【正文】 對(duì)于 m一定，即給定一種粒子，例加電子，則其 動(dòng)能愈高， ΔL愈小，分辨率愈高。粒子束的動(dòng)能 E為 其動(dòng)量 p 粒子束的波長(zhǎng) 由此，用粒子束可得到的最細(xì)線條為 mEmVhp 2??? ?mEhL22?? mEh2??221 mVE ?任意粒子曝光的最高的分辨率 結(jié)論： ? 若粒子束的能量 E給定后，則 粒子的質(zhì)量 m愈大， ΔL愈小 ，因而分辨率愈高。 其物理圖像是， 光的波動(dòng)性所顯現(xiàn)的衍射效應(yīng)限制了線寬 ≥ λ/2 。 )(21 1?? mmLR 設(shè)有一物理線度 L，為了測(cè)量和定義它，必不可少的誤差為 ΔL，根據(jù) 量子理論的不確定性關(guān)系 ，則有 其中 h是普朗克常數(shù)， Δp是粒子動(dòng)量的不確定值。 光刻的分辨率受到光刻系統(tǒng)、光刻膠和工藝等各方面的限制。 光刻膠通過在氧等離子體中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氣態(tài)的 CO， CO2和 H2O由真空系統(tǒng)抽走。 ? 有機(jī)溶液去膠主要是使 光刻膠溶于有機(jī)溶液中 （丙酮和芳香族的有機(jī)溶劑），從而達(dá)到去膠的目的。經(jīng)過 UV輻照和適度的熱處理 (110℃ )之后，在光刻膠的表面圖形上可以形成交叉鏈接的硬殼，可以使光刻膠圖形在高溫過程中不會(huì)變形。 顯影方式與檢測(cè) 、堅(jiān)膜 硅片在經(jīng)過顯影之后，需要經(jīng)歷一個(gè)高溫處理過程，簡(jiǎn)稱堅(jiān)膜。 噴灑方法的優(yōu)點(diǎn)在于它可以滿足工藝流水線的要求。 以正膠為例， 在顯影過程中 ， 曝光區(qū)的光刻膠在顯影 液 中 溶解， 非曝光區(qū)的光 刻 膠則不會(huì)溶解。 前烘的加熱方式 、顯影 顯影后所留下的光刻膠圖形將在后續(xù)的刻蝕和離子注入工藝中做為掩膜，因此顯影也是一步重要工藝。 前烘溫度太高 ? 光刻膠層的黏附性也會(huì)因?yàn)?光刻膠變脆 而降低； ? 過高的烘焙溫度會(huì)使光刻膠中的 感光劑發(fā)生反應(yīng) ，使光刻膠在曝光時(shí)的 敏感度變差。 ? 降低 灰塵的玷污 ； ? 減輕因高速旋轉(zhuǎn)形成的薄膜 應(yīng)力 ，從而提高光刻膠的 附著性 。 涂 膠 的過程應(yīng)始終在超凈 環(huán)境 中進(jìn)行。由于避免了與大氣的接觸，硅片吸附水分子的機(jī)會(huì)將會(huì)降低，涂布 HMDS的效果將會(huì)更加理想。目前應(yīng)用比較多的是六甲基乙硅氮烷 (簡(jiǎn)稱HMDS) 。 以光刻膠在 SiO2表面的附著情況為例，由于 SiO2的表面是親水性的，而光刻膠是疏水性的， SiO2表面可以從空氣中吸附水分子，含水的 SiO2會(huì)使光刻膠的附著能力降低。 、涂膠 在集成電路工藝中，光刻膠層的作用是在刻蝕或離子注入過程中，保護(hù)被光刻膠覆蓋的材料。 ⑤ 對(duì)大尺寸硅片的加工。 在集成電路芯片的加工進(jìn)程中，如果在器件上產(chǎn)生一個(gè)缺陷，即使缺陷的尺寸小于圖形的線寬，也可能會(huì)使整個(gè)芯片失效。 ② 高靈敏度的光刻膠 。 隨著集成電路的集成度不斷提高，器件的特征尺寸不斷減小，期望進(jìn)一步縮小光刻圖形的尺寸。第八章 光刻與刻蝕工藝 光刻是集成電路工藝中的關(guān)鍵性技術(shù)。 目前已經(jīng)開始采用線寬為 。光刻膠的靈敏度通常是指光刻膠的感光速度。 ④ 精密的套刻對(duì)準(zhǔn)。 為了提高經(jīng)濟(jì)效益和硅片利用率，一般在一個(gè)大尺寸硅片上同時(shí)制作很多個(gè)完全相同的芯片。因此，光刻膠層與硅片表面之間需要牢固地黏附。因此在涂膠之前需要預(yù)先對(duì)硅片進(jìn)行脫水處理，稱為脫水烘焙。 在實(shí)際應(yīng)用中， HMDS的涂布都是以氣相的方式進(jìn)行的， HMDS以氣態(tài)的形式輸入到放有硅片的容器中，然后在硅片的表面完成涂布。 涂布 HMDS 涂膠工藝步驟： ①將光 刻 膠溶液噴灑到硅片表面上； ② 加速旋轉(zhuǎn)托盤 (硅片 )，直至達(dá)到需要的旋轉(zhuǎn)速度 ； ③達(dá)到所需的旋轉(zhuǎn) 速 度后，保持一定時(shí)間的旋轉(zhuǎn) 。同時(shí)噴灑的光刻膠溶液中不能含有空氣，因?yàn)闅馀莸淖饔门c微粒相似 ， 都會(huì)在光刻 工 藝中 引 起缺陷 。 ? 如果光刻膠沒有經(jīng)過前烘處理，對(duì)于正膠來說，非曝光區(qū)的光刻膠由于 溶劑的含量比較高 ，在顯影液中也會(huì)溶解變簿，從而使光刻膠的保護(hù)能力下降。 前烘的溫度和時(shí)間 前烘通常采用干燥循環(huán)熱風(fēng)、紅外線輻射以及熱平板傳導(dǎo)等熱處理方式。嚴(yán)格地說，在顯影時(shí)曝光區(qū)與非曝光區(qū)的光刻膠都有不同程度的溶解。曝光后在光刻膠層中形成的潛在圖形，顯影后便顯現(xiàn)出來。 顯影之后，一般要通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡 (SEM)或者激光系統(tǒng)來檢查圖形的尺寸是否滿足要求。 堅(jiān)膜的主要作用是 除去光刻膠中剩余的溶劑 ，增強(qiáng)光刻膠對(duì)硅片表面的附著力，同時(shí)提高光刻膠在刻蝕和離子注入過程中的抗蝕性和保護(hù)能力。 光學(xué)穩(wěn)定可以使光刻膠產(chǎn)生均勻的交叉鏈接， 提高光刻膠的抗刻蝕能力 ，進(jìn)而提高刻蝕工藝的選擇性。 ? 無機(jī)溶液去膠 的原理是使用一些無機(jī)溶液 (如 H2SO4和 H2O2等 )， 將光刻膠中的碳元素氧化成為二氧化碳， 把光刻膠從硅片的表面上除去。相對(duì)于濕法去膠，干法去膠的效果更好，但是干法去膠存在反應(yīng)殘留物的玷污問題，因此干法去膠與濕法去膠經(jīng)常搭配進(jìn)行。這里我們只從物理角度對(duì)分辨率進(jìn)行探討。對(duì)于曝光所用的粒子束，若其動(dòng)量的最大變化是從 p到 +p，即 Δp=2p，代入上式，則有 ΔL在這里表示分清線寬 L必然存在的誤差。因此最高分辨率為： 這是僅考慮光的衍射效應(yīng)而得到的結(jié)果，沒有涉及光學(xué)系統(tǒng)的誤差以及光刻膠和工藝的誤差等，因此這是 純理論的分辨率 。以電子和離子作比較，離子的質(zhì)量大于電子，所以它的 ΔL小，即分辨率高。 光學(xué)光刻膠通常包含有三種成份： ① 聚合物材料 (樹脂 )：附著性和抗腐蝕性 ② 感光材料： 感光劑 ③ 溶劑： 使光刻膠保持為液態(tài) 、光刻膠的基本屬性 ? 正膠的感光區(qū)在顯影時(shí)溶掉，沒有感光的區(qū)域在顯影時(shí)不溶解，因此形成的 光刻膠圖形是掩模版圖形的正影像 。 光刻膠的對(duì)比度會(huì)直接影響到曝光后光刻膠膜的 傾角和線寬 。 負(fù)膠的對(duì)比度 負(fù)膠的對(duì)比度 )/(log110igogn DD?? 對(duì)于負(fù)膠，只有達(dá)到臨界曝光劑量后，才形成膠體的交叉鏈接，臨界曝光劑量以下的負(fù)膠中不會(huì)形成圖形，如圖所示 。 正膠的對(duì)比度 根據(jù)對(duì)比度定義， Y2＝ 0， Y1=， X2＝ log10Dc，X1＝ log10Do。 以正膠為例，部分區(qū)域的光刻膠受到的曝光劑量小于 Dc而大于 Do，在顯影過程中只有部分溶解。 ? 最終的圖形轉(zhuǎn)移是經(jīng)過刻蝕完成的，而干法刻蝕在一定程度上對(duì)光刻膠也有侵蝕作用，所以陡峭的光刻膠可以減小刻蝕過程中的鉆蝕效應(yīng)，從而提高分辨率。 mi nma xmi nma x II IIMTF ???ococ DD DDCMTF ???光刻膠11011011光刻膠????????ococDDDDCMT F調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù)和臨界調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù) 在顯影過程中，如果顯影液滲透到光刻膠中，光刻膠的體積就會(huì)膨脹，這將導(dǎo)致圖形尺寸發(fā)生變化，這種膨脹現(xiàn)象主要發(fā)生在負(fù)膠中。 對(duì)于光化學(xué)反應(yīng)，光敏度是由曝光效率（參與光刻膠曝光的光子能量與進(jìn)入光刻膠中的光子能量的比值）決定的。如果光刻膠的光敏度過高，室溫下就可能發(fā)生熱反應(yīng)，這將使光刻膠的存儲(chǔ)時(shí)間減少。 通常 光刻膠對(duì)濕法刻蝕有比較好的抗刻蝕能力 。 大部分 X射線和電子束光刻膠抗干法刻蝕的能力比光學(xué)光刻膠還差 。 光刻膠附著問題在多晶硅、金屬層和高摻雜的 SiO2層上最為明顯。 、黏著力 光刻膠是由溶劑溶解了固態(tài)物質(zhì) (如樹脂 )所形成的液體，其中溶解的固態(tài)物質(zhì)所占的比重稱為溶解度。 、溶解度和黏滯力 光刻膠的純凈度與光刻膠中的微粒數(shù)量和金屬含量有關(guān)。 光刻膠的過濾通常是在干燥的惰性氣體 (如氮?dú)?)中進(jìn)行的，根據(jù)需要選擇過濾的級(jí)別，一般直徑在 。這種低濃度的鈉和鉀可以通過原子吸收光譜分光光度計(jì)來測(cè)量。 通常負(fù)膠的儲(chǔ)存壽命比正膠短 (負(fù)膠易于自動(dòng)聚合成膠化團(tuán) )。 、存儲(chǔ)壽命 、多層光刻膠工藝 為了得到既?。梢蕴岣叻直媛剩┒种旅埽ūＷo(hù)下面的圖形）的光刻膠層，采用多層光刻膠 (MLR)技術(shù)。 如右圖所示，首先在硅片上甩上 底層膠 ，保護(hù)襯底上的圖形，在起伏的 襯底上形成平坦化的光刻膠平面。 然后將硅片浸入到帶有氨基的硅氧烷溶液中，硅氧烷溶液中的氨基與未曝光的頂層膠中的酐反應(yīng)，使硅氧烷中的硅原子保留在頂層膠中，頂層膠中約含有 20％ 30％的硅。 利用 Si化學(xué)增強(qiáng)方法可以形成高寬比很大的圖形，還可以形成分辨率小于 。因此，使用 CEL就可以充分 發(fā)揮投影曝光的優(yōu)點(diǎn) ，同時(shí) 又達(dá)到接觸式曝光的效果。 ② 前烘 ，未曝光的 DNQ形成交叉鏈接，不容易吸收硅。 通過 DESIRE工藝形成的是 負(fù)性的圖形（曝光區(qū)留下） 。 UV輻照可以 使 未曝光 區(qū)的感光劑分解 ，從而可使硅擴(kuò)散到這些 未 曝光的區(qū)域中 ，因此 硅烷基化是在 未 曝光區(qū)進(jìn)行的 。 λ為曝光波長(zhǎng)， n為光刻膠的折射率。 曝光后烘焙： 是在顯影之前進(jìn)行的，經(jīng)過曝光和曝光后烘焙，非曝光區(qū)的感光劑會(huì)向曝光區(qū)擴(kuò)散，從而在曝光區(qū)與非曝光區(qū)的邊界形成了平均的曝光效果。通過調(diào)整 BARC的厚 度 ， 使 透射光 穿 過BARC的過程中，形成 ?/4的光程。 如果 BARC與入射光匹配良好，只有少量的光可以由光刻膠 /BARC界面反射回光刻膠。 、水銀弧光燈光源 在 248nm的 KrF準(zhǔn)分子激光器被應(yīng)用到 DUV光刻 之前， 光刻系統(tǒng)是使用高壓水銀燈作為光源。在 350～450nm的 UV光譜范圍內(nèi)，有三條強(qiáng)而銳利的發(fā)射線： i線 (365nm)、 h線 (405nm)和 g線 (436nm)。 過濾器： 將其他波長(zhǎng)光過濾，通過投影透鏡的就是曝光波長(zhǎng)的光線。 ?ArF準(zhǔn)分子激光器： 可以產(chǎn)生波長(zhǎng)為 193nm的 DUV光線，應(yīng)用于 以下的 CMOS工藝。 準(zhǔn)分子激光原理 KrF準(zhǔn)分子激光器： ? 首先是等離子體中產(chǎn)生 Kr+和 F離子，然后對(duì) Kr+和 F離子氣體施加高電壓的脈沖，使這些離子結(jié)合在一起形成 KrF準(zhǔn)分子。 、接近式曝光 接近式曝光裝置主要由四部分組成： ? 光源和透鏡系統(tǒng) ? 掩模版 ? 硅片 (樣品 ) ? 對(duì)準(zhǔn)臺(tái) 汞燈發(fā)射的紫外光由透鏡變成平行光，平行光通過掩模版后在光刻膠膜上形成圖形的像。 經(jīng)過分析，如果像與掩膜版尺寸相同，沒有畸變，則接近式曝光系統(tǒng)的 最小線寬 為 因此 分辨率 為 若 s=5μm， λ=400nm，則 a=2 μm， R=250線對(duì)。 、投影光刻 投影光刻系統(tǒng)如圖所示： ? 光源光線經(jīng)透鏡后變成平行光 ? 通過掩模版 ? 由第二個(gè)透鏡系統(tǒng)聚焦投影并在硅片上成像 ? 硅片支架和掩模版間有一對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng) 投影曝光系統(tǒng)的 分辨率 ：主要是 受衍射限制 。 投影光刻 已成為 3μm以下的主要光刻方法 。如果采用 離軸照明 的光線，如圖 (b)所示， 0級(jí)和 1級(jí)衍射光都可能進(jìn)入成像系統(tǒng)的光瞳 ， 1級(jí)衍射光包含了掩模圖形的空間信息，能在硅片上 得到掩模圖像 。 離軸照明條件下，參與成像的 0級(jí)與 1級(jí)衍射光的夾角小于傳統(tǒng)照明條件下成像的 177。 22 )( NAkDOF??離軸照明增大焦深 、擴(kuò)大調(diào)焦范圍曝光 擴(kuò)大調(diào)焦范圍曝光 (FLEX, Focus Latitude Enhancement Exposure )，主要適用于曝光接觸孔或通孔時(shí)擴(kuò)展焦深， 同時(shí)也可以用于曝光硅片表面不平坦引起表面隨機(jī)變化的區(qū)域。 、化學(xué)增強(qiáng)的深紫外光刻膠 對(duì)于 ，需要采用深紫外光源，由于樹脂和 DQN對(duì)紫外光的 250nm波長(zhǎng)都存在強(qiáng)吸收，在 DUV區(qū)不能很好地使用，這就需要使用化學(xué)增強(qiáng) (CA)的光刻膠材料。通過采用相轉(zhuǎn)移技術(shù)和多層光刻膠技術(shù)， 248nm的光刻將會(huì)廣泛應(yīng)用到小尺寸器件的制備中去。 、掩模板的制造 ? 石英玻璃的熱擴(kuò)散系數(shù)小，使石英玻璃板在掩模版刻寫過程中受溫度變化的影響較小。 ? 在鉻膜的下方還要有一層由鉻的氮化物或氧化物形成的薄膜，增加鉻膜與石英玻璃之間 黏附力 。 保護(hù)膜的 厚度需要足夠薄 ，以保證透光性，同時(shí)又要 耐清洗 ，還要求保護(hù)膜 長(zhǎng)時(shí)間暴露在 UV射線的輻照下，仍然能保持它的形狀 。移相掩膜與準(zhǔn)分子激光源相結(jié)合，可以使光學(xué)曝光技術(shù)的分