半導體制造工藝_05光刻(下)第一頁，共41頁。2、下層反射造成駐波，下層散射降低圖像分辨率。DUV膠—>ARCg線和i線膠—>使用添加劑，吸光并降低反射，曝光后顯影前的烘烤也有利于緩解其駐波現象。2第二頁，共41頁。駐波對于光刻圖形的影響3第三頁，共41頁。光刻步驟簡述前烘對準及曝光堅膜曝光后烘4第四頁，共41頁。光刻步驟詳述硅片增粘處理高溫烘培增粘劑處理：六甲基二硅胺烷（HMDS）勻膠機涂膠：3000～6000rpm，0.5~1mm前烘：10～30min，90～100C熱板去除光刻膠中的溶劑，改善膠與襯底的粘附性，增加抗蝕性，防止顯影時浮膠和鉆蝕。5第五頁，共41頁。硅片對準，曝光每個視場對準曝光強度150mJ/cm2曝光后烘烤（PEB）：10min，100C顯影：30～60s浸泡顯影或噴霧顯影干法顯影AlignmentmarkPreviouspattern6第六頁，共41頁。堅膜：10～30min，100～140C去除殘余溶劑、顯影時膠膜所吸收的顯影液和殘留水分，改善光刻膠的粘附性和抗蝕能力顯影檢查：缺陷、玷污、關鍵尺寸、對準精度等，不合格則去膠返工。7第七頁，共41頁。Stepper&ScanSystemCanonFPA-4000ES1:248nm,8”wafer×80/hr,fieldview:25mm×33mm,alignment:70nm,NA:0.63,OAI透鏡成本下降、性能提升視場大尺寸控制更好變形小8第八頁，共41頁。圖形轉移——刻蝕9第九頁，共41頁。圖形轉移——剝離（lift-off）10第十頁，共41頁。去膠溶劑去膠（strip）：Piranha(H2SO4:H2O2)。正膠：丙酮氧化去膠450CO2+膠CO2+H2O等離子去膠（Oxygenplasmaashing）高頻電場O2電離O－＋O＋O＋活性基與膠反應CO2，CO，H2O。干法去膠（Ash)11第十一頁，共41頁。光源NGL:X射線(5?)，電子束(0.62?)，離子束(0.12?)光源波長(nm)術語技術節點汞燈436g線>0.5mm汞燈365i線0.5/0.35mmKrF(激光)248DUV0.25/0.13mmArF(激光)193193DUV90/65…32nmF2(激光)157VUVCaF2lenses激光激發Xe等離子體13.5EUVReflectivemirrors1、Usinglightsourcewithshorterl提高分辨率的方法12第十二頁，共41頁。248nm157nm13.5nm193nm13第十三頁，共41頁。2、Reducingresolutionfactork1PhaseShiftMaskPatterndependent

k1canbereducedbyupto40%NormalMask1.相移掩模技術PSM(phaseshiftmask)附加材料造成光學路逕差異，達到反相14第十四頁，共41頁。AlternatingPSMAttenuatedPSM……相移技術提高圖形分辨率選擇性腐蝕石英基板造成光學路逕差異，達到反相i~e215第十五頁，共41頁。2.光學光刻分辨率增強技術(RET)

光學臨近修正OPC(opticalproximitycorrection)在光刻版上進行圖形修正，來補償衍射帶來的光刻圖形變形16第十六頁，共41頁。OPC實例17第十七頁，共41頁。3、離軸照明技術OAI(off-axisillumination)可以減小對分辨率的限制、增加成像的焦深且提高了MTF18第十八頁，共41頁。Maskdesignandresistprocessl

[nm]k14360.83650.62480.3-0.41930.3-0.4Resistchemistry436,365nm:Photo-Active-Component(PAC)248,193nm:Photo-Acid-Generator(PAG)Contrast436,365nm:=2-3,(Qf/Q02.5)248,193nm:=5-10(Qf/Q01.3)4、光刻膠對比度改進19第十九頁，共41頁。Lensfabricationl

[nm]NA4360.15-0.453650.35-0.602480.35-0.821930.60-0.93StateoftheArt:l=193nm,k1=0.3,NA=0.93R60nm=1.36R40nmNumericalAperture:NA=nsinaImmersionLithographyanH2O5、增加數值孔徑20第二十頁，共41頁。21第二十一頁，共41頁。22第二十二頁，共41頁。EUV超紫外光曝光23第二十三頁，共41頁。MinimumfeaturesizeProduction20032005200720092011TechnologyNode90nm65nm45nm32nm22nmHalfpitch[nm]110105~80~55~39LG[nm]6042~30~21~16

l=193nm

l=193nmimmersion193nmimmersionwithhighern?pitchLGP.Bai,et.al.,IEDM200524第二十四頁，共41頁。EUV（Extremeultraviolet)25第二十五頁，共41頁。反射式掩模版26第二十六頁，共41頁。電子束圖形曝光電子束圖形曝光主要版。用于掩模版的制作，只有相當少數裝置用于將電子束直接對抗蝕劑曝光而不需掩模優點：可以參數亞微米的幾何抗蝕劑圖案、高自動化及高精度控制的操作、比光學圖形曝光有較大的聚焦深度與不同掩模版可直接在半導體晶片上描繪圖案。缺點：電子束光刻機產率低，在分辨率小于0.25um時，約為每小時10片晶片。這對生產掩模版、需求量小的定制電路或驗證性電路是足夠了。而對不用掩模版的直寫形成圖案方式，設備必須盡可能提供產率，故要采用與器件最小尺寸相容的最大束徑。聚焦電子束掃描主要分成兩種形式：光柵掃描、向量掃描。27第二十七頁，共41頁。光柵掃描（左）和矢量掃描28第二十八頁，共41頁。電子束光刻問題：1）速度慢！29第二十九頁，共41頁。電子束光刻問題：2）電子散射及二次電子：線條寬>束斑真空下工作焦深大直寫，無掩膜版30第三十頁，共41頁。電子束源：熱電子發射場發射光發射電子束發射后,被準直或聚焦，然后加速到20kV束斑直徑≈100?和離子注入類似31第三十一頁，共41頁。電子束抗蝕劑電子束抗蝕劑是一種聚合物，其性質與一般光學用抗蝕劑類似。換言之，通過光照造成抗蝕劑產生化學或物理變化，這種變化可使抗蝕劑產生圖案。PMMA和PBS分辨率可達0.1微米或更好COP分辨率可達1微米左右32第三十二頁，共41頁。鄰近效應在光學圖形曝光中，分辨率的好壞是由衍射來決定的。在電子束圖形曝光中，分辨率好壞是由電子散射決定的。當電子穿過抗蝕劑與下層的基材時，這些電子將經歷碰撞而造成能量損失與路徑的改變。因此入射電子在行進中會散開，直到能量完全損失或是因背散射而離開為止。100個能量為20keV的電子在PMMA中的運動軌跡模擬在抗蝕劑與襯底界面間，正向散射與背散射的劑量分布33第三十三頁，共41頁。X射線圖形曝光（XRL）XRL圖形曝光極有潛力繼承光學圖形曝光來制作100nm的集成電路。當利用同步輻射光儲存環進行批量生產時，一般選擇X射線源。它提供一個大的聚光通量，且可輕易容納10-20臺光刻機。XRL是利用類似光學遮蔽接近式曝光的一種遮蔽式曝光。掩模版為XRL系統中最困難且關鍵的部分，而且X射線掩模版的制作比光學掩模版來得復雜。為了避免X射線在光源與掩模版間被吸收，通常曝光都在氦的環境下完成。可以利用電子束抗蝕劑來作為X射線抗蝕劑，因為當X射線被原子吸收，原子會進入激發態而射出電子。激發態原子回到基態時，會釋放出X射線，此X射線被原子吸收，故此過程一直持續進行。所有這些過程都會造成電子射出，所以抗蝕劑在X射線照射下，就相當于被大量的二次電子照射。34第三十四頁，共41頁。35第三十五頁，共41頁。X射線圖形曝光的幾何效應36第三十六頁，共41頁。離子束圖形曝光離子束圖形曝光比光學、X射線與電子束圖形曝光技術有更高的分辨率，因為離子有較高的質量而且比電子有較小的散射。最主要的應用為修補光學圖形曝光用的掩模版。下圖為60keV的50個氫離子注入PMMA及不同襯底中的電腦模擬軌跡。37第三十七頁，共41頁。不同圖形曝光方法的比較先前討論的圖形曝光方法，都有100nm的或更好分辨率。每種都有其限制：光學法的衍射現象、電子束的鄰近效應、X射線的掩模版制作復雜、EUV的掩模版空片的制作困難、離子束的隨機空間電荷效應。對于IC的制造，多層掩模版是必需的，然而，所有的掩模版層并不需要都用相同的圖形曝光方法。采用混合與配合的方法，可利用每一種圖形曝光工藝的優點來改善分辨率與提供產率。根據半導體工業協會的設想，IC制作技術將在2010年時會達到50nm。對于每一代新技術，由于要求更小的特征尺寸與更嚴格的套準容差，圖形曝光技術更成為推動半導體工業的關鍵性技術。38第三十八頁，共41頁。各種圖形曝光技術的比較如下光學248/193nmSCALPELEUVX射線離子束光刻機光源激光電子束極遠紫外線同步輻射離子束衍射限制有沒有有有沒有曝光法折射式折射式折射式直接光照全區折射式步進與掃描是是是是步進機200mm硅晶片的產率（片/h）4030-3520-303030掩模版縮小倍率