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1、第15章光刻：光刻膠顯影和先進(jìn)的光刻技術(shù)7/31/20211集成電路工藝目標(biāo)如何對光刻膠進(jìn)行曝光后烘培以及原因描述光刻膠的正負(fù)膠顯影工藝列出兩種最普通光刻膠顯影方法和關(guān)鍵的顯影參數(shù)陳述顯影后要進(jìn)行堅(jiān)膜的原因解釋顯影后檢查的好處列出并描述4種不同的先進(jìn)光刻技術(shù)及面臨的挑戰(zhàn)7/31/20212集成電路工藝提綱1.引言2.曝光后烘培3.顯影4.堅(jiān)膜5.顯影檢查6.先進(jìn)的光刻技術(shù)7.顯影質(zhì)量測量7/31/20213集成電路工藝1.引言通過顯影液將可溶解的光刻膠溶解掉就是光刻膠顯影，顯影除去了由曝光造成的可溶解的光刻膠。光刻膠顯影的目的是在光刻膠
2、中獲得準(zhǔn)確的掩膜版圖案的復(fù)制，同時保證光刻膠粘附性可接受。光刻膠顯影和檢查是進(jìn)入下一步刻蝕或離子注入之前的圖形轉(zhuǎn)移工藝的中間步驟。光刻膠圖形的質(zhì)量決定了隨后工藝的成功與否。光刻膠的顯影步驟依賴于它是正膠或負(fù)膠，是常規(guī)I線膠(DNQ線性酚醛數(shù)值)或化學(xué)放大深紫外線光刻膠(CADUV)。亞微米光刻通常使用正膠，非關(guān)鍵層一般用常規(guī)I線膠，關(guān)鍵層通常用深紫外線光刻膠。7/31/20214集成電路工藝2.曝光后烘培曝光后的硅片從曝光系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到硅片軌道系統(tǒng)后，需要進(jìn)行短時間的曝光后烘培（PEB）。為了促進(jìn)關(guān)鍵光刻膠的化學(xué)反應(yīng)，對CADUV光刻膠進(jìn)行
3、后烘是必需的。對于基于DNQ化學(xué)成分的常規(guī)I線膠，進(jìn)行后烘的目的是提高光刻膠的粘附性并減少駐波。7/31/20215集成電路工藝DUV曝光后烘培后烘的溫度均勻性和持續(xù)時間是影響DUV光刻膠質(zhì)量的重要因素。后烘時，硅片被放在自動軌道系統(tǒng)的一個熱板上，處理的溫度和時間需要根據(jù)光刻膠的類型確定。典型的后烘溫度在90℃至130℃之間，時間約為1至2分鐘。7/31/20216集成電路工藝常規(guī)I線膠PEB曝光后烘減少了光刻膠中剩余的溶劑，從曝光前的7％～4％減少到了5％～2％。曝光后烘減少了曝光過程中的駐波缺陷。駐波是由于入射光產(chǎn)生干涉造成的，入射
4、光與從襯底反射回來的光在光刻膠中干涉產(chǎn)生不均勻的光強(qiáng)，導(dǎo)致光刻膠的側(cè)面產(chǎn)生駐波。7/31/20217集成電路工藝3.顯影用化學(xué)顯影液溶解由曝光造成的光刻膠的可溶解區(qū)域就是光刻膠顯影，其主要目的是把掩膜版圖形準(zhǔn)確復(fù)制到光刻膠中。顯影的要求重點(diǎn)是產(chǎn)生的關(guān)鍵尺寸達(dá)到規(guī)格要求。如果不正確地控制顯影工藝，光刻膠圖形就會出現(xiàn)問題。三個主要缺陷：顯影不足、不完全顯影和過顯影。7/31/20218集成電路工藝光刻膠顯影問題7/31/20219集成電路工藝負(fù)膠負(fù)膠通過紫外線曝光發(fā)生交聯(lián)(crosslink)或變硬，使曝光的光刻膠變得在顯影液中不可溶解。對
5、于負(fù)膠顯影工藝，顯影過程中幾乎不需要化學(xué)反應(yīng)，主要包括未曝光的光刻膠的溶劑清洗。未曝光的光刻膠由于沒有發(fā)生交聯(lián)，因此很軟而且可溶解。顯影液通常是一種有機(jī)溶劑（如二甲苯）。顯影后用清洗液去除剩余的顯影液，以確保顯影工藝停止。7/31/202110集成電路工藝正膠由于提高了線寬分辨率，正膠是亞微米工藝制造中最普遍的光刻膠。兩種類型的正膠：常規(guī)DNQI線膠和化學(xué)放大DUV光刻膠。顯影液溶解光刻膠的速度稱為溶解率或者顯影速度。高的溶解率有助于生產(chǎn)率的提高，但太高的溶解率會影響光刻膠的特性。顯影液具有選擇性，高的顯影選擇比意味著顯影液與曝光的光刻
6、膠反應(yīng)得快，而與未曝光的光刻膠反應(yīng)得慢。高密度的圖形需要高選擇比的顯影液。7/31/202111集成電路工藝正膠顯影液顯影液通常用堿性溶液早期：NaOH或KOH水溶液，但這兩種顯影液都包含有可動離子沾污(MIC)，對于對污染很敏感的高特性集成電路是不可接受的。改用四甲基氫氧化銨（TMAH），這種顯影液的金屬離子濃度非常低，避免了硅片表面MIC的注入。7/31/202112集成電路工藝顯影方法連續(xù)噴霧(continuousspray)顯影旋覆浸沒(puddle)顯影7/31/202113集成電路工藝連續(xù)噴霧(continuousspray
7、)顯影一個或多個噴嘴噴灑顯影液到硅片表面，真空吸盤上的單個硅片以很慢的速度旋轉(zhuǎn)。顯影液以霧的形式噴灑。噴嘴噴霧模式和硅片旋轉(zhuǎn)速度是實(shí)現(xiàn)硅片間光刻膠溶解率和均勻性的可重復(fù)性的關(guān)鍵可變因素。7/31/202114集成電路工藝旋覆浸沒(puddle)顯影旋覆浸沒顯影碰到硅片上的少量顯影液形成了水坑形狀。為了獲得最佳特性，顯影液的流動必須保持很低，以減少硅片邊緣顯影速率的變化。這正是旋覆浸沒顯影的優(yōu)點(diǎn)。7/31/202115集成電路工藝光刻膠顯影參數(shù)顯影溫度顯影時間顯影液量硅片吸盤當(dāng)量濃度清洗排風(fēng)7/31/202116集成電路工藝4.堅(jiān)膜顯影后
8、的熱烘培稱為堅(jiān)膜烘培，目的是蒸發(fā)掉剩余的溶劑使光刻膠變硬。堅(jiān)膜提高了光刻膠對硅襯底的粘附性，為下一步的工藝加工做好了準(zhǔn)備，如提高光刻膠抗刻蝕能力。堅(jiān)膜也除去了剩余的顯影液和水。通常的堅(jiān)膜溫度正膠130℃，負(fù)
