半导体技术课件第九章基本光刻工艺..ppt

第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －1－ 概述 在本章中，将介绍从显影到最终检验所使用的基本方法。还涉及掩膜版工艺的使用和定位错误的讨论。 9.1 显影 晶圆经过曝光后,器件或电路的图形被以曝光和未曝光区域的形式记录在光刻胶上。通过对未聚合光刻胶的化学分解来使图形显影。通过显影完成掩膜版图形到光刻胶上的转移（如图所示）。 不良显影：不完全显影 显影不足 严重过显影。 第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －2－ 第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －3－ 负光刻胶显影 当负性光刻胶经过曝光后，它会发生聚合，在聚合与未聚合之间有足够高的分辨率，从而在显影过程中聚合的区域只会失去很小部分光刻胶，而未聚合的区域则在显影过程中分解，但由于两个区域之间总是存在过渡 区，过渡区是部分聚合的 光刻胶，所以，显影结束 后必须及时冲洗，使显影 液很快稀释，保证过渡区 不被显影，使显影后的图 形得以完整。 第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －4－ 正光刻胶显影 对于正性光刻胶，聚合与未聚合区域的溶解率约为1:4。这意味着在显影中总会从聚合的区域失去一些光刻胶。使用过渡的显影液或显影时间过长都会导致光刻胶太薄而不能使用。 通常要求不高的正光刻胶显影使用减－水溶液和非离子溶液，对制造敏感电路使用叠氮化四甲基铵氢氧化物的溶液。 正性光刻胶的显影工艺比负性光刻胶更为敏感，影响的因素有：软烘焙时间和温度、曝光度、显影液浓度、时间、温度以及显影方法。显影工艺参数由所有变量的测试来决定。 图9.4显示了一个特定的工艺参数对线宽的影响。 第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －5－ 图9.4 显影剂温度和曝光关系与线宽变化的比较 第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －6－ 显影方式 显影方式分为：湿法显影 干法（等离子）显影 湿法显影 沉浸 喷射 混凝 沉浸显影 最原始的方法。就是将待显影的晶圆放入盛有显影液的容器中，经过一定的时间再放入加有化学冲洗液的池中进行冲洗。比较简单，但存在的问题较多，比如：液体表面张力会阻止显影液进入微小开孔区；溶解的光刻胶粘在晶圆表面影响显影质量；随着显影次数增加显影液的稀释和污染；显影温度对显影率的影响等。 喷射显影 显影系统如图9.7所示。由此可见，显影剂和冲洗液都是在一个系统内完成，每次用的显影液 第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －7－ 和冲洗液都是新的，所 以较沉浸系统清洁，由 于采用喷射系统也可大 大节约化学品的使用。 所以此工艺很受欢迎， 特别是对负性光刻胶工 艺 。 对正性光刻胶工艺 来说 因为温度的敏感 性，当液体在压力下从喷嘴喷出后很快冷却，要保证温度必须加热晶圆吸盘。从而增加了设备的复查性和工艺难度。 第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －2－ 混凝显影 虽然喷射显影有很多有点，但对正性光刻胶显影还存在一些问题，混凝显影就是针对所存在地问题而改进的一种针对正性胶的光刻工艺，差别在于显影化学品的不同。 如图所示，首先在静止的晶圆表面上覆盖一层显影液，停留一段时间（吸盘加热过程），在此过程中，大部分显影会发生，然后旋转并有更多的显影液喷到晶圆表面并冲洗、干燥。 第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －9－ 干法显影 液体工艺的自动化程度不高，并且化学品的采购、存储、控制和处理费用昂贵，取代液体化学显影的途径是使用等离子体刻蚀工艺，该工艺现已非常成熟。在此工艺中，离子从等离子体场得到能量，以化学形式分解暴露的晶圆表面层。干法光刻显影要求光刻胶化学物的曝光或未曝光的之一易于被氧等离子体去除。具体内容在第十章中介绍。 9.2 硬烘焙 硬烘焙的作用是蒸发湿法显影过程中吸收在光刻胶中溶液，增加光刻胶和晶圆表面的粘结能力，保证下一步的刻蚀工艺得以顺利进行。 第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －10－ 硬烘焙方法