硅集成电路工艺光刻与刻蚀2.ppt

正胶与负胶 天津工业大学 正胶与负胶 负胶的缺点 ： ? 树脂的溶涨降低分辨率 ? 溶剂（二甲苯）造成环境污染 天津工业大学 对比度 ? 光刻胶膜厚 —— 曝光剂量响应曲线 ? 对比度： r ? ( Y ? Y ) /( X ? X ) 2 1 2 1 1 正胶： r p ? log 10 ( D c / D 0 ) 负胶： r n ? 1 0 i log 10 ( D g / D g ) ? 对比度越高，侧面越陡，线宽更准确 ? 对比度高，减少刻蚀过程中的钻蚀效应，提高分辨率 天津工业大学 其他特性 光敏度 膨胀性 抗刻蚀能力和热稳定性 黏着力 溶解度和黏滞度 微粒含量和金属含量 储存寿命 理想的曝光图形 正胶 实际的曝光图形 负胶 理想曝光图形与实际图形的差别 天津工业大学 ? ? ? ? ? ? ? § 8.4 曝光系统 UV ） 曝 光学曝光系统 紫外（ 光 深紫外（ DUV ） 系 统 电子束曝光系统 非光学曝光系统 X 射线曝光系统 离子束曝光系统 天津工业大学 紫外（ UV ）光源 水银弧光灯光源 i 线（ 365nm ） h 线（ 405nm ） g 线（ 436nm ） 缺点 ：能量利用率低（ 2 ％） 准直性差 天津工业大学 深紫外（ DUV ）光源 ? KrF 、 ArF 、 F2 准分子激光器 ? 优点：更高有效能量，各向异性，准直，波长更小，空 间相干低，分辨率高 ? 缺点：带宽宽，脉冲式发射，能量峰值大，损伤 天津工业大学 曝光方式（ Exposure ） 曝 光 方 式 遮蔽式 接触式 Shade Contact printer system 接近式 投影式 proximity printer projection system 天津工业大学 接触式曝光 (contact printer) 接触式曝光 S=0 ，分辨率得到提高（ 1 － 3um) 尘埃粒子的产生，导致掩膜版的损坏，降低成品率 天津工业大学 快速热处理及合金 天津工业大学 预烘及涂增强剂 ? 去除硅片表面的水分 ? 增强与光刻胶的黏附力（亲水性，疏水性） ? 温度一般为 150 ～750℃之间 ? 可用涂覆增强剂（ HMDS ，六甲基乙硅氧烷）来增加 黏附性 天津工业大学 涂胶（旋涂法） ? 目的 ：形成厚度均匀、附着力强、没有缺陷的光刻胶薄膜 ? 方法 ：旋涂法 天津工业大学 旋涂 天津工业大学 旋涂 天津工业大学 旋涂 天津工业大学 天津工业大学 旋涂 边沿清除 天津工业大学 边沿清除 天津工业大学 光刻胶膜的质量 质量指标 ： ? 膜厚（光刻胶本身的黏性、甩胶时间、速度） ? 膜厚均匀性（甩胶速度、转速提升速度） ? 气泡，灰尘等粘污情况（超净工作台，红、黄光照明） 天津工业大学 前烘 目的： ? 使胶膜内溶剂充分挥发，干燥，降低灰尘污染 ? 增加胶膜与下层膜的黏附性及耐磨性 ? 区分曝光区和未曝光区的溶解速度 方法： ? 干燥循环热风 ? 红外线辐射 ? 热平板传导 （100℃左右） 天津工业大学 前烘方法 天津工业大学 显影 ? 目的：显现出曝光后在光刻胶层中形成的潜在图形 正胶 ：感光区域显影溶解，所形成的是掩膜板图形的正 映像 负胶 ：反之 ? 方法：喷洒显影液 静止显影 漂洗、旋干 天津工业大学 天津工业大学 正胶和负胶 天津工业大学 显影中可能存在的问题 天津工业大学 显影设备 天津工业大学 喷洒显影液 天津工业大学 静止显影 天津工业大学 去除显影液 天津工业大学 去离子水清洗 天津工业大学 显影全过程 天津工业大学 曝光后烘培 ? 目的：降低驻波效应，形成均匀曝光 天津工业大学 曝光后烘培 天津工业大学 后烘（坚膜） 目的 ： ? 除去光刻胶中剩余的溶剂，增强光刻胶对硅片的附着力 ? 提高光刻胶在刻蚀和离子注入过程中的抗蚀性和保护能力 ? 减少光刻胶层中的缺陷（如针孔），修正图形边缘轮廓 方法 ：高温处理（150℃左右） 光学稳定（ UV 照射 ) 天津工业大学 刻蚀 ? 目的：选择性地将未被光刻胶掩蔽的区域去除 ? 方法：干法刻蚀 湿法刻蚀 ? 质量指标：分辨率 ； 选择性 天津工业大学 去胶 目的 ：将经过刻蚀的硅片表面留下的光刻胶去除 方法 ：干法去胶 （等离子体去胶、紫外光分解去胶） 湿法去胶 （无机溶液去胶、有机溶液去胶） 天津工业大学 § 8.2 分辨率 ( Resolution ) ? 定义：分辨率 R 表示每 mm 内能刻蚀出可分辨的最多线条数， 即每 mm 内包含有多少可分辨的线对数 1 ? 1 R ? ( mm ) 2 L 天津工业大学 ? 物理学意义：限制因素是衍射 光子： ? L ? ? p ? h ? L ? ? p / h ? ? / 2 ; R max ? 1 /