集成電路制造技術(shù)集成電路制造技術(shù)JICHENGDIANLUZHIZAOJISHU——原理與工藝哈爾濱工業(yè)大學(xué)/田麗光刻技術(shù)JICHENGDIANLUZHIZAOJISHU光刻工藝光刻技術(shù)刻蝕技術(shù)光刻工藝第八章光刻工藝JICHENGDIANLUZHIZAOJISHU8.1概述光刻(photolithography)是將掩模版（光刻版）上的幾何圖形轉(zhuǎn)移到覆蓋在硅襯底表面對光輻照敏感的光刻膠上的工藝。光刻技術(shù)發(fā)展Si光刻膠光刻掩模光源投影透鏡Lmin光刻通常是用最小線條寬度來表征其發(fā)展水平，稱為特征線寬（criticaldimension,CD）8.1概述光刻分辨率分辨率（resolution），指一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)精確區(qū)分目標(biāo)的能力。也就是能分辨開物面上兩點(diǎn)的最小距離。由瑞利定律決定：光刻分辨率，指由光刻工藝得到的光刻膠圖形能分辨線條的最小線寬。主要由光刻系統(tǒng)分辨率決定，還與光刻版、光刻膠，襯底及工藝操作等有關(guān)：

Lmin=

浸入式光刻不同光源對應(yīng)的技術(shù)參數(shù)光源

(nm)kNA技術(shù)節(jié)點(diǎn)汞燈4360.80.15-0.45>0.5μm汞燈3650.60.35-0.600.5/0.35μmKrF2480.3-0.40.35-0.820.25/0.13μmArF1930.3-0.40.60-0.9390/65…28nmF21570.2-0.40.85-0.93--

等離子體13.50.740.25-0.722/5nm提高分辨率途徑：k

，

，NA

anH2OnH2O=1.448.1概述光刻分辨率光刻分辨率的另一種表示方法：采用單位尺寸范圍內(nèi)能分辨的最窄線條對的數(shù)量表示：

（條/mm）光刻分辨率的物理極限：設(shè)一物理線度L，由量子物理的海森堡不確定關(guān)系式：

光的波動性所顯現(xiàn)的衍射效應(yīng)限制了光刻最小線寬：

其它曝光粒子束的波長：

LL8.1概述光刻工藝及系統(tǒng)的其它指標(biāo)套準(zhǔn)精度(AlignmentandOverlay)：指光刻形成的圖形層和襯底前次光刻圖形層的最大相對位移。焦深(depthoffocus，DOF）：指的是光刻系統(tǒng)在特征線寬時(shí)，曝光相面偏離焦平面的范圍。Si光刻膠光源透鏡焦深焦平面焦深示意圖

8.2基本光刻工藝流程光刻膠SiSiO2底膜處理SiSiO2涂膠光刻膠SiSiO2前烘光刻膠SiSiO2光刻板光刻膠SiSiO2顯影光刻膠SiSiO2堅(jiān)膜、檢驗(yàn)光刻膠SiSiO2刻蝕SiSiO2去膠光刻膠SiSiO2光刻檢驗(yàn)曝光8.2基本光刻工藝流程目的：對硅襯底表面進(jìn)行處理，以增強(qiáng)襯底與光刻膠之間的黏附性，包括：清洗烘烤增黏處理烘烤，去除襯底表面的水汽，使其徹底干燥；增黏處理，就是涂敷能增加光刻膠與硅片表面附著能力的化合物。如HMDS(分子式：(H2C)6Si2NH)。膠膠θSiSiO2(a)不浸潤：θ>90oSiSiO2θ(b)浸潤：θ<90oSiSiO2(c)表面有Si-OHOHOHOHOHOHSiSiO2(d)形成Si-O-Si(CH2)2(H2C)2Si-NH-Si(CH2)2(H2C)2Si-NH-Si(CH2)2OOSi(CH2)2Si(CH2)2OSi(CH2)2OSi(CH2)21底膜處理8.2基本光刻工藝流程在硅片表面通過旋轉(zhuǎn)涂敷的光刻膠，應(yīng)厚度均勻、附著性強(qiáng)、沒有缺陷工藝參數(shù)：3000~6000rpm，膠膜厚度四工位勻膠機(jī)滴膠光刻膠膜硅片旋轉(zhuǎn)臺接真空(a)滴膠(b)涂膠2涂膠熱平板前烘8.2基本光刻工藝流程通過在較高溫度下進(jìn)行烘焙，使襯底表面涂敷的光刻膠膜的溶劑揮發(fā)，膠中溶劑降至5%左右，同時(shí)增強(qiáng)與襯底的粘附性前烘方法：熱平板傳導(dǎo)；紅外線輻射；干燥循環(huán)熱風(fēng)。烘箱前烘條件：90~100℃，烘烤時(shí)間。前烘時(shí)間和溫度應(yīng)適當(dāng)，如溫度太高或時(shí)間過長，光刻膠層變脆而附著力降低。而前烘不足會影響后面顯影的效果。3前烘駐波效應(yīng)手動對版8.2基本光刻工藝流程前烘好的襯底放在光刻機(jī)上，經(jīng)與光刻版對準(zhǔn)后，進(jìn)行曝光，接受到光輻照的光刻膠發(fā)生光化學(xué)變化，形成潛影。關(guān)鍵點(diǎn)：光源與光刻膠應(yīng)匹配，也就是光源波長在光刻膠敏感的光波段；對準(zhǔn)，是指光刻板上與襯底上的對版標(biāo)記應(yīng)精確對準(zhǔn)，這樣一套光刻板各版之間的圖形才能彼此套準(zhǔn)。曝光時(shí)間，由光源強(qiáng)度，光刻膠種類、厚度等決定。另外，為降低駐波效應(yīng)影響，可在曝光后需進(jìn)行烘焙，稱為曝光后烘焙(PEB)。硅襯底光刻板光刻膠形成駐波邊緣不齊4曝光8.2基本光刻工藝流程在已曝光的硅襯底膠面上噴淋顯影液，或?qū)⑵浣菰陲@影液中，正膠是曝光區(qū)、而負(fù)膠是非曝光區(qū)的膠膜溶入顯影液，膠膜中的潛影顯現(xiàn)出來，形成三維圖形。

顯影完成后通常進(jìn)行工藝線的顯影檢驗(yàn)，通常在顯微鏡下觀察顯影效果：顯影是否徹底、光刻膠圖形是否完好。硅襯底正膠光刻板硅襯底硅襯底負(fù)膠影響顯影效果的主要因素：①曝光時(shí)間，②前烘溫度和時(shí)間，③光刻膠膜厚；④顯影液濃度、溫度；⑤顯影液的攪動情況等。5顯影8.2基本光刻工藝流程堅(jiān)膜也叫后烘，是為了去除由于顯影液的浸泡引起的膠膜軟化、溶脹現(xiàn)象，能使膠膜附著能力增強(qiáng)，抗腐蝕能力提高。堅(jiān)膜溫度要高于前烘和曝光后烘烤溫度堅(jiān)膜時(shí)間，100～140℃6堅(jiān)膜8.2基本光刻工藝流程光刻膠鉆蝕圖形尺寸變化套刻對準(zhǔn)不良光刻膠膜損傷線條是否齊、陡針孔、小島鉆蝕針孔、小島、劃傷7顯影檢驗(yàn)8.2基本光刻工藝流程濕法刻蝕SiO2、Al、poly-Si等薄膜干法刻蝕8刻蝕8.2基本光刻工藝流程濕法去膠，用溶劑、用濃硫酸負(fù)膠：98%H2SO4+H2O2+膠→CO+CO2+H2O正膠：丙酮干法去膠（Ash)氧氣加熱去膠1O2+膠→CO+CO2+H2O等離子去膠（Oxygenplasmaashing）2高頻電場O2→電離O－＋O＋