光刻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用課件

光刻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用光刻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用1光刻技術(shù)的發(fā)展史在微電子制造技術(shù)中，最為關(guān)鍵的是用于電路圖形生產(chǎn)和復(fù)制的光刻技術(shù)，光刻技術(shù)的研究與開發(fā)，在每一代集成電路技術(shù)的更新中都扮演著技術(shù)先導(dǎo)的角色。目前國際微電子領(lǐng)域最引人關(guān)注的熱點，就是即將到來的光刻技術(shù)變革，這一變革將對整個微電子制造技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。光刻技術(shù)的發(fā)展史在微電子制造技術(shù)中，最為關(guān)鍵的是用于電路圖形2光刻技術(shù)的發(fā)展史光刻技術(shù)是利用光學(xué)復(fù)制的方法把超小圖樣刻印到半導(dǎo)體薄片上來制作復(fù)雜電路的技術(shù)。光刻技術(shù)是微制造領(lǐng)域最為成功的技術(shù)。自從它在1959年被發(fā)明以來，就成為半導(dǎo)體工業(yè)最有用的工具。迄今為止，基本上所有的集成電路都是通過它制造的。光刻技術(shù)的發(fā)展史光刻技術(shù)是利用光學(xué)復(fù)制的方法把超小圖樣刻印到3光刻的原理與評價指標光刻的原理與印相片相同，涂在硅片上的光刻膠相當于相紙，掩模相當于底片。用特定波長的光照射光刻膠，光刻膠有感光性和抗蝕性即正負性兩種類型。正膠曝光部分在顯影液中被溶解，沒有曝光的膠層留下；負膠的曝光部分在顯影液中不溶解，而沒有曝光的膠層卻被溶解掉。經(jīng)過顯影，則顯出光刻圖形。光學(xué)光刻是由投影光學(xué)系統(tǒng)和掩模版相結(jié)合來產(chǎn)生光刻圖形的。曝光方式普遍采用分布重復(fù)投影式曝光，即將一組圖形重復(fù)上百次制作在一大片硅片上。評價光刻質(zhì)量的指標主要有分辨率（單位長度上可分辨的高反差線對數(shù)）、光刻精度（線寬尺寸控制及套刻精度）、產(chǎn)率和成品率等。影響光刻質(zhì)量的主要因素有曝光系統(tǒng)、曝光方式、光掩模、光刻膠和刻蝕方法等。光刻的原理與評價指標光刻的原理與印相片相同，涂在硅片上的光刻4光刻的基本概念

光刻處于硅片加工過程的中心，這可以通過在各制造工藝中如何從光刻工藝流進流出中證明（見下圖）。光刻常被認為是IC制造中最關(guān)鍵的步驟，需要高性能以便結(jié)合其他工藝獲得高成品率。據(jù)估計，光刻成本在整個硅片加工成本中幾乎占不到三分之一。光刻的基本概念光刻處于硅片加工過程的中心，這可以通過在各制5硅片制造工藝流程硅片制造工藝流程6轉(zhuǎn)移到硅片表面的光刻圖形的形狀完全取決于硅片層面的構(gòu)成。圖形可能是硅片上的半導(dǎo)體器件、隔離槽、接觸孔、金屬互連線以及互聯(lián)金屬層的通孔。這些圖形被轉(zhuǎn)移到光敏光刻膠材料上，為進行刻蝕或離子注入的襯底做好準備。形成的光刻膠圖形是三維的，因為光刻膠中的圖形具有長、寬、高（見下圖）。在一個硅片上可能有成百個完全相同的芯片，每一個都需要將合適的圖形轉(zhuǎn)移到管芯上。轉(zhuǎn)移到硅片表面的光刻圖形的形狀完全取決于硅片層面的構(gòu)成。圖形7光刻膠的三維圖形光刻膠的三維圖形8光刻工藝的8個基本步驟光刻工藝是一個復(fù)雜過程，它有很多影響其工藝寬容度的工藝變量。例如減小的特征尺寸、對準偏差、掩膜層數(shù)目以及硅片表面的清潔度。為方便起見，我們可以將光刻的圖形形成過程分為8個步驟（見下圖）。光刻工藝的8個基本步驟光刻工藝是一個復(fù)雜過程，它有很多影響其9光刻的8個步驟光刻的8個步驟10步驟1：氣相成底膜處理光刻的第一步是清洗、脫水和硅片表面成底膜處理。這些步驟的目的是增強硅片和光刻膠之間的粘附性。硅片清洗包括濕法清洗和去離子水沖洗以去除沾污物，大多數(shù)的硅片清洗工作在進入光刻工作間之前進行。脫水致干烘焙在一個封閉腔內(nèi)完成，以除去吸附在硅片表面的大部分水汽。硅片表面必須是清潔干燥的。脫水烘焙后硅片立即要用六甲基二硅胺烷（HMDS）進行成膜處理，它起到了粘附促進劑的作用。步驟1：氣相成底膜處理光刻的第一步是清洗、脫水和硅片表面成底11步驟2：旋轉(zhuǎn)涂膠成底膜處理后，硅片要立即采用旋轉(zhuǎn)涂膠的方法涂上液相光刻膠材料。硅片被固定在一個真空載片臺上，它是一個表面上有很多真空孔以便固定硅片的平的金屬或聚四氯乙烯盤。一定數(shù)量的液體光刻膠滴在硅片上，然后對噴旋轉(zhuǎn)得到一層均勻的光刻膠涂層見下圖。不同的光刻膠要求不同的旋轉(zhuǎn)涂膠條件，例如最初慢速旋轉(zhuǎn)（例如500rpm），接下來躍變到最大轉(zhuǎn)速3000rpm或者更高。一些光刻膠應(yīng)用的重要質(zhì)量指標是時間、速度、厚度、均勻性、顆粒沾污以及光刻膠缺陷，如針孔。步驟2：旋轉(zhuǎn)涂膠成底膜處理后，硅片要立即采用旋轉(zhuǎn)涂膠的方法涂12旋轉(zhuǎn)涂膠旋轉(zhuǎn)涂膠13步驟3：烘焙光刻膠被涂到硅片表面后必須要經(jīng)過軟烘，軟烘的目的是去除光刻膠中的溶劑。軟烘提高了粘附性，提升了硅片上光刻膠的均勻性，在刻蝕中得到了更好的線寬控制。典型的軟烘條件是在熱板上90℃到100℃烘30秒，接下來是在冷板上的降溫步驟，以得到光刻膠一致特性的硅片溫度控制。步驟3：烘焙光刻膠被涂到硅片表面后必須要經(jīng)過軟烘，軟烘的目的14步驟4：對準和曝光下一步被稱做對準和曝光。掩膜版與涂了膠的硅片上的正確位置對準。硅片表面可以是裸露的硅，但通常在其表面有一層事先確定了的圖形。一旦對準，將掩膜版和硅片曝光，把掩膜版圖形轉(zhuǎn)移到涂膠的硅片上（見圖2.5）。光能激活了光刻膠中的光敏成分。對準和曝光的重要質(zhì)量指標是線寬分辨率、套刻精度、顆粒和缺陷。步驟4：對準和曝光下一步被稱做對準和曝光。掩膜版與涂了膠的硅15對準和曝光對準和曝光16步驟5：曝光后烘焙對于深紫外（DUV）光刻膠在100℃到110℃的熱板上進行曝光后烘焙是必要的，這步烘焙應(yīng)緊隨在光刻膠曝光后。幾年前，這對于非深紫外光刻膠是一種可選擇的步驟，但現(xiàn)在即使對于傳統(tǒng)光刻膠也成了一種實際的標準。步驟5：曝光后烘焙對于深紫外（DUV）光刻膠在100℃到1117步驟6：顯影顯影是在硅片表面光刻膠中產(chǎn)生圖形的關(guān)鍵步驟。光刻膠上的可溶解區(qū)域被化學(xué)顯影劑溶解，將可見的島或者窗口圖形留在硅片表面。最通常的顯影方法是旋轉(zhuǎn)、噴霧、浸潤（見下圖），然后顯影，硅片用離子水（DI）沖洗后甩干。步驟6：顯影顯影是在硅片表面光刻膠中產(chǎn)生圖形的關(guān)鍵步驟。光刻18光刻膠顯影光刻膠顯影19步驟7：堅膜烘焙顯影后的熱烘指的就是堅膜烘焙。烘焙要求揮發(fā)掉存留的光刻膠溶劑，提高光刻膠對硅片表面的粘附性。這一步是穩(wěn)固光刻膠，對下面的刻蝕和離子注入過程非常關(guān)鍵。正膠的堅膜烘焙溫度約為120℃到140℃，這比軟烘溫度要高，但也不能太高，否則光刻膠就會流動從而破壞圖形。步驟7：堅膜烘焙顯影后的熱烘指的就是堅膜烘焙。烘焙要求揮發(fā)掉20步驟8：顯影后檢查一旦光刻膠在硅片上形成圖形，就要進行檢查以確定光刻膠圖形的質(zhì)量。這種檢查系統(tǒng)對于高集成的關(guān)鍵層幾乎都是自動完成的，檢查有兩個目的：找出光刻膠有質(zhì)量問題的硅片，描述光刻膠工藝性能以滿足規(guī)范要求。如果確定膠有缺陷，通過去膠可以把它們除去，硅片也可以返工。與任何制造工藝一樣，光刻工藝的目標是無缺陷產(chǎn)品。然而，不檢查并在膠中留下缺陷將是災(zāi)難性的問題。顯影后檢查可以發(fā)現(xiàn)錯誤并就地糾正，這是硅片制造過程中少有的可以糾正的幾步之一。一旦有缺陷的硅片被送到下一個圖形形成步驟（通常是刻蝕），就沒有糾正錯誤的機會了。如果一個硅片被錯誤刻蝕，它就有了致命的缺陷，被認為是廢品，對公司來說就沒有進一步的價值了。這就是檢查數(shù)據(jù)對于描述和提高光刻膠工藝特性如此重要的原因。步驟8：顯影后檢查一旦光刻膠在硅片上形成圖形，就要進行檢查以21光刻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用光刻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用22光刻技術(shù)的發(fā)展史在微電子制造技術(shù)中，最為關(guān)鍵的是用于電路圖形生產(chǎn)和復(fù)制的光刻技術(shù)，光刻技術(shù)的研究與開發(fā)，在每一代集成電路技術(shù)的更新中都扮演著技術(shù)先導(dǎo)的角色。目前國際微電子領(lǐng)域最引人關(guān)注的熱點，就是即將到來的光刻技術(shù)變革，這一變革將對整個微電子制造技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。光刻技術(shù)的發(fā)展史在微電子制造技術(shù)中，最為關(guān)鍵的是用于電路圖形23光刻技術(shù)的發(fā)展史光刻技術(shù)是利用光學(xué)復(fù)制的方法把超小圖樣刻印到半導(dǎo)體薄片上來制作復(fù)雜電路的技術(shù)。光刻技術(shù)是微制造領(lǐng)域最為成功的技術(shù)。自從它在1959年被發(fā)明以來，就成為半導(dǎo)體工業(yè)最有用的工具。迄今為止，基本上所有的集成電路都是通過它制造的。光刻技術(shù)的發(fā)展史光刻技術(shù)是利用光學(xué)復(fù)制的方法把超小圖樣刻印到24光刻的原理與評價指標光刻的原理與印相片相同，涂在硅片上的光刻膠相當于相紙，掩模相當于底片。用特定波長的光照射光刻膠，光刻膠有感光性和抗蝕性即正負性兩種類型。正膠曝光部分在顯影液中被溶解，沒有曝光的膠層留下；負膠的曝光部分在顯影液中不溶解，而沒有曝光的膠層卻被溶解掉。經(jīng)過顯影，則顯出光刻圖形。光學(xué)光刻是由投影光學(xué)系統(tǒng)和掩模版相結(jié)合來產(chǎn)生光刻圖形的。曝光方式普遍采用分布重復(fù)投影式曝光，即將一組圖形重復(fù)上百次制作在一大片硅片上。評價光刻質(zhì)量的指標主要有分辨率（單位長度上可分辨的高反差線對數(shù)）、光刻精度（線寬尺寸控制及套刻精度）、產(chǎn)率和成品率等。影響光刻質(zhì)量的主要因素有曝光系統(tǒng)、曝光方式、光掩模、光刻膠和刻蝕方法等。光刻的原理與評價指標光刻的原理與印相片相同，涂在硅片上的光刻25光刻的基本概念

光刻處于硅片加工過程的中心，這可以通過在各制造工藝中如何從光刻工藝流進流出中證明（見下圖）。光刻常被認為是IC制造中最關(guān)鍵的步驟，需要高性能以便結(jié)合其他工藝獲得高成品率。據(jù)估計，光刻成本在整個硅片加工成本中幾乎占不到三分之一。光刻的基本概念光刻處于硅片加工過程的中心，這可以通過在各制26硅片制造工藝流程硅片制造工藝流程27轉(zhuǎn)移到硅片表面的光刻圖形的形狀完全取決于硅片層面的構(gòu)成。圖形可能是硅片上的半導(dǎo)體器件、隔離槽、接觸孔、金屬互連線以及互聯(lián)金屬層的通孔。這些圖形被轉(zhuǎn)移到光敏光刻膠材料上，為進行刻蝕或離子注入的襯底做好準備。形成的光刻膠圖形是三維的，因為光刻膠中的圖形具有長、寬、高（見下圖）。在一個硅片上可能有成百個完全相同的芯片，每一個都需要將合適的圖形轉(zhuǎn)移到管芯上。轉(zhuǎn)移到硅片表面的光刻圖形的形狀完全取決于硅片層面的構(gòu)成。圖形28光刻膠的三維圖形光刻膠的三維圖形29光刻工藝的8個基本步驟光刻工藝是一個復(fù)雜過程，它有很多影響其工藝寬容度的工藝變量。例如減小的特征尺寸、對準偏差、掩膜層數(shù)目以及硅片表面的清潔度。為方便起見，我們可以將光刻的圖形形成過程分為8個步驟（見下圖）。光刻工藝的8個基本步驟光刻工藝是一個復(fù)雜過程，它有很多影響其30光刻的8個步驟光刻的8個步驟31步驟1：氣相成底膜處理光刻的第一步是清洗、脫水和硅片表面成底膜處理。這些步驟的目的是增強硅片和光刻膠之間的粘附性。硅片清洗包括濕法清洗和去離子水沖洗以去除沾污物，大多數(shù)的硅片清洗工作在進入光刻工作間之前進行。脫水致干烘焙在一個封閉腔內(nèi)完成，以除去吸附在硅片表面的大部分水汽。硅片表面必須是清潔干燥的。脫水烘焙后硅片立即要用六甲基二硅胺烷（HMDS）進行成膜處理，它起到了粘附促進劑的作用。步驟1：氣相成底膜處理光刻的第一步是清洗、脫水和硅片表面成底32步驟2：旋轉(zhuǎn)涂膠成底膜處理后，硅片要立即采用旋轉(zhuǎn)涂膠的方法涂上液相光刻膠材料。硅片被固定在一個真空載片臺上，它是一個表面上有很多真空孔以便固定硅片的平的金屬或聚四氯乙烯盤。一定數(shù)量的液體光刻膠滴在硅片上，然后對噴旋轉(zhuǎn)得到一層均勻的光刻膠涂層見下圖。不同的光刻膠要求不同的旋轉(zhuǎn)涂膠條件，例如最初慢速旋轉(zhuǎn)（例如500rpm），接下來躍變到最大轉(zhuǎn)速3000rpm或者更高。一些光刻膠應(yīng)用的重要質(zhì)量指標是時間、速度、厚度、均勻性、顆粒沾污以及光刻膠缺陷，如針孔。步驟2：旋轉(zhuǎn)涂膠成底膜處理后，硅片要立即采用旋轉(zhuǎn)涂膠的方法涂33旋轉(zhuǎn)涂膠旋轉(zhuǎn)涂膠34步驟3：烘焙光刻膠被涂到硅片表面后必須要經(jīng)過軟烘，軟烘的目的是去除光刻膠中的溶劑。軟烘提高了粘附性，提升了硅片上光刻膠的均勻性，在刻蝕中得到了更好的線寬控制。典型的軟烘條件是在熱板上90℃到100℃烘30秒，接下來是在冷板上的降溫步驟，以得到光刻膠一致特性的硅片溫度控制。步驟3：烘焙光刻膠被涂到硅片表面后必須要經(jīng)過軟烘，軟烘的目的35步驟4：對準和曝光下一步被稱做對準和曝光。掩膜版與涂了膠的硅片上的正確位置對準。硅片表面可以是裸露的硅，但通常在其表面有一層事先確定了的圖形。一旦對準，將掩膜版和硅片曝光，把掩膜版圖形轉(zhuǎn)移到涂膠的硅片上（見圖2.5）。光能激活了光刻膠中的光敏成分。對準和曝光的重要質(zhì)量指標是線寬分辨率、套刻精度、顆粒和缺陷。步驟4：對準和曝光下一步被稱做對準和曝光。掩膜版與涂了膠的硅36對準和曝光對準和曝光37步驟5：曝光后烘焙對于深紫外（DUV）光刻膠在100℃到110℃的熱板上進行曝光后烘焙是必要的，這步烘焙應(yīng)緊隨在光刻膠曝光后。幾年前，這對于非深紫外光刻膠是一種可選擇的步驟，但現(xiàn)在即使對于傳統(tǒng)光刻膠也成了一種實際的標準。步驟5：曝光后烘焙對于深紫外（DUV）光刻膠在100℃到1138步驟6：顯影顯影是在硅片表面光刻膠中產(chǎn)生圖形的關(guān)鍵步驟。光刻膠上的可溶解區(qū)域被化學(xué)顯影劑溶解，將可見的島或者窗口圖形留在硅片表面。最通常的顯影方法是旋轉(zhuǎn)、噴霧、浸潤（見下圖），然后顯影，硅片用離子水（DI