【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為得到所需的圖像，使用狹波或單一波長(zhǎng)曝光光源，準(zhǔn)直平行光，以及對(duì)上述距離嚴(yán)格控制的方法都被運(yùn)用到光刻機(jī)中。使用最廣泛的曝光光源是高壓汞燈，它所產(chǎn)生的光為紫外光（ UV〕。為減小特征圖形尺寸，起初使用的燈泡和光刻膠不斷地發(fā)展和改進(jìn)。為獲得更高的清晰度，光刻膠被設(shè)計(jì)成只與汞燈光譜中很窄一段波長(zhǎng)的光反應(yīng)。這種需求使得在光譜更短波長(zhǎng)中使用的燈泡和光刻膠得以發(fā)展。光譜中的這一部分稱為深紫外區(qū)或 DUV。其他可以提供波長(zhǎng)較短，曝光能量較高的光源還有：準(zhǔn)分子激光器， X射線以及電子束。 曝光光源曝光光源掩膜版 在硅片制造中經(jīng)常使用兩個(gè)術(shù)語(yǔ)：投影掩膜版和掩膜版。投影掩膜版只包括硅片上一部分圖形（例如 4個(gè)芯片）。這個(gè)圖形必須通過(guò)分步重復(fù)來(lái)覆蓋整個(gè)襯底。在硅片制造中投影掩膜版用于分步重復(fù)光刻機(jī)和步進(jìn)掃描光刻機(jī)、光掩膜版或掩膜版包含了整個(gè)硅片的芯片陣列并且通過(guò)單一曝光轉(zhuǎn)印圖形 ( 1:1圖像轉(zhuǎn)印、掩膜版用于較老的接近式光刻和掃描對(duì)準(zhǔn)投影機(jī)中 )。 掩膜版必須制造得非常完美。所有硅片上的電路元件都來(lái)自版圖，因此投影掩膜版的質(zhì)量在亞微米光刻獲得高質(zhì)量圖形中扮演著關(guān)鍵角色。如果版圖缺陷（如變形和不正確圖形位置）沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)，它們就會(huì)被復(fù)制到硅片表面的光刻膠上。投影掩膜版在它們剛制造完畢，就要進(jìn)行大量的自動(dòng)測(cè)試來(lái)檢查缺陷和顆粒。 顯影 晶圓完成定位和曝光后，器件或電路的圖案被以曝光和未曝光區(qū)域的形式記錄在光刻膠上。通過(guò)對(duì)未聚合光刻膠的化學(xué)分解來(lái)使圖案顯影。顯影技術(shù)被設(shè)計(jì)成使之把完全一樣的掩膜版圖案復(fù)制到光刻膠上。不良的顯影工藝造成的問(wèn)題是不完全顯影，它會(huì)導(dǎo)致開(kāi)孔的不正確尺寸，或使開(kāi)孔的側(cè)面內(nèi)凹。在某些情況下，顯影不夠深而在開(kāi)孔內(nèi)留下一層光刻膠。第三個(gè)問(wèn)題是過(guò)顯影會(huì)過(guò)多地從圖形邊緣或表面上去除光刻膠。 顯影■ 負(fù)光刻膠顯影 在光刻膠上成功地使圖案顯影要依靠光刻膠的曝光機(jī)理。負(fù)光刻膠暴露在光線下，會(huì)有一個(gè)聚合的過(guò)程，它會(huì)導(dǎo)致光刻膠聚合。在兩個(gè)區(qū)域間有足夠高的分解率以使聚合的區(qū)域只失去很小部分光刻膠。顯影完成后還要進(jìn)行沖洗，沖洗的作用是雙重的。第一，快速地稀釋顯影液。雖然聚合的光刻膠不會(huì)被顯影液分解，但在曝光的邊緣總會(huì)有一個(gè)過(guò)渡區(qū)，其中包含部分聚合的分子。如果顯影液留在表面上便會(huì)溶解這部分區(qū)域而改變圖案尺寸。第二，沖洗可去除在開(kāi)孔區(qū)少量部分聚合的光刻膠。顯影■ 正光刻膠顯影 正光刻膠有不同的顯影條件。兩個(gè)區(qū)域（聚合的和未聚合的區(qū)域）有不同的溶解率，約為 1:4。這意味著在顯影中總會(huì)從聚合的區(qū)域失去一些光刻膠。使用過(guò)度的顯影液或顯影時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可以導(dǎo)致光刻膠太薄而不能使用。結(jié)果有可能導(dǎo)致在刻蝕中翹起或斷裂。 大多數(shù)用正光刻膠的制造廠使用四甲基氫氧化氨溶液（TMAH）。有時(shí)要添加表面活性劑來(lái)去除表面張力使溶液更易親合晶圓表面。正光刻膠的性質(zhì)使它們?cè)诃h(huán)保上比有機(jī)溶液的負(fù)光刻膠更具吸引力。正光刻膠的顯影工藝比負(fù)光刻膠更為敏感。 濕法顯影 ■沉浸 沉浸是在耐化學(xué)腐蝕的傳輸器中的晶圓被放進(jìn)盛有顯影液的池中放置一定的時(shí)間然后再被放入加有化學(xué)沖洗液的池中進(jìn)行沖洗?！鰢娚滹@影 噴射工藝可在單一或批量系統(tǒng)中完成。在單一晶圓配置中，晶圓被真空吸在吸盤上并旋轉(zhuǎn)，同時(shí)顯影液和沖洗液依次噴射到晶圓表面。沖洗之后晶圓吸盤高速旋轉(zhuǎn)使晶圓被甩干。在外觀和設(shè)計(jì)上，單晶圓噴射系統(tǒng)和點(diǎn)膠機(jī)一樣只是通入不同的化學(xué)品。單晶圓噴射系統(tǒng)具有可集成顯影和硬烘焙工藝而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)。這個(gè)工藝的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是均勻性的提高。 ■混凝顯影 混凝顯影是用以獲得 正光刻膠噴射顯影工藝 優(yōu)點(diǎn)的一種工藝。工藝開(kāi)始時(shí)，在靜止的晶圓表面上覆蓋一層顯影液。表面張力使顯影液在晶圓表面上不會(huì)流散到晶圓外。要求顯影液在晶圓表面上停留一定的時(shí)間，通常是以吸盤加熱的晶圓，這時(shí)絕大部分的顯影會(huì)發(fā)生?；炷@影實(shí)際上是單晶圓且只有晶圓單面沉浸的工藝。在要求的時(shí)間過(guò)后，更多的顯影液被噴到晶圓表面上并沖洗、干燥，然后送下一道工序。 ■ 等離子體去除浮渣 不完全顯影會(huì)造成浮渣，浮渣可以是留在晶圓表面上的未溶解的光刻膠塊或是干燥后的顯影液。在微米和微米以下的 ULSI生產(chǎn)線中，在化學(xué)顯影后用氧等離子體來(lái)去除浮渣。 濕法顯影 干法等離子體刻蝕對(duì)于刻蝕晶圓表面層已經(jīng)是完善的工藝了。在等離子體刻蝕中，離子由等離子體場(chǎng)得到能量，以化學(xué)形式分解暴露的晶圓表面層。干法光刻膠顯影要求光刻膠化學(xué)物的曝光或未曝光的部分易于被氧等離子體去除，即圖案的部分從晶圓表面上氧化掉。 干法（等離子）顯影 硬烘焙通過(guò)溶液的蒸發(fā)來(lái)固化光刻膠，使光刻膠和晶圓表面有良好的粘貼。硬烘焙的時(shí)間和溫度的決定與在軟烘焙工藝是一樣的。起始點(diǎn)是由光刻膠制造商推薦的工藝。之后，工藝被精確調(diào)整，以達(dá)到粘貼和尺寸控制的要求。 硬烘焙是立即在顯影后或是馬上在開(kāi)始刻蝕前來(lái)進(jìn)行的。熱烘焙增強(qiáng)粘貼的機(jī)理是脫水和聚合。加熱使水份脫離光刻膠，同時(shí)使之進(jìn)一步聚合，從而增強(qiáng)了其耐刻蝕性。硬烘焙溫度的上限以光刻膠流動(dòng)點(diǎn)而定。當(dāng)光刻膠流動(dòng)時(shí)，圖案尺寸便會(huì)改變。硬烘焙 在顯影和烘焙之后就是要完成光刻掩膜工藝的第一次質(zhì)檢。檢驗(yàn)的目的是區(qū)分那些有很低可能性通過(guò)最終掩膜檢驗(yàn)的晶圓，提供工藝性能和工藝控制數(shù)據(jù)；以及分揀出需要重做的晶圓。 顯影檢驗(yàn) ■ 人工檢驗(yàn) 直觀檢驗(yàn)晶圓表面。檢驗(yàn)可在正常的室內(nèi)光線下進(jìn)行，但是更多時(shí)候晶圓要在直射的白光或高密度紫外光下進(jìn)行。檢驗(yàn)時(shí)晶圓與光線成一定的角度。用這種方法可以非常有效地檢查出膜厚的不規(guī)則、粗顯影問(wèn)題、劃傷及污染，特別是污點(diǎn)。 顯影檢驗(yàn)的方法 隨著芯片密度的增大每個(gè)芯片上的器件也在減小。這就要用倍數(shù)更大的顯微鏡來(lái)檢查。放大倍數(shù)的增加會(huì)使視景減小，這又會(huì)造成操作員用更多的時(shí)間來(lái)檢查晶圓。通常的規(guī)程是選擇一些具體的區(qū)域來(lái)檢查。在每個(gè)掩膜級(jí)別，有一些圖案的尺寸對(duì)于整個(gè)電路是非常關(guān)鍵的。對(duì)每個(gè)級(jí)別有一個(gè)代表性的圖案被選出來(lái)作為關(guān)鍵尺寸（ Critical Dimension，CD）。■自動(dòng)檢驗(yàn) 隨著芯片尺寸增大和元件尺寸的減小，工藝變得更加繁多并精細(xì)，人工檢驗(yàn)的效力也到了極限。自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)提供了更多數(shù)據(jù)。顯影檢驗(yàn)的方法 刻蝕 在完成顯影檢驗(yàn)步驟后，掩膜版的圖案就被固定在光刻膠膜上并準(zhǔn)備刻蝕。在刻蝕后圖案就會(huì)被永久地轉(zhuǎn)移到晶圓的表層?？涛g就是通過(guò)光刻膠暴露區(qū)域來(lái)去掉晶圓最表層的工藝。刻蝕工藝主要有兩大類：濕法和干法刻蝕。兩種方法的主要目標(biāo)是將光刻掩膜版上的圖案精確地轉(zhuǎn)移到晶圓的表面?？涛g參數(shù) ■ 刻蝕速率 在刻蝕過(guò)程中去除硅片表面材料的速度，通常用 197。/min表示?？涛g窗口的深度稱為臺(tái)階高度。 ■刻蝕剖面 指的是被刻蝕圖形的側(cè)壁形狀。有兩種基本的刻蝕剖面 :各向同性和各向異性刻蝕剖面。對(duì)于亞微米尺寸的圖形來(lái)說(shuō)，希望刻蝕剖面是各向異性的，即刻蝕只在垂直于硅片表面的方向進(jìn)行，只有很少的橫向刻蝕。這種垂直的側(cè)壁使得在芯片上可制作高密度的刻蝕圖形各向異性刻蝕對(duì)于小線寬圖形亞微米器件的制作來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵。先進(jìn)集成電路應(yīng)用上通常需要 88到 89垂直度的側(cè)壁。各向異性刻蝕大部分是通過(guò)干法等離子體刻蝕來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 刻蝕參數(shù) ■刻蝕偏差 指刻蝕以后線寬或關(guān)鍵尺寸間距的變化。它通常是由于橫向鉆蝕引起的，但也能由刻蝕剖面引起。當(dāng)刻蝕中要去除掩膜下過(guò)量的材料時(shí)，會(huì)引起被刻蝕材料的上表面向光刻膠邊緣凹進(jìn)去，這樣就會(huì)產(chǎn)生橫向鉆蝕。 刻蝕參數(shù) ■選擇比 定義為被刻蝕材料的刻蝕速率與另一種材料的刻蝕速率的比。高選擇比意味著只刻除想要刻去的那一層材料。一個(gè)高選擇比的刻蝕工藝不刻蝕下面一層材料（刻蝕到恰當(dāng)?shù)纳疃葧r(shí)停止）并且保護(hù)的光刻膠也未被刻蝕。干法刻蝕通常不能提供對(duì)下一層材料足夠高的刻蝕選擇比。在這種情況下，一個(gè)等離子體刻蝕機(jī)應(yīng)裝上一個(gè)終點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)，使得在造成最小的過(guò)刻蝕時(shí)停止刻蝕過(guò)程。當(dāng)下一層材料正好露出來(lái)時(shí)，終點(diǎn)檢測(cè)器會(huì)觸發(fā)刻蝕機(jī)控制器而停止刻蝕。 刻蝕參數(shù) ■ 均勻性 刻蝕均勻性是一種衡量刻蝕工藝在整個(gè)硅片上，或整個(gè)一批，或批與批之間刻蝕能力的參數(shù)。均勻性與選擇比有密切的關(guān)系，因?yàn)榉蔷鶆蛐钥涛g會(huì)產(chǎn)生額外的過(guò)刻蝕。均勻性的一些問(wèn)題是因?yàn)榭涛g速率和刻蝕剖面與圖形尺寸和密度有關(guān)而產(chǎn)生的?？涛g速率在小窗口圖形中較慢，甚至在具有高深寬比的小尺寸圖形上刻蝕會(huì)停止。具有高深寬比硅槽的刻蝕速率要比具有低深寬比硅槽的刻蝕速率慢。這一現(xiàn)象被稱為深寬比相關(guān)刻蝕（ ARDE），也被稱為 微負(fù)載效應(yīng) 。 刻蝕參數(shù) ■殘留物 刻蝕殘留物是刻蝕以后留在硅片表面不想要的材料。它常常覆蓋在腔體內(nèi)壁或被刻蝕圖形的底部?？涛g殘留物是 IC制