第宄章基本咒刻工艺--从曝到最终裣验 棚概述 在本章中,将介绍从显影到最终检验所使用 的基本方法。还涉及掩膜版工艺的使用和定位错 误的讨论 9.1显影 晶园经过曝光后,器件或电路的图形被以曝光 和未曝光区域的形式记录在光刻胶上。通过对未 聚合光刻胶的化学分解来使图形显影。通过显影 完成掩膜版图形到光刻胶上的转移(如图所示)。 不良显影:不完全显影显影不足严重过显影
第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －1－ ◼ 概述 在本章中，将介绍从显影到最终检验所使用 的基本方法。还涉及掩膜版工艺的使用和定位错 误的讨论。 9.1 显影 晶园经过曝光后,器件或电路的图形被以曝光 和未曝光区域的形式记录在光刻胶上。通过对未 聚合光刻胶的化学分解来使图形显影。通过显影 完成掩膜版图形到光刻胶上的转移（如图所示）。 不良显影：不完全显影 显影不足 严重过显影
第宄章基本咒刻工艺--从曝到最终裣验 俯视 正确显影 显影不足 表层 光刻胶 z风6 晶 曝光后 显影后 不完全显影 重过显影 正光刻胶 负光刻胶 显影剂 氢氧化钠 二甲苯 Stoddard溶剂 冲洗 水 n-醋酸丁酯
第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －2－ 俯视 表层 光刻胶 正确显影 显影不足 曝光后 显影后 不完全显影 严重过显影 晶圆 (a) (b) 正光刻胶 负光刻胶 显影剂 二甲苯 冲洗 水 Stoddard 剂溶 n- 酸丁酯 醋 氢氧化钠
第宄章基本咒刻工艺--从曝到最终裣验 3 负光刻胶显影 当负性光刻胶经过曝光后,它会发生聚合,在 聚合与未聚合之间有足够高的分辨率,从而在显 影过程中聚合的区域只会失去很小部分光刻胶, 而未聚合的区域则在显影过程中分解,但由于两 个区域之间总是存在过渡 区,过渡区是部分聚合的掩膜版 光刻胶,所以,显影结束 反光刻胶层区交交 后必须及时冲洗,使显影圆 液很快稀释,保证过渡区 不被显影,使显影后的图 聚合的光刻胶 部分聚合的光刻胶 形得以完整。 未聚合的光刻胶
第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －3－ ◼ 负光刻胶显影 当负性光刻胶经过曝光后，它会发生聚合，在 聚合与未聚合之间有足够高的分辨率，从而在显 影过程中聚合的区域只会失去很小部分光刻胶， 而未聚合的区域则在显影过程中分解，但由于两 个区域之间总是存在过渡 区，过渡区是部分聚合的 光刻胶，所以，显影结束 后必须及时冲洗，使显影 液很快稀释，保证过渡区 不被显影，使显影后的图 形得以完整。 掩膜版 反光刻胶层 晶圆 聚合的光刻胶 部分聚合的光刻胶 未聚合的光刻胶
第宄章基本咒刻工艺--从曝到最终裣验 4 正光刻胶显影 对于正性光刻胶,聚合与未聚合区域的溶解 率约为1:4。这意味着在显影中总会从聚合的区域 失去一些光刻胶。使用过渡的显影液或显影时间 过长都会导致光刻胶太薄而不能使用。 通常要求不高的正光刻胶显影使用减一水溶 液和非离子溶液,对制造敏感电路使用叠氮化四 甲基铵氢氧化物的溶液。 正性光刻胶的显影工艺比负性光刻胶更为敏 感,影响的因素有:软烘焙时间和温度、曝光度 显影液浓度、时间、温度以及显影方法。显影 艺参数由所有变量的测试来决定 图94显示了一个特定的工艺参数对线宽的影响
第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －4－ ◼ 正光刻胶显影 对于正性光刻胶，聚合与未聚合区域的溶解 率约为1:4。这意味着在显影中总会从聚合的区域 失去一些光刻胶。使用过渡的显影液或显影时间 过长都会导致光刻胶太薄而不能使用。 通常要求不高的正光刻胶显影使用减－水溶 液和非离子溶液，对制造敏感电路使用叠氮化四 甲基铵氢氧化物的溶液。 正性光刻胶的显影工艺比负性光刻胶更为敏 感，影响的因素有：软烘焙时间和温度、曝光度、 显影液浓度、时间、温度以及显影方法。显影工 艺参数由所有变量的测试来决定。 图9.4显示了一个特定的工艺参数对线宽的影响
第宄章基本咒刻工艺--从曝到最终裣验 1.50 +1.40 20s曝光 +1.30 16s曝光 +1.10 12s曝光 +0.90 餐+0.90 8s曝光 +0.701 光刻胶厚度:1m 持续曝光时间:50s +0.50 (基于68F8s-嗶光) +0.10 显影剂浓度:50% 0.10 曝光后烘焙:无 6872 显影剂温度(F 图94显影剂温度和曝光关系与线宽变化的比较
第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －5－ 图9.4 显影剂温度和曝光关系与线宽变化的比较 20 s 光曝 16 s 光曝 12 s 光曝 8 s 光曝 光刻胶厚度： mm 1 持续曝光时间： 0 s 5 （基于 8 F 8 s 曝光） 显影剂浓度： 0% 5 曝光后烘焙：无 线宽变化（ mm ） F +1.50 +1.40 +1.30 +1.10 +0.90 +0.90 +0.70 +0.50 +0.10 +0.10 6 8 7 2 7 6 8 0
第宄章基本咒刻工艺--从曝到最终裣验 6 显影方式 显影方式分为:湿法显影干法(等离子)显影 湿法显影沉浸喷射混凝 沉浸显影 最原始的方法。就是将待显影的晶园放入盛 有显影液的容器中,经过一定的时间再放入加有 化学冲洗液的池中进行冲洗。比较简单,但存在 的问题较多,比如:液体表面张力会阻止显影液 进入徼小开孔区;溶解的光刻胶粘在晶园表面影 响显影质量;随着显影次数增加显影液的稀释和 污染;显影温度对显影率的影响等 喷射显影 显影系统如图97所示。由此可见,显影剂和 冲洗液都是在一个系统内完成,每次用的显影液
第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －6－ ◼ 显影方式 显影方式分为：湿法显影 干法（等离子）显影 ◼ 湿法显影 沉浸 喷射 混凝 ◼ 沉浸显影 最原始的方法。就是将待显影的晶园放入盛 有显影液的容器中，经过一定的时间再放入加有 化学冲洗液的池中进行冲洗。比较简单，但存在 的问题较多，比如：液体表面张力会阻止显影液 进入微小开孔区；溶解的光刻胶粘在晶园表面影 响显影质量；随着显影次数增加显影液的稀释和 污染；显影温度对显影率的影响等。 ◼ 喷射显影 显影系统如图9.7所示。由此可见，显影剂和 冲洗液都是在一个系统内完成，每次用的显影液
第宄章基本光刻工艺--从曝无到最终检验 和冲洗液都是新的,所 冲洗 显影剂 以较沉浸系统清洁,由 于采用喷射系统也可大 大节约化学品的使用。 所以此工艺很受欢迎, 特别是对负性光刻胶工 艺。 对正性光刻胶工艺 真空 来说因为温度的敏感 性,当液体在压力下从喷嘴喷出后很快冷却,要 保证温度必须加热晶园吸盘。从而增加了设备的 复査性和工艺难度
第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －7－ 和冲洗液都是新的，所 以较沉浸系统清洁，由 于采用喷射系统也可大 大节约化学品的使用。 所以此工艺很受欢迎， 特别是对负性光刻胶工 艺 。 对正性光刻胶工艺 来说 因为温度的敏感 性，当液体在压力下从喷嘴喷出后很快冷却，要 保证温度必须加热晶园吸盘。从而增加了设备的 复查性和工艺难度。 冲洗 显影剂 真空
第宄章基本咒刻工艺--从曝到最终裣验 混凝显影 虽然喷射显影有很多有点,但对正性光刻胶 显影还存在一些问题,混凝显影就是针对所存在 地问题而改进的一种针对正性胶的光刻工艺,差 别在于显影化学品的不同。 如图所示,首先在静止的晶园表面上覆盖一层显 影液,停留一段时间(吸盘加热过程),在此过 程中,大部分显影会发生,然后旋转并有更多的 显影液喷到晶园表面并冲洗、干燥
第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －2－ ◼ 混凝显影 虽然喷射显影有很多有点，但对正性光刻胶 显影还存在一些问题，混凝显影就是针对所存在 地问题而改进的一种针对正性胶的光刻工艺，差 别在于显影化学品的不同。 如图所示，首先在静止的晶园表面上覆盖一层显 影液，停留一段时间（吸盘加热过程），在此过 程中，大部分显影会发生，然后旋转并有更多的 显影液喷到晶园表面并冲洗、干燥
第宄章基本咒刻工艺--从曝到最终裣验 9 干法显影 液体工艺的自动化程度不高,并且化学品的 采购、存储、控制和处理费用昂贵,取代液体化 学显影的途径是使用等离子体刻蚀工艺,该工艺 现已非常成熟。在此工艺中,离子从等离子体场 得到能量,以化学形式分解暴露的晶园表面层。 干法光刻显影要求光刻胶化学物的曝光或未曝光 的之一易于被氧等离子体去除。具体内容在第十 章中介绍 92硬烘焙 硬烘焙的作用是蒸发湿法显影过程中吸收在 光刻胶中溶液,增加光刻胶和晶园表面的粘结能 力,保证下一步的刻蚀工艺得以顺利进行
第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －9－ ◼ 干法显影 液体工艺的自动化程度不高，并且化学品的 采购、存储、控制和处理费用昂贵，取代液体化 学显影的途径是使用等离子体刻蚀工艺，该工艺 现已非常成熟。在此工艺中，离子从等离子体场 得到能量，以化学形式分解暴露的晶园表面层。 干法光刻显影要求光刻胶化学物的曝光或未曝光 的之一易于被氧等离子体去除。具体内容在第十 章中介绍。 9.2 硬烘焙 硬烘焙的作用是蒸发湿法显影过程中吸收在 光刻胶中溶液，增加光刻胶和晶园表面的粘结能 力，保证下一步的刻蚀工艺得以顺利进行
第宄章基本咒刻工艺--从曝到最终裣验 10 硬烘焙方法 在方法和设备上与前面介绍的软烘焙相似。 烘焙工艺 时间和温度仍然是主要的工艺参数,一般是 制造商推荐,工艺工程师精确调整。对一般使用 的对流炉,温度:130~200°C,时间:30分钟 对其他方法温度和时间各不相同。热烘焙增加粘 度的机理是光刻胶的脱水和聚合,从而增加光刻 胶的耐蚀性。 烘焙温度太低,脱水和聚合不彻底,温度太 高光刻胶容易变软甚至流动(如图99所示),所 以温度的控制极为严格。 硬烘焙是在显影后立即进行,或者在刻蚀前 进行,工艺流程如图9.10所示
第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －10－ ◼ 硬烘焙方法 在方法和设备上与前面介绍的软烘焙相似。 ◼ 烘焙工艺 时间和温度仍然是主要的工艺参数，一般是 制造商推荐，工艺工程师精确调整。对一般使用 的对流炉，温度：130～200℃，时间：30分钟。 对其他方法温度和时间各不相同。热烘焙增加粘 度的机理是光刻胶的脱水和聚合，从而增加光刻 胶的耐蚀性。 烘焙温度太低，脱水和聚合不彻底，温度太 高光刻胶容易变软甚至流动（如图9.9所示），所 以温度的控制极为严格。 硬烘焙是在显影后立即进行，或者在刻蚀前 进行，工艺流程如图9.10 所示
