1、光刻工藝資料整理上一篇 / 下一篇  2007-12-10 20:10:25 / 個人分類：光刻 查看( 121 ) / 評論( 0 ) / 評分( 0 / 0 ) 光刻工藝資料整理 概述：光刻技術是集成電路的關鍵技術之一，在整個產品制造中是重要的經濟影響因子，光刻成本占據了整個制造成本的35。光刻也是決定集成電路按照摩爾定律發展的一個重要原因，如果沒有光刻技術的進步，集成電路就不可能從微米進入深亞微米再進入納米時代。所以說光刻系統的先進程度也就決定了光刻工程的高低。1.光刻工藝簡介光刻是通過一系列生產步驟將晶圓表面薄膜的特定部分除去的工藝。在此之后，晶圓表面會留下帶有微圖形結構的薄

2、膜，被除去的部分可能形狀是薄膜內的孔或是殘留的島狀部分。光刻工藝也被稱為大家熟知的Photomasking, masking, photolithography, 或microlithography。在晶圓的制造過程中，晶體三極管、二極管、電容、電阻和金屬層的各種物理部件在晶圓表面或表層內構成。這些部件是每次在一個掩膜層上生成的，并且結合生成薄膜及去除特定部分，通過光刻工藝過程，最終在晶圓上保留特征圖形的部分。光刻生產的目標是根據電路設計的要求，生成尺寸精確的特征圖形，并且在晶圓表面的位置正確且與其它部件（parts）的關聯正確。 ZE1ER)f293920   

3、 光刻是所有四個基本工藝中最關鍵的。光刻確定了器件的關鍵尺寸。光刻過程中的錯誤可造成圖形歪曲或套準不好，最終可轉化為對器件的電特性產生影響。圖形的錯位也會導致類似的不良結果。光刻工藝中的另一個問題是缺陷。光刻是高科技版本的照相術，只不過是在難以置信的微小尺寸下完成。在制程中的污染物會造成缺陷。事實上由于光刻在晶圓生產過程中要完成5層至20層或更多，所以污染問題將會放大。光刻工藝過程包括有：涂膠、前烘、曝光、顯影、堅膜、腐蝕、去膠等。課程內容： 1    光刻前的準備工作1.1       

4、60;   準備要求   1.2           準備方法     1.2.1  光刻前待光刻片子置于干燥塔中          1.2.2  氧化片出爐后可立即送光刻工序涂膠          1.2.3 

5、; 對氧化片可在涂膠前重吹段時間干氧（氧化溫度）          1.2.4  涂膠前片子置于80度烘箱中烘30分鐘2    涂膠2.1      涂膠的要求2.2      涂膠的方法   2.2.1   旋轉涂膠法2.2.2   噴涂法   2.2.3   浸涂法

6、3     前烘3.1      前烘要求3.2      前烘的方法3.2.1   在80度烘箱中烘15分鐘-20分鐘3.2.2   在紅外烘箱中烘3分鐘-5分鐘4     曝光4.1      曝光的要求4.2      曝光的方法5   

7、60; 顯影5.1      顯影的要求5.2      顯影的方法6     堅膜6.1      堅膜的要求6.2      堅膜的方法6.2.1   置于恒溫箱中，在180度烘30 分鐘左右6.2.2   置于紅外烘箱中烘10分鐘左右7     腐蝕 7.1 &#

8、160;    腐蝕的要求7.2      腐蝕的方法7.2.1   腐蝕二氧化硅的方法7.2.2   腐蝕鋁電極的方法8     去膠8.1      去膠的要求8.2      去膠的方法課程重點：本節介紹了光刻工藝及對各光刻工藝步驟的要求。指出光刻工藝步驟可分為八步，每一步均有各自的工藝要求。第一步為光刻前的準備工作，該工藝步驟要求

9、達到的目的是使襯底片表面具有干燥、疏水特性，并給出了各種待光刻襯底片的表面處理方法。第二步為涂膠工藝，該工藝步驟要求達到的目的是在襯底片表面涂敷一層粘附性良好的、厚度均勻的、致密的連續性膠膜，介紹了三種涂膠工藝的方法 。第三步為前烘工藝，該工藝步驟要求達到的目的是使膠膜中的溶劑全部揮發、膠膜保持干燥、以利于光化反應時反應充分，并給出了兩種前烘的工藝方法。第四步為曝光工藝，該工藝步驟要求達到的目的是使感光區的膠膜發生光化反應、在顯影時發生溶變，介紹了常見的紫外光光刻機及其所進行的接觸式、選擇性、紫外光曝光工藝方法。 第五步為顯影工藝，該工藝步驟要求達到的目的是在顯影液中、溶除要求去掉的膠膜部分（

10、對負性光刻膠溶除未曝光部分，對正性光刻膠溶除已曝光部分），各類膠的顯影在本章第一節已作了介紹。第六步為堅膜工藝，該工藝步驟要求達到的目的是去除在顯影過程中進入膠膜中的水分（顯影液）、 使 保留的膠膜與襯底表面牢固的粘附，介紹了兩種堅膜工藝方法。第七步為腐蝕工藝，該工藝步驟要求達到的目的是去除襯底表面無膠膜保護的薄膜層，給出了腐蝕常見的兩種薄膜層的方法、腐蝕二氧化硅時采用氫氟酸緩沖液進行腐蝕（ 腐蝕條件是：在溫度30度 -40度下 ， 時間適當）、腐蝕鋁時采用熱磷酸進行腐蝕（腐蝕條件是：在溫度80度下 ， 時間適當）。第八步為去膠工藝，  該工藝步驟要求達到的目的是去除腐蝕時起保護作用

11、的膠膜，去膠工藝在本章第一節已作了介紹。             基本要求：要求對光刻工藝及對各光刻工藝步驟的要求非常清楚。清楚光刻前的準備工作的目的和要求，知道能使襯底片表面具有干燥、疏水特性的各種方法，了解這些方法中的優劣狀況 ，能采用適當方法對襯底片表面進行處理。清楚涂膠工藝的目的和要求，知道能在襯底片表面涂敷一層粘附性良好的、厚度均勻的、致密的連續性膠膜的各種方法，能在工藝制造中選擇適當的方法。清楚前烘工藝的目的和要求，知道能使膠膜中的溶劑全部揮發、膠膜保持干燥、以利

12、于光化反應時反應充分的各種方法，能在工藝制造中選擇適當的方法。清楚曝光工藝的目的和要求，知道能使感光區的膠膜發生光化反應、在顯影時發生溶變的方法，知道曝光工藝的工藝設備、常見的用紫外光光刻機進行的接觸式、選擇性、紫外光曝光工藝方法。清楚顯影工藝的目的和要求，知道能對各種膠膜進行顯影的不同方法，能在工藝制造中選擇適當的方法。清楚堅膜工藝的目的和要求，知道能去除在顯影過程中進入膠膜中的水分（顯影液）、 使 保留的膠膜與襯底表面牢固的粘附各種方法，能在工藝制造中選擇適當的方法。清楚腐蝕工藝的目的和要求，知道能去除襯底表面無膠膜保護的薄膜層各種方法（對不同的襯底表面薄膜層的腐蝕，采用不同的腐蝕液和不同

13、的腐蝕工藝），能在工藝制造中對不同的襯底表面薄膜層選擇適當的腐蝕方法。清楚去膠工藝的目的和要求，知道能去除腐蝕時起保護作用的膠膜各種工藝方法，能在工藝制造中對應不同襯底表面薄膜層的性質選擇適當的去膠方法。注意事項：其中前烘的溫度和時間需要嚴格控制，溫度過高，時間太長，易造成顯影困難；溫度低，時間短，易造成浮膠，針孔或圖形變形。堅膜的溫度和時間控制也同樣重要。鑒于CCD結構中，多晶硅條細且長，又密集，顯影通常采用動態顯影法，該法較易去掉膠渣，免得膠渣殘留在多晶硅條中，引起連條。腐蝕在光刻中是十分重要的一環，光刻精度的提高在某種程度來說只有在腐蝕時才付諸實現的，而腐蝕質量的優劣直接影響著圖形的分辨

14、率和精確度。 2.光刻三要素光刻三要素：光刻膠、掩膜版和光刻機（1）光刻膠光刻膠，又叫光致抗蝕劑，它是由光敏化合物、基體樹脂和有機溶劑等混合而成的膠狀液體光刻膠受到特定波長光線的作用后，導致其化學結構發生變化，使光刻膠在某種特定溶液中的溶解特性改變正膠：分辨率高，在超大規模集成電路工藝中，一般只采用正膠負膠：分辨率差，適于加工線寬3光刻開始于一種稱作光刻膠的感光性液體的應用。圖形能被映射到光刻膠上，然后用一個developer（顯影劑）就能做出需要的模板圖案。光刻膠溶液通常被旋轉式滴入wafer。如圖2.5所示，wafer被裝到一個每分鐘能轉幾千轉的轉盤上。幾滴光刻膠溶液就被滴到旋轉

15、中的wafer的中心，離心力把溶液甩到表面的所有地方。光刻膠溶液黏著在wafer上形成一層均勻的薄膜。多余的溶液從旋轉中的wafer上被甩掉。薄膜在幾秒鐘之內就縮到它最終的厚度，溶劑很快就蒸發掉了，wafer上就留下了一薄層光刻膠。最后通過烘焙去掉最后剩下的溶劑并使光刻膠變硬以便后續處理。鍍過膜的wafer對特定波成的光線很敏感，特別是紫外（UV）線。相對來說他們仍舊對其他波長的，包括紅，橙和黃光不太敏感。所以大多數光刻車間有特殊的黃光系統。0O5C%c&7Si2939206Sv&T4pSi VO4u293920基本的光刻膠根據它在曝光時不同的化學反應分為兩種。Negative

16、 resist（負膠）在UV光線下聚合。未曝光的negative resist 仍舊可以溶于某種溶劑，而聚合的光刻膠變得不可溶解。當wafer浸入溶液時，未曝光區就被溶解了，曝光區保持原樣。另一種，positive resist（正膠）在UV光線下化學分解。這些resists通常不溶解于developing溶液，但是曝光過的部分化學上已經變得可溶解了。當wafer浸入溶液后，曝光區會被沖洗掉，而未曝光區保持原樣。Negative resist在development時可能會膨脹，所以工藝工程師通常喜歡用positive resists。（2）掩膜版在半導體制造的整個流程中，其中一部分就是從版圖

17、到wafer制造中間的一個過程，即光掩膜或稱光罩(mask)制造。這一部分是流程銜接的關鍵部分，是流程中造價最高的一部分，也是限制最小線寬的瓶頸之一。VM.iSN293920    光掩膜除了應用于芯片制造外，還廣泛的應用與像LCD，PCB等方面。常見的光掩膜的種類有四種，鉻版(chrome)、干版，凸版、液體凸版。主要分兩個組成部分，基板和不透光材料。基板通常是高純度，低反射率，低熱膨脹系數的石英玻璃。鉻版的不透光層是通過濺射的方法鍍在玻璃下方厚約0.1um的鉻層。鉻的硬度比玻璃略小，雖不易受損但有可能被玻璃所傷害。應用于芯片制造的光掩膜為高敏感度的鉻版。干版涂

18、附的乳膠，硬度小且易吸附灰塵，不過干版還有包膜和超微顆粒干版，其中后者可以應用于芯片制造。(順便提一下，通常講的菲林即film，底片或膠片的意思，感光為微小晶體顆粒)。半導體技術天地'UH/p6C Bf(C1v    在刻畫時，采用步進機刻畫(stepper)，其中有電子束和激光之分，激光束直接在涂有鉻層的玻璃板上刻畫，邊緣起點5mm，與電子束相比，其弧形更逼真，線寬與間距更小。半導體技術天地PKBd'B1U/G:zY|)p    光掩膜有掩膜原版(reticle mask，也有稱為中間掩膜，reticle作為單位譯為

19、光柵)，用步進機重復將比例縮小到master maks上，應用到實際曝光中的為工作掩膜(working mask)，工作掩膜由master mask復制過來。1K:p,c89F)s:F |_f293920    以下是具體的制造流程和檢測流程：,q+c3G/ud5ph2939201，數據轉換  將如GDSII版圖格式分層，運算，格式轉換為設備所知的數據形式。2，圖形產生  通過電子束或激光進行圖形曝光。J7c2kn:| OQ!A2939203，光阻顯影  曝光多余圖形，以便進行蝕刻。;E;?LFK2939

20、204，鉻層刻蝕  對鉻層進行刻蝕，保留圖形。t pw/P)yI2939205，去除光阻  去除多余光刻膠。4x9 R1fS.q2939206，尺寸測量  測量關鍵尺寸和檢測圖形定位。v0o+hw1X4v2939207，初始清洗  清洗并檢測作為準備。s8mR)d6O+x:qo2939208，缺陷檢測  檢測針孔或殘余未蝕刻盡的圖形半導體技術天地5J'y%ZgJftm1O9，缺陷補償  對缺陷進行修補。H i8c/C Bp1VT29392010， 再次清洗&

21、#160; 清洗為加蒙版作準備半導體技術天地9q%v3yO&r&Ept_11， 加附蒙版  蒙版(pellicle)加在主體之上，這防止灰塵的吸附及傷害。q0X8qrig7I29392012， 最后檢查  對光掩膜作最后檢測工作，以確保光罩的正確。H#P1zk9n)X*l293920    光掩膜的基本檢查大體有：基板，名稱，版別，圖形，排列，膜層關系，傷痕，圖形邊緣，微小尺寸， 絕對尺寸，缺欠檢查等。半導體技術天地9_A!*m L| r;s3R   

22、; 對于數據處理主要來自于工藝上的要求，在圖形處理上有：c+vH:myl.r4g%2939201，直接對應  光掩膜直接對應到版圖的一層，如金屬層。半導體技術天地hU p;Y9l(e9_O2，邏輯運算  光刻圖形可能由1層或多層版圖層邏輯運算而來。比如定義pplus與nplus互補，如果只有pplus，nplus將由pplus進行邏輯非的運算得來。在實際處理中以反轉的形式實現。不過值得注意的是，在進行某些邏輯運算時，圖層的順序十分重要。與反轉運算結合進，運算的先后順序也很重要。h i|nvH4W2939203，圖形漲縮  即進行size操作，比

23、如gate處的注入層，從gate size放大而來。#d$KR(d*HH'g I293920    完整的光掩膜圖形中，除了對應電路的圖形外，還包括一些輔助圖形或測試圖形，常見的有：游標，光刻對準圖形，曝光量控制圖形，測試鍵圖形，光學對準目標圖形，劃片槽圖形，和其他名稱，版別等LOGO（標志）。光罩/光刻掩膜版檢測（Retical檢查）：光罩是高精密度的石英平板，是用來制作晶圓上電子電路圖像，以利集成電路的制作。光罩必須是完美無缺，才能呈現完整的電路圖像，否則不完整的圖像會被復制到晶圓上。光罩檢測機臺則是結合影像掃描技術與先進的影像處理技術，捕捉圖像上的缺

24、失。 當晶圓從一個制程往下個制程進行時，圖案晶圓檢測系統可用來檢測出晶圓上是否有瑕疵包括有微塵粒子、斷線、短路、以及其它各式各樣的問題。此外，對已印有電路圖案的圖案晶圓成品而言，則需要進行深亞微米范圍之瑕疵檢測。 一般來說，圖案晶圓檢測系統系以白光或雷射光來照射晶圓表面。再由一或多組偵測器接收自晶圓表面繞射出來的光線，并將該影像交由高功能軟件進行底層圖案消除，以辨識并發現瑕疵。（3）光刻機  曝光工具，光刻工程的核心部分,其造價昂貴.號稱世界上最精密的儀器,目前世界是已有7000萬美金的光刻機。現代光刻依靠的一種類似于放大照片底片的投影印刷。圖2.6 是簡化的曝光過程。透鏡系統校準一

25、個強UV光源，稱為光罩的金屬盤子會擋住光線。UV光穿過光罩中透明的部分和另外的透鏡在wafer上形成圖像。圖2.6中的儀器叫做aligner，因為她必須保證mask的圖像和已存在的wafer上的圖案精確對準。作為光罩底層的透明版圖必須在尺寸上很穩定，否則它投影的圖案和先前其他MASK投影的圖案就不會對齊了。這些板子通常是含有fused silica（通常被誤認為是石英）。在plate的表面上了一薄層金屬后，用任何一種不同的但高精度但是很慢很費錢的方法制造光罩。光罩上的圖形通常是投影到wafer上的圖形的5或10倍。照相微縮把光罩上的缺陷或無規律的尺寸縮小了，所以提高了最后圖像的質量。這種放大的

26、光罩根據放大的度數不同叫做5X或10X reticle。Reticle能用來直接在wafer上形成圖案，但這么做有機械困難。Aligner能接受的光罩尺寸被機械方面比如不容易制造所需精度的大透鏡所限制了。結果，大多數商業aligners用的是和wafer同尺寸的光罩。一次就能在整個wafer上形成圖案的5X reticle是wafer尺寸的5倍，所以它也裝不到aligner里。實用的5X或10X reticles僅僅是用來在最終的wafer圖像上曝光一個小矩形部分的。為了在整個wafer上復制圖案，這個reticle必須沿著wafer逐步調整并在不同的位置曝光。這個工藝叫做stepping，用

27、來step reticle的aligner叫做stepper。Stepper比普通的aligners慢且更造價高昂。也有一種用來制造尺寸要求不特別精確的集成電路的比較快的曝光方法。Reticle是在另一塊光罩而不是wafer上step的。這塊光罩現在有了所需圖案的1X圖像。最后的光罩，叫做stepped working plate，能在整個wafer上一次整體曝光。Stepped working plates使得光刻更快費用更低廉，但是效果不如直接在wafer上stepping retilce精確。即使最小的灰塵斑點也已經大到能堵住一部分圖像的傳輸而毀掉至少一塊集成電路。在wafer fab里特別的空氣過濾技術和保護性工作服都已普遍使用，但是仍舊會有一些灰塵避過這些防范措施。光罩的一邊或兩邊通常都裝有薄膜防止曝光中灰塵的干擾。透明的塑料薄膜裝在環形的spacers上，它緊緊的貼在mask的表面。穿過薄膜的光線沒有被聚焦，所以薄膜上的微粒不會出現在投影的圖像上。薄膜也密封了mask的表面使它不受灰塵影響。3.主要指標分辨率W（resolution）-> 光刻系統所能分辨和加工的最小線條尺寸 0r1e7lOR0Rn5DS&