光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件

1、光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 集成電路工藝之光刻 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻 l1、基本描述和過(guò)程 l2、光刻膠 l3、光刻機(jī) l4、光刻工藝 l5、新技術(shù)簡(jiǎn)介 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻基本介紹 l在硅片表面勻膠，然后將掩模版上的圖形轉(zhuǎn)移光刻 膠上的過(guò)程 l將器件或電路結(jié)構(gòu)臨時(shí)“復(fù)制”到硅片上的過(guò)程。 l光刻在整個(gè)硅片加工成本中幾乎占三分之一。 l光刻占40%到50%的流片時(shí)間。 l決定最小特征尺寸。 IC制程中最重要的模塊,是集成電路中關(guān)鍵的工藝技術(shù)最 早的構(gòu)想來(lái)源于印刷技術(shù)中的照相制版。光刻技術(shù)最早于 1958年開(kāi)始應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了平面晶體管的制作。 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻的一般要求 l圖形的

2、分辨率高 l光刻膠敏感度高 l層間對(duì)準(zhǔn)精密高 l缺陷密度低 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻膠 l開(kāi)始于印刷電路 l1950年起應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè) l是圖形工藝的關(guān)鍵 l有正膠和負(fù)膠兩種 l光敏材料 l均勻涂布在硅片表面 l用曝光的方法轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)圖形到光刻膠上 l類似于光敏材料涂布在照相用的底片上 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻膠的成分 l聚合物 l溶劑 l感光劑 l添加劑 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 聚合物 l固體有機(jī)材料（膠膜的主體） l轉(zhuǎn)移圖形到硅片上 lUV曝光后發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，溶解性質(zhì)發(fā) 生改變. 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 溶劑溶劑 l溶解聚合物 l經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)涂布可得到薄光刻膠膜. 感光劑感光劑 l控制和或改

3、變光化學(xué)反應(yīng) l決定曝光時(shí)間和強(qiáng)度 添加劑添加劑 l為達(dá)到不同的工藝結(jié)果而添加多種不同的化 學(xué)物質(zhì)，如添加染色劑以減少反射。 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻膠的要求 l高分辨率 光刻膠越薄，分辨率越高 光刻膠越薄，抗刻蝕和離子注入能力越低 l高抗刻蝕性（要求厚膜） l好的黏附性 l注入屏蔽能力強(qiáng)和針孔少（要求厚膜） l寬工藝窗口 能適應(yīng)工藝的變更 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻膠的種類 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻機(jī) lIC制造中最關(guān)鍵的步驟 lIC 晶圓中最昂貴的設(shè)備 l最有挑戰(zhàn)性的技術(shù) l決定最小特征尺寸 接觸式光刻機(jī) 接近式光刻機(jī) 投影式光刻機(jī) 步進(jìn)式光刻機(jī) 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)

4、課件 接觸式光刻機(jī) l設(shè)備簡(jiǎn)單 l70年代中期前使 用 l分辨率:有微米 級(jí)的能力 l掩膜版和硅片直 接接觸,掩膜版 壽命短 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 接觸式光刻機(jī)接觸式光刻機(jī) 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 接近式光刻機(jī) l距硅片表面 10微米 l無(wú)直接接觸 l更長(zhǎng)的掩膜 壽命 l分辨率:3m 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 接近式光刻機(jī) 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 投影光刻機(jī)（掃描型） 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 步進(jìn)光刻機(jī) l先進(jìn)的IC 中最流行的光刻設(shè)備 l高分辨率 l0.25微米或以下 l非常昂貴 l掩膜圖形尺寸5X：10X能夠得到更好的分 辨率，但是，它的曝光時(shí)間是5X的四倍。 曝光時(shí)間和分辨率

5、折中的結(jié)果。 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻的基本步驟 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 硅片清洗 l去除沾污 l去除微粒 l減少針孔和其他缺陷 l提高光刻膠黏附性 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 硅片清洗工藝 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻工藝前烘 l去水烘干 l去除硅片表面的水份 l提高光刻膠與表面的黏附性 l通常在100C l與前處理同時(shí)進(jìn)行 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻工藝前處理 l防止顯影時(shí)光刻膠脫離硅片表面 l通常和前烘一起進(jìn)行 l勻膠前硅片要冷卻 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 硅片冷卻 l勻膠前硅片需冷卻 l硅片在冷卻平板上冷卻 l溫度會(huì)影響光刻膠的黏度 影響光刻膠的厚度 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 勻

6、膠 l硅片吸附在真空卡盤上 l液態(tài)的光刻膠滴在硅片的中心 l卡盤旋轉(zhuǎn)，離心力的作用下光刻膠擴(kuò)散開(kāi) l高速旋轉(zhuǎn)，光刻膠均勻地覆蓋硅片表面 l先低速旋轉(zhuǎn)500 rpm l再上升到3000-7000 rpm 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 l硅片自動(dòng)輸送軌道系統(tǒng)；真空卡盤吸住硅片；膠 盤 l排氣系統(tǒng)；可控旋轉(zhuǎn)馬達(dá)；給膠管和給膠泵 l邊緣清洗（去邊） 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 去邊(EBR) l光刻膠擴(kuò)散到硅片的邊緣和背面 l在機(jī)械搬送過(guò)程中光刻膠可能回剝落成為 微粒 l正面和背面去邊EBR l正面光學(xué)去邊EBR 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 勻膠后烘 l使光刻膠中的大部分溶劑蒸

7、發(fā)。 l溶劑幫助得到薄的光刻膠膜但是吸收光且 影響?zhàn)じ叫?l曝光后烘時(shí)間和溫度取決于工藝條件 l過(guò)烘:聚合,光敏性降低 l后烘不足:影響?zhàn)じ叫院推毓?光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 硅片冷卻 l需要冷卻到環(huán)境溫度 l硅片在冷卻板上冷卻 l硅的熱膨脹率:2.510-6/C l對(duì)于8英寸硅片,改變1C引起0.5微米的直 徑差 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 對(duì)準(zhǔn)和曝光 接觸式曝光：接觸式曝光：分辨率較高，但是容易造成掩膜版和光刻 膠膜的損傷。 接近式曝光：接近式曝光：在硅片和掩膜版之間有一個(gè)很小的間隙 (1025m)，可以大大減小掩膜版的損傷，分辨率較低 投影式曝光：投影式曝光：利用透鏡或反射鏡

8、將掩膜版上的圖形投影 到襯底上，優(yōu)點(diǎn)：掩模版與晶片不接觸，掩模不受損傷； 對(duì)準(zhǔn)是觀察掩模平面上的反射圖像，不存在景深問(wèn)題；掩 模版上的圖形是通過(guò)光學(xué)技影的方法縮小，并聚焦于感光 膠膜上，掩模版上可以有比實(shí)際尺寸大得多的圖像(通常 掩模圖形的尺寸是實(shí)際尺寸的110倍)，提高了對(duì)準(zhǔn)精度， 避免了微細(xì)圖形制作的困難，也減弱了灰塵微粒的影響。 缺點(diǎn)：投影系統(tǒng)光路復(fù)雜,對(duì)物鏡成像能力要求高。 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 曝光后烘 l玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg l烘烤溫度大于Tg l光刻膠分子熱遷移 l過(guò)曝光和曝光不足的光刻膠分子重排 l平衡駐波效應(yīng), l平滑光刻膠側(cè)壁提高分辨率 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 硅片冷卻 lPEB

9、后，顯影前，硅片放置在冷卻板上冷 卻至環(huán)境溫度 l高溫會(huì)加速化學(xué)反應(yīng)引起過(guò)顯影 l光刻膠CD變小 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 顯影 l顯影液溶解部分光刻膠 l正膠顯影液通常使用弱堿性的溶劑 l最常用的是四甲基氫銨 l將掩膜上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上 l三個(gè)基本步驟:顯影清洗干燥 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 顯影后烘 l使光刻膠中的溶劑蒸發(fā) l提高抗刻蝕和抗離子注入性 l提高光刻膠和硅片表面的黏附性 l聚合化并穩(wěn)定光刻膠 l光刻膠流動(dòng)填平針孔 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 圖形檢查 l不合格的硅片將被去除光刻膠返工 光刻膠的圖形是臨

10、時(shí)性的 刻蝕和注入后的圖形是永久的. l光刻是可以返工的 l刻蝕和注入后不能返工 l光學(xué)顯微鏡 l掃描電子顯微鏡(SEM) 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 檢查 l對(duì)準(zhǔn)精度 放大,縮小,掩膜旋轉(zhuǎn),硅片旋轉(zhuǎn), X方向漂移,Y方向漂移 l關(guān)鍵尺寸(CD) l表面缺陷如，刮痕，針孔，污點(diǎn)，污染物 等 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 檢查 l如果硅片檢查合格，將會(huì)流出光刻模塊， 進(jìn)入下一道工藝 l刻蝕或離子注入 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 目前新技術(shù) l相移掩膜 l浸沒(méi)式光刻 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 浸沒(méi)式光刻 l是目前領(lǐng)域最有趣的問(wèn)題 l非常有前景 l193 nm浸沒(méi)式光刻技術(shù)已在2

11、006年投入使 用 l利用水提高分辨率 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 浸沒(méi)式實(shí)現(xiàn)方法 l噴淋vs浸泡 l主要的光刻機(jī)生產(chǎn)商的主要研發(fā)方向都是 噴淋系統(tǒng) l在透鏡和硅片之間有水 l大約1 mm的間距 l大約100 mm的直徑 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 l此外，目前正在研究的還有X-ray光刻、電 子束光刻（EBL）、離子束（IBL）光刻。 光刻過(guò)程圖片解說(shuō)課件 安全 化學(xué)制品安全 l濕法清洗 硫酸(H2SO4）:強(qiáng)腐蝕性 雙氧水(H2O2):強(qiáng)氧化劑 l二甲苯(負(fù)膠溶劑和顯影液):易 燃易爆 lHMDS(前處理):易燃易爆 lTMAH（正膠顯影溶劑):有毒， 有腐蝕性 l汞(Hg,UV lamp)蒸氣 高毒性; l氯(Cl2,受激準(zhǔn)分子激光器) 有毒，有腐蝕性 l氟(F2,受激準(zhǔn)分子激光器) 有毒，有腐蝕性 機(jī)械安全 l活動(dòng)部件 l熱表面 l高壓燈 電安全 l高壓供電源 l掉電 l地面靜電荷 l標(biāo)注清晰和鎖緊 放射性安全 lUV光可破壞化學(xué)鍵 l有機(jī)分子有長(zhǎng)化學(xué)鍵結(jié)構(gòu) l更易因UV引起損傷 lUV光通常用于消毒殺菌 l如果直視