西安交通大學微電子制造技術第十四章光刻(已修改)
2025-05-28 20:06 本頁面
【正文】 電信學院 微電子學系 1 微電子制造技術 微電子制造技術 第 14 章 光刻：對準和曝光 電信學院 微電子學系 2 微電子制造技術 概 述 對準就是把所需圖形在硅片表面上定位或對準 。 而曝光是通過曝光燈或其它輻射源將圖形轉移到光刻膠涂層上 。 如果說光刻膠是光刻工藝的“ 材料 ” 核心 ， 那么 對準和曝光則是該工藝的 “設備 ” 核心 。 圖形的準確對準是保證器件和電路正常工作的決定性因素之一 。 因為最終的圖形是用多個掩膜版按照特定的順序在晶園表面一層一層疊加建立起來的 。 圖形定位的要求就好像是一幢建筑物每一層之間所要求的正確對準 。 如果每一次的定位不準 ， 將會導致成品率下降或者整個電路失效 。 電信學院 微電子學系 3 微電子制造技術 掩膜版上設計的每一層圖形都有一個特殊功能 ， 如接觸孔 、 MOS的源漏區(qū)或金屬線等， 光刻過程中掩膜版把這些圖形彼此套準來制成硅片上的器件或電路 。 版圖套準過程有對準規(guī)范 ， 就是前面提出的套準容差 。 怎樣精確地把亞微米尺寸套準 ， 對光學光刻提出了特殊的對準挑戰(zhàn) 。 電信學院 微電子學系 4 微電子制造技術 學 習 目 標 1. 解釋光刻中對準和曝光的目的； 2. 描述光刻中光的特性及光源的重要性； 3. 了解光學系統對光刻工藝的重要性； 4. 解釋分辨率，說明它對光刻的重要性； 5. 了解光刻中獲得精確對準的方法 。 電信學院 微電子學系 5 微電子制造技術 單視場曝光，包括：聚焦、對準、曝光、步進和重復過程 UV 光源 投影掩膜版（在投影掩膜版視場內可能包含一個或多個芯片） 快門 承片臺在 X, Y, Z, q方向控制硅片的位置 投影透鏡（縮小的投影掩膜版的視場到硅片表面） 快門在聚焦和對準過程中閉合，而在曝光過程中打開 對準曝光 Figure 掩模版圖型轉移到光刻膠上 電信學院 微電子學系 6 微電子制造技術 頂視圖 1 2 3 4 5 7 6 8 剖面圖 Figure CMOS 剖面和投影掩膜版的頂視圖 電信學院 微電子學系 7 微電子制造技術 4) 多晶硅柵刻蝕 1) STI 刻蝕 2) P阱注入 3) N阱注入 8) 金屬刻蝕 5) N+ S/D 注入 6) P+ S/D注入 7) 氧化層接觸刻蝕 Figure 投影掩膜版的分解圖 電信學院 微電子學系 8 微電子制造技術 光學曝光 在曝光過程中 ， 從光源發(fā)出的光通過對準的掩膜版 （ 版上有黑白分明的區(qū)域 ， 這些區(qū)域形成了要轉移到硅片表面的圖形 ） 對涂膠的硅片曝光。 曝光的目的就是要把掩膜版上的圖形精確地復制到涂膠的硅片上 。 曝光的一個方面是在所有其它條件相同時 ，曝光 光線波長越短能曝出的特征尺寸就越小 。 此外 ， 曝光的光線必須具有一定的能量 ， 以便對光刻膠產生光化學反應 。 為了提高曝光質量 ， 光必須均勻地分配到整個曝光區(qū)域 。 為了獲得精細光刻的關鍵尺寸 ， 光刻需要在短波長下進行強曝光 。 電信學院 微電子學系 9 微電子制造技術 光的實質就是電磁波，光也能輻射能量。這兩個描述反映了光的波粒兩相性的本質。因此可以用波長（ λ）和頻率（ ?）來描述。這兩者的關系如圖 ，其中 υ 是光的速度。 ? ? = v f 激光器 v = 光的速度 , 3E 108 m/sec f = 以 Hz為單位的頻率 (每秒周期 ) ? = 波長，頻率對應周期的物理長度，以米為單位 Figure 光的波長和頻率
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