光刻技術(shù)課件

1一、光刻材料及設(shè)備二、光刻工藝三、刻蝕工藝四、光刻質(zhì)量檢測第5章 光刻技術(shù)1一、光刻材料及設(shè)備第5章 光刻技術(shù)2光刻是一種將圖像復(fù)印同刻蝕相結(jié)合的綜合性技術(shù)。先用照像復(fù)印的方法，將光刻掩膜的圖形精確的復(fù)印到涂覆在介質(zhì)（多晶硅、氮化硅、二氧化硅、鋁等介質(zhì)薄層）表面上的光致抗蝕劑（光刻膠）上面。然后，在光致抗蝕劑的保護(hù)下對待刻材料進(jìn)行選擇性刻蝕，從而在待刻蝕材料上得到所需的圖形。集成電路的制造過程中需要經(jīng)過許多次的光刻，所以，光刻環(huán)節(jié)的質(zhì)量是影響集成電路性能、成品率以及可靠性的關(guān)鍵因素之一。2光刻是一種將圖像復(fù)印同刻蝕相結(jié)合的綜合性技術(shù)。3光刻膠光刻膠（PR）也叫光致抗蝕劑，受到光照后其特性會發(fā)生改變?？捎脕韺⒀谀ぐ嫔系膱D形轉(zhuǎn)移到基片上，也可作為后序工藝時的保護(hù)膜。光刻膠有正膠和負(fù)膠之分，正膠經(jīng)過曝光后，受到光照的部分會變得容易溶解，經(jīng)過顯影處理之后被溶解，只留下光未照射的部分形成圖形；而負(fù)膠和正膠恰恰相反。3光刻膠41.光刻膠組成（1）感光劑，感光劑是光刻膠的核心部分，曝光時間、光源所發(fā)射光線的強(qiáng)度都根據(jù)感光劑的特性選擇決定的；（2）增感劑，感光劑的感光速度都較慢，生產(chǎn)上效率太低，因此向光刻膠中添加了提高感光速度的增感劑；（3）聚合樹脂，聚合樹脂用來將其它材料聚合在一起的粘合劑，光刻膠的粘附性、膠膜厚度等都是樹脂給的；（4）溶劑，感光劑和增感劑都是固態(tài)物質(zhì)，為了方便均勻的涂覆，要將它們加入溶劑進(jìn)行溶解，形成液態(tài)物質(zhì)。41.光刻膠組成52.光刻膠的物理特性（1）分辨率，是指光刻膠可再現(xiàn)圖形的最小尺寸；（2）對比度，是指光刻膠對光照區(qū)與非光照區(qū)間的過渡；（3）靈敏度，是光刻膠要形成良好的圖形所需入射光的最低能量；（4）粘滯性，與時間有關(guān)，光刻膠中的溶劑揮發(fā)會使粘滯性增加；（5）粘附性，粘附性是指光刻膠與基片之間的粘著強(qiáng)度；（6）抗蝕性，化學(xué)穩(wěn)定性一定要很高，能抵抗各種腐蝕。52.光刻膠的物理特性6光刻掩膜版

掩膜版質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響光刻圖形的質(zhì)量。在IC制造中需要經(jīng)過多次光刻，每次光刻都需要一塊掩膜版，每塊掩膜版都會影響光刻質(zhì)量，光刻次數(shù)越多，成品率就越低。所以，要有高的成品率，就必須制作出品質(zhì)優(yōu)良的掩膜版，而且一套掩膜版中的各快掩膜版之間要能夠相互精確的套準(zhǔn)。671.掩膜版的制備流程掩膜版有鉻版(chrome)、超微粒干版、氧化鐵版等，主要為基板和不透光材料。以下是基本的制造流程：（1）制備空白版，常見的空白版有鉻版、氧化鐵版、超微粒干版三種；（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將IC版圖經(jīng)過分層、運(yùn)算、格式等步驟轉(zhuǎn)換為制版設(shè)備所知的數(shù)據(jù)形式；（3）刻畫，利用電子束或激光等通過原版對空白版進(jìn)行曝光，將圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，即刻畫；71.掩膜版的制備流程8（4）形成圖形，對鉻膜、氧化鐵膜或明膠等進(jìn)行刻蝕，形成圖形，最后除去殘膠；（5）檢測與修補(bǔ)，測量關(guān)鍵尺寸，檢測針孔或殘余遮光膜等缺陷并對其進(jìn)行修補(bǔ)；（6）老化與終檢，在200～300℃的溫度下烘烤幾個小時，對其進(jìn)行老化。8（4）形成圖形，對鉻膜、氧化鐵膜或明膠等進(jìn)行刻蝕，形92.掩膜版的質(zhì)量要求（1）圖形尺寸要精確，間距符合要求，而且不能發(fā)生畸變；（2）各塊掩膜版間要能夠精確地套準(zhǔn)，對準(zhǔn)誤差盡可能小；（3）圖形邊緣清晰，過渡小，無毛刺，透光區(qū)與遮光區(qū)的反差要大；（4）掩膜版的表面光潔度要達(dá)到一定的要求，無劃痕、針孔、小島等缺陷，掩膜版還要堅(jiān)固耐磨、不易變形。92.掩膜版的質(zhì)量要求103.幾種掩膜版常見的傳統(tǒng)掩膜版有乳膠掩膜版、硬面鉻膜掩膜版以及抗反射鉻膜掩膜版三種。乳膠掩膜版是在玻璃襯底上涂覆一層光敏乳膠，再經(jīng)過圖形轉(zhuǎn)移而成；硬面鉻膜掩膜版是在石英玻璃上濺射一層厚約60nm左右的鉻膜，再經(jīng)過圖形轉(zhuǎn)移而成；103.幾種掩膜版11為了提高掩膜版的分辨率、降低掩膜版對光的反射，在硬面鉻膜掩膜版的鉻膜上增加了一層厚約20nm的氧化鉻膜，這種就是抗反射鉻膜掩膜版。此外，還有將掩膜版與wafer合二為一的復(fù)合掩膜版，也叫原位掩膜版；在傳統(tǒng)掩膜版的基礎(chǔ)上增加了相移層的相移掩膜版；X射線掩膜版等不同類型的掩膜版。11為了提高掩膜版的分辨率、降低掩膜12光刻對準(zhǔn)曝光方式光刻對準(zhǔn)曝光的發(fā)展經(jīng)歷了五個階段，接觸式曝光、接近式曝光、投影式曝光、掃描投影式曝光以及步進(jìn)掃描投影曝光。

接觸式曝光是最早期的光刻機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)效率高，曝光時掩膜版和wafer上的光刻膠直接接觸。接近式曝光，掩膜版與wafer之間約有2.5~25μm的距離。投影式曝光，接觸式和接近式曝光由于污染、衍射、分辨率等問題都已不再使用，投影式曝光仍然廣泛使用。投影式曝光又分為掃描投影曝光和步進(jìn)掃描曝光。12光刻對準(zhǔn)曝光方式1313141415步進(jìn)投影曝光方式有很多優(yōu)點(diǎn)，掩模版壽命加長、掩模制造簡單、分辨率高，但對環(huán)境的要求非常高，微小的振動都會影響曝光精度；而且光路復(fù)雜，設(shè)備昂貴。15步進(jìn)投影曝光方式有很多優(yōu)點(diǎn)，掩模版壽命加長、16非光學(xué)曝光1.電子束曝光由于電子束在電磁場的作用下可以聚焦、偏轉(zhuǎn)一定的角度，所以，電子束曝光是很重要的曝光方法。目前，最有應(yīng)用前途的是限角度投影式電子束光刻。限角度投影式電子束光刻利用散射式掩膜版通過步進(jìn)掃描光刻機(jī)進(jìn)行縮小投影式曝光。16非光學(xué)曝光17這種曝光方式分辨率高、掩膜版制作容易、工藝容限大，而且生產(chǎn)效率高，但由于電子束在光刻膠膜內(nèi)的散射，使得圖案的曝光劑量會受到臨近圖案曝光劑量的影響（即臨近效應(yīng)），造成的結(jié)果是，顯影后，線寬有所變化或圖形畸變。雖然如此，限角度投影式電子束光刻仍是目前最具前景的非光學(xué)光刻。17這種曝光方式分辨率高、掩膜版制作容易、182.X射線曝光X射線曝光選用的是特殊材質(zhì)的X射線掩膜版。X射線經(jīng)過專用掩膜版投射到wafer上，與光刻膠作用達(dá)到曝光的效果。X射線的衍射、反射、折射以及散射都很小，很適合亞微米尺寸的曝光。其優(yōu)點(diǎn)有：分辨率高，可實(shí)現(xiàn)納米工藝；對于小尺寸工藝，其衍射現(xiàn)象可以忽略；穿透力強(qiáng)，不會污染wafer等。缺點(diǎn)是光刻機(jī)以及掩膜版制作麻煩；wafer對準(zhǔn)比較困難；X射線能量太高，會使掩膜版熱膨脹變形等。X射線曝光的發(fā)展空間也很大。182.X射線曝光193.離子束曝光離子束曝光是將聚焦后的離子束投影到光刻膠上達(dá)到曝光的目的。離子束和電子束同樣具有很高的分辨率，而且因?yàn)殡x子的質(zhì)量比電子大，所以在光刻膠中的散射要比電子束弱的多，可達(dá)到50nm的高分辨率。193.離子束曝光20光刻工藝

光刻工藝的過程非常復(fù)雜，整個過程包括底膜處理、涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、刻蝕以及去膠七個步驟。1.底膜處理底膜處理是光刻工藝的第一步，主要目的處理wafer表面，以增強(qiáng)wafer與光刻膠之間的粘附性。Wafer制造過程中許多問題都是由于表面污染和缺陷造成的，wafer表面的處理對于成品率是相對重要的。20光刻工藝21底膜處理包括以下步驟：（1）清洗潔凈、干燥的表面才能與光刻膠良好接觸。wafer表面的雜質(zhì)會影響光刻膠的粘附，進(jìn)入曝光區(qū)之前，要清洗掉表面的雜質(zhì)顆粒、表面沾污以及自然氧化層等。（2）烘干Wafer表面的水汽會影響光刻膠的粘附性，所以需將其表面烘烤干燥。通常是在真空或充滿氮?dú)鉁囟雀哌_(dá)200℃的烘箱內(nèi)干燥以除掉水汽。21底膜處理包括以下步驟：22（3）增粘處理增粘的作用是增強(qiáng)wafer與光刻膠之間的粘著力，增粘劑有二甲基二氯硅烷和六甲基硅亞胺，增粘劑的涂覆有旋轉(zhuǎn)法和氣相法兩種方法。22（3）增粘處理232.涂膠涂膠就是將光刻膠均勻的涂覆在wafer表面。光刻膠的涂覆有滴涂法和自動噴涂法兩種，前者在工藝和設(shè)備上都比較簡單，所以使用也比較廣泛。（1）涂膠步驟滴膠旋轉(zhuǎn)鋪開甩膠溶劑揮發(fā)232.涂膠24（2）膠膜質(zhì)量要求涂覆在基片上的光刻膠應(yīng)符合以下要求：膠膜的厚度應(yīng)符合要求；膜厚均勻；在膠膜表面看不到干涉花紋；光刻膠膜內(nèi)應(yīng)無針孔、回濺斑等缺陷；膜層表面應(yīng)無顆粒污染。24（2）膠膜質(zhì)量要求253.前烘涂膠完成后，仍有一定量的溶劑殘存在膠膜內(nèi)，需要進(jìn)行前烘。前烘的主要目的有：使膠膜內(nèi)的溶劑揮發(fā)，增加光刻膠與襯底間的粘附性、光吸收以及抗腐蝕能力；緩和涂膠過程中膠膜內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力等。4.曝光曝光時，使掩膜版與涂上光刻膠的基片對準(zhǔn)，用光源經(jīng)過掩膜版照射基片，使接受光照的光刻膠的光學(xué)特性發(fā)生變化，達(dá)到曝光的目的。253.前烘26曝光有光學(xué)曝光和非光學(xué)曝光兩大類，詳細(xì)的又有接觸式曝光、接近式曝光、投影式曝光、X射線曝光、電子束曝光、離子束曝光等。（1）曝光光源常用的光學(xué)曝光光源是紫外光，根據(jù)紫外光的波長有紫外光、深紫外光、極深紫外光三種。其它先進(jìn)的或有特殊應(yīng)用的曝光光源有X射線、電子束和離子束。26曝光有光學(xué)曝光和非光學(xué)曝光兩大類，詳細(xì)的又有27（2）對準(zhǔn)對準(zhǔn)是掩膜版與光刻機(jī)之間的對準(zhǔn)，二者均刻有對準(zhǔn)標(biāo)記，使標(biāo)記對準(zhǔn)即可達(dá)到掩膜版與光刻機(jī)的對準(zhǔn)。對準(zhǔn)就是確定wafer上圖形的位置、方向和變形的過程，然后利用這些數(shù)據(jù)與掩膜版建立正確的關(guān)系。對準(zhǔn)必須快速、重復(fù)以及精確。對準(zhǔn)的結(jié)果用套準(zhǔn)精度來衡量。套準(zhǔn)容差說明了要形成的圖形層與前圖形層間的最大相對位移。27（2）對準(zhǔn)28對準(zhǔn)標(biāo)記是wafer和掩膜版上用來確定它們的位置和方向的可見圖形，它可能是掩膜版上的一根或多根線，也可能是某種形狀。28對準(zhǔn)標(biāo)記是wafer和掩膜版上用來確定它們的29（3）曝光質(zhì)量曝光質(zhì)量是影響光刻膠與wafer表面粘附性的重要因素之一。曝光量過度的正膠，由于，感光劑反應(yīng)不充分，顯影時聚合物會發(fā)生膨脹，從而引起圖形畸變，嚴(yán)重時部分圖形會被溶解；曝光量不足的正膠不能徹底顯影，會產(chǎn)生底膜，使待刻蝕的膜層刻蝕不凈。而負(fù)膠正好相反。生產(chǎn)中影響曝光量的因素有：光刻膠對光的吸收、光反射、臨近效應(yīng)。29（3）曝光質(zhì)量30駐波引起的不均勻曝光底部抗反射涂層30駐波引起的底部31頂部抗反射涂層臨近效應(yīng)31頂部臨近效應(yīng)32（4）曝光后烘烤曝光后的wafer需要進(jìn)行短時間的烘烤（PEB），其目的是提高光刻膠的粘附性和減少駐波。烘烤的溫度均勻性和時間是影響光刻膠的重要因素。烘烤有兩個作用，一是減少了光刻膠中溶劑的含量，從曝光前的7%～4%減少到5%～2%。其最大的好處是減少了駐波的影響，由于高溫導(dǎo)致感光劑在光刻膠中擴(kuò)散，使得曝光區(qū)與非曝光區(qū)的邊界變得比較均勻。32（4）曝光后烘烤3333345.顯影顯影就是用顯影液溶解掉不需要的光刻膠，將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上。常見的顯影問題有顯影不足、不完全顯影以及過顯影三種。345.顯影35（1）顯影方法顯影主要有連續(xù)噴霧式顯影和旋涂浸沒式顯影兩種方法。連續(xù)噴霧式顯影類似光刻膠的噴涂法，其優(yōu)點(diǎn)是無污染，但均勻度較差，而且顯影液的用量比較大。近年來，已逐漸被旋涂浸沒式顯影法所代替。旋涂與噴霧式使用的基本設(shè)備相同。不同的是噴涂到wafer上的顯影液會停留足夠的時間。旋涂浸沒式顯影使用很少的顯影液，而且由于每片wafer都使用新的顯影液，所以，wafer間的均勻性很高。35（1）顯影方法36噴霧式顯影（2）工藝參數(shù)在顯影工藝中，下列幾個關(guān)鍵工藝參數(shù)必須嚴(yán)加控制：顯影溫度、顯影時間、顯影液劑量、清洗、排風(fēng)、Wafer吸盤穩(wěn)定性。36噴（2）工藝參數(shù)376.堅(jiān)膜堅(jiān)膜就是對顯影后的基片進(jìn)行烘烤，堅(jiān)膜的目的是使殘留的光刻膠溶劑全部揮發(fā)，提高光刻膠與wafer表面的粘附性以及光刻膠的抗腐蝕能力。使光刻膠能確實(shí)起到保護(hù)圖形的作用，堅(jiān)膜同時也除去了剩余的顯影液和水。堅(jiān)膜的溫度由光刻膠的生產(chǎn)商提供，操作時根據(jù)對粘附性和尺寸控制的要求進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。堅(jiān)膜時間可以由幾分鐘到十幾分鐘不等，溫度的時間都要合適。376.堅(jiān)膜387.刻蝕為了獲得真正的集成電路結(jié)構(gòu)，必須將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠下層的材料上，刻蝕就是來完成這一任務(wù)的。刻蝕就是將涂膠前所淀積的薄膜中沒有被光刻膠覆蓋和保護(hù)的部分除去。光刻膠的下層薄膜可能是二氧化硅、氮化硅、多晶硅以及各種金屬材料中的一種，材料不同，刻蝕要求不同；圖形不同，也有不同的刻蝕要求。但刻蝕的正確性始終非常重要，否則芯片無法工作。387.刻蝕398.去膠光刻膠在光刻過程中作為從掩膜版到wafer的圖形轉(zhuǎn)移媒介以及刻蝕時不需刻蝕區(qū)域的保護(hù)膜?？涛g完成后，光刻膠已經(jīng)不再有用，需要徹底除掉，這一工序就是去膠，常用的去膠方法有溶劑去膠、氧化去膠以及等離子去膠三種。398.去膠4040414142左邊為負(fù)膠，右邊為正膠42左邊為負(fù)膠，右邊為正膠43刻蝕1.刻蝕性能為了保證圖形轉(zhuǎn)移的準(zhǔn)確性，刻蝕必須滿足一些性能方面的要求：（1）刻蝕速率，刻蝕速率是指刻蝕過程中對待刻材料的腐蝕速率，單位為?/min，刻蝕速率越高越好。刻蝕速率與待刻材料、刻蝕圖形、刻蝕機(jī)、刻蝕劑以及刻蝕溫度等有關(guān)?？涛g速率為刻蝕厚度與刻蝕時間的比值。43刻蝕44（2）刻蝕剖面，刻蝕剖面是指刻蝕圖形的側(cè)墻形狀。各向同性刻蝕會發(fā)生鉆蝕，這對分辨率有很大的影響，濕法刻蝕是各向同性刻蝕。各向異性刻蝕只在垂直與基片表面的方向進(jìn)行，可得到非常垂直的側(cè)墻，高技術(shù)的集成電路需要接近90度的垂直側(cè)墻，所以大多采用干法等離子體實(shí)現(xiàn)各向異性刻蝕。44（2）刻蝕剖面，刻45（3）刻蝕偏差，刻蝕偏差就是刻蝕后線寬與關(guān)鍵尺寸間距的變化，Wb是刻蝕前光刻膠的線寬，Wa是去膠后被刻材料的線寬，刻蝕偏差即為二者之差。45（3）刻蝕偏差，刻蝕偏差就是刻蝕后線寬與關(guān)鍵尺寸間距46（4）選擇比，選擇比是兩種不同材料的刻蝕速率比值，選擇比要高，即刻蝕時待刻材料的刻蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于不需刻蝕材料的刻蝕速率。（5）刻蝕因子，刻蝕因子是刻蝕的深度和橫向刻蝕量的比值?？涛g因子越大，刻蝕的各向異性越好。（6）均勻性，要將較厚的薄膜刻蝕干凈需要較長的時間，這樣就會使較薄處的薄膜刻蝕過渡；反之，則無法將較厚的薄膜刻蝕干凈。為了獲得完美的圖形，要嚴(yán)格控制刻蝕的均勻性。46（4）選擇比，選擇比是兩種不同材料的刻蝕速率比值，選472.濕法刻蝕濕法刻蝕主要是借助刻蝕劑與待刻材料之間的化學(xué)反應(yīng)將待刻膜層溶解達(dá)到刻蝕的目的。濕法刻蝕的反應(yīng)產(chǎn)物必須是氣體或可溶于刻蝕劑的物質(zhì)，否則會造成反應(yīng)物的沉淀，影響刻蝕的正常進(jìn)行?？涛g分三步進(jìn)行：刻蝕劑擴(kuò)散至待刻材料的表面；刻蝕劑與待刻材料反應(yīng)；反應(yīng)產(chǎn)物離開刻蝕表面擴(kuò)散至溶液當(dāng)中，隨溶液被排出。472.濕法刻蝕48（1）硅的濕法刻蝕單晶硅與多晶硅的刻蝕都是通過與硝酸和氫氟酸的混合溶劑反應(yīng)來完成的。反應(yīng)如下：（2）氮化硅的濕法刻蝕氮化硅化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，通常利用180℃下濃度為85%的磷酸來進(jìn)行氮化硅的刻蝕。濕法刻蝕大多用于整層氮化硅的去除，對于小面積刻蝕，通常選擇干法刻蝕。48（1）硅的濕法刻蝕49（3）二氧化硅的濕法刻蝕典型的二氧化硅刻蝕劑是氟化銨與氫氟酸以6：1的體積比混合，它對氧化層的刻蝕速率約為1000?/min，其反應(yīng)如下：（4）鋁的濕法刻蝕鋁刻蝕在生產(chǎn)上常用的是經(jīng)過加熱的磷酸、硝酸、醋酸以及水的混合溶液，典型的比例是80：5：5：10?？涛g反應(yīng)如下：

49（3）二氧化硅的濕法刻蝕50濕法刻蝕設(shè)備簡單、工藝操作方便，一般的常規(guī)生產(chǎn)均能滿足要求。但各向同性刻蝕性太強(qiáng)，難以控制線寬，而且刻蝕劑大多為腐蝕性較強(qiáng)的試劑，安全性較差。所以，已逐漸被干法刻蝕代替。50濕法刻蝕設(shè)備簡單、工藝操作方便，一般的常規(guī)生513.干法刻蝕干法刻蝕可分為物理性刻蝕和化學(xué)性刻蝕。物理性刻蝕是利用輝光放電使氣體電離，再通過偏壓使正離子加速，濺擊在待刻膜層表面，將待刻材料的原子擊出。這種刻蝕方向性好，可獲得接近垂直的刻蝕側(cè)墻；但因?yàn)殡x子的濺擊面太廣，掩蔽層也遭到刻蝕，使得刻蝕選擇性降低；另外，被擊出的是非揮發(fā)性物質(zhì)，容易再次淀積，使刻蝕速率降低。因此，目前很少單獨(dú)使用。513.干法刻蝕52化學(xué)性刻蝕是利用等離子將刻蝕氣體電離產(chǎn)生化學(xué)活性極強(qiáng)的原子（分子）團(tuán)，此原子（分子）團(tuán)擴(kuò)散至待刻膜層表面，與待刻材料反應(yīng)生成揮發(fā)性物質(zhì)，這些揮發(fā)性物質(zhì)被真空設(shè)備抽離排出?；瘜W(xué)反應(yīng)刻蝕的過程可分為以下幾步：反應(yīng)氣體電離產(chǎn)生等離子體；等離子體擴(kuò)散至待刻膜層表面；等離子體與待刻材料反應(yīng)；產(chǎn)物脫離表面排除。這種刻蝕具有類似于濕法刻蝕的優(yōu)缺點(diǎn)：選擇比高但卻是各向同性刻蝕，線寬控制性差。52化學(xué)性刻蝕是利用等離子將刻蝕氣體電離產(chǎn)生化學(xué)53最廣泛使用的是將物理性刻蝕與化學(xué)性刻蝕結(jié)合在一起的反應(yīng)離子刻蝕（RIE），這種刻蝕方法兼具各向異性以及高選擇比等優(yōu)點(diǎn)?？涛g主要依靠化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，以獲得高選擇比，加入離子撞擊的作用有：破壞待刻材料表面的原子鍵，加快刻蝕速率；將再次淀積在待刻膜層表面的反應(yīng)產(chǎn)物打掉，保證反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。反應(yīng)離子刻蝕已成為干法刻蝕的主流方向。53最廣泛使用的是將物理性刻蝕與化學(xué)性刻蝕結(jié)合在54（1）干法刻蝕設(shè)備桶式刻蝕系統(tǒng)54（1）干法刻蝕設(shè)備桶式刻蝕系統(tǒng)55下游式刻蝕系統(tǒng)55下游式刻蝕系統(tǒng)56反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)56反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)57磁場增強(qiáng)反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)57磁場增強(qiáng)反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)58感應(yīng)耦合式等離子體刻蝕系統(tǒng)58感應(yīng)59（2）二氧化硅的干法刻蝕氧化物的等離子體刻蝕工藝大多采用含有氟碳化合物的氣體進(jìn)行刻蝕。59（2）二氧化硅的干法刻蝕60向反應(yīng)氣氛中加入氧氣可改變氧化硅的刻蝕速率與硅的刻蝕速率比，當(dāng)氧氣濃度約為20～40%時，氧化硅的刻蝕速率明顯高于硅的刻蝕速率，40%以后，二者的刻蝕速率又開始接近。也可通過加入氫氣來降低硅的刻蝕速率，氫氣的濃度約為40%時，硅的刻蝕速率幾乎為0，而氧化硅的刻蝕速率確基本不受影響。60向反應(yīng)氣氛中加入氧氣可改變氧化硅的刻蝕速率與硅的刻蝕61（3）氮化硅的干法刻蝕主要用于氮化硅刻蝕的氣體是和氧氣、氮?dú)獾幕旌蠚怏w，氧、氮是用來提高刻蝕選擇比的。對氮化硅的刻蝕速率可達(dá)到1200?/min，刻蝕選擇比可高達(dá)20：1。另外用于氮化硅刻蝕的氣體有、和等。61（3）氮化硅的干法刻蝕62（4）多晶硅的干法刻蝕多晶硅的刻蝕要有很好的選擇比、刻蝕側(cè)墻等。通常選用鹵素氣體，氯氣可實(shí)現(xiàn)各向異性刻蝕而且有很好的選擇比；溴基氣體可得到100：1的選擇比；而HBr與氯氣、氧氣的混合氣體，則可提高刻蝕速率。而且鹵素氣體與硅的反應(yīng)產(chǎn)物淀積在側(cè)墻上，可起到保護(hù)作用，形成很好的刻蝕剖面。62（4）多晶硅的干法刻蝕63（5）金屬的干法刻蝕金屬刻蝕主要是互連線及多層金屬布線的刻蝕，刻蝕有以下要求：高刻蝕速率（大于1000nm/min）；高選擇比；高的刻蝕均勻性；關(guān)鍵尺寸控制好；無等離子體損傷；殘留污染物少；不會腐蝕金屬。63（5）金屬的干法刻蝕644.刻蝕檢測質(zhì)量參數(shù)缺陷類型關(guān)鍵尺寸、偏差光刻膠線寬與刻蝕后圖形的線寬存在過大的區(qū)別金屬腐蝕刻蝕后金屬膜的侵蝕刻蝕后的側(cè)墻污染物刻蝕后殘留的側(cè)墻鈍化物污染物濺射到金屬線條或通孔的側(cè)墻上644.刻蝕檢測質(zhì)量參數(shù)缺陷類型關(guān)鍵尺寸、偏差光刻膠線寬與刻65刻蝕檢查非常重要，任何微小的缺陷都可能使芯片報(bào)廢。最重要的檢查是對特殊掩蔽層的檢查，以確保關(guān)鍵尺寸的正確。其它還有是否存在過刻蝕、欠刻蝕以及鉆蝕等。質(zhì)量參數(shù)缺陷類型負(fù)載效應(yīng)顯微鏡可見的不均勻刻蝕金屬刻蝕后的短路刻蝕后金屬線條的橋接導(dǎo)致短路刻蝕后的過多殘留物刻蝕后可能的的薄殘留物；侵蝕殘留物；欄桿狀殘留物；冠狀殘留物65刻蝕檢查非常重要，任何微小的缺陷都可能使芯片66光刻質(zhì)量檢測

光刻的質(zhì)量用分辨率、光刻精度以及缺陷密度等來衡量。影響光刻質(zhì)量的主要因素是：光刻膠、曝光方式、曝光系統(tǒng)以及刻蝕方法等。66光刻質(zhì)量檢測671.涂膠質(zhì)量的檢測質(zhì)量參數(shù)缺陷類型光刻膠粘附性光刻膠脫落光刻膠覆蓋wafer的質(zhì)量問題光刻膠中有針孔光刻膠的回濺光刻膠起皮光刻膠膜厚度光刻膠的厚度不在控制范圍內(nèi)，光刻膠膜厚度不均勻671.涂膠質(zhì)量的檢測質(zhì)量參數(shù)缺陷類型光刻膠粘附性光刻膠脫落682.對準(zhǔn)曝光質(zhì)量檢測質(zhì)量參數(shù)缺陷類型光源的光強(qiáng)曝光場中，光強(qiáng)不均勻光刻機(jī)與掩膜版的對準(zhǔn)掩膜版的對準(zhǔn)標(biāo)記不能與wafer的對準(zhǔn)標(biāo)記對準(zhǔn)圖形分辨率分辨率很低，線寬和孔徑不符合要求掩膜版質(zhì)量掩膜版上有灰塵或擦傷圖形缺陷：線條斷裂；特征圖形橋接；幾何圖形丟失；鉻濺射；線條穿孔；玻璃破裂；鉻膜粘附差；不平整682.對準(zhǔn)曝光質(zhì)量檢測質(zhì)量參數(shù)缺陷類型光源的光強(qiáng)曝光場中693.顯影質(zhì)量檢測質(zhì)量參數(shù)缺陷類型關(guān)鍵尺寸關(guān)鍵尺寸偏大關(guān)鍵尺寸偏小沾污顆?；蚬饪棠z表面污染表面缺陷光刻膠表面劃傷微粒、污染、瑕疵膠量不合適光刻膠圖形的側(cè)墻條痕套準(zhǔn)、對準(zhǔn)未對準(zhǔn)或套準(zhǔn)693.顯影質(zhì)量檢測質(zhì)量參數(shù)缺陷類型關(guān)鍵尺寸關(guān)鍵尺寸偏大關(guān)704.光刻質(zhì)量分析（1）溶膠在顯影或刻蝕時，wafer表面的光刻膠膜會起皺或大面積膠膜脫落，這種現(xiàn)象就是溶膠，也叫脫膠。溶膠出現(xiàn)的原因有：工藝濕度太高、Wafer表面的膜層不干凈、前烘不足或過度、曝光或顯影不合適。（2）小島小島是指殘留在光刻窗口上的小面積待刻膜層，摻雜時，這些小島會阻擋雜質(zhì)的進(jìn)入，影響器件性能。704.光刻質(zhì)量分析71產(chǎn)生小島的原因有：掩膜版上遮光區(qū)的小孔和透光區(qū)的鉻點(diǎn)會影響光刻膠的曝光而產(chǎn)生小島；光刻膠中顆粒狀的不溶性雜質(zhì)殘留在wafer表面，使得被雜質(zhì)覆蓋的二氧化硅未被腐蝕而形成小島；曝光過度，造成顯影不凈，光刻膠殘留在薄膜表面，刻蝕后產(chǎn)生小島。（3）針孔光刻膠膜的不完整會在光刻窗口外的膜層上產(chǎn)生細(xì)小孔洞，雜質(zhì)進(jìn)入孔洞使不該有雜質(zhì)的區(qū)域摻進(jìn)了雜質(zhì)，會造成半導(dǎo)體器件短路、漏電以以及低的擊穿電壓等。71產(chǎn)生小島的原因有：掩膜版上遮光區(qū)的小孔和透光區(qū)的鉻點(diǎn)72其原因有：掩膜版上的黑斑阻擋了光線的照射，使得該區(qū)域的光刻膠膜未曝光，而被顯影液溶解，刻蝕后形成針孔；涂膠過程中，雜質(zhì)落在光刻膠表面，阻擋光線作用，形成針孔。感光劑中的顆粒雜質(zhì)或塵埃，或者光刻膠太稀薄，涂膠轉(zhuǎn)速太快，使得光刻膠膜太薄出現(xiàn)大面積針孔；Wafer表面質(zhì)量不好，有顆粒狀凹坑，也會形成針孔；曝光不合適，光刻膠聚合反應(yīng)不完全，或者曝光時間太長，發(fā)生皺膠、刻蝕時掩膜失效，形成針孔。72其原因有：掩膜版上的黑斑阻擋了光線的照射，使得該區(qū)域73一、光刻材料及設(shè)備二、光刻工藝三、刻蝕工藝四、光刻質(zhì)量檢測第5章 光刻技術(shù)1一、光刻材料及設(shè)備第5章 光刻技術(shù)74光刻是一種將圖像復(fù)印同刻蝕相結(jié)合的綜合性技術(shù)。先用照像復(fù)印的方法，將光刻掩膜的圖形精確的復(fù)印到涂覆在介質(zhì)（多晶硅、氮化硅、二氧化硅、鋁等介質(zhì)薄層）表面上的光致抗蝕劑（光刻膠）上面。然后，在光致抗蝕劑的保護(hù)下對待刻材料進(jìn)行選擇性刻蝕，從而在待刻蝕材料上得到所需的圖形。集成電路的制造過程中需要經(jīng)過許多次的光刻，所以，光刻環(huán)節(jié)的質(zhì)量是影響集成電路性能、成品率以及可靠性的關(guān)鍵因素之一。2光刻是一種將圖像復(fù)印同刻蝕相結(jié)合的綜合性技術(shù)。75光刻膠光刻膠（PR）也叫光致抗蝕劑，受到光照后其特性會發(fā)生改變。可用來將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到基片上，也可作為后序工藝時的保護(hù)膜。光刻膠有正膠和負(fù)膠之分，正膠經(jīng)過曝光后，受到光照的部分會變得容易溶解，經(jīng)過顯影處理之后被溶解，只留下光未照射的部分形成圖形；而負(fù)膠和正膠恰恰相反。3光刻膠761.光刻膠組成（1）感光劑，感光劑是光刻膠的核心部分，曝光時間、光源所發(fā)射光線的強(qiáng)度都根據(jù)感光劑的特性選擇決定的；（2）增感劑，感光劑的感光速度都較慢，生產(chǎn)上效率太低，因此向光刻膠中添加了提高感光速度的增感劑；（3）聚合樹脂，聚合樹脂用來將其它材料聚合在一起的粘合劑，光刻膠的粘附性、膠膜厚度等都是樹脂給的；（4）溶劑，感光劑和增感劑都是固態(tài)物質(zhì)，為了方便均勻的涂覆，要將它們加入溶劑進(jìn)行溶解，形成液態(tài)物質(zhì)。41.光刻膠組成772.光刻膠的物理特性（1）分辨率，是指光刻膠可再現(xiàn)圖形的最小尺寸；（2）對比度，是指光刻膠對光照區(qū)與非光照區(qū)間的過渡；（3）靈敏度，是光刻膠要形成良好的圖形所需入射光的最低能量；（4）粘滯性，與時間有關(guān)，光刻膠中的溶劑揮發(fā)會使粘滯性增加；（5）粘附性，粘附性是指光刻膠與基片之間的粘著強(qiáng)度；（6）抗蝕性，化學(xué)穩(wěn)定性一定要很高，能抵抗各種腐蝕。52.光刻膠的物理特性78光刻掩膜版

掩膜版質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響光刻圖形的質(zhì)量。在IC制造中需要經(jīng)過多次光刻，每次光刻都需要一塊掩膜版，每塊掩膜版都會影響光刻質(zhì)量，光刻次數(shù)越多，成品率就越低。所以，要有高的成品率，就必須制作出品質(zhì)優(yōu)良的掩膜版，而且一套掩膜版中的各快掩膜版之間要能夠相互精確的套準(zhǔn)。6791.掩膜版的制備流程掩膜版有鉻版(chrome)、超微粒干版、氧化鐵版等，主要為基板和不透光材料。以下是基本的制造流程：（1）制備空白版，常見的空白版有鉻版、氧化鐵版、超微粒干版三種；（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將IC版圖經(jīng)過分層、運(yùn)算、格式等步驟轉(zhuǎn)換為制版設(shè)備所知的數(shù)據(jù)形式；（3）刻畫，利用電子束或激光等通過原版對空白版進(jìn)行曝光，將圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，即刻畫；71.掩膜版的制備流程80（4）形成圖形，對鉻膜、氧化鐵膜或明膠等進(jìn)行刻蝕，形成圖形，最后除去殘膠；（5）檢測與修補(bǔ)，測量關(guān)鍵尺寸，檢測針孔或殘余遮光膜等缺陷并對其進(jìn)行修補(bǔ)；（6）老化與終檢，在200～300℃的溫度下烘烤幾個小時，對其進(jìn)行老化。8（4）形成圖形，對鉻膜、氧化鐵膜或明膠等進(jìn)行刻蝕，形812.掩膜版的質(zhì)量要求（1）圖形尺寸要精確，間距符合要求，而且不能發(fā)生畸變；（2）各塊掩膜版間要能夠精確地套準(zhǔn)，對準(zhǔn)誤差盡可能小；（3）圖形邊緣清晰，過渡小，無毛刺，透光區(qū)與遮光區(qū)的反差要大；（4）掩膜版的表面光潔度要達(dá)到一定的要求，無劃痕、針孔、小島等缺陷，掩膜版還要堅(jiān)固耐磨、不易變形。92.掩膜版的質(zhì)量要求823.幾種掩膜版常見的傳統(tǒng)掩膜版有乳膠掩膜版、硬面鉻膜掩膜版以及抗反射鉻膜掩膜版三種。乳膠掩膜版是在玻璃襯底上涂覆一層光敏乳膠，再經(jīng)過圖形轉(zhuǎn)移而成；硬面鉻膜掩膜版是在石英玻璃上濺射一層厚約60nm左右的鉻膜，再經(jīng)過圖形轉(zhuǎn)移而成；103.幾種掩膜版83為了提高掩膜版的分辨率、降低掩膜版對光的反射，在硬面鉻膜掩膜版的鉻膜上增加了一層厚約20nm的氧化鉻膜，這種就是抗反射鉻膜掩膜版。此外，還有將掩膜版與wafer合二為一的復(fù)合掩膜版，也叫原位掩膜版；在傳統(tǒng)掩膜版的基礎(chǔ)上增加了相移層的相移掩膜版；X射線掩膜版等不同類型的掩膜版。11為了提高掩膜版的分辨率、降低掩膜84光刻對準(zhǔn)曝光方式光刻對準(zhǔn)曝光的發(fā)展經(jīng)歷了五個階段，接觸式曝光、接近式曝光、投影式曝光、掃描投影式曝光以及步進(jìn)掃描投影曝光。

接觸式曝光是最早期的光刻機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)效率高，曝光時掩膜版和wafer上的光刻膠直接接觸。接近式曝光，掩膜版與wafer之間約有2.5~25μm的距離。投影式曝光，接觸式和接近式曝光由于污染、衍射、分辨率等問題都已不再使用，投影式曝光仍然廣泛使用。投影式曝光又分為掃描投影曝光和步進(jìn)掃描曝光。12光刻對準(zhǔn)曝光方式8513861487步進(jìn)投影曝光方式有很多優(yōu)點(diǎn)，掩模版壽命加長、掩模制造簡單、分辨率高，但對環(huán)境的要求非常高，微小的振動都會影響曝光精度；而且光路復(fù)雜，設(shè)備昂貴。15步進(jìn)投影曝光方式有很多優(yōu)點(diǎn)，掩模版壽命加長、88非光學(xué)曝光1.電子束曝光由于電子束在電磁場的作用下可以聚焦、偏轉(zhuǎn)一定的角度，所以，電子束曝光是很重要的曝光方法。目前，最有應(yīng)用前途的是限角度投影式電子束光刻。限角度投影式電子束光刻利用散射式掩膜版通過步進(jìn)掃描光刻機(jī)進(jìn)行縮小投影式曝光。16非光學(xué)曝光89這種曝光方式分辨率高、掩膜版制作容易、工藝容限大，而且生產(chǎn)效率高，但由于電子束在光刻膠膜內(nèi)的散射，使得圖案的曝光劑量會受到臨近圖案曝光劑量的影響（即臨近效應(yīng)），造成的結(jié)果是，顯影后，線寬有所變化或圖形畸變。雖然如此，限角度投影式電子束光刻仍是目前最具前景的非光學(xué)光刻。17這種曝光方式分辨率高、掩膜版制作容易、902.X射線曝光X射線曝光選用的是特殊材質(zhì)的X射線掩膜版。X射線經(jīng)過專用掩膜版投射到wafer上，與光刻膠作用達(dá)到曝光的效果。X射線的衍射、反射、折射以及散射都很小，很適合亞微米尺寸的曝光。其優(yōu)點(diǎn)有：分辨率高，可實(shí)現(xiàn)納米工藝；對于小尺寸工藝，其衍射現(xiàn)象可以忽略；穿透力強(qiáng)，不會污染wafer等。缺點(diǎn)是光刻機(jī)以及掩膜版制作麻煩；wafer對準(zhǔn)比較困難；X射線能量太高，會使掩膜版熱膨脹變形等。X射線曝光的發(fā)展空間也很大。182.X射線曝光913.離子束曝光離子束曝光是將聚焦后的離子束投影到光刻膠上達(dá)到曝光的目的。離子束和電子束同樣具有很高的分辨率，而且因?yàn)殡x子的質(zhì)量比電子大，所以在光刻膠中的散射要比電子束弱的多，可達(dá)到50nm的高分辨率。193.離子束曝光92光刻工藝

光刻工藝的過程非常復(fù)雜，整個過程包括底膜處理、涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、刻蝕以及去膠七個步驟。1.底膜處理底膜處理是光刻工藝的第一步，主要目的處理wafer表面，以增強(qiáng)wafer與光刻膠之間的粘附性。Wafer制造過程中許多問題都是由于表面污染和缺陷造成的，wafer表面的處理對于成品率是相對重要的。20光刻工藝93底膜處理包括以下步驟：（1）清洗潔凈、干燥的表面才能與光刻膠良好接觸。wafer表面的雜質(zhì)會影響光刻膠的粘附，進(jìn)入曝光區(qū)之前，要清洗掉表面的雜質(zhì)顆粒、表面沾污以及自然氧化層等。（2）烘干Wafer表面的水汽會影響光刻膠的粘附性，所以需將其表面烘烤干燥。通常是在真空或充滿氮?dú)鉁囟雀哌_(dá)200℃的烘箱內(nèi)干燥以除掉水汽。21底膜處理包括以下步驟：94（3）增粘處理增粘的作用是增強(qiáng)wafer與光刻膠之間的粘著力，增粘劑有二甲基二氯硅烷和六甲基硅亞胺，增粘劑的涂覆有旋轉(zhuǎn)法和氣相法兩種方法。22（3）增粘處理952.涂膠涂膠就是將光刻膠均勻的涂覆在wafer表面。光刻膠的涂覆有滴涂法和自動噴涂法兩種，前者在工藝和設(shè)備上都比較簡單，所以使用也比較廣泛。（1）涂膠步驟滴膠旋轉(zhuǎn)鋪開甩膠溶劑揮發(fā)232.涂膠96（2）膠膜質(zhì)量要求涂覆在基片上的光刻膠應(yīng)符合以下要求：膠膜的厚度應(yīng)符合要求；膜厚均勻；在膠膜表面看不到干涉花紋；光刻膠膜內(nèi)應(yīng)無針孔、回濺斑等缺陷；膜層表面應(yīng)無顆粒污染。24（2）膠膜質(zhì)量要求973.前烘涂膠完成后，仍有一定量的溶劑殘存在膠膜內(nèi)，需要進(jìn)行前烘。前烘的主要目的有：使膠膜內(nèi)的溶劑揮發(fā)，增加光刻膠與襯底間的粘附性、光吸收以及抗腐蝕能力；緩和涂膠過程中膠膜內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力等。4.曝光曝光時，使掩膜版與涂上光刻膠的基片對準(zhǔn)，用光源經(jīng)過掩膜版照射基片，使接受光照的光刻膠的光學(xué)特性發(fā)生變化，達(dá)到曝光的目的。253.前烘98曝光有光學(xué)曝光和非光學(xué)曝光兩大類，詳細(xì)的又有接觸式曝光、接近式曝光、投影式曝光、X射線曝光、電子束曝光、離子束曝光等。（1）曝光光源常用的光學(xué)曝光光源是紫外光，根據(jù)紫外光的波長有紫外光、深紫外光、極深紫外光三種。其它先進(jìn)的或有特殊應(yīng)用的曝光光源有X射線、電子束和離子束。26曝光有光學(xué)曝光和非光學(xué)曝光兩大類，詳細(xì)的又有99（2）對準(zhǔn)對準(zhǔn)是掩膜版與光刻機(jī)之間的對準(zhǔn)，二者均刻有對準(zhǔn)標(biāo)記，使標(biāo)記對準(zhǔn)即可達(dá)到掩膜版與光刻機(jī)的對準(zhǔn)。對準(zhǔn)就是確定wafer上圖形的位置、方向和變形的過程，然后利用這些數(shù)據(jù)與掩膜版建立正確的關(guān)系。對準(zhǔn)必須快速、重復(fù)以及精確。對準(zhǔn)的結(jié)果用套準(zhǔn)精度來衡量。套準(zhǔn)容差說明了要形成的圖形層與前圖形層間的最大相對位移。27（2）對準(zhǔn)100對準(zhǔn)標(biāo)記是wafer和掩膜版上用來確定它們的位置和方向的可見圖形，它可能是掩膜版上的一根或多根線，也可能是某種形狀。28對準(zhǔn)標(biāo)記是wafer和掩膜版上用來確定它們的101（3）曝光質(zhì)量曝光質(zhì)量是影響光刻膠與wafer表面粘附性的重要因素之一。曝光量過度的正膠，由于，感光劑反應(yīng)不充分，顯影時聚合物會發(fā)生膨脹，從而引起圖形畸變，嚴(yán)重時部分圖形會被溶解；曝光量不足的正膠不能徹底顯影，會產(chǎn)生底膜，使待刻蝕的膜層刻蝕不凈。而負(fù)膠正好相反。生產(chǎn)中影響曝光量的因素有：光刻膠對光的吸收、光反射、臨近效應(yīng)。29（3）曝光質(zhì)量102駐波引起的不均勻曝光底部抗反射涂層30駐波引起的底部103頂部抗反射涂層臨近效應(yīng)31頂部臨近效應(yīng)104（4）曝光后烘烤曝光后的wafer需要進(jìn)行短時間的烘烤（PEB），其目的是提高光刻膠的粘附性和減少駐波。烘烤的溫度均勻性和時間是影響光刻膠的重要因素。烘烤有兩個作用，一是減少了光刻膠中溶劑的含量，從曝光前的7%～4%減少到5%～2%。其最大的好處是減少了駐波的影響，由于高溫導(dǎo)致感光劑在光刻膠中擴(kuò)散，使得曝光區(qū)與非曝光區(qū)的邊界變得比較均勻。32（4）曝光后烘烤105331065.顯影顯影就是用顯影液溶解掉不需要的光刻膠，將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上。常見的顯影問題有顯影不足、不完全顯影以及過顯影三種。345.顯影107（1）顯影方法顯影主要有連續(xù)噴霧式顯影和旋涂浸沒式顯影兩種方法。連續(xù)噴霧式顯影類似光刻膠的噴涂法，其優(yōu)點(diǎn)是無污染，但均勻度較差，而且顯影液的用量比較大。近年來，已逐漸被旋涂浸沒式顯影法所代替。旋涂與噴霧式使用的基本設(shè)備相同。不同的是噴涂到wafer上的顯影液會停留足夠的時間。旋涂浸沒式顯影使用很少的顯影液，而且由于每片wafer都使用新的顯影液，所以，wafer間的均勻性很高。35（1）顯影方法108噴霧式顯影（2）工藝參數(shù)在顯影工藝中，下列幾個關(guān)鍵工藝參數(shù)必須嚴(yán)加控制：顯影溫度、顯影時間、顯影液劑量、清洗、排風(fēng)、Wafer吸盤穩(wěn)定性。36噴（2）工藝參數(shù)1096.堅(jiān)膜堅(jiān)膜就是對顯影后的基片進(jìn)行烘烤，堅(jiān)膜的目的是使殘留的光刻膠溶劑全部揮發(fā)，提高光刻膠與wafer表面的粘附性以及光刻膠的抗腐蝕能力。使光刻膠能確實(shí)起到保護(hù)圖形的作用，堅(jiān)膜同時也除去了剩余的顯影液和水。堅(jiān)膜的溫度由光刻膠的生產(chǎn)商提供，操作時根據(jù)對粘附性和尺寸控制的要求進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。堅(jiān)膜時間可以由幾分鐘到十幾分鐘不等，溫度的時間都要合適。376.堅(jiān)膜1107.刻蝕為了獲得真正的集成電路結(jié)構(gòu)，必須將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠下層的材料上，刻蝕就是來完成這一任務(wù)的?？涛g就是將涂膠前所淀積的薄膜中沒有被光刻膠覆蓋和保護(hù)的部分除去。光刻膠的下層薄膜可能是二氧化硅、氮化硅、多晶硅以及各種金屬材料中的一種，材料不同，刻蝕要求不同；圖形不同，也有不同的刻蝕要求。但刻蝕的正確性始終非常重要，否則芯片無法工作。387.刻蝕1118.去膠光刻膠在光刻過程中作為從掩膜版到wafer的圖形轉(zhuǎn)移媒介以及刻蝕時不需刻蝕區(qū)域的保護(hù)膜?？涛g完成后，光刻膠已經(jīng)不再有用，需要徹底除掉，這一工序就是去膠，常用的去膠方法有溶劑去膠、氧化去膠以及等離子去膠三種。398.去膠1124011341114左邊為負(fù)膠，右邊為正膠42左邊為負(fù)膠，右邊為正膠115刻蝕1.刻蝕性能為了保證圖形轉(zhuǎn)移的準(zhǔn)確性，刻蝕必須滿足一些性能方面的要求：（1）刻蝕速率，刻蝕速率是指刻蝕過程中對待刻材料的腐蝕速率，單位為?/min，刻蝕速率越高越好?？涛g速率與待刻材料、刻蝕圖形、刻蝕機(jī)、刻蝕劑以及刻蝕溫度等有關(guān)。刻蝕速率為刻蝕厚度與刻蝕時間的比值。43刻蝕116（2）刻蝕剖面，刻蝕剖面是指刻蝕圖形的側(cè)墻形狀。各向同性刻蝕會發(fā)生鉆蝕，這對分辨率有很大的影響，濕法刻蝕是各向同性刻蝕。各向異性刻蝕只在垂直與基片表面的方向進(jìn)行，可得到非常垂直的側(cè)墻，高技術(shù)的集成電路需要接近90度的垂直側(cè)墻，所以大多采用干法等離子體實(shí)現(xiàn)各向異性刻蝕。44（2）刻蝕剖面，刻117（3）刻蝕偏差，刻蝕偏差就是刻蝕后線寬與關(guān)鍵尺寸間距的變化，Wb是刻蝕前光刻膠的線寬，Wa是去膠后被刻材料的線寬，刻蝕偏差即為二者之差。45（3）刻蝕偏差，刻蝕偏差就是刻蝕后線寬與關(guān)鍵尺寸間距118（4）選擇比，選擇比是兩種不同材料的刻蝕速率比值，選擇比要高，即刻蝕時待刻材料的刻蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于不需刻蝕材料的刻蝕速率。（5）刻蝕因子，刻蝕因子是刻蝕的深度和橫向刻蝕量的比值?？涛g因子越大，刻蝕的各向異性越好。（6）均勻性，要將較厚的薄膜刻蝕干凈需要較長的時間，這樣就會使較薄處的薄膜刻蝕過渡；反之，則無法將較厚的薄膜刻蝕干凈。為了獲得完美的圖形，要嚴(yán)格控制刻蝕的均勻性。46（4）選擇比，選擇比是兩種不同材料的刻蝕速率比值，選1192.濕法刻蝕濕法刻蝕主要是借助刻蝕劑與待刻材料之間的化學(xué)反應(yīng)將待刻膜層溶解達(dá)到刻蝕的目的。濕法刻蝕的反應(yīng)產(chǎn)物必須是氣體或可溶于刻蝕劑的物質(zhì)，否則會造成反應(yīng)物的沉淀，影響刻蝕的正常進(jìn)行?？涛g分三步進(jìn)行：刻蝕劑擴(kuò)散至待刻材料的表面；刻蝕劑與待刻材料反應(yīng)；反應(yīng)產(chǎn)物離開刻蝕表面擴(kuò)散至溶液當(dāng)中，隨溶液被排出。472.濕法刻蝕120（1）硅的濕法刻蝕單晶硅與多晶硅的刻蝕都是通過與硝酸和氫氟酸的混合溶劑反應(yīng)來完成的。反應(yīng)如下：（2）氮化硅的濕法刻蝕氮化硅化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，通常利用180℃下濃度為85%的磷酸來進(jìn)行氮化硅的刻蝕。濕法刻蝕大多用于整層氮化硅的去除，對于小面積刻蝕，通常選擇干法刻蝕。48（1）硅的濕法刻蝕121（3）二氧化硅的濕法刻蝕典型的二氧化硅刻蝕劑是氟化銨與氫氟酸以6：1的體積比混合，它對氧化層的刻蝕速率約為1000?/min，其反應(yīng)如下：（4）鋁的濕法刻蝕鋁刻蝕在生產(chǎn)上常用的是經(jīng)過加熱的磷酸、硝酸、醋酸以及水的混合溶液，典型的比例是80：5：5：10。刻蝕反應(yīng)如下：

49（3）二氧化硅的濕法刻蝕122濕法刻蝕設(shè)備簡單、工藝操作方便，一般的常規(guī)生產(chǎn)均能滿足要求。但各向同性刻蝕性太強(qiáng)，難以控制線寬，而且刻蝕劑大多為腐蝕性較強(qiáng)的試劑，安全性較差。所以，已逐漸被干法刻蝕代替。50濕法刻蝕設(shè)備簡單、工藝操作方便，一般的常規(guī)生1233.干法刻蝕干法刻蝕可分為物理性刻蝕和化學(xué)性刻蝕。物理性刻蝕是利用輝光放電使氣體電離，再通過偏壓使正離子加速，濺擊在待刻膜層表面，將待刻材料的原子擊出。這種刻蝕方向性好，可獲得接近垂直的刻蝕側(cè)墻；但因?yàn)殡x子的濺擊面太廣，掩蔽層也遭到刻蝕，使得刻蝕選擇性降低；另外，被擊出的是非揮發(fā)性物質(zhì)，容易再次淀積，使刻蝕速率降低。因此，目前很少單獨(dú)使用。513.干法刻蝕124化學(xué)性刻蝕是利用等離子將刻蝕氣體電離產(chǎn)生化學(xué)活性極強(qiáng)的原子（分子）團(tuán)，此原子（分子）團(tuán)擴(kuò)散至待刻膜層表面，與待刻材料反應(yīng)生成揮發(fā)性物質(zhì)，這些揮發(fā)性物質(zhì)被真空設(shè)備抽離排出?；瘜W(xué)反應(yīng)刻蝕的過程可分為以下幾步：反應(yīng)氣體電離產(chǎn)生等離子體；等離子體擴(kuò)散至待刻膜層表面；等離子體與待刻材料反應(yīng)；產(chǎn)物脫離表面排除。這種刻蝕具有類似于濕法刻蝕的優(yōu)缺點(diǎn)：選擇比高但卻是各向同性刻蝕，線寬控制性差。52化學(xué)性刻蝕是利用等離子將刻蝕氣體電離產(chǎn)生化學(xué)125最廣泛使用的是將物理性刻蝕與化學(xué)性刻蝕結(jié)合在一起的反應(yīng)離子刻蝕（RIE），這種刻蝕方法兼具各向異性以及高選擇比等優(yōu)點(diǎn)?？涛g主要依靠化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，以獲得高選擇比，加入離子撞擊的作用有：破壞待刻材料表面的原子鍵，加快刻蝕速率；將再次淀積在待刻膜層表面的反應(yīng)產(chǎn)物打掉，保證反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。反應(yīng)離子刻蝕已成為干法刻蝕的主流方向。53最廣泛使用的是將物理性刻蝕與化學(xué)性刻蝕結(jié)合在126（1）干法刻蝕設(shè)備桶式刻蝕系統(tǒng)54（1）干法刻蝕設(shè)備桶式刻蝕系統(tǒng)127下游式刻蝕系統(tǒng)55下游式刻蝕系統(tǒng)128反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)56反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)129磁場增強(qiáng)反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)57磁場增強(qiáng)反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)130感應(yīng)耦合式等離子體刻蝕系統(tǒng)58感應(yīng)131（2）二氧化硅的干法刻蝕氧化物的等離子體刻蝕工藝大多采用含有氟碳化合物的氣體進(jìn)行刻蝕。59（2）二氧化硅的干法刻蝕132向反應(yīng)氣氛中加入氧氣可改變氧化硅的刻蝕速率與硅的刻蝕速率比，當(dāng)氧氣濃度約為20～40%時，氧化硅的刻蝕速率明顯高于硅的刻蝕速率，40%以后，二者的刻蝕速率又開始接近。也可通過加入氫氣來降低硅的刻蝕速率，氫氣的濃度約為40%時，硅的刻蝕速率幾乎為0，而氧化硅的刻蝕速率確基本不受影響。60向反應(yīng)氣氛