1、集成電路工藝之光刻光刻l1、基本描述和過程l2、光刻膠l3、光刻機l4、光刻工藝l5、新技術簡介光刻基本介紹l 在硅片表面勻膠，然后將掩模版上的圖形轉移光刻 膠上的過程l 將器件或電路結構臨時“復制”到硅片上的過程。l 光刻在整個硅片加工成本中幾乎占三分之一。l 光刻占40%到50%的流片時間。l 決定最小特征尺寸。 IC制程中最重要的模塊,是集成電路中關鍵的工藝技術最早的構想來源于印刷技術中的照相制版。光刻技術最早于1958年開始應用，并實現了平面晶體管的制作。光刻的一般要求l圖形的分辨率高l光刻膠敏感度高l層間對準精密高l缺陷密度低光刻膠l開始于印刷電路l1950年起應用于半導體工業l是圖

2、形工藝的關鍵l有正膠和負膠兩種l光敏材料l均勻涂布在硅片表面l用曝光的方法轉移設計圖形到光刻膠上l類似于光敏材料涂布在照相用的底片上光刻膠的成分l聚合物l溶劑l感光劑l添加劑聚合物l固體有機材料（膠膜的主體）l轉移圖形到硅片上lUV曝光后發生光化學反應，溶解性質發 生改變. 溶劑溶劑l溶解聚合物l經過旋轉涂布可得到薄光刻膠膜. 感光劑感光劑l控制和或改變光化學反應l決定曝光時間和強度 添加劑添加劑l為達到不同的工藝結果而添加多種不同的化學物質，如添加染色劑以減少反射。光刻膠的要求l高分辨率 光刻膠越薄，分辨率越高 光刻膠越薄，抗刻蝕和離子注入能力越低l高抗刻蝕性（要求厚膜）l好的黏附性l注入屏

3、蔽能力強和針孔少（要求厚膜）l寬工藝窗口 能適應工藝的變更光刻膠的種類光刻機lIC制造中最關鍵的步驟lIC 晶圓中最昂貴的設備l最有挑戰性的技術l決定最小特征尺寸 接觸式光刻機 接近式光刻機 投影式光刻機 步進式光刻機接觸式光刻機l 設備簡單l 70年代中期前使 用l 分辨率:有微米 級的能力l 掩膜版和硅片直 接接觸,掩膜版 壽命短接觸式光刻機接觸式光刻機接近式光刻機l距硅片表面 10微米l無直接接觸l更長的掩膜 壽命l分辨率:3m接近式光刻機投影光刻機（掃描型）步進光刻機l先進的IC 中最流行的光刻設備l高分辨率l0.25微米或以下l非常昂貴l掩膜圖形尺寸5X：10X能夠得到更好的分辨率，

4、但是，它的曝光時間是5X的四倍。曝光時間和分辨率折中的結果。光刻的基本步驟硅片清洗l去除沾污l去除微粒l減少針孔和其他缺陷l提高光刻膠黏附性硅片清洗工藝光刻工藝前烘l去水烘干l去除硅片表面的水份l提高光刻膠與表面的黏附性l通常在100Cl與前處理同時進行光刻工藝前處理l防止顯影時光刻膠脫離硅片表面l通常和前烘一起進行l勻膠前硅片要冷卻硅片冷卻l勻膠前硅片需冷卻l硅片在冷卻平板上冷卻l溫度會影響光刻膠的黏度 影響光刻膠的厚度勻膠l硅片吸附在真空卡盤上l液態的光刻膠滴在硅片的中心l卡盤旋轉，離心力的作用下光刻膠擴散開l高速旋轉，光刻膠均勻地覆蓋硅片表面l先低速旋轉500 rpml再上升到3000-

5、7000 rpml 硅片自動輸送軌道系統；真空卡盤吸住硅片；膠盤l 排氣系統；可控旋轉馬達；給膠管和給膠泵l 邊緣清洗（去邊）去邊(EBR)l光刻膠擴散到硅片的邊緣和背面l在機械搬送過程中光刻膠可能回剝落成為微粒l正面和背面去邊EBRl正面光學去邊EBR勻膠后烘l使光刻膠中的大部分溶劑蒸發。l溶劑幫助得到薄的光刻膠膜但是吸收光且 影響黏附性l曝光后烘時間和溫度取決于工藝條件l過烘:聚合,光敏性降低l后烘不足:影響黏附性和曝光硅片冷卻l需要冷卻到環境溫度l硅片在冷卻板上冷卻l硅的熱膨脹率:2.510-6/Cl對于8英寸硅片,改變1C引起0.5微米的直徑差對準和曝光接觸式曝光：接觸式曝光：分辨率較

6、高，但是容易造成掩膜版和光刻膠膜的損傷。接近式曝光：接近式曝光：在硅片和掩膜版之間有一個很小的間隙(1025m)，可以大大減小掩膜版的損傷，分辨率較低投影式曝光：投影式曝光：利用透鏡或反射鏡將掩膜版上的圖形投影到襯底上，優點：掩模版與晶片不接觸，掩模不受損傷；對準是觀察掩模平面上的反射圖像，不存在景深問題；掩模版上的圖形是通過光學技影的方法縮小，并聚焦于感光膠膜上，掩模版上可以有比實際尺寸大得多的圖像(通常掩模圖形的尺寸是實際尺寸的110倍)，提高了對準精度，避免了微細圖形制作的困難，也減弱了灰塵微粒的影響。缺點：投影系統光路復雜,對物鏡成像能力要求高。曝光后烘l玻璃轉化溫度Tgl烘烤溫度大于

7、Tgl光刻膠分子熱遷移l過曝光和曝光不足的光刻膠分子重排l平衡駐波效應,l平滑光刻膠側壁提高分辨率硅片冷卻lPEB后，顯影前，硅片放置在冷卻板上冷卻至環境溫度l高溫會加速化學反應引起過顯影l光刻膠CD變小顯影l 顯影液溶解部分光刻膠l 正膠顯影液通常使用弱堿性的溶劑l 最常用的是四甲基氫銨l 將掩膜上的圖形轉移到光刻膠上l 三個基本步驟:顯影清洗干燥顯影后烘l使光刻膠中的溶劑蒸發l提高抗刻蝕和抗離子注入性l提高光刻膠和硅片表面的黏附性l聚合化并穩定光刻膠l光刻膠流動填平針孔圖形檢查l不合格的硅片將被去除光刻膠返工光刻膠的圖形是臨時性的刻蝕和注入后的圖形是永久的.l光刻是可以返工的l刻蝕和注入后

8、不能返工l光學顯微鏡l掃描電子顯微鏡(SEM)檢查l對準精度 放大,縮小,掩膜旋轉,硅片旋轉, X方向漂移,Y方向漂移l關鍵尺寸(CD)l表面缺陷如，刮痕，針孔，污點，污染物等檢查l如果硅片檢查合格，將會流出光刻模塊，進入下一道工藝l刻蝕或離子注入目前新技術l相移掩膜l浸沒式光刻浸沒式光刻l是目前領域最有趣的問題l非常有前景l193 nm浸沒式光刻技術已在2006年投入使用l利用水提高分辨率浸沒式實現方法l噴淋vs浸泡l主要的光刻機生產商的主要研發方向都是噴淋系統l在透鏡和硅片之間有水l大約1 mm的間距l大約100 mm的直徑l此外，目前正在研究的還有X-ray光刻、電子束光刻（EBL）、離

9、子束（IBL）光刻。安全化學制品安全l 濕法清洗 硫酸(H2SO4）:強腐蝕性 雙氧水(H2O2):強氧化劑l 二甲苯(負膠溶劑和顯影液):易燃易爆l HMDS(前處理):易燃易爆l TMAH（正膠顯影溶劑):有毒，有腐蝕性l 汞(Hg,UV lamp)蒸氣 高毒性;l 氯(Cl2,受激準分子激光器) 有毒，有腐蝕性l 氟(F2,受激準分子激光器) 有毒，有腐蝕性機械安全l 活動部件l 熱表面l 高壓燈電安全l 高壓供電源l 掉電l 地面靜電荷l 標注清晰和鎖緊放射性安全l UV光可破壞化學鍵l 有機分子有長化學鍵結構l 更易因UV引起損傷l UV光通常用于消毒殺菌l 如果直視UV光源會傷害眼睛l 有時需要戴防UV護目鏡小結l