【正文】 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。 在理想的曝光過程中，投到光刻膠上的輻照區(qū)域應(yīng)該等于掩模版上的透光區(qū)域，在其他區(qū)域應(yīng)該沒有輻照能量。 正膠的對比度 根據(jù)對比度定義， Y2＝ 0， Y1=， X2＝ log10Dc，X1＝ log10Do。 其中， Dig為負(fù)膠的臨界曝光劑量， Dog為負(fù)膠的膠化薄膜厚度與曝光開始時負(fù)膠膜厚度相等時的曝光劑量。 負(fù)膠的對比度 負(fù)膠的對比度 )/(log110igogn DD?? 對于負(fù)膠，只有達到臨界曝光劑量后，才形成膠體的交叉鏈接，臨界曝光劑量以下的負(fù)膠中不會形成圖形，如圖所示 。 光刻膠的對比度：不同的 光刻膠膜厚 曝光劑量響應(yīng)曲線 的外推斜率。 光刻膠的對比度會直接影響到曝光后光刻膠膜的 傾角和線寬 。 ?正膠的分辨率比負(fù)膠高。 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)在顯影時溶掉，沒有感光的區(qū)域在顯影時不溶解，因此形成的 光刻膠圖形是掩模版圖形的正影像 。所以用它加工的尺寸不可能做到小于它本身的線度。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。任何粒子束都具有波動性，即德布羅意物質(zhì)波，其波長 λ與質(zhì)量 m、動能 E的關(guān)系描述如下。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 。對于光子 通常把上式看作是光學(xué)光刻方法中可得到的最細(xì)線條，即不可能得到一個比 λ/2還要細(xì)的線條。對于曝光所用的粒子束，若其動量的最大變化是從 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。從量子物理的角度看， 限制分辨率的因素是衍射 。這里我們只從物理角度對分辨率進行探討。 線寬與線條間距相等的情況下， R定義為 線條越細(xì)，分辨率越高 。相對于濕法去膠，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)常搭配進行。 ? 干法去膠則是用等離子體將光刻膠剝除。 ? 無機溶液去膠 的原理是使用一些無機溶液 (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。 光學(xué)穩(wěn)定 刻蝕 去膠 在集成電路工藝中，去膠的方法包括濕法去膠和干法去膠，在濕法去膠中又分為有機溶液去膠和無機溶液去膠。 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 ，進而提高刻蝕工藝的選擇性。 光刻膠的光學(xué)穩(wěn)定是通過 紫外光輻照和加熱 來完成的。 堅膜的主要作用是 除去光刻膠中剩余的溶劑 ，增強光刻膠對硅片表面的附著力，同時提高光刻膠在刻蝕和離子注入過程中的抗蝕性和保護能力。因為經(jīng)過顯影之后只是在光刻膠上形成了圖形，只需去掉光刻膠就可以重新進行上述各步工藝。 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。 可分為三個階段： ①硅片被置于旋轉(zhuǎn)臺上，并且在硅片表面上噴灑顯影液； ②然后硅片將在靜止的狀態(tài)下進行顯影； ③顯影完成之后，需要經(jīng)過漂洗，之后再旋干。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。 影響顯影效果的主要因素包括： ①光刻膠的膜厚；②前烘的溫度和時間；③曝光時間；④顯影液的濃度； ⑤顯影液的溫度；⑥顯影液的攪動情況等。嚴(yán)格地說，在顯影時曝光區(qū)與非曝光區(qū)的光刻膠都有不同程度的溶解。真空熱平板烘烤可以方便地控制溫度，同時還可以保證均勻加熱。 前烘的溫度和時間 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。 前烘的溫度太低或時間太短 ? 光刻膠層與硅片表面的 黏附性差 ； ? 由于光刻膠中溶劑的含量過高，曝光的 精確度 也會變差； ? 太高的溶劑濃度使顯影液對曝光區(qū)和非曝光區(qū)光刻膠的 選擇性下降 ，導(dǎo)致圖形轉(zhuǎn)移效果不好。 ? 如果光刻膠沒有經(jīng)過前烘處理，對于正膠來說，非曝光區(qū)的光刻膠由于 溶劑的含量比較高 ，在顯影液中也會溶解變簿，從而使光刻膠的保護能力下降。 (前烘后光刻膠中溶劑含量降至到 5％左右 ) 在前烘過程中，由于溶劑的揮發(fā)，光刻膠的厚度也會減薄，一般減小的幅度為 10％ 20％左右。同時噴灑的光刻膠溶液中不能含有空氣，因為氣泡的作用與微粒相似 ， 都會在光刻 工 藝中 引 起缺陷 。 ? 光 刻 膠的膜厚與 光刻膠本身的 黏 性 有關(guān) ? 對于同樣的光 刻 膠，光 刻 膠的膜厚由 旋轉(zhuǎn)速度 決定，轉(zhuǎn)動速度越 快 ，光刻膠層的厚度越薄 ， 光 刻 膠的均勻性 也 越 好 。 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 )，直至達到需要的旋轉(zhuǎn)速度 ； ③達到所需的旋轉(zhuǎn) 速 度后，保持一定時間的旋轉(zhuǎn) 。硅片首先在容器里經(jīng)過 100200℃ 的脫水烘焙，然后直接進行氣相涂布。 在實際應(yīng)用中， HMDS的涂布都是以氣相的方式進行的， 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。 脫水烘焙 在涂膠之前，還應(yīng)在 Si片表面上涂上一層化合物，其目的也是為了 增強光刻膠與硅片之間的附著力 。因此在涂膠之前需要預(yù)先對硅片進行脫水處理，稱為脫水烘焙。 在涂膠之前，硅片一般需要經(jīng)過 脫水烘焙 并且涂上用來增加光刻膠與硅片表面附著能力的化合物。因此，光刻膠層與硅片表面之間需要牢固地黏附。 ULSI中對光刻的基本要求 、光刻工藝流程 曝光、顯影、刻蝕 (或淀積 )是光刻過程中的三個主要步驟。 為了提高經(jīng)濟效益和硅片利用率，一般在一個大尺寸硅片上同時制作很多個完全相同的芯片。通常要采用自動套刻對準(zhǔn)技術(shù)。 ④ 精密的套刻對準(zhǔn)。 ③ 低缺陷。光刻膠的靈敏度通常是指光刻膠的感光速度。 通常把線寬作為光刻水平的標(biāo)志，線寬越來越細(xì)，要求光刻具有高分辨率。 目前已經(jīng)開始采用線寬為 。 在集成電路制造中，利用光刻膠圖形作為保護膜，對選定區(qū)域進行刻蝕，或進行離子注入，形成器件和電路結(jié)構(gòu)。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)。在硅片表面涂上光刻膠薄層，經(jīng)過光照、顯影，在光刻膠上留下掩模版的圖形。 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，期望進一步縮小光刻圖形的尺寸。 ① 高分辨率。 ② 高靈敏度的光刻膠 。光刻膠靈敏度提高，曝光時間短，但往往使光刻膠的其他屬性變差。 在集成電路芯片的加工進程中，如果在器件上產(chǎn)生一個缺陷，即使缺陷的尺寸小于圖形的線寬，也可能會使整個芯片失效。 集成電路芯片的制造需要經(jīng)過多次光刻，在各次曝光圖形之間要相互套準(zhǔn)。 ⑤ 對大尺寸硅片的加工。對于光刻而言，在大尺寸硅片上滿足前述的要求難度更大。 、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，保護被光刻膠覆蓋的材料。 涂膠的目的是在硅片表面形成 厚度均勻、附著性強、并且沒有缺陷的光刻膠薄膜 。 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會使光刻膠的附著能力降低。 ①在 150200℃ 釋放硅片表面吸附的水分子； ② 在 400℃ 左右使硅片上含水化合物脫水； ③進行 750℃ 以上的脫水。目前應(yīng)用比較多的是六甲基乙硅氮烷 (簡稱HMDS) 。 還可以將 脫水烘焙與 HMDS的氣相涂布結(jié)合 起來進行。由于避免了與大氣的接觸，硅片吸附水分子的機會將會降低，涂布 HMDS的效果將會更加理想。 涂膠 把 硅 片放 在 一個平整的金屬托盤上，有小孔與真空管相連，硅片就被吸在托盤上 ， 硅片與托盤一起旋轉(zhuǎn)。 涂 膠 的過程應(yīng)始終在超凈 環(huán)境 中進行。 光 刻 膠的膜厚 、前烘 在液態(tài)的光刻膠中， 溶劑 的成份占 65％ 85％，經(jīng)過甩膠之后，雖然液態(tài)的光刻膠已經(jīng)成為固態(tài)的薄膜，但仍含有 10％ 30％的溶劑，涂膠以后的硅片，需要在一定的溫度下進行烘烤，使溶劑從光刻膠內(nèi)揮發(fā)出來，這一步驟稱為前烘。 ? 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 。 前烘的作用 前烘的溫度和時間需要嚴(yán)格地控制。 前烘溫度太高 ? 光刻膠層的黏附性也會因為 光刻膠變脆 而降低； ? 過高的烘焙溫度會使光刻膠中的 感光劑發(fā)生反應(yīng) ，使光刻膠在曝光時的 敏感度變差。 在 ULSI工藝中，常用的前烘方法是 真空熱平板烘烤 。 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。 曝光區(qū)與非曝光區(qū)的光刻膠的溶解速度反差越大，顯影后得到的圖形對比度越高。 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 膠則不會溶解。 目前廣泛使用的顯影的方式是 噴灑 方法。 噴灑方法的優(yōu)點在于它可以滿足工藝流水線的要求。 如果不能滿足要求，可以返工。 顯影方式與檢測 、堅膜 硅片在經(jīng)過顯影之后，需要經(jīng)歷一個高溫處理過程，簡稱堅膜。 通常堅膜的溫度要高于前烘溫度。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變形。 經(jīng)過 UV處理的光刻膠，要先經(jīng)過氧等離子的活化，然后通過濕法除去。 ? 有機溶液去膠主要是使 光刻膠溶于有機溶液中 （丙酮和芳香族的有機溶劑），從而達到去膠的目的。由于無機溶液會腐蝕 A1，因此去除 A1上的光刻膠必須使用有機溶液。 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。 、分辨率 分辨率 R描述了光刻工藝中可能達到的最小光刻圖形尺寸，表示每 mm內(nèi)最多能刻蝕出多少可分辨的線條數(shù)。 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。 光刻中所用的曝光光源是 光、電子、離子和 X射線 等各種粒子束。 )(21 1?? mmLR 設(shè)有一物理線度 L，為了測量和定義它，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是粒子動量的不確定值。若 ΔL就是線寬，那么它就是物理上可以得到的最細(xì)線寬，因而 最高的分辨率 hpL ???? phL 2?hpLR ??? 21ma x最高的分辨率 不同的粒子束，因其能量、動量不同，則 ΔL亦不同。 其物理圖像是， 光的波動性所顯現(xiàn)的衍射效應(yīng)限制了線寬 ≥ λ/2 。 ? ?1ma x 1 ?? mmR ?2???L光子曝光的最高的分辨率 關(guān)于光束的線寬限制，對其他的粒子束同樣適用。粒子束的動能 E為 其動量 p 粒子束的波長 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。但這個說法有一定的限制，因為離子本身的線度一般大于 1197。 ? 對于 m一定，即給定一種粒子，例加電子，則其 動能愈高， ΔL愈小，分辨率愈高。 ? 負(fù)膠的情況與正膠相反，經(jīng)過顯影后 光刻膠層上形成的是掩模版的負(fù)性圖形 。 光刻膠通?？煞譃檎z和負(fù)膠，經(jīng)過曝光和顯影之后所得到的圖形是完全相反的。 、對比度 為了測量光刻膠的對比度，將一定厚度的光刻膠膜在不同的輻照劑量下曝光，然后測量顯影之后剩余光刻膠的膜厚，利用得到的光刻膠膜厚 曝光劑量響應(yīng)曲線進行計算就可以得到對比度。 1212 XX YY ???? 根據(jù)對比度定義， Y2＝ ， Y1=0， X2＝ log10Dog，