光刻工艺(20180723095705)-solarbe文库

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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 ）光阻涂布晶圆上微米厚度等级的光阻，是采用旋转离心（ spin-coating ）的方式涂布上去。其典型程序包括1 晶圆表面前处理 pre-baking 即在 150°C 下烘烤一段时间。若表面无氧化层，要另外先上助粘剂primer ，如 HMDS，再降回室温。换言之，芯片表面在涂敷光阻前要确保是亲水性（ hydrophilic ）。2 送晶圆上真空吸附的转台，注入（ dispensing ）光阻，开始由低转速甩出多余的光阻并均布之，接着以转速数千 rpm ，减薄光阻至所需厚度。3 将晶圆表层光阻稍事烤干定型，防止沾粘。但不可过干过硬，而妨碍后续的曝光显影。一般光阻涂布机的涂布结果是厚度不均。尤其在晶圆边缘部份，可能厚达其它较均匀部份的光阻 3倍以上。另外，为了确保光阻全然涂布到整片晶圆，通常注入光阻的剂量，是真正涂布粘着在晶圆上之数十甚至数百倍，极其可惜；因为甩到晶圆外的光阻中有机溶剂迅速挥发逸散，成份大变，不能回收再使用。厚光阻德国 Karl-Suss 公司开发了一种新型的光阻涂布机，称为 GYRSET，如图 2-9 所示，其卖点在于强调可减少一半的光阻用量，且得出更均厚的光阻分布。其原理极为单纯只是在真空转台上加装了跟着同步旋转的盖子。如此一来，等于强迫晶圆与盖子之间的空气跟着旋转，那么光阻上便无高转速差的粘性旋转www.wikisemi.com拖曳作用。故光阻在被涂布时，其与周遭流体之相对运动并不明显，只是离心的彻体力效果，使光阻稳定地、且是呈同心圆状地向外涂布。根据实际使用显示， GYRSET只需一般涂布机的 55 光阻用量。另外，其也可应用于厚光阻之涂布厚度自数微米至数百微米不等。受涂基板也可由晶圆改为任意的工作外型，而不会造成边缘一大部份面积厚度不均的花花外貌。[注 ] 厚光阻是新近发展出来，供微机电研究使用的材料，如 IBM 的 SU-8 系列光阻，厚度由数微米至 100微米不等，以 GYRSET涂布后，经过严格的烘干程序，再以紫外线或准分子雷射 excimer laser 进行曝光显影后，所得到较深遂的凹状图案，可供进一步精密电铸 electro-forming 的金属微结构成长填塞。这种加工程序又称为「仿 LIGA」制程 poor mans LIGA ，即「异步 X 光之深刻模造术」。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 ～ 3μ m； KrF 的厚度约 0.4 ～0.9μ m； ArF 的厚度约 0.2～ 0.5 μ m。1、请问湿度大对光刻有什么影响怎么克服湿度大的影响湿度太大 ,硅片表面易吸附水气 ,造成光刻胶粘附不牢 ,显影时出现移胶、浮胶现象，湿法腐蚀时钻蚀、浮胶现象克服的话，就是要加快流程了，不要让硅表面暴露在湿度大的环境中太久，或者匀胶前低温烘培2、匀胶机的排风问题光刻胶的均匀性一看转速 ,还要看转的时间 ,但有关资料还说与排风有关 ,细细一想 ,也不足为怪 ,但不知道排风的影响大吗请高人指教排风分为抽和吸抽为 Exhaust, 吸为 Wind velocity.Exhaust 对 Resist 平均厚度几乎没有影响，对 Range 影响很大，主要影响的晶边部分， Exhaust 越大， Resist在晶边越容易干，会堆起来，就会边缘过厚Wind velocity 则对 RESIST 厚度影响很小，主要是环境量压的考虑，和 Particle 的考虑我觉得，这问题要综合考量抽为 Exhaust, Exhaust 对 Resist 平均厚度几乎没有影响，对 Range 影响很大，主要影响的晶边部，现在的新机台 coater 的 Exhaust 都在底部，这样是风的走向是从晶圆圆心指向边上的，对于未经 softbake 的液态光阻，有很大的推动力，使边缘的膜厚变大，如果不是特别离谱， recipe 可以 cover. 现在大部分都有 EBR和 WEE,如果制程不太紧， process window 够大，应该还好。吸为 Wind velocity. 我不知道是不是就指的 Down flow.现在的 12 寸一般采用 in-line 的 scanner track, 所以， track 的 down flow 会影响 scanner 的 chamberwww.wikisemi.com pressure, 可能会影响到 overlay 的控制。小鸟的想法，请大家指教，请教一下，正常情况下 scanner 的 chamber pressure 单独一般是多少 track 的又是多少二者连接后，各自又是多少，我现在遇到了这样的问题，请大侠指教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 EdgeExposure）。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）1、正负光阻微影光蚀刻术起源于照相制版的技术。自 1970 年起，才大量使用于半导体制程之图形转写复制。原理即利用对紫外线敏感之聚合物，或所谓光阻（ photo-resist ）之受曝照与否，来定义该光阻在显影液（ developer ）中是否被蚀除，而最终留下与遮掩罩幕，即光罩（ mask）相同或明暗互补之图形；相同者称之「正光阻」 positive resist ，明暗互补者称之「负光阻」 negative resist ，如图 2-6 所示。一般而言，正光阻，如 AZ-1350 、 AZ-5214 、 FD-6400L 等，其分辨率及边缘垂直度均佳，但易变质，储存期限也较短约半年到一年之间，常用于学术或研发单位；而负光阻之边缘垂直度较差，但可储存较久，常为半导体业界所使用。2、光罩前段述及的光罩制作，是微影之关键技术。其制作方式经几十年之演进，已由分辨率差的缩影机由数百倍大的红胶纸【 rubby-lith 】图样缩影技术，改良为直接以计算机辅助设计制造（ CAD/CAM）软件控制的雷射束（ laser-beam ）或电子束（ E-beam ）书写机，在具光阻之石英玻璃板上进行书写曝光，分辨率最小线宽也改进到微米的等级。由于激光打印机的分辨率越来越好，未来某些线宽较粗的光罩可望直接以打印机出图。举例而言，www.wikisemi.com www.wikisemi.com 3386dpi 的出图机，最小线宽约为七微米。3、对准机 / 步进机在学术或研发单位中之电路布局较为简易，一套电路布局可全部写在一片光罩中，或甚至多重复制。加上使用之硅晶圆尺寸较小，配合使用之光罩本来就不大。所以搭配使用之硅晶圆曝光机台为一般的「光罩对准机」 mask aligner ，如图 2-7 。换言之，一片晶圆只需一次对准曝光，便可进行之后的显影及烤干程序。但在业界中，使用的晶圆大得多，我们不可能任意造出 7吋或 9吋大小的光罩来进行对准曝光一来电子束书写机在制备这样大的光罩时，会耗损巨量的时间，极不划算；二来，大面积光罩进行光蚀刻曝光前与晶圆之对准，要因应大面积精密定位及防震等问题，极为棘手所以工业界多采用步进机（ stepper ）进行对准曝光；也就是说，即使晶圆大到 6或 8吋，但光罩大小还是小小的 12 吋见方，一则光罩制备快速，二则小面积对准的问题也比较少；只是要曝满整片晶圆，要花上数十次「对准→曝光→移位」的重复动作。但即便如此，因每次「对准→曝光→移位」仅费时 1秒左右，故一片晶圆的总曝光时间仍控制在 1分钟以内，而保持了工厂的高投片率 high through-put ；即单位时间内完成制作之硅芯片数。）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膜板上的图形分辨率相当，设备简单。缺点光刻胶污染掩膜板；掩膜板的磨损，寿命很低（只能使用 5～ 25次）； 1970前使用，分辨率〉 0.5μ m。b、接近式曝光（ Proximity Printing ）。掩膜板与光刻胶层的略微分开，大约为 10～ 50μ m。可以避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤。但是同时引入了衍射效应，降低了分辨率。 1970后适用，但是其最大分辨率仅为 2～ 4μ m。c、投影式曝光（ Projection Printing ）。在掩膜板与光刻胶之间使用透镜聚集光实现曝光。一般掩膜板的尺寸会以需要转移图形的 4倍制作。优点提高了分辨率；掩膜板的制作更加容易；掩膜板上的缺陷影响减小。投影式曝光分类扫描投影曝光（ Scanning Project Printing ）。 70年代末～ 80年代初，〉 1μ m工艺；掩膜板 1 1，全尺寸；步进重复投影曝光（ Stepping-repeating Project Printing 或称作 Stepper ）。80年代末～ 90年代， 0.35 μ m（ I line ）～ 0.25 μ m（ DUV）。掩膜板缩小比例（ 41），曝光区域（ Exposure Field ） 22 22mm （一次曝光所能覆盖的区域）。增加了棱镜系统的制作难度。扫描步进投影曝光（ Scanning-Stepping Project Printing ）。 90年代末～至今，用于 ≤ 0.18μ m 工艺。采用 6英寸的掩膜板按照 4 1的比例曝光，曝光区域（ ExposureField ） 26 33mm 。优点增大了每次曝光的视场；提供硅片表面不平整的补偿；提高整个硅片的尺寸均匀性。但是，同时因为需要反向运动，增加了机械系统的精度要求。在曝光过程中，需要对不同的参数和可能缺陷进行跟踪和控制，会用到检测控制芯片 / 控片（ Monitor Chip）。根据不同的检测控制对象，可以分为以下几种 a、颗粒控片（ Particle MC）用于芯片上微小颗粒的监控，使用前其颗粒数应小于 10颗； b、卡盘颗粒控片（ Chuck Particle MC）测试光刻机上的卡盘平坦度的专用芯片，其平坦度要求非常高； c、焦距控片（ Focus MC）作为光刻机监控焦距监控； d、关键尺寸控片（ Critical Dimension MC）用于光刻区关键尺寸稳定性的监控； e、光刻胶厚度控片（ PhotoResist Thickness MC）光刻胶厚度测量； f、光刻缺陷控片（ PDM， Photo Defect Monitor ）光刻胶缺陷监控。举例 0.18μ m 的 CMOS扫描步进光刻工艺。光源 KrF 氟化氪 DUV 光源（ 248nm）；数值孔径 NA 0.6 ～ 0.7；焦深 DOF 0.7μ m；分辨率 Resolution 0.18～ 0.25 μ m（一般采用了偏轴照明 OAI_Off-AxisIllumination 和相移掩膜板技术 PSM_PhaseShift Mask 增强）；套刻精度 Overlay 65nm；www.wikisemi.com 产能 Throughput 30～ 60wafers/hour （ 200mm）；视场尺寸 Field Size 25 32mm；硅片翘曲对光刻条宽均匀性的分析摘要通过对硅片翘曲情况及 AZ603-14cp 正性光刻胶的测试，在步进光刻机的聚焦曝光原理基础上分析了硅片翘曲对条宽均匀性的影响。从而得到了在集成电路，尤其是小尺寸集成电路的制造中硅片平整度的重要性。关键词步进光刻机；条宽均匀性；景深；硅片翘曲；曝光场；正性光刻胶中图分类号 TN305.7 文献标识码 B 文章编号 1003-353X200411-0026-031 硅片翘曲测试在集成电路制造中，光刻质量的好坏是影响产品成品率的主要因素之一，条宽均匀性是衡量光刻质量的两大指标之一。随着集成电路特征尺寸的缩小，步进光刻机在生产中得到了普遍的应用，硅片的翘曲对条宽均匀性的影响不容忽视。由于受单晶抛光工艺的限制及生产过程的影响，硅片总是存在着翘曲等不平整的现象。为了调查硅片的翘曲情况，下面以硅片在步进光刻机曝光台上的最终聚焦值来表征其翘曲情况。下面分别列出翘曲严重的硅片（硅片 1）和较平整的硅片（硅片 2）在曝光台上的最终聚焦测试值。其数据采自 96mm 96mm 面积、点距为 8mm 的测试值，共计有 13 13 个数据，焦距极差为 10.5mm 。硅片 1-4.2 -1.7 -0.1 2.1 3.2 2.9 2.2 2.6 2.7 0.5 1.0 0.2 0.7-2.0 2.7 1.6 2.4 1.2 0.4 -0.1 0.1 2.8 1.2 2.5 1.0 1.20.1 4.4 0.2 0.0 -0.7 -1.3 -1.4 -1.5 0.5 -0.7 1.9 1.7 0.22.1 2.9 -0.9 -0.9 -1.7 -2.2 -2.2 -2.3 -0.7 -1.7 0.2 2.5 1.02.7 1.9 -1.3 -1.8 -2.2 -2.4 -2.8 -2.8 -1.0 -2.5 -0.4 1.3 1.72.7 1.6 -2.0 -1.9 -2.6 -3.0 -3.0 -3.3 -1.2 -2.5 -0.7 0.9 2.43.2 1.0 -2.1 -1.9 -2.7 -3.6 -3.8 -3.6 -1.7 -3.0 -0.7 1.6 2.62.9 2.0 -1.6 -1.5 -2.3 -3.8 -4.1 -4.0 -1.8 -3.0 -0.7 1.0 2.33.0 1.7 -0.6 -1.2 -2.2 -3.3 -3.9 -4.0 -2.6 -1.9 0.2 2.3 1.73.0 5.2 -0.1 0.5 -0.2 -1.3 -2.2 -1.7 0.2 -1.8 2.0 3.8 1.51.0 4.5 1.7 1.0 0.2 -0.8 -1.3 -1.4 0.3 -0.5 3.3 1.9 -0.3-2.7 2.1 2.0 3.5 2.4 1.0 1.2 1.4 3.3 2.7 1.8 -0.5 -2.5-5.3 -3.6 -0.8 1.4 2.6 3.4 3.6 3.2 2.9 -0.5 -3.0 -0.6 -1.6硅片 21.1 0.8 0.3 0.4 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.5 0.8 0.9 1.40.5 0.2 0.1 -0.1 -0.1 0.2 0.5 0.3 0.3 0.1 0.0 0.5 0.6-0.1 -0.2 -0.2 -0.4 -0.3 -0.1 -0.1 0.2 -0.1 -0.3 -0.4 0.1 0.5www.wikisemi.com -0.2 -0.3 -0.4 -0.2 -0.2 -0.1 -0.1 0.0 -0.1 -0.1 -0.4 -0.2 0.0-0.4 -0.3 -0.4 -0.2 0.0 -0.3 0.0 0.1 0.0 -0.4 -0.4 -0.5 -0.4-0.5 -0.4 -0.5 -0.2 0.0 0.1 -0.1 0.0 -0.2 -0.7 -0.7 -0.6 -0.3-0.5 -0.4 -0.3 -0.3 0.1 0.2 0.4 0.0 -0.4 -0.5 -0.7 -0.7 -0.8-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.3 0.2 0.3 0.0 -0.3 -0.5 -0.8 -0.6-0.5 -0.3 -0.3 -0.2 -0.1 0.1 0.1 -0.1 0.0 -0.4 -0.3 -0.5 -0.3-0.2 -0.1 -0.3 -0.2 0.0 0.1 0.0 0.1 0.1 -0.1 -0.3 -0.3 -0.30.1 -0.1 0.0 0.0 0.1 0.0 0.2 0.2 0.2 0.0 -0.1 -0.2 -0.30.4 -0.1 0.2 0.1 0.1 0.3 0.4 0.5 0.2 0.2 0.1 0.2 0.30.7 0.4 0.5 0.4 0.6 0.7 0.7 0.5 0.6 0.5 0.5 0.5 0.8从数据中可以看出，硅片 1 与硅片 2 的翘曲情况有明显差别。下面将结合光刻胶及步进光刻机的聚焦曝光原理来分析不同翘曲度的硅片对光刻条宽均匀性的影响。2 正性光刻胶的条宽特性通过在步进光刻机 PAS5000/55 上 FEM（ focus exposure matrix ）试验，发现用 AZ603-14cp 正性光刻胶在 500nm 的 SiO2 衬底上曝 0.8mm 的密集条时，其条宽与焦距能量存在如下关系，用图 1 来表示。图中可以清楚地看出条宽与焦距能量之间的变化关系。在同一焦距下，增加曝光能量则条宽增大；在相同曝光能量下，若在最佳焦距上，条宽最大，如向两边偏离最佳焦距则条宽逐渐都变小，直至超出条宽允许的范围。3 硅片翘曲对条宽均匀性影响步进光刻机的曝光方式顾名思义是对一个接一个曝光场进行曝光的，在每个场曝光前，设备将进行一次聚焦，位置大约在一曝光场的中心位置。如果在一个曝光场内其它地方的聚焦与中心的有变化，则此曝光场内的条宽就会存在差异，即存在条宽均匀性问题。假定一个曝光场的大小为 16mm 16mm ，则对硅片 1，可以分解成如下形式（图 2），每一个框代表一个曝光场。框中心位置（中心的数字位置）是这个曝光场的聚焦位置，设备会在曝光之前自动把中心焦距（对应标号数字表示的）调整为零。由于硅片的翘曲，同一曝光场的其余点和中心位置点或多或少会存在着焦距不为零的情况。分析上面的数据，能够得到每个曝光场内与中心相比的最大焦距差 DF。硅片 1 的每个曝光场内的 DF如下 6.9 3.1 -2.8 -2.7 1.9 -1.6 4.3 1.3 -1.5 -2.8 -3.6 3.0 3.7 0.8 -0.8 -2.3 -2.1 -1.8 www.wikisemi.com 4.1 1.2 -1.6 -2.3 -3.2 1.8 5.9 2.7 2.6 2.3 -5.1 4.1 7.4 4.3 -2.6 2.8 5.7 -3.8 对比条宽与焦距、曝光能量关系图，可以看出，除 B2， C2， D2， D3 及 E3 五个曝光场外，其余曝光场内的 DF 都超出了光刻胶的景深范围，由此可见，硅片 1 不可以用来生产 0.8mm 尺寸的集成电路。而对于硅片 2，同样方法得到每个曝光场内与中心相比的最大焦距差 DF 如下 -0.9 -0.5 0.5 -0.4 -0.6 0.9 0.2 -0.3 0.2 -0.2 0.3 -0.7 0.2 -0.3 0.4 0.4 -0.7 -0.3 -0.1 -0.4 0.4 0.7 0.4 -0.5 0.4 -0.3 0.3 0.2 -0.3 0.2 -0.8 -0.5 -0.4 0.3 -0.4 -0.7 硅片 2 的 DF 在 -0.9 ～ 0.9mm 内，对比条宽与焦距、曝光能量关系图，可以看出，此片可以用来生产0.8mm 尺寸的集成电路。在 DF 为 - 0.9mm 的曝光场内，其条宽最小为 0.767mm 。从条宽与焦距、曝光能量关系图可看出，硅片内每个曝光场的 DF 绝对值越小，则硅片内条宽均匀性越好。对于步进光刻机，分辨率（ R）可以用公式 1 表达Rk1λ /NA（ 1）其中， k1 是一个主要由光刻胶决定的因子， λ 是曝光波长， NA 是棱镜的数值孔径。景深（ DOF）可用公式 2 表达为DOFk2λ /NA2其中， k2 是一个因子。从公式 1 和 2 可以看出，分辨率、景深、曝光波长及数值孔径之间存在着内在联系。条宽越小，要求的分辨率越高，景深越小，故条宽尺寸越小，对硅片的平整度要求越高。4 结束语通过以上分析，可以看出硅片翘曲度对条宽均匀性的影响是巨大的，尤其是突变的比缓变的翘曲对条宽的均匀性有害得多。而小尺寸的集成电路，由于工艺的景深本身变小，故对硅片的要求也就更高。超出工艺景深的硅片翘曲会导致曝光场边缘的大量管芯失效，从而极大地影响成品率。故而对于特定的工www.wikisemi.com 艺产品，需对材料片的采购、生产中外延及高温氧化等易造成硅片翘曲的过程加以控制。4、 Nikon stepper leveling 可以检测，而 scanner leveling 如何检测Nikon stepper leveling 可以用测机的方法检测而 scanner leveling 是动态的，而测机是静态的6、后烘（ PEB， Post Exposure Baking）方法热板， 110～ 1300C,1分钟。目的 a、减少驻波效应； b、激发化学增强光刻胶的 PAG产生的酸与光刻胶上的保护基团发生反应并移除基团使之能溶解于显影液。7、显影（ Development ）方法 a、整盒硅片浸没式显影（ Batch Development ）。缺点显影液消耗很大；显影的均匀性差； b、连续喷雾显影（ Continuous Spray Development ） /自动旋转显影（ Auto-rotation Development ）。一个或多个喷嘴喷洒显影液在硅片表面，同时硅片低速旋转（ 100～ 500rpm ）。喷嘴喷雾模式和硅片旋转速度是实现硅片间溶解率和均匀性的可重复性的关键调节参数。 c、水坑（旋覆浸没）式显影（ Puddle Development ）。喷覆足够（不能太多，最小化背面湿度）的显影液到硅片表面，并形成水坑形状（显影液的流动保持较低，以减少边缘显影速率的变化）。硅片固定或慢慢旋转。一般采用多次旋覆显影液第一次涂覆、保持 10～ 30秒、去除；第二次涂覆、保持、去除。然后用去离子水冲洗（去除硅片两面的所有化学品）并旋转甩干。优点显影液用量少；硅片显影均匀；最小化了温度梯度。显影液 a、正性光刻胶的显影液。正胶的显影液位碱性水溶液。 KOH 和NaOH 因为会带来可动离子污染（ MIC， Movable Ion Contamination ），所以在 IC制造中一般不用。最普通的正胶显影液是四甲基氢氧化铵（ TMAH）（标准当量浓度为 0.26，温度 15～ 250C）。在 I 线光刻胶曝光中会生成羧酸， TMAH 显影液中的碱与酸中和使曝光的光刻胶溶解于显影液，而未曝光的光刻胶没有影响；在化学放大光刻胶（ CAR， Chemical Amplified Resist）中包含的酚醛树脂以 PHS形式存在。 CAR中的 PAG产生的酸会去除 PHS中的保护基团（ t-BOC），从而使 PHS快速溶解于 TMAH 显影液中。整个显影过程中， TMAH 没有同 PHS发生反应。 b、负性光刻胶的显影液。二甲苯。清洗液为乙酸丁脂或乙醇、三氯乙烯。www.wikisemi.com 显影中的常见问题 a、显影不完全（ Incomplete Development ）。表面还残留有光刻胶。显影液不足造成； b、显影不够（ Under Development ）。显影的侧壁不垂直，由显影时间不足造成； c、过度显影（ Over Development ）。靠近表面的光刻胶被显影液过度溶解，形成台阶。显影时间太长。8、硬烘（ Hard Baking）方法热板， 100～ 1300C（略高于玻璃化温度 Tg）， 1～ 2分钟。目的 a、完全蒸发掉光刻胶里面的溶剂（以免在污染后续的离子注入环境，例如 DNQ酚醛树脂光刻胶中的氮会引起光刻胶局部爆裂）； b、坚膜，以提高光刻胶在离子注入或刻蚀中保护下表面的能力； c、进一步增强光刻胶与硅片表面之间的黏附性； d、进一步减少驻波效应（ Standing Wave Effect ）。常见问题 a、烘烤不足（ Underbake ）。减弱光刻胶的强度（抗刻蚀能力和离子注入中的阻挡能力）；降低针孔填充能力（ Gapfill Capability for the needlehole ）；降低与基底的黏附能力。 b、烘烤过度（ Overbake ）。引起光刻胶的流动，使图形精度降低，分辨率变差。另外还可以用深紫外线（ DUV， Deep Ultra-Violet ）坚膜。使正性光刻胶树脂发生交联形成一层薄的表面硬壳，增加光刻胶的热稳定性。在后面的等离子刻蚀和离子注入（ 125～ 2000C）工艺中减少因光刻胶高温流动而引起分辨率的降低。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，www.wikisemi.com 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。MTFImax-Imin/ImaxImin ，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 ModulationTransfer 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 MTFCMTF。数值孔径（ NA, Numerical Aperture ）。透镜收集衍射光（聚光）的能力。NAn*sinθ n*（透镜半径 / 透镜焦长）。一般来说 NA 大小为 0.50.85 。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。Rkλ /NA0.66/n*sin θ 。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（ 0.40.7 ）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。 DOFkλ /NA2 。增大焦深的方法 1、增大光源的波长； 2、采用小的数值孔径； 3、利用 CMP进行表面平坦化。由于前两种方法会降低分辨率，而分辨率是芯片制造所努力提升的重要参数，因此我们需要在看上去相互矛盾的两个方面做出某种平衡。一般在保证基本的焦深要求www.wikisemi.com 下不降低分辨率，即以分辨率为主。所以，现在一般采用 CMP平坦化技术保证足够的焦深。1、驻波效应（ Standing Wave Effect ）现象在光刻胶曝光的过程中，透射光与反射光（在基底或者表面）之间会发生干涉。这种相同频率的光波之间的干涉，在光刻胶的曝光区域内出现相长相消的条纹。光刻胶在显影后，在侧壁会产生波浪状的不平整。解决方案 a、在光刻胶内加入染色剂，降低干涉现象； b、在光刻胶的上下表面增加抗反射涂层（ ARC， Anti-Reflective Coating ）； c、后烘（ PEB， PostExposure Baking）和硬烘（ HB， Hard Baking）。2、摆线效应（ Swing Curve Effect ）现象在光刻胶曝光时，以相同的曝光剂量对不同厚度的光刻胶曝光，从而引起关键尺寸（ CD， Critical dimension ）的误差。3、反射切口效应（ Notching Effect ）现象在光刻胶曝光时，由于接触孔尺寸的偏移等原因使入射光线直接照射到金属或多晶硅上发生发射，使不希望曝光的光刻胶被曝光，显影后，在光刻胶的底部出现缺口。解决方案 a、提高套刻精度，防止接触孔打偏； b、涂覆抗反射涂层。4、脚状图形（ Footing Profiles ）现象在光刻胶的底部，出现曝光不足。使显影后，底部有明显的光刻胶残留。www.wikisemi.com 解决方案 a、妥善保管光刻胶，不要让其存放于碱性环境中； b、在涂覆光刻胶之前，硅片表面要清洗干净，防止硅基底上有碱性物质的残余。5、 T 型图形（ T-Top Profiles ）现象由于表面的感光剂不足而造成表层光刻胶的图形尺寸变窄。解决方案注意腔室中保持清洁，排除腔室中的碱性气体污染。6、分辨率增强技术（ RET， Resolution Enhanced Technology ）包括偏轴曝光（ OAI， Off Axis Illumination ）、相移掩膜板技术（ PSM， PhaseShift Mask）、光学近似修正（ OPC， Optical Proximity Correction ）以及光刻胶技术等。a、偏轴曝光（ OAI， Off Axis Illumination ）改变光源入射光方向使之与掩膜板保持一定角度，可以改善光强分布的均匀性。但同时，光强有所削弱。b、相移掩膜板技术（ PSM， Phase Shift Mask）在掩膜板上，周期性地在相邻的图形中，每隔一个图形特征对掩膜板的结构（减薄或者加厚）进行改变，使相邻图形的相位相差 180度，从而可以达到提升分辨率的目的。相移掩膜板技术使掩膜板的制作难度和成本大幅增加。c、光学近似修正（ OPC， Optical Proximity Correction ）在曝光过程中，往往会因为光学临近效应使最后的图形质量下降线宽的变化；转角的圆化；线长的缩短等。需要采用 “ 智能型掩膜板工程（ Clever MaskEngineering ） ” 来补偿这种尺寸变化。7、显影后检测（ ADI， After Development Inspection ）www.wikisemi.com 主要是检查硅片表面的缺陷。通常将一个无缺陷得标准图形存于电脑中，然后用每个芯片的图形与标准相比较，出现多少不同的点，就会在硅片的 defectmap 中显示多少个缺陷。8、抗反射涂层（ ARC， Anti-Reflective Coa