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2.光学光刻分辨率增强技术(RET)
光学临近修正OPC (optical proximity correction)
在光刻版上进行图形 修正，来补偿衍射带 来的光刻图形变形
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OPC实例
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3、光刻胶对比度改进
Resist chemistry
436,365 nm: Photo-Active-Component (PAC) 248,193 nm: Photo-Acid-Generator (PAG)
/ 4 cos
很小时，
2 2
/ 4 [1 (1 / 2)] / 2
sin d NA
2f
焦深
DOF k2

( NA)
2
NA，焦深
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聚焦在光刻胶的中间，优化分辨率
像平面
焦深
光刻胶
IC技术中，焦深只有1m，甚至更小
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M:1缩小的步进 NA
1、Using light source with shorter l
光源 汞灯 汞灯 波长(nm) 436 365 术语 g线 i线 技术节点 >0.5m 0.5/0.35m
R k1 NA
k1 0.8 0.6 0.3-0.4 0.3-0.4
Mask design and resist process
[nm]
436 365 248 193
Contrast 436,365 nm: =2-3, (Qf/Q02.5) 248,193 nm: =5-10 (Qf/Q01.3)
投影式 projectio n system
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三种硅片曝光模式及系统
接触式
接近式
投影式
1:1曝光系统
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接近式曝光（proximity printer）
接近式曝光（>3um） 最小线宽LCD=1.4(Sλ)1/2 减少了掩膜版的损坏，但分辨率受到限制
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接触式曝光(contact printer)
对比度 依赖于工艺参数，如：显影液、前烘时间、曝
光后及坚膜的温度，光源波长和硅片的表面形貌等
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其他特性
调制转移函数：
理想的曝光图形
I max I min MTF I max I min
临界调制转移函数：
I max I min CMTF光刻胶 I max I min
第8章 光刻与刻蚀工艺
光刻的重要性及要求 光刻工艺流程 光刻工艺的分辨率及光刻胶 曝光光源、曝光方式以及掩膜版 湿法刻蚀与干法刻蚀技术
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1
2
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4
5
光刻与刻蚀的定义
图形加工
图形曝光（光刻， Photolithography）
图形转移（刻蚀，Etching）
光刻工艺的重要性：
IC设计流程图，光刻图案用来定义 IC中各种不同的区 域，如：离子注入区、接触窗、有源区、栅极、压焊 点、引线孔等 主流微电子制造过程中，光刻是最复杂，昂贵和关键 的工艺，占总成本的1/3，一个典型的硅工艺需要15-20 块掩膜，光刻工艺决定着整个 IC工艺的特征尺寸，代 表着工艺技术发展水平。
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光刻胶的组成
聚合物材料（树脂）：保证光刻胶的附着性和抗腐蚀 性及其他特性，光化学反应改变溶解性
感光材料（PAC）：控制或调整光化学反应，决定着曝 光时间和剂量 溶剂：将树脂溶解为液体，使之易于涂覆 添加剂：染色剂等
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正胶与负胶
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正胶与负胶
负胶的缺点： • 树脂的溶涨降低分辨率 • 溶剂（二甲苯）造成环境污染
方法：干法刻蚀
湿法刻蚀 质量指标：分辨率 ； 选择性
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去胶
目的：将经过刻蚀的硅片表面留下的光刻胶去除 方法：干法去胶
（等离子体去胶、紫外光分解去胶）
湿法去胶 （无机溶液去胶、有机溶液去胶）
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§8.2 分辨率(Resolution)
定义：分辨率R表示每mm内能刻蚀出可分辨的最多线条数， 即每mm内包含有多少可分辨的线对数
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4、离轴照明技术 OAI (off-axis illumination)
可以减小对分辨率的限制、增加成像的焦深且提 高了MTF
光源
KrF(激光)
ArF (激光) F2 (激光) 激光激发Xe 等离子体
248
193 157 13.5
DUV
193D UV VUV EUV
0.25/0.13 m
90/65…32n m CaF2 lenses Reflective mirrors
NGL: X射线(5Å)，电子束(0.62Å)，离子束(0.12 Å)
KrF、ArF、F2准分子激光器 优点：更高有效能量，各向异性，准直，波长更小，空 间相干低，分辨率高 缺点：带宽宽，脉冲式发射，能量峰值大，损伤
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曝光方式（Exposure）
接触式 曝 光 方 式 遮蔽式 Shade system Contact printer 接近式
proximity printer
涂胶
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前烘
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掩模版对准
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曝光
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曝光后烘培
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显影
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后烘及图形检测
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刻蚀
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刻蚀完成
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去胶
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离子注入
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快速热处理及合金
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预烘及涂增强剂
去除硅片表面的水分 增强与光刻胶的黏附力（亲水性，疏水性） 温度一般为150～750℃之间 可用涂覆增强剂（HMDS，六甲基乙硅氮烷）来增加 黏附性
作业
空间图像与光刻胶对比度结合， 直接决定潜像的质量 CMTFMTF，胶才能分辨空 间图形 g线和i线胶CMTF0.4， DUV胶为0.1～0.2。 东华理工大学
其他特性
光敏度
膨胀性
抗刻蚀能力和热稳定性 黏着力
溶解度和黏滞度
微粒含量和金属含量 储存寿命
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分辨率
曝光系统 衬底 掩膜 XX X X
对准
XX X X
片间控制
X XX －
批间控制
XX X X
产量
XX X X
光刻胶
显影剂 润湿剂 工艺 操作员
XX
X － X X
X
－ － X XX
XX
XX XX XX XX
XX
XX X XX X
XX
X － XX XX
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§8.3 光刻胶的基本属性
正胶与负胶：
的正映像
负胶：反之
方法：喷洒显影液
浸入式
静止显影
漂洗、旋干
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正胶和负胶
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显影中可能存在的问题
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喷洒式显影设备
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喷洒显影液--静止显影
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去除显影液---去离子水清洗
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浸入式显影全过程
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曝光后烘培
目的：降低驻波效应，形成均匀曝光
§8.4 曝光系统
紫外（UV）
曝 光 系 统
光学曝光系统
深紫外（DUV） 电子束曝光系统
非光学曝光系 统
X射线曝光系统 离子束曝光系统
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紫外（UV）光源
水银弧光灯光源 i线（365nm） h线（405nm） g线（436nm） 缺点：能量利用率低（2％） 准直性差
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深紫外（ DUV ）光源
正胶
实际的曝光图形
负胶
理想曝光图形与实际图 形的差别
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局部曝光区域决定图形的陡直度
f
临界调制传递函数CMTF (critical modulation transfer function)：胶分辨图形所需的 最小光学传递函数MTF。
D f D0 101/ 1 CMTF 1/ D f D0 10 1
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前烘
目的： 使胶膜内溶剂充分挥发，干燥，降低灰尘污染 增加胶膜与下层膜的黏附性及耐磨性 区分曝光区和未曝光区的溶解速度 方法： 干燥循环热风 红外线辐射 热平板传导（100℃左右）
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前烘方法
热板
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显影
目的：显现出曝光后在光刻胶层中形成的潜在图形 正胶：感光区域显影溶解，所形成的是掩膜板图形
接触式曝光：掩模板与衬底接触 S=0，分辨率得到提高（1－3um) 尘埃粒子产生，导致掩膜版损坏，降低成品率
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投影式曝光(projection system)
最小尺寸：Lmin＝0.61λ/NA 扫描方式：
（亚微米级工艺）
优点：样品与掩膜版不接触， 1：1步进重复 M：1缩小的步进重复 避免缺陷产生
光源 曝光系统 光刻胶
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空间图像
潜在图像
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半导体工业中的洁净度概念
尘埃粒子的影响： 粒子1：在下面器件层产生针孔 粒子2：妨碍金属导线上电流的流动 粒子3：导致两金属区域短路，使电路失效
1
2 掩膜版上 的图形 3
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洁净度等级：
英制：每立方英尺中直径大于或等于 0.5μm的尘埃粒