第6章 光刻工艺

第六章光刻工艺6.1概述6.2光刻工艺6.3光刻方式6.4光刻胶与掩膜版6.5光刻工艺设备6.1概述一、衬底材料对光刻工艺的影响衬底材料对光刻工艺的影响，概括说来有三个方面：表面清洁度、表面性质(疏水或亲水)和平面度。主要介绍表面清洁度和平面度对光刻质量的影响，以及检测和改善的方法。二、增粘处理光刻胶与衬底之间粘附力的大小对光刻质量有极大影响。而对粘附力影响最大的，是衬底的表面性质。SiO2是主要的刻蚀对象，因此下面主要介绍改善SiO2表面性质的处理方法。6.2光刻工艺在硅片上制作器件或电路时，为进行定域掺杂与互连等，需要多次用SiO2进行掩蔽加工，因而就需要进行多次的光刻。每块集成电路一般要进行6～7次光刻。各次光刻的工艺条件略有差异。一般都要经过涂胶，前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀和去胶七个步骤。

正胶：曝光后可溶负胶：曝光后不可溶一．涂胶1.涂胶步骤二．前烘涂胶后的胶膜要立即进行烘干。一般是在80oC温度下烘烤10～15分钟。烘烤的温度不能过高，时间不能太长，否则会造成显影困难。例如温度若在100oC以上，由于增感剂挥发而造成曝光时间增长，甚至完全显不出图形来。另一种烘烤方法是，用红外光从硅片背面照射，并透过硅片加热，位于SiO2和胶的界面先开始干燥。这种使溶剂从内部向外蒸发的方法是一种较好的干燥方法。三．曝光曝光就是对涂有光刻胶且进行了前烘之后的硅片进行选择性的光照，曝光部分的光刻胶将改变其在显影液中的溶解性，经显影后在光刻胶膜上得到和“掩膜”相对应的图形。四．显影显影是把曝光后的硅片放在显影液里，将应去除的光刻胶膜溶除干净，以获得腐蚀时所需要的抗蚀剂膜保护图形。显影液和显影时间的选择对显影效果的影响是极为重要的。显影液的选择原则是：对需要去除的那部分胶膜溶解得快，溶解度大，对需要保留的那部分胶膜的溶解度极小。五．坚膜坚膜是在一定的温度下，将显影后的片子进行烘干处理，除去显影时胶膜所吸收的显影液和残留水分，改善胶膜与基片间的粘附性．增强胶膜的抗蚀能力，以及消除显影时所引起的图形变形。坚膜的温度和时间要合适。若温度太低，时间过短，抗蚀剂胶膜没有烘透，胶膜就不坚固，腐蚀时易脱胶；若温度过高，时间过长，则抗蚀剂胶膜因热膨胀而翘曲和剥落，腐蚀时也容易产生钻蚀或脱胶，还可能引起聚合物分解，产生低分子化合物，影响粘附性能，削弱抗蚀能力。此外，坚膜时最好采用缓慢升温和自然冷却降温的方式，以及从背面烘烤的办法。六．腐蚀腐蚀就是用适当的腐蚀剂，对未被胶膜覆盖的二氧化硅或其他性质的薄膜进行腐蚀，按照光刻胶膜上已经显示出来的图形，进行完整、清晰、准确的腐蚀，达到选择性扩散或金属布线的目的。它是影响光刻精度的重要环节。对腐蚀剂的要求有：(1)只对需要腐蚀的物质进行腐蚀。(2)对抗蚀剂胶膜不腐蚀或腐蚀很小。(3)腐蚀因子要大于一定的数值。腐蚀因子定义为：当腐蚀线条时，腐蚀的深度与一边的横向增加量的比值。它的值大则表明横向腐蚀速度小，腐蚀效果好，常用来衡量腐蚀的质量。(4)腐蚀液毒性小，使用方便，腐蚀图形边缘整齐、清晰。七．去胶去胶是常规光刻工艺的最后一道工序，简单地讲，是使用特定的方法将经过腐蚀之后还留在表面的胶膜去除掉。通常，采用的去胶方式有溶剂去胶、氧化去胶、等离子体去胶等方式。6.3光刻方式一、曝光光源常用的紫外线光源是高压汞灯。其发射光谱中有几条很强的谱线，它们分别是313nm、334.2nm、365nm、404.7nm及435.8nm。对光刻胶起感光作用的主要是365nm(I线)、404.7nm(H线)、435.8nm(G线)三条谱线。

二、常规光刻方式

几种常见的曝光方法接触式曝光：分辨率较高，但是容易造成掩膜版和光刻胶膜的损伤。接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙(10～25

m)，可以大大减小掩膜版的损伤，分辨率较低投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影到衬底上的曝光方法，目前用的最多的曝光方式表6.1三种光学曝光技术对比曝光方式特性接触式接近式1:1全反射系统投影式缩小投影式DSW2:14:1分辨率负胶2

m4

m5

m3

m2.5

m正胶1

m2.5

m2.5

m1.5

m0.8

m掩膜版寿命短接触式的5~10倍半永久半永久对准精度1~3

m1~3

m0.5~1

m0.1~0.3

m装置成本便宜中高高优点分辨率高;线宽重复性好;设备成本低掩膜寿命高;晶片表面不易损伤掩膜寿命半永久;成品率高;无间距误差掩膜寿命半永久;成品率高;掩膜版制作容易;分辨率高;对准精度高缺点掩膜版寿命低,晶片易损坏;成品率低;分辨率低;线宽偏差大分辨率比接近式稍差;线宽偏差大,比接近式稍差每次光刻面积较小,曝光效率低;设备昂贵远紫外线曝光电子束光刻离子束光刻X射线三、超细线条曝光技术光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光