为提高成品率改善光刻工艺的一些方法
作者：伍强詹思诚华虹 NEC 电子有限公司
引言
当最小线宽(Critical Dimension, CD) 和对准精度的变化大到一定程度，成品率将受到影响。在前道(Front-End-of-the-Line, FEOL)，诸如绝缘层和门电路层，最小线宽的变化会影响到晶体管的电学特征，如关闭电流Ioff 和漏极饱和电流Idsat。对0.13微米及以下，由于短通道效应(Short Channel Effect) 变得明显，阈值电压Vt也会随线宽的变化而波动。如果门电路层的线宽偏小，关闭电流会明显变大，使芯片功耗大幅度增加，甚至出故障。对准精度的不高会让漏电流显著增加。在后道(Back-End-of-the-Line, BEOL)，不完美的最小线宽和对准精度的控制会导致接触电阻的升高或者其他可能的工艺问题，如金属线的腐蚀。所以，对如何针对日益缩小的制造线宽在成本允许下提升光刻工艺对最小线宽和对准精度的控制是至关重要的。从180 纳米产品开始，光学近距效应变得显著，其表现在明显的二维效应，如，线端缩短(Line End Shortening)和方角钝化(Corner Rounding)。除了二维的效应之外，在一维，线宽随空间周期的变化会变得对部分相干性(Partial Coherence) 敏感。尽管在0.18 微米，基于一些简单规则的光学近距修正和一些曝光条件的优化已经可以满足对线宽的控制要求，在0.13 微米，更加复杂的基于模型的光学近距修正变的不可缺少。
除了对线宽的控制以外，很多0.18 微米及以下的芯片设计对对准精度的要求也越来越严。不超过60 纳米的对准精度对绝大多数光刻机来讲是轻而易举的。但是40 到50 纳米的对准精度就显得困难许多，而且还有可能受某些工艺，如化学机械抛光
(Chemical-Mechanical Polishing, CMP) 的影响。20 到30 纳米的对准精度将是几乎所有光刻机能达到的极限。在这样紧的规格下，成功的对准将依赖于对准记号的质量.
先进光刻工艺中对线宽的控制
化学增幅光刻胶(Chemically Amplified Resist, CAR) 的使用改变了光刻学。化学增幅，或利用光致酸进行催化反应的引入不仅实现了更好的成像形貌和反应对比度，而且还提高了胶的灵敏度和机器产能[1]。但是尽管这样的扩散可以改善对焦深度(Depth of Focus, DOF) 和图形边缘的粗糙程度，实现这种催化反应所需要的在曝光后的烘烤（俗称后烘）(Post Exposure Bake, PEB)过程中的酸的随机扩散会损伤成像对比度[2]。在0.13 微米及以下工艺，传统上的黑白(Binary)，或者铬-玻璃(Chrome-on-Glass, COG) 掩膜板已经不能满足对门电路的线宽控制要求。透射减幅的相移掩膜板(Attenuated Phase Shifting Mask, Att-PSM) 成为130 纳米和90 纳米工艺的标准配置。在65 纳米节点，甚至透射减幅的相移掩膜板也不能给门电路产生足够的成像对比度。在这种情况下，对160 纳米至200 纳米的空间周期，只有使用193 纳米浸没(Immersion) 光刻技术或者交替相移掩膜板(Alternating Phase Shifting Mask, Alt-PSM) 才能满足对门电路最小线宽控制的
要求。当然，各种相移掩膜板的使用将引入更多的掩膜板制造成本[3]。在这篇文章中，我们将讨论几个可能严重影响最小线宽的因素。
掩膜板误差因子
掩膜板误差因子(Mask Error Factor, MEF) 定义为在硅片上印出的线宽对掩膜板线宽的偏导数。能够影响掩膜板误差因子的因素有曝光条件、光刻胶性能、光刻机透镜像差、后烘温度等。最近五年来文献中曾经有许多对掩膜板误差因子的研究报告[2、4-7]。从这些研究我们看到：空间周期越小或者像对比度越小，掩膜板误差因子越大。对远大于曝光波长的图形，或者在人们常说的线性范围，掩膜板误差因子通常非常接近1。对接近或者小于波长的图形，掩膜板误差因子会显著增加。不过，在以下特殊情况下，掩膜板误差因子会小于1：
使用交替相移掩膜板的线条光刻可以产生显著小于1的掩膜板误差因子[2、6]。这是因为在空间像场分布中的最小光强主要是由临近相位区所产生的180度相位突变产生的。改变相位突变地方的掩膜板上铬线的宽度对线宽影响不大。
掩膜板误差因子在光学近距修正中细小补偿结构附近会显著小于1。这是因为对主要图形的细小改变不能被由衍射而造成分辨率有限的成像系统所敏感识别。
通常对空间上有延伸的图形，诸如线或缝、和接触孔，掩膜板误差因子都等于或大于1。因为掩膜板误差因子的重要性在于它和线宽及掩膜板成本的联系，将它限制在较小的范围变的十分重要。例如，对门电路层，掩膜板误差因子通常被要求控制在1.5以下。
直到最近，取得掩膜板误差因子的数据需要通过数值模拟或者实验测量。对数值模拟，如要达到一定的精确度需要依靠设定模拟参量的经验。如果需要得到掩膜板误差因子在整个参量空间的分布信息，使用这类方法通常会比较慢。其实，对密集线或缝的成像，掩膜板误差因子在理论上有解析的表达式。在空间周期p小于波长l 除以数值孔径NA（p< NA）而且线或缝的宽度相等的特殊条件下，这解析的表达式可以简化，写成如公式>
其中
CD 为硅片上印出的线宽，s 为部分相干参数(0
其中p<3pmin and pmin=l/(2NA), d 是掩膜板上线宽。有了以上的公式，任何工程师可以轻松地得到任意给定的光刻机的性能极限。对孤立的图形，现在还没有找到解析形式的公式，数值模拟将是必需的。在插图1中显示在两种不同的后烘时间长度的掩膜板误差因子的数据。此数据来源于波长为193 纳米和使用交替像移掩膜板的实验[见引文2]。数据用公式（3）进行了拟合，从而得到了等效扩散长度。等效扩散长度在40和60 秒的后烘时间长度分别为27合33 纳米。如果计入热板温度升高和各降低需要几十秒钟，等效后烘时间可以大致估计为70和90 秒，或者7：9。这同等效扩散长度的比例7.4：9 几乎呈正比。这个实验验证了扩散模型的正确性。如果如图1所示的光刻胶用于65纳米门电路的光刻而且空间周期等于180 纳米，让掩膜板误差因子等于或小于1.5所需要光刻胶的等效扩散长度小于或者等于27 纳米。类似结果也可以从使用透射减幅的相移掩膜板和黑白掩膜板的情况中得到。通常为实现在门电路中掩膜板误差因子小于1.5，我们要选用30纳米或者更精密的光刻胶。这正如附图2所显示[见引文8]：90纳米和130 纳米工艺中线和缝光刻中掩膜板误差因子随空间周期的变化
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光学近距效应修正问题
光学近距效应源于相临近的图形上散射的光之间的干涉。有代表性的效应包括在中等空间周期[又叫禁止周期，见引文9] 上线宽的减小、线端缩短[10-11]、和方角钝化。对0.18 微米及以上工艺，温和的光学近距修正包括密疏线宽平衡、线端稳定、和方角加装饰边(Serif) 已经足以满足对线宽均匀性的要求。当然只要修正过程中仍然需要使用数学规则，就还会有出错的可能。所以在修正以后需要做人工或者自动的光学规则检查(ORC) 以查出可能出错或者疏漏的地方。对0.18 微米及以下工艺，更加复杂的基于模型的光学近距效应修正就变的不可缺少因为它可以用定标过的光学模型对各种复杂的情况做修正。不过，基于模型的光学近距效应修正还有一些问题，我们在下面分析。
基于模型的光学近距效应修正仍然使用规则来将在空间中有较大延伸的图形分割成小段，目的是将一个复杂的，很难处理的图形分成一些简单小段的集合，以便于计算机分别处理。但是这种处理方式会使得模型修正只针对局部的环境，而全然不顾更大范围的近距效应。这种处理方式在使用亚衍射极限的辅助散射条(Sub-Resolution Assist Features, SRAF)来增强对焦深度时会变得更加不确定。因为有一些地方会同时需要增加水平的和垂直的辅助散射条，因而造成冲突。而且当工艺本身没有优化，辅助散射条的缺失会造成断线或缝不开。一方面，粗的分割会造成细小的图形被漏掉，另一方面，太细的分割会产生一些过度的修正和修正错误，造成掩膜板检查困难。所以，实现好的基于模型的光学近距效应修正的关键在于制定一套好的图形分割规则。而好的图形分割规则又来源于工程师扎实的数学和编程功底和丰富的工作经验。
直到现在，基于模型的光学近距修正仍然没有解决修正解的稳定性问题。当前一节讲到的掩膜板误差因子变得很大或者很小，而且当模型又不是很准确，修正解算可能不能收敛，会产生不稳定解。不仅如此，当今的光学近距修正软件还没有检查工艺窗口的能力，主要是指掩膜板误差因子和焦深。尽管有时模型能找到稳定和准确的解，修正后的掩膜板
也不一定有工艺窗口。要让所有的解都具有好的工艺窗口还有赖于有经验的工程师制定完善的检查规则，以确保经过修正的图形符合工艺要求。
总之，光学近距修正不是用来修补未优化的工艺设计。一个好的工艺将拥有接近１的掩膜板误差因子、高的能量裕度(Exposure Latitude, EL)、和足够的焦深。这个工艺还将有小的线宽随空间周期的变化范围尽管这种变化可以被修正。这是因为过多的随空间周期的线宽变化有时是未优化的曝光条件、不合格的光刻机、或者不合格的光刻胶的警告。这些因素不仅会导致光学近距修正不能收敛，还会损害工艺窗口。
透镜像差
近年来业界有不少有关透镜像差的报道[12-20]。在所有像差中，球面像差(球差，Spherical Aberration, SA)、彗形象差(彗差, Coma)、和像场弯曲(场曲，Field Curvature) 是比较常见的。严重的球差会影响掩膜板误差因子和能量裕度。我们曾经在实验上对线条和接触孔层仔细研究过球差对工艺窗口的损害[21]。在这项研究中，我们比较了两台深紫外扫描式光刻机(DUV Scanner) 并且第一次对球差造成的像的模糊以等效扩散长度来量化。在这个实验中，我们得到根均方(root-mean-square, rms) 波前相位误差(wave front error, WFE) 0.064 个波长会造成41 纳米的像模糊程度，而根均方波前相位误差0.043个波长将对应31 纳米的像模糊。由于大多数光刻胶的等效扩散长度为20到60 纳米，光刻机的波前相位误差应该被控制在0.04 个波长以下，或者25 纳米的像模糊。两台光刻机中比较好的那台的根均方波前相位误差是0.035个波长，其对应的像模糊经过计算大致为20 纳米。表1列举了两台光刻机实际测得的根均方波前相位误差。
彗差是由于斜入射光通过透镜不同区域聚焦不在同一点产生的。线越是窄，光线经过的透镜区域越大，效应也越明显。彗差的存在不仅会造成图形跟设计位置有位移误差，还会改变硅片上的线宽[22]。不仅如此，它还会影响成像质量，比如能量裕度、焦深、和掩膜板误差因子。类似以上对像质的评价实验也可以对彗差做，这里不再展开。
另外一种重要的像差是像场弯曲。由于这种像差主要影响焦深，这种像差对门电路和接触孔这类对焦深敏感的层有可能是致命的。在有一些扫描式光刻机中，场曲可以通过轻微调整照明激光的波长来消除。这是由于光刻机透镜通常有很大的色散。在一般情况下，场曲需要被控制在峰峰值200纳米之内。
硅片平台水平控制
尽管水平控制最初设计成探测硅底版的最上水平面，在实际工作中我们发现，它会受图形的密度影响。硅片平台的水平位置探测是通过测量大入射角(Grazing Incidence) 可见光的反射光点位置来实现的。理论上，如果入射角接近90度，几乎所有的能量将从第一个界面上反射回来，从而使得最上层表面被探测。实际上，绝大多数光刻机上的入射角在70到78度之间。在这种情况下，有很多光将不从最上表面反射。在后道工艺中，光刻所遇到的底版的表面通常有很厚的透明介电层，从最上表面反射的光很少。正如插图3所示，在空气-玻璃类（折射率为1.5）界面上的平均反射能量对70到78度的入射角分别只有17%和22%。所以被水平控制系统所监控的平面不在最上表面，而在表面以下的某个平面。对后道工艺，在电介质下面有经过光刻的金属或者多晶硅等高度反光的界面。因为穿透表面的光线会被这些结构反射，反射的多少将由图形的密度决定。所以，水平控制所定出的最终“表面”将是从最上表面往下的各反射面的加权平均。实践显示，前道层和后道层的焦距值可以相差达0.2 到0.3 微米，而由于下层图形密度分布的对焦误差可以达到+/- 50 纳米或以上。这样的误差对0.065 微米工艺来讲是灾难性的。对扫描型光刻机，在扫描方向上的水平控制会在扫描的过程中不断的调整以补偿任何表面形貌的变化。但是在非扫描的方向上的形貌变化只能用一个平均值来补偿，包括高度和倾斜角。所以如果下一层图形密度在非扫描方向上有变化，硅片上会出现对焦向一边倾斜的现象。要改变这些情况，版图上需要加上一些辅助图形，以配平图形密度。
先进光刻中的对准控制
对准记号的完好性
40 纳米之内的对准精度的实现需要最佳的对准、对准精度的测量、和对准记号。大多数现代的扫描型光刻机和对准测量机器有很高的重复性和精确度。直接成像对准的光刻机通常有20-35 纳米的对准精度而扫描对准的光刻机的对准精度可达15纳米。尽管对机器本身来说，实现40 纳米的对准精度并不难，在真正的产品上实现40纳米对准精度并不容易。这是因为对准记号的信号强度会随集成工艺的变化而变化，还会被工艺引起的问题所影响。对准记号的信号强度源于光强和相位对比度。在前道，绝缘层和门电路层的对准信号是分别由浅槽绝缘层(Shallow-Trench-Isolation, STI)的深度和多晶硅的厚度决定的。如果记号的形貌高低差等于1/2波长，对准信号将接近零。有代表性的信号强度为2%（直接成像型对准系统）[23] 或者1%（扫描型对准系统）[24]。当信号强度比较小时，我们还可以用分段型（Segmented Mark）的对准记号来改善信号[25]。最佳的分段数由模拟决定。基于薄膜反射理论和远场衍射理论的数学模型已经被证明是很精确的[24-25]。插图4显示了模拟的扫描型对准系统中5阶增强型对准记号的衍射光谱。插图5显示了直接成像型对准系统的信号模拟结果，其中明显表明分段型对准记号比普通的单线对准记号有更强的信号：多出50%。
使用交替相移掩膜板中的对准问题
相位精度的控制对透射减幅的掩膜板可以相对宽松一些，可以达到+/-6度。这是由于光刻工艺对其不敏感。但是对交替相移掩膜板来讲，精度需要再严格一些，因为相位误差会造成图形在离焦时的水平移动。如果最大的移动需要被控制在10%的线宽之内，对最小的空间周期，相位误差需要被控制在+/-2度之内[26]。根据研究[26]，相位误差Df、空间周期p、图形平移量DCDs、和离焦量Df 之间的几何关系可以表示成，
以上公式在相位区的宽度小于波长时是精确的。当相位区的宽度约等于空间周期的一半时，对193 纳米光刻，公式（4）可以使用的最宽空间周期为386 纳米。对更宽的几何形状，公式（4）的几何关系仍然成立，仅仅正比系数有所改变。对完全孤立的线，公式可以写成，
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不过，这个简单的理论，尽管在物理和几何上十分清楚，仅代表当空间图像没有被等效扩散长度显著影响的情况。
结论
我们对提高线宽和对准精度的工艺控制水平提了一些基本方法。针对线宽的均匀性提高，我们指出了可以改进的四个方面：掩膜板误差因子，光学近距修正，透镜像差，和硅片平台水平控制。同时我们又论述了对准记号的完好性对实现高对准精度，尤其是在当今的工艺线宽下的重要性。
感谢
我们在这里对华虹NEC 的生产技术部、技术开发部的同事和领导对此项工作给予的大力支持表示衷心的感谢。
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光刻工艺流程图 一前处理（OAP） 通常在150~200℃对基片进行烘考以去除表面水份，以增强光刻胶与硅片的粘附性。（亲水表面与光刻胶的粘附性差，SI的亲水性最小，其次SIO2，最后PSI玻璃和BSI玻璃） OAP的主要成分为六甲基二硅烷，在提升光刻胶的粘附性工艺中，它起到的作用不是增粘剂，而是改变SiO2的界面结构，变亲水表面为疏水表面。OAP通常采用蒸汽涂布的方式，简单评
价粘附性的好坏，可在前处理过的硅片上滴一滴水，通过测量水与硅片的接触角，角度越大， SI 二、匀胶 光刻胶通常采用旋涂方式，在硅片上得到一层厚度均匀的胶层。影响胶厚的最主要因素：光刻胶的粘度及旋转速度。次要因素：排风；回吸；胶泵压力；胶盘；温度。 胶厚的简单算法：光刻胶理论的最小胶厚的平方乘以理论的转速=目标光刻胶的胶厚的平方乘以目标转速 例如：光刻胶理论厚度1微米需要转速3000转/分，那需要光刻胶厚度1.15微米时转速应为 12 *3000/1.152 三、前烘 前烘的目的是为了驱除胶膜中残余的溶剂，消除胶膜的机械应力。前烘的作用： 1）增强胶层的沾附能力；2）在接触式曝光中可以提高胶层与掩模板接触时的耐磨性能；3）可以提高和稳定胶层的感光灵敏度。前烘是热处理过程，前烘通常的温度和时间： 烘箱90~115℃ 30分钟 热板90~120℃ 60~90秒 四、光刻 光刻胶经过前烘后，原来液态光刻胶在硅片表面上固化。光刻的目的就是将掩膜版上的图形转移到硅片上。曝光的设备分类接触式、接近式、投影式、步进式/扫描式、电子束曝光、软X射线曝光。 五、显影 经过显影，正胶的曝光区域和负胶的非曝光区域被溶解，正胶的非曝光区域和负胶的曝光区域被保留下来，从而完成图形的转移工作。正胶曝光区域经过曝光后，生成羧酸与碱性的显影液中和反应从而被溶解。负胶的曝光区域经过曝光后产生胶联现象，不被显影液溶解。而未曝光的区域则被显影液溶解掉。定影液的作用是漂洗显影过程中产生的碎片，挤出残余的显影液，另外还可以起到收缩图形，提高图形的质量。
光刻 一、概述： 光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40~60%。 光刻机是生产线上最贵的机台，5～15百万美元/台。主要是贵在成像系统（由15～20个直径为200～300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。光刻部分的主要机台包括两部分：轨道机（Tracker），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning）。 光刻工艺的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻胶具有高的光学敏感性；准确地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。 二、光学基础： 光的反射（reflection）。光射到任何表面的时候都会发生反射，并且符合反射定律：入射角等于反射角。在曝光的时候，光刻胶往往会在硅片表面或者金属层发生反射，使不希望被曝光的光刻胶被曝光，从而造成图形复制的偏差。常常需要用抗反射涂层（ARC，Anti-Reflective Coating）来改善因反射造成的缺陷。 光的折射（refraction）。光通过一种透明介质进入到另一种透明介质的时候，发生方向的改变。主要是因为在两种介质中光的传播速度不同（λ=v/f）。直观来说是两种介质中光的入射角发生改变。所以我们在90nm工艺中利用高折射率的水为介质（空气的折射率为1.0，而水的折射率为1.47），采用浸入式光刻技术，从而提高了分辨率。而且这种技术有可能将被沿用至45nm工艺节点。 光的衍射或者绕射（diffraction）。光在传播过程中遇到障碍物（小孔或者轮廓分明的边缘）时，会发生光传播路线的改变。曝光的时候，掩膜板上有尺寸很小的图形而且间距很窄。衍射会使光部分发散，导致光刻胶上不需要曝光的区域被曝光。衍射现象会造成分辨率的下降。 光的干涉（interference）。波的本质是正弦曲线。任何形式的正弦波只要具有相同的频率就能相互干涉，即相长相消：相位相同，彼此相长；相位不同，彼此相消。在曝光的过程中，反射光与折射光往往会发生干涉，从而降低了图形特征复制的分辨率。 调制传输函数（MTF, Modulation Transfer Function）。用于定义明暗对比度的参数。即分辨掩膜板上明暗图形的能力，与光线的衍射效应密切相关。MTF=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)，好的调制传输函数，就会得到更加陡直的光刻胶显影图形，即有高的分辨率。临界调制传输函数（CMTF,Critical Modulation Transfer Function）。主要表征光刻胶本身曝光对比度的参数。即光刻胶分辨透射光线明暗的能力。一般来说光路系统的调制传输函数必须大于光刻胶的临界调制传输函数，即MTF>CMTF。 数值孔径（NA, Numerical Aperture）。透镜收集衍射光（聚光）的能力。NA=n*sinθ=n*（透镜半径/透镜焦长）。一般来说NA大小为0.5~0.85。提高数值孔径的方法：1、提高介质折射率n，采用水代替空气；2、增大透镜的半径； 分辨率（Resolution）。区分临近最小尺寸图形的能力。R=kλ/(NA)=0.66/(n*sinθ) 。提高分辨率的方法：1、减小光源的波长；2、采用高分辨率的光刻胶；3、增大透镜半径；4、采用高折射率的介质，即采用浸入式光刻技术；5、优化光学棱镜系统以提高k（0.4~0.7）值（k是标志工艺水平的参数）。 焦深（DOF，Depth of Focus）。表示焦点周围的范围，在该范围内图像连续地保持清晰。焦深是焦点上面和下面的范围，焦深应该穿越整个光刻胶层的上下表面，这样才能够保证光刻胶完全曝光。DOF=kλ/(NA)2。增大焦深的方法：1、增大光源的波长；2、采用小的数值
光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60%。 光刻机是生产线上最贵的机台，5～15百万美元/台。主要是贵在成像系统（由15～20个直径为200～300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。光刻部分的主要机台包括两部分：轨道机（Tracker），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning)光刻工艺的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻胶具有高的光学敏感性；准确地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。 光刻工艺过程 一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。 1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking） 方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮 气保护） 目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是 HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。 2、涂底（Priming) 方法：a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸汽淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS 用量大。
目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。 3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating） 方法：a、静态涂胶（Static）。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）； b、动态（Dynamic）。低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速 旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。 决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄； 影响光刻胶厚度均运性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时 间点有关。 一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关（因为不同级别的曝光波长对应不 同的光刻胶种类和分辨率）： I-line最厚，约0.7～3μm；KrF的厚度约0.4～0.9μm；ArF的厚度约0.2～ 0.5μm。 4、软烘（Soft Baking） 方法：真空热板，85～120℃,30～60秒； 目的：除去溶剂（4～7%）；增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶 玷污设备； 边缘光刻胶的去除（EBR，Edge Bead Removal）。光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离（Peeling）而影响其它部分的图形。所以需要去除。
光刻工艺流程 Lithography Process 摘要：光刻技术（lithography technology)是指集成电路制造中利用光学—化学反应原理和化学，物理刻蚀法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。光刻是集成电路工艺中的关键性技术，其构想源自于印刷技术中的照相制版技术。光刻技术的发展使得图形线宽不断缩小，集成度不断提高，从而使得器件不断缩小，性能也不断提利用高。还有大面积的均匀曝光，提高了产量，质量，降低了成本。我们所知的光刻工艺的流程为：涂胶→前烘→曝光→显影→坚膜→刻蚀→去胶。 Abstract:Lithography technology is the manufacture of integrated circuits using optical - chemical reaction principle and chemical, physical etching method, the circuit pattern is transferred to the single crystal surface or the dielectric layer to form an effective graphics window or function graphics technology.Lithography is the key technology in integrated circuit technology, the idea originated in printing technology in the photo lithographic process. Development of lithography technology makes graphics width shrinking, integration continues to improve, so that the devices continue to shrink, the performance is also rising.There are even a large area of exposure, improve the yield, quality and reduce costs. We know lithography process flow is: Photoresist Coating → Soft bake → exposure → development →hard bake → etching → Strip Photoresist. 关键词：光刻，涂胶，前烘，曝光，显影，坚膜，刻蚀，去胶。 Key Words:lithography,Photoresist Coating,Soft bake,exposure,development,hard bake ,etching, Strip Photoresist. 引言： 光刻有三要素：光刻机；光刻版（掩模版）；光刻胶。光刻机是IC晶圆中最昂贵的设备，也决定了集成电路最小的特征尺寸。光刻机的种类有接触式光刻机、接近式光刻机、投影式光刻机和步进式光刻机。接触式光刻机设备简单，70年代中期前使用，分辨率只有微
光刻技术新进展 刘泽文李志坚 一、引言 目前，集成电路已经从60年代的每个芯片上仅几十个器件发展到现在的每个芯片上可包含约10亿个器件，其增长过程遵从一个我们称之为摩尔定律的规律，即集成度每3年提高4倍。这一增长速度不仅导致了半导体市场在过去30年中以平均每年约15%的速度增长，而且对现代经济、国防和社会也产生了巨大的影响。集成电路之所以能飞速发展，光刻技术的支持起到了极为关键的作用。因为它直接决定了单个器件的物理尺寸。每个新一代集成电路的出现，总是以光刻所获得的线宽为主要技术标志。光刻技术的不断发展从三个方面为集成电路技术的进步提供了保证：其一是大面积均匀曝光，在同一块硅片上同时作出大量器件和芯片，保证了批量化的生产水平；其二是图形线宽不断缩小，使用权集成度不断提高，生产成本持续下降；其三，由于线宽的缩小，器件的运行速度越来越快，使用权集成电路的性能不断提高。随着集成度的提高，光刻技术所面临的困难也越来越多。 二、当前光刻技术的主要研究领域及进展 1999年初,0.18微米工艺的深紫外线(DUV)光刻机已相继投放市场,用于 1G位DRAM生产。根据当前的技术发展情况，光学光刻用于2003年前后的0.13微米将没有问题。而在2006年用到的0.1微米特征线宽则有可能是光学光刻的一个技术极限，被称为0.1微米难关。如何在光源、材料、物理方法等方面取得突破，攻克这一难关并为0.07，0.05微米工艺开辟道路是光刻技术和相应基础研究领域的共同课题。
在0.1微米之后用于替代光学光刻的所谓下一代光刻技术（ＮＧＬ）主要有极紫外、Ｘ射线、电子束的离子束光刻。由于光学光刻的不断突破，它们一直处于"候选者"的地位，并形成竞争态势。这些技术能否在生产中取得应用，取决于它们的技术成熟程度、设备成本、生产效率等。下面我们就各种光刻技术进展情况作进一步介绍。 1．光学光刻 光学光刻是通过光学系统以投影方法将掩模上的大规模集成电路器件的结 构图形"刻"在涂有光刻胶的硅片上，限制光刻所能获得的最小特征尺寸直接与光刻系统所能获得的分辨率直接相关，而减小光源的波长是提高分辨率的最有效途径。因此，开发新型短波长光源光刻机一直是国际上的研究热点。目前，商品化光刻机的光源波长已经从过去的汞灯光源紫外光波段进入到深紫外波段（DUV），如用于0.25微米技术的KrF准分子激光（波长为248纳米）和用于0.18微米技术的ArF准分子激光(波长为193纳米)。 除此之外，利用光的干涉特性，采用各种波前技术优化工艺参数也是提高光刻分辨率的重要手段。这些技术是运用电磁理论结合光刻实际对曝光成像进行深入的分析所取得的突破。其中有移相掩膜、离轴照明技术、邻近效应校正等。运用这些技术，可在目前的技术水平上获得更高分辨率的光刻图形。如1999年初Canon公司推出的FPA-1000ASI扫描步进机，该机的光源为193纳米ArF，通过采用波前技术，可在300毫米硅片上实现0.13微米光刻线宽。 光刻技术包括光刻机、掩模、光刻胶等一系列技术，涉及光、机、电、物理、化学、材料等多个研究领域。目前科学家正在探索更短波长的F2激光（波长为157纳米）光刻技术。由于大量的光吸收，获得用于光刻系统的新型光学及掩模衬底材料是该波段技术的主要困 难。
1．涂胶涂胶就是在SIO2或其他薄膜表面，涂布一层粘附良好，厚度适当，厚薄均匀的光刻胶膜。涂胶前的硅片表面必须清洁干燥，如果硅片搁置较久或光刻返工，则应重新进行清洗并烘干后再涂胶。生产中，最好在氧化或蒸发后立即涂胶，此时硅片表面清洁干燥，光刻胶的粘附性较好。 涂胶一般采用旋转法，其原理是利用转动时产生的离心力，将滴在硅片的多余胶液甩去，在光刻胶表面张力和旋转离心力共同作用下，扩展成厚度均匀的胶膜。胶膜厚度可通过转速和胶的浓度来调节。 涂胶的厚度要适当，膜厚均匀，粘附良好。胶膜太薄，则针孔多，抗蚀能力差；胶膜太厚，则分辨率低。在一般情况下，可分辨线宽约为膜厚的5～8倍。 2．前烘前烘就是在一定的温度下，使胶膜里的溶剂缓慢地挥发出来，使胶膜干燥，并增加其粘附性和耐磨性。 前烘的温度和时间随胶的种类及膜厚的不同而有所差别，一般通过实验来加以确定。 前烘的温度和时间必须适当。温度过高会引起抗蚀剂的热交联，在显影时留下底膜，或者增感剂升华挥发使感光灵敏度下降；前烘温度过低或时间过短，则抗蚀剂中的有机溶剂不能充分挥发，残留的溶剂分子会妨碍光交链反应，从而造成针孔密度增加，浮胶或图形变形等。同时，前烘时还不能骤热，以免引起表面鼓泡，产生针孔甚至浮胶。一般前烘是在80℃恒温干燥箱中烘烤1015分钟；也可以用红外灯在硅片背面烘烤，使胶膜的干燥从里到外，以获得良好的前烘效果。 3．暴光暴光就是对涂有光刻胶的基片进行选择性光化学反应，使暴光部分的光刻胶改变在显影液中的溶解性，经显影后在光刻胶膜上得到和掩膜版相对应的图形。 生产上，通常都采用紫外光接触暴光法，其基本步骤是定位对准和暴光。定位对准是使掩膜版的图形和硅片上的图形精确套合，因此要求光刻机有良好的对准装置，即具有精密的微调和压紧机构，特别是在压紧时保证精确套合不发生位移。此外，光刻机还应具有合适的光学观察系统，要求有一个景深较大，同时又有足够高分辨率的显微镜。 暴光量的选择决定于光刻胶的吸收光谱，配比，膜厚和光源的光谱分布。最佳暴光量的确定，还要考虑衬底的光反射特性。在实际生产中，往往以暴光时间来控制暴光量，并通过实验来确定最佳暴光时间。 暴光时影响分辨率的因素有： ①掩膜版于光刻胶膜的接触情况若硅片弯曲，硅片表面有灰尘或突起，胶膜厚度不均匀，光刻机压紧机构不良等都会影响掩膜版与光刻胶膜的接触情况，从而使分辨率降低。 ②暴光光线的平行度暴光光线应与掩膜版和胶膜表面垂直，否则将使光刻图形发生畸变。
第一章引言 1.1光刻背景： 受功能增加和成本降低的要求所推动，包括微处理器、NAND闪存与DRAM等高密度存储器以及SoC（片上系统）和ASSP（特殊应用标准产品）在内的集成电路不断以快速的步伐微缩化。光刻则使具有成本优势的器件尺寸微缩成为可能。 目前，集成电路已经从60年代的每个芯片上仅几十个器件发展到现在的每个芯片上可含约10亿个器件，其增长过程遵从一个我们所熟知的摩尔定律，即集成度每3年提高4倍。这一增长速度不仅导致了半导体市场在过去30年中以平均每年约15%的速度增长，而且对现代经济、国防和社会也产生了巨大的影响。集成电路之所以能飞速发展，光刻技术的支持起到了极为关键的作用。因为它直接决定了单个器件的物理尺寸。每个新一代集成电路的出现总是以光刻所获得的线宽为主要技术标志。光刻技术的不断发展从三个方面为集成电路技术的进步提供了保证：其一是大面积均匀曝光，在同一块硅片上同时作出大量器件和芯片，保证了批量化的生产水平；其二是图形线宽不断缩小，使用权集成度不断提高，生产成本持续下降；其三，由于线宽的缩小，器件的运行速度越来越快，使用权集成电路的性能不断提高。随着集成度的提高，光刻技术所面临的困难也越来越多。 图1-1 1.2集成电路微缩化趋势及其对光刻的要求 由于器件单元不同，存储器与逻辑IC芯片的关键曝光层（critical layer）有着迥然不同的特征和光刻容差，这便对给定的光刻系统提出了不同的性能要求和实用限制。图1给出了几种不同器件的图形特征和对光刻的启示。 图1-2 第二章．当前光刻技术的主要研究领域及进展 1999 年初,0.18 微米工艺的深紫外线(DUV)光刻机已相继投放市场,用于 1G 位 DRAM 生产。根据当前的技术发展情况，光学光刻用于 2003 年前后的 0.13 微米将没有问题。而 在 2006 年用到的 0.1 微米特征线宽则有可能是光学光刻的一个技术极限，被称为 0.1 微米难关。如何在光源、材料、物理方法等方面取得突破，攻克这一难关并为 0.07，0.05 微米工艺开辟道路是光刻技术和相应基础研究领域的共同课题。 在 0.1 微米之后用于替代光学光刻的所谓下一代光刻技术（ＮＧＬ）主要有极紫外、Ｘ
理论部分 填空题 1、光刻中使用的两种主要的光刻胶分别为正光刻胶和负光刻胶 2、在硅片表面上涂上液体光刻胶来得到一层均匀覆盖层最常用的方法是旋转 涂胶。有四个步骤：分滴，旋转分开，旋转甩掉，溶剂挥发。 3、曝光的方式有接触式、接近式曝光和投影式曝光。 4、光刻中有使用不同紫外光波长，波长在436纳米和157纳米之间的每种波长都有各自的波名称。其中波长为436nm的波名称是g光线，波长为405nm的波名称是h光线，波长为365nm的波名称是i光线，波长为248nm的波名称是深紫外(DUV) ，波长为157nm的波名称是真空紫外(VUV) 1、曝光的方式有接触式曝光、接近式曝光和投影式曝光 2.光刻工艺一般都要经过涂胶，前烘、曝光、显影，坚膜、腐蚀、去胶等步骤。 3.正性光刻胶和负性光刻胶是两种主要的光刻胶。对于负性光刻胶，曝光部分 不会溶解，在光刻胶中形成的图形与掩膜板的图形相反对于正性光刻胶，曝光部分容易溶解，在光刻胶中形成的图形与掩膜板的图形相同。 4.刻蚀的方法主要有湿法刻蚀、干法刻蚀和和等离子体。 5、光刻工艺一般都要经过涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀、去胶等步骤。 一、判断题 1．最早应用在半导体光刻工艺中的光刻胶是正性光刻胶。（F ） 2．步进光刻机的三个基本目标是对准聚焦、曝光和合格产量。（F ） 3．光刻区使用黄色荧光灯照明的原因是，光刻胶只对特定波长的光线敏感，例如深紫外线和白光，而对黄光不敏感。（T ） 4．曝光后烘焙，简称后烘，其对传统I线光刻胶是必需的。（T ） 5．对正性光刻来说，剩余不可溶解的光刻胶是掩膜版图案的准确复制。（T ）6．芯片上的物理尺寸特征被称为关键尺寸，即CD。（T ） 7．光刻的本质是把电路结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。
第九章基本光刻工艺流程-曝光到最终检验概述 在本章，将解释从光刻胶的显影到最终检验所使用的基本方法。本章末尾将涉及膜版工艺的使用和定位错误的讨论。 目的 完成本章后您将能够： 1.划出晶圆在显影之前及之后的剖面图。 2.列出显影的方法。 3.解释硬烘焙的方法和作用。 4.列出晶圆在显影检验时被拒绝的至少五个原因。 5.划出显影-检验-重做工作过程的示意图。 6.解释湿法刻蚀和干法刻蚀的方法和优缺点。 7.列出从氧化膜和金属膜上去除光刻胶的机器 8.解释最终检验的方法和作用。 显影 晶圆完成定位和曝光后，器件或电路的图案被以曝光和未曝光区域的形式记录在光刻胶上（图9.1）。通过对未聚合光刻胶的化学分解来使图案显影。显影技术被设计成使之把完全一样的膜版上图案复制到光刻胶上。不良的显影工艺造成的问题是不完全显影，它会导致开孔的不正确尺寸，或使开孔的侧面内凹。在某些情况下，显影不够深而在开孔内留下一层光刻胶。第三个问题是过显影它会过多地从图形边缘或表面上去除光刻胶。要在保证开孔的直径一致和由于清洗深孔时液体不易进入而造成的清洗困难的情况下保持具有良好形状的开孔是一个特殊的挑战。 负和正的光刻胶有不同的显影性质并要求不同的化学品和工艺。 负光刻胶显影 在光刻胶上成功地使图案显影要依靠光刻胶的曝光机理。负光刻胶暴露在光时会有一个聚合的过程它会导致光刻胶聚合在显影液中分解。在两个区域间有足够高的分解率以使聚合的区域只失去很小部分光刻胶。对于大多数的负光刻胶显影二甲苯是受欢迎的化学品。它也在作负光刻胶中作溶液使用。显影完成前还要进行冲洗。对于负光刻胶，通常使用n-丁基醋酸盐作为冲洗化学品，因为它既不会使光刻胶
光刻工艺与方法 张永平 2012.02.24
?光刻胶由三部分组成： 1、感光剂 2、增感剂 3、溶剂 正、负性光刻胶
衡量光刻胶好坏的标准 ?1、感光度 ?2、分辨率 ?3、粘度及固态含有率 ?4、稳定性 ?5、抗蚀性 ?6、黏附能力 ?7、针孔密度
光源 ?现代曝光系统所产生的像是受衍射限制的，而衍射效应又与曝光辐射的波长有很强的联系。从历史看，多数的光刻系统都使用弧光灯作为主要光源，内含有汞蒸汽，用光刻的灯消耗大约1千瓦功率。常用的汞两种特征波长：436nm（g线）和365nm（i线）。20世纪90年代早期，多数的光刻机使用g线；在0.35μm这一代中，i线步进光刻机是主宰。在深紫外光这一段，最亮的光源要数准分子激光，最有兴趣的二种源:KrF（248nm）和ArF（193nm），一般有二种元素，一种是惰性气体，一种是含卤化合物。准分子激光的主要问题：激光的可靠性和寿命、镜头系统中光学元件对曝光波长的透明度、寻找合适的光刻胶
?曝光技术直接影响到微细图形加工的精度与质量?a,接触式 ?b,接近式 ?c,投影式
三种曝光方式比较 接触曝光：光的衍射效应较小，因而分辨率高；但易损坏掩模图形，同时由于尘埃和基片表面不平等，常常存在不同程度的曝光缝隙而影响成品率。 接近式曝光：延长了掩模版的使用寿命，但光的衍射效应更为严重，因而分辨率只能达到2—4um 左右。 投影式曝光：掩模不受损伤，不存在景深问题提高了对准精度，也减弱了灰尘微粒的影响，已成为LSI 和VLSI 中加工小于3um 线条的主要方法。缺点是投影系统光路复杂，对物镜成像能力要求高。
集成电路制造工艺 光刻工艺流程 作者：张少军 陕西国防工业职业技术学院电子信息学院电子****班 24 号 710300 摘要：摘要：光刻(photoetching)是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去 的工艺，在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的岛状部分。 关键词：光刻胶；曝光；烘焙；显影；前景 Abstract: photoetching lithography (is) through a series of steps will produce wafer surface film of certain parts of the process, remove after this, wafer surface will stay with the film structure. The part can be eliminated within the aperture shape is thin film or residual island. Keywords: the photoresist, Exposure; Bake; Enhancement; prospects 基本光刻工艺流程— 1 基本光刻工艺流程—从表面准备到曝光 1.1 光刻十步法 表面准备—涂光刻胶—软烘焙—对准和曝光—显影—硬烘焙—显影目测—刻蚀—光刻胶去除—最终目检。 1.2 基本的光刻胶化学物理属性 1.2.1 组成聚合物+溶剂+感光剂+添加剂,普通应用的光刻胶被设计成与紫外线和激光反应，它们称为光学光刻胶（optical resist），还
光刻 光敏高分子对微电子技术的发展起着十分重要的作用，光刻和光刻胶（光致抗蚀剂）是微电子技术中的关键技术和关键材料。微电子技术中的光刻是印刷照相制版工艺的发展，下面以刻蚀二氧化硅为例来说明光刻的基本步骤。 首先在硅片上氧化或沉积一层二氧化硅（①），然后涂布一层光敏高分子材料即光刻胶（或称光致抗蚀剂）（②），烘干后加一块有电路图形的掩模（即底片），并用紫外光曝光（③）。由于光化学作用，曝光区和非曝光区上的光刻胶溶解度发生变化，利用合适的溶剂除去可溶部分（即显影），就得一图形，烘干（后烘）（④）后用氢氟酸将裸露二氧化硅腐蚀掉（⑤），最后
除去残留的光刻胶（⑥），于是硅片上便得到一个与掩模一致或相反的图形，后者称为负图形（A），前者称为正图形（B）。硅片上的二氧化硅成为硅的保护膜，通过在裸露的硅面上进行所谓离子注入、扩散掺杂或金属化（如电镀），便可在硅片上制出二极管、电阻、电容和导线。 （光刻技术过程） 典型的光刻硅：光刻中最重要的材料便是被称为光刻胶或光致抗蚀剂的光敏高分子化合物。光刻胶也就是前面印刷技术中讲到的感光树脂，它主要有三种类型：聚乙烯醇肉桂酸酯型、橡胶－叠氮型和邻醌重氮型。其中聚乙烯醇肉桂酸酯（Polyvinyl Cinnamate，PVCN）是最早用作光刻胶的光敏高分子化合物，由美国柯达公司开发。它在光照时发生环化二聚反应，两个肉桂酸酯间形成四元环，从而发生链间的交联，表示如下： 聚乙烯醇肉桂酸酯的光敏性不够好，为了提高它的光敏性，需要添加增感剂。增感剂有很多种，但最常用的是5-硝基二氢苊。加入增感剂后，光刻胶吸收光的范围可大大地扩展，交联固化速度也大大提高。
第八章基本光刻工艺流程-表面准备到曝光 概述 最重要的光刻工艺是在晶圆表面建立图形。这一章是从解释基本光刻工艺十步法和讨论光刻胶的化学性质开始的。我们会按照顺序来介绍前四步（表面准备到对准和曝光）的目的和执行方法。 目的 完成本章后您将能够： 1．勾画出基本的光刻工艺十步法制程的晶圆截面。 2．解释正胶和负胶对光的反应。 3．解释在晶圆表面建立空穴和凸起所需要的正确的光刻胶和掩膜版的极性。4．列出基本光刻十步法每一步的主要工艺选项。 5．从目的4的列表中选出恰当的工艺来建立微米和亚微米的图形。 6．解释双重光刻，多层光刻胶工艺和平整化技术的工艺需求。 7．描述在小尺寸图形光刻过程中，防反射涂胶工艺和对比增强工艺的应用。8．列出用于对准和曝光的光学方法和非光学方法。 9．比较每一种对准和曝光设备的优点。 介绍 光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面层上的所规定的特定区域的基本操作（图8.1）。Photolithography是用来定义这个基本操作的术语。还有其它术语为Photomasking, Masking, Oxide或者Metal Removal （OR,MR）和Microlithography。 光刻工艺是半导体工艺过程中非常重要的一道工序，它是用来在不同的器件和电路表面上建立图形（水平的）工艺过程。这个工艺过程的目标有两个。首先是在晶圆表面建立尽可能接近设计规则中所要求尺寸的图形。这个目标被称为晶圆的分辨率（resolution）。图形尺寸被称为电路的特征图形尺寸（feature size）或是图像尺寸（image size）。 第二个目标是在晶圆表面正确定位图形（称为Alignment或者Registration）。整个电路图形必须被正确地定位于晶圆表面，电路图形上单独的每一部分之间的相对位置也必须是正确的（图8.2）。请记住，最终的图形是用多个掩膜版按照特定的顺序在晶圆表面一层一层叠加建立起来的。图形定位的的要求就好像是一幢建筑物每一层之间所要求的正确的对准。很容易想象，如果建筑物每一层和每一层不能很好地对准，那么它会对电梯以及楼梯带来什么样的
§2光刻工艺过程 在平面管和集成电路生产中，都要经过多次光刻。虽然各次光刻的目的要求和工艺条件有所差别，但其工艺过程是基本相同的。光刻工艺一般都要经过涂胶，前烘，暴光，显影，坚膜， 腐蚀和去胶等七个步骤 1．涂胶涂胶就是在SIO2或其他薄膜表面，涂布一层粘附良好，厚度适当，厚薄均匀的光刻胶膜。涂胶前的硅片表面必须清洁干燥，如果硅片搁置较久或光刻返工，则应重新进行清洗并烘干后再涂胶。生产中，最好在氧化或蒸发后立即涂胶，此时硅片表面清洁干燥，光刻胶的粘附性较好。 涂胶一般采用旋转法，其原理是利用转动时产生的离心力，将滴在硅片的多余胶液甩去，在光刻胶表面张力和旋转离心力共同作用下，扩展成厚度均匀的胶膜。胶膜厚度可通过转速和胶的浓度来调节。 涂胶的厚度要适当，膜厚均匀，粘附良好。胶膜太薄，则针孔多，抗蚀能力差；胶膜太厚，则分辨率低。在一般情况下，可分辨线宽约为膜厚的5～8倍。
2．前烘前烘就是在一定的温度下，使胶膜里的溶剂缓慢地挥发出来，使胶膜干燥，并增加其粘附性和耐磨性。 前烘的温度和时间随胶的种类及膜厚的不同而有所差别，一般通过实验来加以确定。 前烘的温度和时间必须适当。温度过高会引起抗蚀剂的热交联，在显影时留下底膜，或者增感剂升华挥发使感光灵敏度下降；前烘温度过低或时间过短，则抗蚀剂中的有机溶剂不能充分挥发，残留的溶剂分子会妨碍光交链反应，从而造成针孔密度增加，浮胶或图形变形等。同时，前烘时还不能骤热，以免引起表面鼓泡，产生针孔甚至浮胶。一般前烘是在80℃恒温干燥箱中烘烤1015分钟；也可以用红外灯在硅片背面烘烤，使胶膜的干燥从里到外，以获得良好的前烘效果。 3．暴光暴光就是对涂有光刻胶的基片进行选择性光化学反应，使暴光部分的光刻胶改变在显影液中的溶解性，经显影后在光刻胶膜上得到和掩膜版相对应的图形。
光刻工艺介绍 一、定义与简介 光刻是所有四个基本工艺中最关键的，也就是被称为大家熟知的photo，lithography，photomasking, masking, 或microlithography。在晶圆的制造过程中，晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成，这些部件是预先做在一块或者数块光罩上，并且结合生成薄膜，通过光刻工艺过程，去除特定部分，最终在晶圆上保留特征图形的部分。 光刻其实就是高科技版本的照相术，只不过是在难以置信的微小尺寸下完成，现在先进的硅12英寸生产线已经做到22nm，我们这条线的目标6英寸砷化镓片上做到0.11um。光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件的关联正确。
二、光刻工艺流程介绍 光刻与照相类似，其工艺流程也类似： 实际上，普通光刻工艺流程包括下面的流程：
1)Substrate Pretreatment 即预处理，目的是改变晶圆表面的性质， 使其能和光刻胶（PR）粘连牢固。主要方法就是涂HMDS，在密闭腔体内晶圆下面加热到120℃，上面用喷入氮气加压的雾状HMDS，使得HMDS和晶圆表面的-OH健发生反应已除去水汽和亲水健结构，反应充分后在23℃冷板上降温。该方法效果远比传统的热板加热除湿好。 2)Spin coat即旋转涂光刻胶，用旋转涂布法能提高光刻胶薄膜的 均匀性与稳定性。光刻胶中主要物质有树脂、溶剂、感光剂和其它添加剂，感光剂在光照下会迅速反应。一般设备的稳定工作最高转速不超过4000rpm，而最好的工作转速在2000～3000rpm。 3)Soft Bake(Pre-bake)即软烘，目的是除去光刻胶中溶剂。一般是 在90℃的热板中完成。 4)Exposure即曝光，这也是光刻工艺中最为重要的一步，就是用 紫外线把光罩上的图形成像到晶圆表面，从而把光罩上面的图形转移到晶圆表面上的光刻胶中。这一步曝光的能量(Dose)和成像焦点偏移(Focus offset)尤为重要. 5)Post Exposure Bake(PEB)即后烘，这是非常重要的一步。在 I-line光刻机中，这一步的目的是消除光阻层侧壁的驻波效应，
集成电路工艺之
光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光源 5、光刻工艺 6、新技术简介
光刻
IC 工艺流程
Materials IC Fab Metallization Wafers Thermal Processes Masks Implant PR strip Etch PR strip Packaging CMP Dielectric deposition Test
IC 制造
e-Beam or Photo
EDA
Mask or Reticle
Ion Implant
PR
Etch
Chip
Photolithography
Final Test
Photolithography IC Design
EDA: 自动化电子设计 PR: 光刻胶
光刻基本介绍
? 在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻 胶上的过程 ? 将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。 ? 光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。 ? 光刻占40%到 50% 的流片时间。 ? 决定最小特征尺寸。 IC制程中最重要的模块,是集成电路中关键的 工艺技术，最早的构想来源于印刷技术中的照相制 版。光刻技术最早于1958年开始应用，并实现了平 面晶体管的制作。
光刻的基本步骤
? ? ? ? ? ? ? ? ? 硅片清洗 前烘和前处理 光刻胶涂布 匀胶后烘 对准和曝光 曝光后烘 显影 显影后烘 图形检查
涂胶
曝光 显影
硅片清洗
Clean Gate Oxide Primer
前烘和前处理
Polysilicon STI P-Well USG STI
Polysilicon USG P-Well
亚分辨率辅助图形 对２８纳米密集线条光刻成像的影响 陈权１，２，段力１，毛智彪２ （１．上海交通大学，上海，２００２４０； ２．上海华力微电子有限公司，上海，２０１２０３） 摘要：亚分辨率辅助图形（Ｓｕｂ－Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ－Ａｓｓｉｓｔ－Ｆｅａｔｕｒｅ，ＳＲＡＦ）是光刻工艺图形增强技术（Ｒｅｓｏ－ｌｕｔｉｏｎＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＲＥＴ）中广泛应用的一种方法。本文设计实验在密集图形（线宽／距离比约１：１）外侧放置不同的ＳＲＡＦ，研究了ＳＲＡＦ对于密集图形内部线条成像的影响，通过实验数据总结和理论分析，提出了最佳的ＳＲＡＦ放置位置。此外，本文还设计了一种与设计图形线宽一样大小的ＳＲＡＦ，并比较了其与传统尺寸ＳＲＡＦ对密集图形内侧线条成像的影响。 关键词：亚分辨率辅助图形；ＳＲＡＦ；光学邻近效应修正；ＯＰＣ；分辨率 Sub-Resolution-Assist-Feature placement effect to28nm dense line patterns ＣＨＥＮＱｕａｎ１，２，ＤＵＡＮＬｉ１，ＭＡＯＺｈｉ－ｂｉａｏ２ （１．ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ； ２．ＳｈａｎｇｈａｉＨｕａｌｉＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１２０３，Ｃｈｉｎａ） Abstract:Ｓｕｂ－Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ－Ａｓｓｉｓｔ－Ｆｅａｔｕｒｅ（ＳＲＡＦ）ｐｌａｙｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＥｎｈａｎｃｅ－ｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＲＥＴ）．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ＳＲＡＦｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏａ２８ｎｍｄｅｎｓｅｌｉｎｅｐａｔｔｅｒｎ，ｔｈｅｂｅｓｔＳＲＡＦｐｌａｃｅｍｅｎｔｌｏｃａｔｉｏｎｗａｓｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄｏｐｔｉｃａｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ＳＲＡＦｗｉｔｈｓａｍｅｗｉｄｔｈｏｆｄｅｓｉｇｎｐａｔｔｅｒｎｗａｓａｌｓｏｓｔｕｄｉｅｄ． Key words:Ｓｕｂ－Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ－Ａｓｓｉｓｔ－Ｆｅａｔｕｒｅ；ＳＲＡＦ；ＯＰＣ；ＯｐｔｉｃａｌＰｒｏｘｉｍｉｔｙＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ
光刻工艺问答
PHOTO 流程? 答：上光阻→曝光→顯影→顯影後檢查→CD量測→Overlay量測 何为光阻？其功能为何？其分为哪两种？ 答：Photoresist(光阻).是一种感光的物质，其作用是将Pattern从光罩(Reticle)上传递到Wafer上的一种介质。其分为正光阻和负光阻。 何为正光阻? 答：正光阻，是光阻的一种，这种光阻的特性是将其曝光之后，感光部分的性质会改变，并在之后的显影过程中被曝光的部分被去除。 何为负光阻? 答：负光阻也是光阻的一种类型，将其曝光之后，感光部分的性质被改变，但是这种光阻的特性与正光阻的特性刚好相反，其感光部分在将来的显影过程中会被留下，而没有被感光的部分则被显影过程去除。 什幺是曝光？什幺是显影？ 答：曝光就是通过光照射光阻，使其感光；显影就是将曝光完成后的图形处理，以将图形清晰的显现出来的过程。 何谓 Photo? 答：Photo=Photolithgraphy,光刻，将图形从光罩上成象到光阻上的过程。Photo主要流程为何? 答：Photo的流程分为前处理，上光阻，Soft Bake, 曝光，PEB，显影，Hard Bake 等。 何谓PHOTO区之前处理? 答：在Wafer上涂布光阻之前，需要先对Wafer表面进行一系列的处理工作，以使光阻能在后面的涂布过程中能够被更可靠的涂布。前处理主要包括Bake，HDMS等过程。其中通过Bake将Wafer表面吸收的水分去除，然后进行HDMS工作，以使Wafer表面更容易与光阻结合。 何谓上光阻? 答：上光阻是为了在Wafer表面得到厚度均匀的光阻薄膜。光阻通过喷嘴（Nozzle）被喷涂在高速旋转的Wafer表面，并在离心力的作用下被均匀的涂布在Wafer的表面。
光刻工艺过程 一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。 1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking） 方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮气保护）目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。 2、涂底（Priming） 方法：a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸气淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS用量大。 目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。 3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating） 方法：a、静态涂胶（Static）。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）； b、动态（Dynamic）。低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。 决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄； 影响光刻胶厚度均运性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时间点有关。 一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关（因为不同级别的曝光波长对应不同的光刻胶种类和分辨率）：I-line最厚，约0.7～3μm；KrF的厚度约0.4～0.9μm；ArF的厚度约0.2～0.5μm。 4、软烘（Soft Baking） 方法：真空热板，85～1200C,30～60秒； 目的：除去溶剂（4～7%）；增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶玷污设备； 边缘光刻胶的去除（EBR，Edge Bead Removal）。光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离（Peeling）而影响其它部分的图形。所以需要去除。 方法：a、化学的方法（Chemical EBR）。软烘后，用PGMEA或EGMEA去边溶剂，喷出少量在正反面边缘出，并小心控制不要到达光刻胶有效区域； b、光学方法（Optical EBR）。即硅片边缘曝光（WEE，Wafer Edge Exposure）。在完成图形的曝光后，用激光曝光硅片边缘，然后在显影或特殊溶剂中溶解； 5、对准并曝光（Alignment and Exposure） 对准方法：a、预对准，通过硅片上的notch或者flat进行激光自动对准；b、通过对准标志（Align Mark），位于切割槽（Scribe Line）上。另外层间对准，即套刻精度（Overlay），保证图形与硅片上已经存在的图形之间的对准。 曝光中最重要的两个参数是：曝光能量（Energy）和焦距（Focus）。如果能量和焦距调整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的图形。表现为图形的关键尺寸超出要求的范围。 曝光方法： a、接触式曝光（Contact Printing）。掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩