光刻-光刻膠顯影和先進(jìn)的光刻技術(shù)目的如何對光刻膠進(jìn)展曝光后烘培以及原因描繪光刻膠的正負(fù)膠顯影工藝列出兩種最普通光刻膠顯影方法和關(guān)鍵的顯影參數(shù)陳述顯影后要進(jìn)展堅(jiān)膜的原因解釋顯影后檢查的好處列出并描繪4種不同的先進(jìn)光刻技術(shù)及面臨的挑戰(zhàn)6/25/20252提綱6/25/20253通過顯影液將可溶解的光刻膠溶解掉就是光刻膠顯影，顯影除去了由曝光造成的可溶解的光刻膠。光刻膠顯影的目的是在光刻膠中獲得準(zhǔn)確的掩膜幅員案的復(fù)制，同時(shí)保證光刻膠粘附性可承受。光刻膠顯影和檢查是進(jìn)入下一步刻蝕或離子注入之前的圖形轉(zhuǎn)移工藝的中間步驟。光刻膠圖形的質(zhì)量決定了隨后工藝的成功與否。光刻膠的顯影步驟依賴于它是正膠或負(fù)膠，是常規(guī)I線膠(DNQ線性酚醛數(shù)值)或化學(xué)放大深紫外線光刻膠(CADUV)。亞微米光刻通常使用正膠，非關(guān)鍵層一般用常規(guī)I線膠，關(guān)鍵層通常用深紫外線光刻膠。6/25/20254曝光后的硅片從曝光系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到硅片軌道系統(tǒng)后，需要進(jìn)展短時(shí)間的曝光后烘培〔PEB〕。為了促進(jìn)關(guān)鍵光刻膠的化學(xué)反響，對CADUV光刻膠進(jìn)展后烘是必需的。對于基于DNQ化學(xué)成分的常規(guī)I線膠，進(jìn)展后烘的目的是進(jìn)步光刻膠的粘附性并減少駐波。6/25/20255DUV曝光后烘培后烘的溫度均勻性和持續(xù)時(shí)間是影響DUV光刻膠質(zhì)量的重要因素。后烘時(shí)，硅片被放在自動(dòng)軌道系統(tǒng)的一個(gè)熱板上，處理的溫度和時(shí)間需要根據(jù)光刻膠的類型確定。典型的后烘溫度在90℃至130℃之間，時(shí)間約為1至2分鐘。6/25/20256常規(guī)I線膠PEB曝光后烘減少了光刻膠中剩余的溶劑，從曝光前的7％～4％減少到了5％～2％。曝光后烘減少了曝光過程中的駐波缺陷。駐波是由于入射光產(chǎn)生干預(yù)造成的，入射光與從襯底反射回來的光在光刻膠中干預(yù)產(chǎn)生不均勻的光強(qiáng)，導(dǎo)致光刻膠的側(cè)面產(chǎn)生駐波。6/25/20257用化學(xué)顯影液溶解由曝光造成的光刻膠的可溶解區(qū)域就是光刻膠顯影，其主要目的是把掩膜幅員形準(zhǔn)確復(fù)制到光刻膠中。顯影的要求重點(diǎn)是產(chǎn)生的關(guān)鍵尺寸到達(dá)規(guī)格要求。假如不正確地控制顯影工藝，光刻膠圖形就會(huì)出現(xiàn)問題。三個(gè)主要缺陷：顯影缺乏、不完全顯影和過顯影。6/25/20258光刻膠顯影問題6/25/20259負(fù)膠負(fù)膠通過紫外線曝光發(fā)生交聯(lián)(crosslink)或變硬，使曝光的光刻膠變得在顯影液中不可溶解。對于負(fù)膠顯影工藝，顯影過程中幾乎不需要化學(xué)反響，主要包括未曝光的光刻膠的溶劑清洗。未曝光的光刻膠由于沒有發(fā)生交聯(lián)，因此很軟而且可溶解。顯影液通常是一種有機(jī)溶劑〔如二甲苯〕。顯影后用清洗液去除剩余的顯影液，以確保顯影工藝停頓。6/25/202510正膠由于進(jìn)步了線寬分辨率，正膠是亞微米工藝制造中最普遍的光刻膠。兩種類型的正膠：常規(guī)DNQI線膠和化學(xué)放大DUV光刻膠。顯影液溶解光刻膠的速度稱為溶解率或者顯影速度。高的溶解率有助于消費(fèi)率的進(jìn)步，但太高的溶解率會(huì)影響光刻膠的特性。顯影液具有選擇性，高的顯影選擇比意味著顯影液與曝光的光刻膠反響得快，而與未曝光的光刻膠反響得慢。高密度的圖形需要高選擇比的顯影液。6/25/202511正膠顯影液顯影液通常用堿性溶液早期：NaOH或KOH水溶液，但這兩種顯影液都包含有可動(dòng)離子沾污(MIC)，對于對污染很敏感的高特性集成電路是不可承受的。改用四甲基氫氧化銨〔TMAH〕，這種顯影液的金屬離子濃度非常低，防止了硅片外表MIC的注入。6/25/202512顯影方法連續(xù)噴霧(continuousspray)顯影旋覆浸沒(puddle)顯影6/25/202513連續(xù)噴霧(continuousspray)顯影一個(gè)或多個(gè)噴嘴噴灑顯影液到硅片外表，真空吸盤上的單個(gè)硅片以很慢的速度旋轉(zhuǎn)。顯影液以霧的形式噴灑。噴嘴噴霧形式和硅片旋轉(zhuǎn)速度是實(shí)現(xiàn)硅片間光刻膠溶解率和均勻性的可重復(fù)性的關(guān)鍵可變因素。6/25/202514旋覆浸沒(puddle)顯影旋覆浸沒顯影碰到硅片上的少量顯影液形成了水坑形狀。為了獲得最正確特性，顯影液的流動(dòng)必須保持很低，以減少硅片邊緣顯影速率的變化。這正是旋覆浸沒顯影的優(yōu)點(diǎn)。6/25/202515光刻膠顯影參數(shù)顯影溫度顯影時(shí)間顯影液量硅片吸盤當(dāng)量濃度清洗排風(fēng)6/25/202516顯影后的熱烘培稱為堅(jiān)膜烘培，目的是蒸發(fā)掉剩余的溶劑使光刻膠變硬。堅(jiān)膜進(jìn)步了光刻膠對硅襯底的粘附性，為下一步的工藝加工做好了準(zhǔn)備，如進(jìn)步光刻膠抗刻蝕才能。堅(jiān)膜也除去了剩余的顯影液和水。通常的堅(jiān)膜溫度正膠130℃，負(fù)膠150℃。6/25/202517顯影檢查是為了查找光刻膠中成形圖形的缺陷。繼續(xù)進(jìn)展隨后的刻蝕或離子注入工藝之前必須進(jìn)展檢查以鑒別并除去有缺陷的硅片。將硅片外表的光刻膠剝離，然后重新進(jìn)展光學(xué)光刻工藝的過程稱為硅片返工。6/25/202518減小紫外光源波長進(jìn)步光學(xué)光刻工具的數(shù)值孔徑化學(xué)放大深紫外光刻膠分辨率進(jìn)步技術(shù)〔如相移掩膜和光學(xué)鄰近修正〕硅片平坦化〔CMP〕以減小外表凹凸度光學(xué)光刻設(shè)備的先進(jìn)性〔如步進(jìn)光刻機(jī)或步進(jìn)掃描光刻機(jī)〕6/25/202519下一代光刻技術(shù)極紫外〔EUV〕光刻技術(shù)角度限制投影電子束光刻技術(shù)(SCALPEL)離子束投影光刻技術(shù)〔IPL〕X射線光刻技術(shù)6/25/202520極紫外〔EUV〕光刻技術(shù)極紫外(ExtremeUV)使用激光產(chǎn)生等離子源產(chǎn)生約13nm的紫外波長。這種光源工作在真空環(huán)境下以產(chǎn)生極紫外射線，然后由光學(xué)聚焦形成光束。挑戰(zhàn)：精細(xì)光學(xué)系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量外表的嚴(yán)格要求。反射鏡反射率需要通過準(zhǔn)確的多層外表涂層來最優(yōu)化。對準(zhǔn)方面，對于采用100nm設(shè)計(jì)規(guī)那么的器件，總的套準(zhǔn)容差大約為35nm。所有設(shè)備均工作在真空環(huán)境下。6/25/202521角度限制投影電子束光刻技術(shù)(SCALPEL)角度限制投影電子束光刻〔SCALPEL－SCatteringwithAngularLimitationProjectionElectronBeamLithograhpy)用電子束源代替了光源來成像硅片圖形。當(dāng)電子束通過一個(gè)掩膜版中的高原子數(shù)目層時(shí)，該層散射出電子在硅片平面形成一個(gè)高比照度的圖形。SCALPEL為線性復(fù)制，用步進(jìn)掃描直寫方式產(chǎn)生曝光光刻膠條紋。這種方式要求好的套準(zhǔn)精度。6/25/202522SCALPEL系統(tǒng)構(gòu)造SCALPEL系統(tǒng)主要由電子束光源、干預(yù)儀、掩模工作臺(tái)、透鏡、拼接偏轉(zhuǎn)器、芯片工作臺(tái)和掃描裝置等部件組成。6/25/202523SCALPEL工作原理SCALPEL中平行的電子束入射到由極薄的SiNx薄膜和薄的高原子序數(shù)組成的掩模上，穿過氮化硅膜的電子根本不散射，相反穿過金屬膜的電子散射嚴(yán)重。這些電子再經(jīng)過磁透鏡聚焦后穿過一個(gè)置于焦平面上的角度限制光闌，此時(shí)散射嚴(yán)重的電子透過率很低，相反地，低散射電子那么根本上穿過去了。所有這些電子再通過一個(gè)磁透鏡形成平行束，這樣就形成了高反差圖形。6/25/202524離子束投影光刻技術(shù)〔IPL〕離子束投影光刻技術(shù)(IPL,IonProjectionLithography)用離子束進(jìn)展光刻膠曝光，或者通過掩膜，或者用準(zhǔn)確聚焦的離子束連續(xù)在光刻膠上直寫。IPL用多電極靜電光學(xué)系統(tǒng)將氫或氦離子導(dǎo)向硅片。離子質(zhì)量比電子大，因此能更有效地將能量轉(zhuǎn)換到光刻膠上。6/25/202525X射線光刻技術(shù)X射線源將X射線投影到一種特殊的掩膜上，在已涂膠的硅片上形成圖形。用于光刻的X射線為軟X射線(0.1-10nm波長)X射線光刻技術(shù)的系統(tǒng)組件包括：一塊掩膜版，該掩膜版由可以傳導(dǎo)X射線的材料(如聚酰亞胺)構(gòu)成，此材料上有吸收X射線的材料〔如金、鎢、鉭〕形成的幅員X射線源X射線光刻膠6/25/202526關(guān)鍵尺寸沾污外表缺陷套準(zhǔn)對準(zhǔn)6/25/202527關(guān)鍵尺寸缺陷類型可能原因關(guān)鍵尺寸偏大步進(jìn)聚焦不正確曝光時(shí)間或能量不足顯影時(shí)間不足或顯影液濃度太低曝光或顯影步驟中工藝不正確關(guān)鍵尺寸偏小曝光時(shí)間過長或能量過多顯影時(shí)間過長或顯影液過強(qiáng)曝光或顯影步驟中工藝不正確6/25/202528沾污來自微?；蚬饪棠z外表外來的污染可能原因：設(shè)備需要清洗，特別是軌道類設(shè)備硅片清洗不干凈顯影化學(xué)藥品或沖洗用水需要過濾去除沾污源6/25/202529外表缺陷缺陷類型可能原因光刻膠表面劃傷硅片傳送錯(cuò)誤或與片盒分格和自動(dòng)傳送系統(tǒng)有關(guān)的微調(diào)錯(cuò)誤微粒、污點(diǎn)或瑕疵腔體排風(fēng)、噴涂器對準(zhǔn)、噴涂壓力、硅片水平、水滴、旋轉(zhuǎn)速度等膠缺少、膠過多或膠有殘?jiān)徽_的旋覆浸沒時(shí)間不正確的顯影液量和位置顯影工藝后不正確的沖洗過程不正確或不均勻的烘培光刻膠圖形的測墻條痕駐波或反射槽口（不能接受的關(guān)鍵尺寸偏差）不正確或沒有使用ARC6/25/202530套準(zhǔn)對準(zhǔn)不正確的對準(zhǔn)或與上一層套準(zhǔn)可能原因：步進(jìn)機(jī)引起的問題錯(cuò)誤的工藝步驟或幅員的使用溫度和濕度控制不當(dāng)6/25/202531小結(jié)曝光后，為了使化學(xué)放大深紫外光刻膠催化關(guān)鍵的光刻膠化學(xué)反響，需要進(jìn)展后烘。光刻膠顯影去掉了經(jīng)過曝光過程后變得可溶的區(qū)域。負(fù)膠顯影主要是未曝光部分光刻膠的溶劑清洗過程。已曝光負(fù)膠在顯影時(shí)易膨脹，限制了其應(yīng)用。正膠顯影包括顯影液和已曝光部分光刻膠之間的化學(xué)反響，其參數(shù)是溶解率和選擇比。6/25/20