复旦大学微电子工艺VLSI-05第五讲__光刻(下)

INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)1集成电路工艺原理仇志军[e-mail]邯郸校区物理楼435室INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)2上节课主要内容基于衍射理论的光刻原理投影式（远场衍射）：分辨率、焦深、MTF、不相干度SNAkR1gWmin接触/接近式（近场衍射）:最小尺寸光刻胶：正胶/负胶光刻胶的组成i线/g线（PAC）DUV（PAG）掩模版制作光刻机工作模式：接触式，接近式，投影式（扫描式，步进式，步进扫描式）22)(NAkDOFINFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)3大纲第一章前言第二章晶体生长第三章实验室净化及硅片清洗第四章光刻第五章热氧化第六章热扩散第七章离子注入第八章薄膜淀积第九章刻蚀第十章后端工艺与集成第十一章未来趋势与挑战INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)4光刻步骤简述前烘对准及曝光坚膜曝光后烘INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)5光刻步骤详述硅片增粘处理高温烘培增粘剂处理：六甲基二硅胺烷（HDMS）匀胶机涂胶：3000～6000rpm，0.5~1mm前烘：10～30min，90～100C热板去除光刻胶中的溶剂，改善胶与衬底的粘附性，增加抗蚀性，防止显影时浮胶和钻蚀。INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)6硅片对准，曝光每个视场对准曝光强度150mJ/cm2曝光后烘烤（PEB）：10min，100C显影：30～60s浸泡显影或喷雾显影干法显影AlignmentmarkPreviouspatternINFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)7坚膜：10～30min，100～140C去除残余溶剂、显影时胶膜所吸收的显影液和残留水分，改善光刻胶的粘附性和抗蚀能力显影检查：缺陷、玷污、关键尺寸、对准精度等，不合格则去胶返工。INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)8Stepper&ScanSystemCanonFPA-4000ES1:248nm,8”wafer×80/hr,fieldview:25mm×33mm,alignment:70nm,NA:0.63,OAI透镜成本下降、性能提升视场大尺寸控制更好变形小INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)9图形转移——刻蚀INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)10图形转移——剥离（lift-off）INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)11去胶溶剂去胶（strip）：Piranha(H2SO4:H2O2)。正胶：丙酮氧化去胶450CO2+胶CO2+H2O等离子去胶（Oxygenplasmaashing）高频电场O2电离O－＋O＋O＋活性基与胶反应CO2，CO，H2O。干法去胶（Ash)INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)12光源NGL:X射线(5Å)，电子束(0.62Å)，离子束(0.12Å)光源波长(nm)术语技术节点汞灯436g线0.5mm汞灯365i线0.5/0.35mmKrF(激光)248DUV0.25/0.13mmArF(激光)193193DUV90/65…32nmF2(激光)157VUVCaF2lenses激光激发Xe等离子体13.5EUVReflectivemirrorsNAkR11、Usinglightsourcewithshorter提高分辨率的方法INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)13248nm157nm13.5nm193nmINFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)142、Reducingresolutionfactork1PhaseShiftMaskPatterndependent•k1canbereducedbyupto40%NAkR1NormalMask*EEI1.相移掩模技术PSM(phaseshiftmask)附加材料造成光学路迳差异，达到反相INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)15AlternatingPSMAttenuatedPSM……相移技术提高图形分辨率选择性腐蚀石英基板造成光学路迳差异，达到反相i~e2)1/(5.0ndINFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)162.光学光刻分辨率增强技术(RET)光学临近修正OPC(opticalproximitycorrection)在光刻版上进行图形修正，来补偿衍射带来的光刻图形变形INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)17OPC实例INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)183、离轴照明技术OAI(off-axisillumination)可以减小对分辨率的限制、增加成像的焦深且提高了MTFINFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)19Maskdesignandresistprocess[nm]k14360.83650.62480.3-0.41930.3-0.4NAkR1Resistchemistry436,365nm:Photo-Active-Component(PAC)248,193nm:Photo-Acid-Generator(PAG)Contrast436,365nm:=2-3,(Qf/Q02.5)248,193nm:=5-10(Qf/Q01.3)4、光刻胶对比度改进INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)20Lensfabrication[nm]NA4360.15-0.453650.35-0.602480.35-0.821930.60-0.93NAkR1StateoftheArt:=193nm,k1=0.3,NA=0.93R60nm=1.36R40nmNumericalAperture:NA=nsinaImmersionLithography36.144.12NAnOHanH2O5、增加数值孔径INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)21INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)22INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)23EUVINFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)24MinimumfeaturesizeProduction20032005200720092011TechnologyNode90nm65nm45nm32nm22nmHalfpitch[nm]110105~80~55~39LG[nm]6042~30~21~16193nm193nmimmersion•193nmimmersionwithhighern?pitchLGP.Bai,et.al.,IEDM2005INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)25EUV（Extremeultraviolet)INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)26反射式掩模版INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)27NGL（nextgenerationlithography—E-Beam直写）PMMA光刻胶制作掩模版INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)28电子束光刻问题：1）速度慢！INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)29电子束光刻问题：2）电子散射及二次电子：线条宽束斑真空下工作焦深大直写，无掩膜版INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)30电子束源：热电子发射场发射光发射电子束发射后,被准直或聚焦，然后加速到20kV束斑直径≈100Å和离子注入类似INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)31其它可能的下一代光刻技术纳米压印（Nanoimprint）基于材料和工艺革新的“侧墙转移”技术（Sidewall/Spacertransferlithography）X射线光刻技术（XRL）离子束光刻技术（IBL）无掩模光刻——电子束（ShapedBeam/Multi-Column/Multi-Beams）无光源INFO130024.01集成电路工艺原理第四章光刻原理(下)32光刻总结理论分辨率：NAkR1短波长光源大NA：透镜系统、浸润小k1：RET及工艺和光刻胶改进实际分辨率：光刻胶、曝光系统、光源PSMOPCOAI焦深:22)(NAkDOF