光刻胶显影和先进的光刻工艺

第1５章光刻胶显影和先进的光刻工艺完成硅片对准和曝光光刻胶显影其他先进的光刻工艺光刻胶显影通过显影液将可溶解的光刻胶溶解掉就是光刻胶显影．（光刻的8个基本步骤）1∶气相成底膜2∶旋转涂胶3∶软烘4∶对准和曝光5∶曝光后烘焙6∶显影7∶坚膜烘焙8∶显影检查光刻系统的环境黄色光源(普通的萤光灯含有紫外线的成分)光刻系统的工作环境5∶曝光后烘焙•曝光后烘焙是光刻工艺中重要的一步，短时间的后烘焙可以促进光刻胶的关键化学反应，提高光刻胶的粘附性并减少驻波．•后烘的温度均匀性和持续时间是影响光刻胶质量的两个重要因素．后烘的典型温度在90ºC~130ºC之间，时间为1分~2分之间(厂商有详细说明)．•温度均匀性∶后烘引起的关键尺寸变化的典型值是5nm/ºC、为减小关键尺寸值的不稳定性、热板的温度通常为130±0.1ºC•后烘延迟∶对于较早期的光刻胶，如果后烘时间延迟几分钟，光刻胶的顶层会和空气中的胺发生反应，变硬产生一层不溶解的阻挡层，从而导致光刻胶显影后形成”T”型。•(现在的深紫外线光刻胶可以延迟30分钟前后)曝光后烘焙后烘延迟(时间过长)、显影时会出现光生酸和空气中的胺发生中和反应，长生不溶解的薄层曝光后烘焙减轻驻波影响曝光后烘焙，引起PAC(一种强力的溶解抑制剂)感光剂在光刻胶中扩散，从而对驻波的边界产生了均匀的效果6∶显影用显影液显影，如果不能正确的控制显影工艺,光刻胶图形就会出现问题用化学显影液溶解由曝光造成的光刻胶的可溶解区域显影方法一(连续喷雾显影)每分钟100~500转喷雾方式和旋转速度是决定显影质量的关键因素显影方法二(旋覆浸没显影)第一次喷涂显影液停留时间大约20~30秒，去除，然后在喷涂，再去除。然后用去离子水清洗硅片，最后甩干。注意：显影液的流动性必须很低，以减小硅片边缘显影速率的变化。光刻胶显影参数•显影液∶是一种用水稀释的强碱溶液(四甲基氢化胺)。•显影温度∶一般在15ºC~25ºC之间，一但温度确定后误差必须控制在±1ºC以内.因为温度对光刻胶的溶解率有直接影响。•显影时间∶在除去显影液之前，显影液一直和光刻胶反应，由此可能造成光刻胶的过腐蚀（过显影），导致图形变形．•显影液量∶不充分的显影液会导致显影不足或不完全显影.•当量浓度∶当量浓度代表了显影液的化学组成成分，决定了显影液的酸碱浓度．当量浓度对光刻胶的溶解率由直接的影响．•清洗∶去离子水清洗，停止显影工艺，去除剩余的显影液•系统排风∶排风速度过低，会使系统中残留的雾状显影液落回到硅片表面，和光刻胶发生反应。显影设备•是一款涂胶/显影轨道系统，主要用于全程光刻应用。可在同样的工艺平台上支持八个显影模块，其显影和清洗工艺能力很高。7∶坚膜烘焙显影后的热烘焙，蒸发掉剩余的溶剂使光刻胶变硬，同时提高光刻胶对硅衬底的粘附性、提高光刻胶抗刻蚀的能力．通常正胶的温度为130ºC，负胶的温度为150ºC温度过高烘焙可以精确控制温度的、无尘烤箱8∶显影检查极少数可以反工的操作8∶显影检查显影质量质量参数缺陷类型备注1关键尺寸关键尺寸偏大◎曝光机聚焦不正确◎曝光不足◎显影时间不足或显影浓度太低关键尺寸偏小◎曝光时间过长或能量过多◎显影时间过长或显影液过强2沾污颗粒或光刻胶表面外来沾污◎设备需要洗净（特别是轨道）◎硅片清洗不净◎显影液需要过滤3表面缺陷光刻胶表面划伤◎硅片传送片盒与自动传送系统◎需要重新微调微粒、沾污、瑕疵◎腔体排风、喷涂压力、硅片水平、旋转速度等胶过多、过少、残渣◎不正确的旋转浸没时间◎不正确的显影液量和位置◎显影后不正确的冲洗过程◎不正确或不均匀的烘焙光刻胶图形的侧墙条痕◎抗反射涂层不正确光刻胶检测系统可以检测光刻胶的厚度、刻蚀深度等、精度可以达到0.1微米先进的(非光学)光刻工艺极紫外光刻工艺电子束光刻工艺X射线光刻工艺离子束投影光刻工艺极紫外光刻技术产生13.5nm的紫外波长极紫外光刻技术•这项技术可以用在45nm工艺器件上，在2010年投入生产，2013年投产的32nm工艺器件预计也将使用本技术。•13.5nm紫外线接近于x线（或属于x线），对物质的透过能力很小，所以，透镜光学缩小投影技术不能用，所以，整个光学系统都采用了反射缩小光学系统。•这项技术的研制费用极其庞大，在美国和欧洲是国家预算，2005年，进入第一台样机产品的评价。•2006-2007年开始对几台样机生产的LSI进行评价。极紫外光刻技术•极紫外线光刻技术用掩膜版导电膜石英基板多层膜40～50层Mo/Si吸收层~100nm~300nm6.3mmEUV光吸收区域EUV光反射区域6度保护层保护层：刻蚀时和图形修正时对多层膜具有保护作用最外层Mo：3nmSi:4nm电子束等倍描写工艺掩膜版镜头加速器电子束硅片电子束光刻工艺可以描绘更加微小的图形、描画速度慢电子在光刻胶和硅中的入射轨迹、它决定了分辨率的高低.在电子闪射过程中、伴随着能量的损失、能量的累积效果同时产生加速电压10kV加速电压20kV光刻胶电子束光刻工艺•能量积累和入射距离的关系10121010108106024681012从入射表面算起的距离堆积的电子能量ev/µm210kv30kv50kv电子束光刻工艺电子束光刻使邻近图形曝光时的邻近效应，已开发出多种算法修正每个像素的曝光时间．孤立图形时密集多图形时图形的大小和位置与曝光量电子束描画方式扫描方式扫描方式可变形电子束工艺部分图形一次性照射工艺有利于提高产量可变形电子束工艺可以改变线条的长度和宽度可变形工艺的例子范围从0.15~2.0微米电子束工艺最大的课题是、曝光时间过长、随着图形的复杂化、曝光次数过多。X射线光刻工艺使用脉冲10ns宽，20~25焦耳的能量脉冲的钕玻璃激光，照射金属薄膜，使薄膜蒸发，超热的金属蒸汽辐射X射线．此X射线的波长为8~100埃．用此X射线对掩膜曝光X射线光刻工艺•对于X射线来说，构建任何类型的镜片都是困难的，随着波长的减小,这个困难将会更大．所以实验性的X线曝光机都是1:1的接近式步进机．•在硅片和X射线出口之间存在充满氦气或高真空的空间，避免X射线在空气中的吸收．X射线光刻工艺X线掩膜版X射线源玻璃支架X线吸收透光膜X线光刻设备聚光镜聚光镜X线腔体纵型XY光刻机硅片X射线光刻工艺X射线光刻工艺中最困难的工艺是掩膜的制造．因为对于X射线，没有一种材料是高穿透性的支持层(2微米左右，SiN或SiC)缓冲基板(0.6~2mm，Si)支持盘板(6~7mm，玻璃).吸收体(3~1微米，Au,W等)X射线光刻工艺掩膜板微米数量级栅极的MOSFET电路图(显微镜图)世界先进技术29.9nm美国IBM公司，2006年2月20日发表了用波長193nm的远紫外线（DUV）光源，用液浸曝光方式，成功的形成了29.9nm的图形。当今世界先进技术29.9nm•美国IBM公司，2006年2月20日发表了用波長193nm的远紫外线（DUV）光源，用液浸曝光方式，成功的形成了29.9nm的图形。液浸式曝光机液浸方式曝光原理图投影光学系统载片台扫描动作ArF准分子激光缩小投影透镜硅片硅片液浸方式曝光纯水纯水～1mm液体供给液体回收液浸曝光原理普通的曝光机的分辨率R=k×λ/NA(k,λ,NA？？？)光源的波长越短，数值孔径越大，分辨率越高。这里NA=n×sinθ（其中n是光通过介质时的折射率，θ是曝光的光形成的角度）一般情况下，曝光在大气条件下进行，n=1。在液浸方式中投影镜头和硅片之间存在折射率大于1的液体时，投影光学系系统的数值孔径NA，NA=nsinθ中的n变大。同一曝光系统的θ不变，所以，最小分辨率变成原来的1/n。光刻工艺思考题•有时为了为了尽量利用光的强度、可能会使光源和硅片的距离尽量近一些。可是、光源过近可能会产生意想不到的问题、问可能会产生什么问题?光源到掩膜的距离光源的大小掩膜硅片