是设计用于实验室扩展研发、小批量生产或者试制生产环境下的高分辨率光刻系统。该机器提供了最好的基片适应性，可夹持不同厚度不规则形状、可变厚度的晶片。同时标准尺寸基片最大直径为150mm或可达6″×6″。国产光刻机SUSSMA6光刻机分辨率：0.7㎛套刻精度：±0.5㎛曝光面积：150*150mm分辨率：0.7㎛套刻精度：±1㎛NIKON分步投影光刻系统（NSR-1755i7B）控制柜分辨率：0.5㎛；线宽的均匀性：MAX-MIN≤0.09㎛；最大曝光场：17.5*17.5（mm）；曝光均匀性：2.0%；套刻精度：LSA：lXl+3σ≤0.12㎛；FIA：lXl+3σ≤0.14㎛；产能：30-60wafer/h曝光光源NameWavelength(nm)ApplicationfeatureSize(µm)MercuryLampG-line4360.50H-line405I-line3650.35ExcimerLaserXeF351XeCl308KrF(DUV)2480.13ArF1930.13FluorineLaserF21570.1国产光刻机光谱SUSS光刻机光谱接触式光刻机的晶片的对准方式：XθZY光刻版上的标记基片上的标记国产光刻机载片系统SUSSMA6载片系统光刻版•作为标准的计量坐标系•版台•硅片台坐标系•版自身•硅片自身坐标系其中前面三个属于机器对准机构，后两个是要进行对准的对象对位其实也就是定位步进投影光刻机的对位系统它实际上不是用圆片上的图形与掩膜版上的图形直接对准来对位的，而是彼此独立的。它的对位原理是，在曝光台上有一基准标记，可以把它看作是定位用坐标系的原点，所有其它的位置都相对该点来确定的。分别将掩膜版和圆片与该基准标记对准就可确定它们的位置。在确定了两者的位置后，掩膜版上的图形转移到圆片上就是对准的。42042644204264LSA是LaserStepAlignment的缩写，它是一个暗场下的衍射光或散射光的侦测系统。FIA是FieldImageAlignment的缩写,采用了宽频非相干的光源照明、明场成像。LSA标记FIA标记相当与设备的眼睛后烘（Post-exposureback）光线照射到光刻胶与晶圆的界面上会产生部分反射。反射光与入射光会叠加形成驻波。后烘会部分消除这种效应显影•表面处理•涂胶•前烘•对准和曝光•显影•图形检查•坚膜用化学显影液将曝光造成的光刻胶的可溶解区域溶解就是光刻胶的显影，其主要目的就是把掩膜版的图形准确复制到光刻胶中。常见的显影液有NaOH(Shipley351),KOH(Shipley606),TMAH(ShipleyCD-26,MF-321,OCG945)等。需要注意的是：所有的这些显影液都会刻蚀铝实验室现有显影机台：SUSS显影机手动显影操作台TRACK坚膜好处：•能够改善光刻胶的抗刻蚀、注入能力。•改善光刻胶与晶圆表面的黏附性，有利于后续湿法腐蚀工艺。•改善光刻胶中存在的针孔。SubstrateSubstratePRPRPRPinholeFillbyThermalFlow坚膜就是通过加温烘烤使胶膜更牢固地黏附在晶圆表面，并可以增加胶层的抗刻蚀能力，坚膜并不是一道必需的工艺。•表面处理•涂胶•前烘•对准和曝光•显影•图形检查•坚膜弊端：•可能导致光刻胶流动，使图形精度减低。•通常会增加将来去胶的难度。图形转移加工后，光刻胶已完成它的使命，需要清除掉。去胶有湿法与干法两种。湿法：是用各种酸碱类溶液或有机溶剂将胶层腐蚀掉，最普通的腐蚀溶剂是丙酮，它可以溶解绝大多数光刻胶。干法：用氧气等离子体刻蚀去胶（强氧化去胶）注意：不能用于带有Ag、Cu、ZrO、parylene和聚酰亚胺的基片去胶(Stripping)涂胶：3000rad/min40秒（10微米）软烘：90-100度90-120秒曝光：宽带光源30-40秒显影：AZ400K：水=1：3浸泡60-120秒涂胶：目标30微米以上1200转/分45秒，在热板上90--100度3分钟再涂胶：1200转/分前烘：热板上90--100度3分钟曝光：宽带光源70-80秒显影：AZ400K：水=1：3浸泡60-120秒AZ4620PR实验室现有光刻胶及其工艺作为正性胶使用涂胶：旋涂4000rad/min30秒前烘：90-100度60秒曝光：宽带光源7-10秒显影：标准2.38%TMAH浸泡40-60秒坚膜：110度60秒作为负性胶使用涂胶：旋涂4000rad/min30秒前烘：90-100度60秒曝光：宽带光源4-10秒前烘:110-120度60-120秒泛曝光：宽带光源40-60秒显影：标准2.38%TMAH浸泡40-60秒坚膜：110度60秒5214反转后的剖面图AZ5214实验室现有光刻胶及其工艺涂胶：LOR目标厚度1微米4000rad/min30秒前烘：150-180度60-100秒涂胶：AZ5214标厚度1.5微米4000rad/min30秒前烘：90-10060秒曝光：宽带光源7-10秒显影：标准2.38%TMAH浸泡40-80秒坚膜：110度60秒LOR+AZ5214双层胶工艺LOR+5214双层胶剖面图实验室现有光刻胶及其工艺Reference•HandbookofMicrolithographymicromachiningandMicrofabrication.volume1P.rai-Choudhury,Editor•PrinciplesofLithography.EditedbyHarryJ.Levinson••photolithography.Dr.ChuanH.Liu•SemiconductorConsultingServices1999301X、Y-箭头键302FAST快速键303SEP分隔离键304ALIGNCONT/EXP对准接触/曝光键305ALIGNMENTCHECK对准检测查键306F1键307LOAD载片键308UNLOAD卸片键309CHANGEMASK更换掩模板键310SELECTPROGRAM选择程序键311EDITPRORAMETER编辑参数键312EDITPROGRAM编辑程序键313ENTER进入确认键314SETREFERENCE设置基准键315SCAN扫描键316EXPOSURE曝光键317MultipleExposure多重曝光键318LAMPTEST灯测试键319PRE-BOND预键合键320PERFORMCLAMPING执行吸附夹紧执行键321OPTION选项键322BSA显微镜键323左方向物镜键324双双向物镜键325右方向物镜键326顶部/底部键327图象图像抓取键SUSSMA6功能键图解1压力2基片3照度照明4真空201电气装置电气部分电源开关202压缩空气压力计压力表203氮气压力表计204真空气压计气压表205真空腔体气压计气压表（包括调压器）206真空密封计气压表（包括调压器）207WEC-压力气压计气压表（包括调压器）208LCD-显示屏209接触指示灯210照度照明开关211BSA/IR显微镜照度照明212TSA显微镜照照明度213BSA放大开关214象场分场取景器分离视场开关215顶部基片左/右216底部基片左/右1参数调整•选择对准显微镜关闭BSAMICROSCOPE键（LED灭）•选择曝光模式：SELECTPROGRAM键。按SELECTPROGRAM键。在菜单中打开曝光程序，并再按SELECTPROGRAM键确认选择软接触。•参数编辑：EDITPARAMETER键按EDITPARAMETER键编辑参数：曝光时间、对准间隙和WEC类型。更改所有必要的数值，再按EDITPARAMETER键进行确认。2装载掩模板•启动掩模装载程序：CHANGEMASK键首先取出掩模卡盘，180度反转后放在左边的托盘上。如果掩模已经装载，按ENTER键触发关闭掩模真空，收缩掩模的机械压板，取下掩模板。•装载掩模和固定：ENTER键背向放置掩模到掩模夹具上，靠紧止钉。通过按ENTER键触发掩模真空开启。通过按板簧激活掩模机械压板。•将掩模夹具滑进机器且夹紧：CHANGEMASK键将掩模夹具