第12章-光刻：掩膜-光刻胶和光刻机.ppt

第十一章

光刻

简单的说，光刻就是用照相复印的方法，将掩膜版上之图形精确地复印到涂在硅片表面的光致抗蚀剂（Photoresist）（下面统称光刻胶）上面，然后在光刻胶的保护下对硅片进行离子注入，刻蚀，薄膜淀积等各种工艺。11.1光刻工艺的8个基本步骤

一．成底膜处理（HMDSCoating）衬底材料对光刻工艺的影响有三个方面：表面清洁度、表面性质（疏水或亲水）、平面度。硅片清洗：除去表面沾污。脱水烘焙：形成干燥疏水性的硅片表面。增粘处理：六甲基二硅胺烷（HMDS）处理SVG90涂胶台前烘条件的选取，对光刻胶的溶剂挥发量和光刻胶的粘附特性，曝光特性，显影特性以及线宽的精确控制都有较大的影响。没有经过前烘的可能后果：光刻胶薄膜发黏，容易受到颗粒沾污。旋转涂胶的内在应力将导致粘附性问题。溶剂含量过高导致显影时溶解差异，难以区分曝光和未曝光的光刻胶。溶剂在曝光时受热挥发，沾污光学系统透镜。前烘设备真空热板上进行热传导。热量从硅片背面接触从热板传递到光刻胶。光刻胶由硅片和光刻胶的接触面向外加热，可以使溶剂更快的挥发除去，循环时间短。真空热板加热平面必须严格水平。通过前烘，溶剂含量由65%－85%降低到4%到7%左右。四.对准与曝光对准与曝光是光刻工艺中最关键的工序，它直接关系到光刻的分辨率，留膜率，线宽控制和套准精度。简单光学曝光系统示意图在光学光刻中常用的UV波长传统的三种曝光方式接触式曝光机---Canon501Canon600Scanner七.坚膜烘焙（HardBake）显影后的热烘。要求挥发掉残留的光刻胶溶剂和显影液，提高光刻胶对硅片表面的粘附性。这一步是稳固光刻胶，对后续的刻蚀和离子注入过程非常关键。八.显影后检查（Inspection）检查光刻胶中形成图形的缺陷，包括：颗粒，沾污，关键尺寸，对准精度等。问题出自于先前操作，无法接受，硅片报废。问题与光刻胶中的图形质量有关，则将光刻胶剥离，返工。工艺线直击——光刻过程11.2掩模版（Photomask）掩膜版的材料掩膜版上用于Stepper对准的套刻标记掩膜版上的参照标记掩膜版的制备通常采用电子束直写的方式把高分辨率的图形转印到掩膜版表面。电子源产生的电子被加速并聚焦成形射到投影掩膜版上。电子束可以通过光栅扫描或矢量扫描的方式在掩膜版上形成图形。掩膜版上的电子束胶在曝光显影后，通过湿法或干法刻蚀去掉不需要的铬层。掩膜版制作掩膜版缺陷掩膜版上的缺陷会被复制到光刻胶层中，从而进一步复制到硅片上。制造好的掩膜版要进行大量测试来检查缺陷和颗粒。掩膜版缺陷的来源可能是掉铬，表面擦伤，静电放电或灰尘颗粒。一些典型的掩模板缺陷工艺线直击——掩膜版制备先进掩膜概念相移掩膜技术，PSM（PhaseShiftMask）：一块具有衍射栅的掩膜被相移材料以两倍的栅周期覆盖，每隔一个孔就以这种方式覆盖一次。材料的厚度和折射率要保证经过它的光相位对于未通过它的光有180度的精确相移。调制传输函数（MTF）图形的调制传输函数（ModulatingTransferFunction，MTF）可定义为：光学临近效应修正（OPC）首先把X×Y的曝光场分割为Δx×Δy的许多象素。把掩膜设想为一个把曝光矩阵M，矩阵中的0表示掩膜上此处的象素是透明的，1表示象素是不透明的。曝光的圆片也构造同样数目象素的图形矩阵W。在理想情况下，应该有W＝SM，S为常数矩阵。S是描述曝光的矩阵，包含所有光学系统的信息。理想的S是一个单位矩阵，实际上S包含了对应图形畸变的非对角线因素。OPC的工作就是求出S-1，如果确定了S-1，用它作用于原来的掩膜，就可以得到一块新版M’。M’＝S-1M然后W＝SM’＝SS-1M=M11.3光刻胶（Photoresist，PR）树脂（Resin）：光刻胶中的基体材料，是一种对光敏感的高分子化合物，当它受适当波长的光照射后，就能吸收一定波长的光能量，发生交联、聚合或分解等光化学反应，使光刻胶改变性质。感光剂（PAC，photoactivecompound)：在曝光前作为抑制剂（inhibitor），降低光刻胶在显影液中的溶解速度，而在暴露于光线时有化学反应发生，使抑制剂变成了感光剂，增加了胶的溶解性（正胶），或产生交联催化剂，使树脂交联，降低胶的溶解性（负胶）。溶剂（solvent）：使光刻胶保持液体状态。绝