光刻工艺讲义

1第六章 光刻工艺（ Photolithography)原理和工艺第六章 光刻工艺引言（基本概念）光刻胶的化学性质与作用光学光刻光学光刻的限制及技术展望第一节 引言 --- 集成电路中的图形2集成电路发展趋势特征尺寸不断缩小 硅圆片直径不断增大提高电路性能 降低生产成本?引言 --- 基本概念（ 1）光刻 Lithography ：用照相复印的方法将光刻版上的图案转移到硅片表面的光刻胶上，以实现后续的有选择刻蚀或注入掺杂。光刻版 Photo Mask ：带有电路图形信息的、有选择区域透光或不透光的光刻用掩模版。光刻胶 Photoresist ：感光前后溶解度会发生很大变化的化合物。3正胶光刻与负胶光刻曝光平行光源掩模版光刻胶介质薄膜（如多晶等）硅衬底显影光刻胶正胶光刻 负胶光刻正胶光刻与负胶光刻示意图引言－基本概念（ 2）光刻材料：光刻版（掩模版）、光刻胶、显影液光刻设备：涂胶机、对准 /曝光机、显影机光刻步骤：涂胶、对准 /曝光、显影光刻环境：洁净室、黄光室光刻的三要素：光刻版、光刻胶、光刻机VLSI对光刻工艺的要求高分辨率：满足特征尺寸缩小的需要高灵敏度：光刻胶的感光速度 ↑ 曝光时间 ↓精密的套刻对准：套刻误差 1时，表示掩模版上的图案尺寸大小是硅片上图案的 M倍），最常用的有 4:1、 5:1和 10:1等步进式投影曝光示意图15分步重复式投影曝光系统（ 2）当 M >1时，掩模版上的图案经透镜缩小 M 倍后成象于硅片上采用分区曝光方式，在一个硅片上有数十个曝光区，每次只对一个曝光区曝光，机械装置带动硅片移动到下一个曝光区曝光，直至所有曝光区完成曝光具有自动对准系统，包括掩模版定位、硅片的粗定位、精定位等，全部自动完成，必要时可人工辅助分步重复式投影曝光系统（ 3）两种对准方式：全片对准 --- 每个硅片上只挑选某些曝光区做对准，然后靠计算机计算和曝光机的精确机械定位，将每个曝光区做定位补偿后对准曝光单个曝光区对准 ---在每个曝光区曝光之前，个别进行对准调整补偿，然后曝光分步重复式投影曝光系统（ 4）分布重复式投影曝光系统的优点：通过缩小投影系统成像，因此提高了分辨率采用 M:1 的掩模版，掩模版的精度要求降低，并且减少了掩模版缺陷的影响如果采用逐步对准技术，可以补偿硅片尺寸的变化，提高对准精度，同时也降低了对硅片平面度的要求常用的几种曝光方式（ 1）16常用的几种曝光方式（ 2） 常用的几种曝光方式（ 3）光刻机的质量指标分辨率和套刻精度曝光重复性：光照强度均匀性和光照度产量：光刻机是生产中的瓶颈。因其设备投资大，故产量是衡量光刻机质量的一大重要因素。非光学光刻之所以没有很快发展成主流生产设备，就是受限于其产量太低。光刻机的产量主要取决于：光刻胶的光敏感度和光照强度（曝光时间）、对准时间、工作台移动硅片 /装卸硅片时间，以及每硅片的曝光次数。光刻质量检查显微镜目检 ---ADI线宽检查 ---CD对准检查 ---Overlay光刻工艺完成后需要进行质量检查，检查项目包括 ：如果发现不合质量规范的，可以进行光刻的返工，少量的光刻返工对产品的成品率影响很小。17线宽检查和套刻对准图形举例线宽测量图形对准测量图形掩模版相关技术介绍掩模版的作用：光刻工艺的基本工具，可以重复不断地将所需要的图形复制出来掩模版的制作过程：电路设计 → 版图设计 → 电子束制作掩模版掩模版的基本结构?掩模版的基本结构基材是石英玻璃：具有低膨胀系数、低钠含量、高化学稳定性、高光穿透性等特点玻璃表面镀上不透光的铬膜和减少反射的氧化铬膜掩模版上有铬膜的地方光线不能通过；没有铬膜的地方光线可以通过掩模版上通常盖有保护膜（ Pellicle ）18光刻掩模版结构示意图 第四节 光学光刻的限制及光刻新技术展望光学光刻的限制及光学光刻新技术变形照明（偏轴光源光源）技术相移式光刻掩模版技术E-B光刻X-ray光刻光学光刻的限制波长的限制曝光系统 NA的限制新的光学光刻技术：极紫外光光刻（ EUV）多层光刻胶结构无机光刻胶改进的曝光系统及掩模版技术多层光刻胶结构PCM 是指顶部的掩蔽层，即可移动保形掩模 Portable conformable mask平面化层一般为聚合物，可感光或不感光。隔离层一般为 SiO2或Si3 N419变形照明技术（ 1） 变形照明技术（ 2）相移式掩模版技术传统式 相移式非光学光刻技术电子束光刻X射线光刻离子束光刻20X-ray曝光系统 电子束曝光系统END