1、1,第十五章 光刻 光刻胶显影和先进的光刻技术,微固学院 张金平 ,2,15.1 引言,本章主要内容：,光刻胶显影技术 先进的光刻技术,本章知识要点：,掌握光刻胶的显影方法； 掌握光刻胶曝光后烘焙意义； 了解先进的光刻技术。,3,8)显影后检查,5) 曝光后烘焙,6)显影,7)坚膜,4) 对准和曝光,2) 涂胶,3)前烘,1) 气相成底膜,光刻的八个步骤,15.1 引 言,4,15.2 曝光后烘焙,5,15.2 曝光后烘焙,DUV曝光后烘焙促进化学反应 温度均匀性典型的后烘温度在90至130之间，时间约为1到2分钟，通常比软供温度高10到15。曝光后烘焙延迟（表层不溶的阻止层）I-Line曝光
2、后烘焙提高光刻胶的粘附性并减少驻波,6,未被曝光的光刻胶区,中性化的光刻胶区,被曝光的光刻胶的酸催化反应 (PEB后),光刻胶的T型,15.2.1 胺染污引起的“T-top”,7,15.2.2 后烘引起驻波减少,8,15.3 显影,9,15.3 显 影,显影是将未感光的负胶或已经感光的正胶溶解的工艺。显影速率受显影液温度和浓度的影响。 显影依赖于所用光刻胶，亚微米光刻常用正胶，非关键层一般用I线胶，关键层和0.25m以下用DUV光刻胶。 负胶显影时不与显影液反应，留下的胶易膨胀和变形，分辨率低。 正胶显影需要与显影液反应，留下的胶未曝光，不膨胀和变形，分辨率高，所以用于亚微米光刻。 显影方法分
3、为浸泡法和喷雾法两种。喷雾法的分辨率和重复性好，广泛采用。,10,15.3 显影问题,胶显影出现的各种现象,衬底,显影不足：线条比正常线条要宽并且在侧面有斜坡； 不完全显影：衬底上留下应该在显影过程中去掉的剩余光刻胶； 过显影：除去了太多的光刻胶，引起图形变窄和拙劣的外形。,11,15.3 显 影,负胶正胶显影方法胶显影参数,12,15.3.1 负胶交联,UV,交联,未曝光的光刻胶,曝光的光刻胶,负胶显影时不发生化学反应，主要是未曝光的光刻胶的溶剂清洗。 留下的胶易膨胀和变形，分辨率低。,13,15.3.2 正胶显影,正胶显影包含显影液和光刻胶之间的化学反应； 显影液和正胶的化学反应与溶解负胶
4、的溶剂清洗有很大差别。正胶显影液是一种用水稀释的强碱溶液。,14,15.3.3 显影方法,连续喷雾显影旋覆浸没显影,15,15.3.3 连续喷雾光刻胶显影,(a) 硅片轨道系统,(b) 喷雾式显影,硅片传送系统,装片台,传送台,气相成底膜,涂胶,显影和清洗,去边,软烘,冷板,冷板,坚膜,16,15.3.3 旋覆浸没光刻胶显影,17,15.3.3 光刻胶显影参数,显影温度1525显影时间显影液用量当量浓度清洗排风硅片吸盘,18,15.4 坚膜,19,15.4 坚 膜,坚膜：显影后的热烘焙称为坚膜烘焙蒸发掉剩余的溶剂使光刻胶变硬增加光刻胶与硅片的粘附性为下一步工艺准备比软烘的温度高，但不能使光刻胶
5、变形 用 Deep UV坚膜,20,15.4 高温下变软的光刻胶流动,21,15.5 显影检查,22,15.5 显影后检查,查找缺陷在腐蚀或离子注入前检查检查光刻工艺的好坏硅片返工,23,15.5 自动显影检查设备,24,15.5 光刻、显影检查及返工流程,5. 曝光后烘焙,不合格硅片,合格硅片,离子注入,刻蚀,25,15.6 先进的光刻技术,26,15.6 光刻技术的改进,27,15.6 先进的光刻技术,下一代光刻技术 极紫外 (EUV) 角度限制投影电子束光刻SCALPEL 离子束投影Ion Projection Lithography (IPL) X-Ray 先进的光刻胶工艺 发展的方向
6、（正胶、化学放大DUV） 扩散增强甲硅烷基光刻胶工艺DESIRE,28,15.6.1 下一代光刻技术,极紫外光刻技术示意图,29,15.6.1 SCALPEL示意图,角度限制投影电子束光刻(SCALPEL)； 使用的多层薄膜掩膜版几乎不吸收电子； 电子束通过一个掩膜版中的高原子数目层时，该层散射出电子在硅片平面形成一个高对比度的图形； SCALPEL为线性复制，用步进扫描直写方式产生曝光光刻胶条纹。,30,15.6.1 离子束投影光刻技术,离子束投影光刻技术(IPL)； 用离子束进行光刻胶曝光，或者通过掩膜，或者用精确聚焦的离子束连续在光刻胶上直写。 离子质量比电子大，因而能更有效地将能量转换
7、到光刻胶上。 离子束投影光刻技术能获得非常高的分辨率。,31,15.6.1 X射线光刻技术,X-ray 光谱,X射线光刻技术： 系统组件包括:(1) 掩膜版 (2) x射线源(3) x射线光刻胶。,32,15.6.1 X射线光刻技术,X-ray 光掩膜示意图,波长很短，掩膜版上没有衍射干涉效应产生，工艺宽容度很大。 X射线版图用的是与硅片关键尺寸相同的1倍掩膜版。,33,15.6.1 MOS器件中的辐射损伤,34,15.6.1 MOS器件中的辐射损伤,35,15.6.2 先进的光刻胶工艺,光刻胶及光刻的发展,负性光刻胶,正性光刻胶 (DNQ-酚醛树脂),化学放大胶,先进的光刻胶 顶层表面成像,
8、接触式曝光机,G线分步重复光刻机,I线分步重复光刻机,扫描式光刻机,DUV步进扫描光刻机,DUV分步重复光刻机,EUV步进扫描光刻机,SCALPEL,IPL, X-ray,PSM, OAI,1970s 10 mm,1.2 mm,0.35 mm,0.40 mm,0.18 mm,2010 0. 1 mm,2000s 0. 13 mm,1 mm,1980s,1990s,36,15.6.2 顶层表面成像,37,附：掩膜版的质量要求,1. 每个微小图形要有高的图像质量 2. 图形边缘清晰、锐利、无毛刺 3. 整套掩膜版能够很好对准 4. 图形与衬底要有足够的反差 5. 掩膜尽量无针孔、小岛和划痕 6. 版面平整、光洁、坚固耐磨,
