光刻工艺介绍

Lithography光刻工艺介绍基本工艺流程前工序涂胶（Coating）前处理（Priming）涂胶（Apply）软烘（SoftBake）曝光（Exposure）显影（Developing）前烘（PEB）显影（Apply）坚膜（HardBake）检查对位表面条宽后工序去胶返工工艺控制要求：形貌CriticalDimension±10%SidewallAngle80°ResistLoss10%工艺控制要求：对位根据设计规则，不同层次采用不同的对位规范。目前最小规范为+/-0.12um。涂胶工艺：概观设备DNSTELSVG其它材料HMDSEBR7030光刻胶(菜单)SPR660-1.025,30,31,32SPR6812S3SPR513L-A20MIR-70136,38AQUATAR27AZ613028涂胶工艺：QC项目膜厚及膜厚均匀性颗粒涂胶工艺：膜厚选择根据工艺需求(腐蚀及注入对光刻胶厚度的最低要求)，结合Swingcurve确定。涂胶前处理：原理目的：增加圆片衬底与光刻胶的粘附性原理：将圆片表面状态由亲水性转变为疏水性(亲油性)化学试剂：HMDS(六甲基二硅胺)气相涂布方法：高温低真空下的HMDS单片处理模块确认HMDS的效果用接触角计测量，一般要求大于65度前处理注意事项：来片衬底必须是干净和干燥的HMDS处理后应及时涂胶HMDS处理不能过度安全使用HMDS涂胶前处理：温度时间控制涂胶涂胶就是采用旋转涂敷的方法，在圆片衬底上均匀的涂上一层一定厚度的光刻胶。旋转涂敷主要受到以下几个因素的影响，它们彼此作用，或相互增强或相互减弱结果光刻胶的流动性光刻胶中树脂成份中分子间的束缚力旋转离心力光刻胶溶剂的挥发力涂胶——均匀性的影响因素(1)涂胶——均匀性的影响因素(2)涂胶——均匀性的影响因素(3)光刻胶工艺——光刻胶的分类负性光刻胶（可溶）遇光后产生链接，使感光部分不融于显影液；显影液浸入已链接的光刻胶分子内，使光刻胶体积增加，一般不用于特征尺寸小于3un的制程。正性光刻胶（不溶）遇光后产生裂解，使感光部分融解于显影液；裂解分子很容易融解于显影液，与未曝光部分形成很强的反差。光刻胶工艺——光刻胶的组成树脂（Resin）感光剂（Sensitizer）溶剂（Solvent）其它添加剂（稳定剂、染色剂、表面活性剂等）树脂是粘合剂，感光剂是光活性极强的化合物，两者含量相当，均融解于溶剂中，以液态形式存在。光刻胶工艺——基本要求分辨率抗蚀刻性（抗注入性）附着性通常，光刻胶越薄，其分辨率越高，但要考虑到抗蚀刻性的要求。线性度对比度热稳定性软烘软烘目的：去除光刻胶中的溶剂增加粘附性提高E0的稳定性减少表面张力软烘方法：接近式热版软烘的关键控制点是温度和时间驻波效应影响分辩率和线宽控制显影前烘焙(PEB)目的：降低或消除驻波效应PEB温度一般要求比软烘高15-20度PEB一般采用接触式或接近式热板烘焙PEB的关键控制点是温度与时间驻波效应降低或消除驻波效应的几种方法PEB用带染色剂的光刻胶采用多层光刻胶加抗反射层：用有机(TARC/BARC)或无机材料(SION)显影目的：简单的说就是去除已曝光部分的光刻胶显影方法：浸润显影（IMMESRSION）喷雾显影（SPRAY）静态显影（PUDDLE）影响显影的因素：显影液成份显影液温度环境温度环境湿度显影液量显影方式程序坚膜目的：去除残余的显影液，水及有机溶剂提高粘附性预防刻蚀时胶形貌变形方法：接触式或接近式热板DUV控制关键点是温度和时间光刻胶工艺常见问题光刻胶厚度偏差圆片背面胶粘污慧尾条纹花斑回溅斑脱胶显影不清条宽偏差条宽控制潜象（NA，σ，DEFOCUS，OPE）减少STANDINGWAVE光刻胶工艺控制衬底的控制（REFLECTIVITY）合适的RETICLEBIAS圆片表面形貌的控制光刻机FOCUS的控制METROLOGY光刻分类根据掩膜的位置分类接触式曝光接近式曝光投影式曝光根据曝光光源分类光学曝光软X射线曝光电子束曝光离子束曝光设备名称介绍NSR2005G8CNSR——NIKONStepandRepeatExposureSystem20——Max.ExposureFieldis20mmSquare05——ReductionRatiois1/5G——G-LineisUsedasExposureLightSource8——BodyTypeNumberC——ProjectionLensTypeStepandrepeat视场Field20mm15mmΦ(mm)28.2821.23Max.Width20000×2000015080×14940Max.Length19166×204009300×18860Square20000×2000015010×15010NIKON机光路图椭球体汞灯快门滤光镜蝇眼积分器聚光镜聚光镜挡板光刻版光学镜头园片MaskPelliclePatternPellicleGlass主要性能参数22NADNAkRk:工艺系数kMIN=0.61NA:数值孔径λ:光源波长G-line(436nm)、I-line(365nm)、KrF(248nm)、ArF、F2、…………数值孔径NumericalApertureNA:描述多光学元件透镜系统的性能fDnNA2sinfDn:透镜折射率2α:像点张角D:透镜直径f:透镜焦距衍射角成像过程离轴照明离轴照明Defocus的影响+0-焦深DepthOfFocusAplusorminusdeviationfromadefinedreferenceplanewhereintherequiredresolutionforphotolithographyisstillachievable.IDOF、UDOF主要性能参数型号NAλR(k=0.61)R(k=0.80)DOF1505G7D0.45436nm0.59um0.78um2.15um1505I7A0.45365nm0.49um0.65um1.80um1505G6E0.54436nm0.49um0.65um1.50um2005G8C0.54436nm0.49um0.65um1.50um2005I8B0.50365nm0.45um0.58um1.46um2005I10C~0.57365nm0.39um0.51um1.12um2005I11D~0.63365um0.35um0.46um0.92umFocus-ExposureMatrixEvaluatingtheeffectsoffocusandexposureontheresultsofaprojectionlithographysystem(suchasastepper)isacriticalpartofunderstandingandcontrollingalithographicprocess.UnderExposedOverExposed工艺窗口ProcessWindowCriticalDimension±10%SidewallAngle80°ResistLoss10%Defocus产生的原因ParticleEdge,OFEffectAutoFocusAutoLevelingAutoFocusMax.:20mmAutoFocusAutoLevelingMax.:20mmΦ:19mmAutoLevelingAutoLeveling边缘效应边缘效应Red:Autofocus&AutolevelingNG;Yellow:AutofocusOK,AutolevelingNG;Blue:Autofocus&AutolevelingOK.Φ=125mmAutofocus&AutolevelingStageLaserInterferometerSystem对位过程初始化基准标记位置(FoundCoordinates)光刻版对位(AligntoFiducialMark)园片对位(BaseontheCoordinates)Pre-Alignment(FiendtheOrientationFlat)SearchAlignmentLSA(LaserStepAlignment)FIA(FieldImageAlignment)g-EGAAlignment(EnhancedGlobalAlignment)LSAFIAAlignmentProcessAlignmentMarkLSAvs.FIA对位方式光源优点缺点LSA激光灵敏度高，识别能力强，适合绝大多数层次不适合铝层及对位标记不对称的情况FIA卤素灯适合铝层及非对称对位标记对位速度慢，对台阶要求高WaferSearchAlignmentSearchY-T对位；确认圆片旋转；确认Y位置；确认X位置；进行EGA对位。WaferEGAAlignmentEGACorrectionOffset(um)Scaling(PPM)WaferRotation(urad)X-YOrthogonality(urad)ShotMagnification(PPM)对位点个数对对位精度的影响MisalignOffsetInShotMagnificationShotRotationByShotsScalingWaferRotationOrthogonilityMisalignBox－In－Box缺陷WaferSite1（左上）Site2（右上）Site3（右下）XYXYXY10.039-0.3400.102-0.014-0.371-0.03020.113-0.3040.169-0.014-0.330-0.062Box－In－Box缺陷d1d2d2-d1SB95℃/60s100℃/60s105℃/60sPEB115℃/60sADI0.3660.2810.211UV0.7040.6960.636120℃/60sADI0.3100.1850.291UV0.5820.7420.751125℃/60sADI1.5731.4120.746UV1.9001.8001.900光刻版材料两种版材料的组分比较：玻璃：SiO2：73%，其它成份27%石英：SiO2：100%两种版材料的热膨胀系数：玻璃：9.4PPM/℃石英：0.5PPM/℃温度变化1℃时对版的影响(FieldSize=1.8cm)：玻璃：9.4PPM/℃*90mm*1℃=0.846um圆片上为0.846um/5=0.17um石英：0.5PPM/℃*90mm*1℃=0.045um圆片上为0.045um/5=0.01um