第8章-光刻工藝概述4資料課件

*18.4后烘焙和顯影8.5后烘焙

*28.4后烘焙和顯影

完成對準(zhǔn)和曝光之后，掩模版的圖形已經(jīng)轉(zhuǎn)移到光刻膠中。接下來要進(jìn)行兩項(xiàng)內(nèi)容:

后烘焙顯影早期光刻技術(shù)中,光刻膠的顯影是一個(gè)獨(dú)立的工藝步驟,有特定的設(shè)備.如今的自動硅片軌道系統(tǒng)已經(jīng)將顯影工藝集成到一個(gè)設(shè)備里面

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后烘焙（PEB）：曝光后的硅片從曝光系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到軌道系統(tǒng)后,需要進(jìn)行短時(shí)間的曝光后烘焙?；瘜W(xué)放大光刻膠：促進(jìn)光刻膠的化學(xué)反應(yīng)基于DNQ的普通光刻膠：提高光刻膠的黏附性和減少駐波對CADUV光刻膠來說，該種光刻膠中含有一種化學(xué)保護(hù)成份,使其不在顯影溶液中溶解.其曝光的過程,光酸產(chǎn)生劑在光刻膠的曝光區(qū)產(chǎn)生一種酸.而后烘焙可以促進(jìn)曝光后產(chǎn)生的酸和保護(hù)化學(xué)成分（t-BOC）反應(yīng)，使光刻膠溶于顯影液

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*5關(guān)鍵因素——溫度和時(shí)間光刻膠廠商會提供相應(yīng)的后烘焙工藝與時(shí)間對CADUV來說，后烘溫度的均勻性和持續(xù)時(shí)間是影響DUV光刻膠質(zhì)量的重要因素一般來講，溫度在90度-130度之間，時(shí)間為1-2分鐘，比軟烘溫度高10-15度

*6后烘延遲早期CADUV對時(shí)間延遲很敏感，需要在曝光后立即后烘，否則曝光產(chǎn)生的酸（頂層部份）會迅速和空氣中的胺產(chǎn)生反應(yīng)而被中和，產(chǎn)生T型效應(yīng)。現(xiàn)在一般在30分鐘左右

*7PAGPAGPAGPAGPAGPAGPAGPAGH+H+H+H+H+H+H+H+H+H+}RegionofunexposedphotoresistNeutralizedphotoresistAcid-catalyzedreactionofexposedresist(postPEB)DevelopmentResistT-topping

*8普通光刻膠的后烘焙后烘焙的兩大作用一是減少了光刻膠中的剩余溶劑，從曝光前的7~4%減少到5~2%

第二大作用就是減少駐波

*9駐波是由于入射光產(chǎn)生干涉造成的。入射光與從襯底反射回來的光在光刻膠中干涉產(chǎn)生不均勻的光強(qiáng)，導(dǎo)致光刻膠的側(cè)面產(chǎn)生駐波。而后烘焙則增加了感光劑在光刻膠中的擴(kuò)散，從而減少了駐波造成的影響。駐波效應(yīng)形成的原因光刻膠在曝光過程中由于其折射率和基底材料折射率不匹配，在基底表面產(chǎn)生的反射光和入射光相互干涉而形成駐波。光強(qiáng)的駐波分布使光刻膠內(nèi)的光敏化合物(photoactivecompound，PAC)的濃度也呈駐波分布，從而使抗蝕劑在顯影后邊緣輪廓有一定的起伏?？狗瓷淠て毓夂蟮暮姹涸谏郎氐耐瑫r(shí)，引起了PAC感光劑通過酚醛聚合物在光刻膠中擴(kuò)散，實(shí)質(zhì)上是穿過駐波的邊界產(chǎn)生了一個(gè)均勻的效應(yīng)。PAC是正膠的主要感光劑，最常見成分是DNQ，它是一種強(qiáng)力的溶解抑制劑。曝光后，會產(chǎn)生羧酸，從而使光刻膠可溶。

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*14(d)ResultofPEBPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPAC(c)PEBcausesPACdiffusionPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACUnexposedphotoresistExposedphotoresist(b)StriationsinresistPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACPACStandingwaves(a)ExposuretoUVlight

*158.4后烘焙和顯影

晶圓經(jīng)過曝光后,器件或電路的圖形被以曝光和未曝光區(qū)域的形式記錄在光刻膠上。通過對未聚合光刻膠的化學(xué)分解來使圖形顯影。通過顯影完成掩膜版圖形到光刻膠上的轉(zhuǎn)移。如果顯影工藝不正確，會出現(xiàn)不良顯影。

*168.4顯影不良顯影：不完全顯影

顯影不足

嚴(yán)重過顯影

*17XXX?UnderdevelopIncompletedevelopCorrectdevelopSevereoverdevelopResistSubstrate

*188.4顯影顯影劑

*19UVCrosslinksUnexposedresistExposedresist

*208.4顯影負(fù)光刻膠顯影

當(dāng)負(fù)性光刻膠經(jīng)過曝光后，它會發(fā)生聚合，在聚合與未聚合之間有足夠高的分辨率，從而在顯影過程中聚合的區(qū)域只會失去很小部分光刻膠，而未聚合的區(qū)域則在顯影過程中分解，但由于兩個(gè)區(qū)域之間總是存在過渡區(qū)，過渡區(qū)是部分聚合的光刻膠，所以，顯影結(jié)束后必須及時(shí)沖洗：

使顯影液很快稀釋，

保證過渡區(qū)不被顯影，

使顯影后的圖形得以完整

*21負(fù)膠顯影的另外一個(gè)問題就是交聯(lián)的光刻膠會吸收顯影液而膨脹和變形，使得剩余光刻膠變得膨脹和參差不齊。這也是負(fù)性光刻膠不適合于2微米以下的工藝的原因。

*228.4顯影正光刻膠顯影

對于正性光刻膠，聚合與未聚合區(qū)域的溶解率約為1:4。這意味著在顯影中總會從聚合的區(qū)域失去一些光刻膠。使用過渡的顯影液或顯影時(shí)間過長都會導(dǎo)致光刻膠太薄而不能使用。通常要求不高的正光刻膠顯影使用堿－水溶液和非離子溶液，但其里面含有可動離子玷污。對制造敏感電路使用疊氮化四甲基銨氫氧化物的溶液，該溶液金屬離子濃度極低。

*238.4顯影

正性光刻膠的顯影工藝比負(fù)性光刻膠更為敏感，影響的因素有：

軟烘焙時(shí)間和溫度曝光度顯影液濃度時(shí)間溫度以及顯影方法顯影工藝參數(shù)由所有變量的測試來決定。

*248.4顯影特定的工藝參數(shù)對線寬的影響

*258.4顯影顯影方式

顯影方式分為：

濕法顯影，如沉浸噴射混凝

干法（等離子）顯影

*268.4顯影濕法顯影

沉浸顯影

最原始的方法，比較簡單。就是將待顯影的晶圓放入盛有顯影液的容器中，經(jīng)過一定的時(shí)間再放入加有化學(xué)沖洗液的池中進(jìn)行沖洗。

*278.4顯影

但存在的問題較多，比如：

液體表面張力會阻止顯影液進(jìn)入微小開孔區(qū)；溶解的光刻膠粘在晶圓表面影響顯影質(zhì)量；隨著顯影次數(shù)增加顯影液的稀釋和污染；顯影溫度對顯影率的影響等

*288.4顯影噴射顯影

顯影系統(tǒng)如圖所示。由此可見，顯影劑和沖洗液都是在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)完成，每次用的顯影液和沖洗液都是新的，所以較沉浸系統(tǒng)清潔，由于采用噴射系統(tǒng)也可大大節(jié)約化學(xué)品的使用。此工藝成熟應(yīng)用，特別是對負(fù)性光刻膠工藝。

*29VacuumchuckSpindleconnectedtospinmotorTovacuumpumpSprayDevelop-RinseLoadStationTransferStationVaporPrimeResistCoatEdge-beadRemovalSoftBakeCoolPlateCoolPlateHardBakeWaferTransferSystem(a)Wafertracksystem硅片軌道系統(tǒng)(b)Developerspraydispenser

*308.4顯影

對正性光刻膠工藝來說，因?yàn)闇囟鹊拿舾行?，?dāng)液體在壓力下從噴嘴噴出后很快冷卻，要保證溫度必須加熱晶圓吸盤。從而增加了設(shè)備的復(fù)查性和工藝難度。

*318.4顯影混凝顯影

雖然噴射顯影有很多優(yōu)點(diǎn)，但對正性光刻膠顯影還存在一些問題，混凝顯影就是針對所存在地問題而改進(jìn)的一種針對正性膠的光刻工藝，差別在于顯影化學(xué)品的不同。

*328.4顯影

如圖所示，首先在靜止的晶圓表面上覆蓋一層顯影液，停留一段時(shí)間（吸盤加熱過程），在此過程中，大部分顯影會發(fā)生反應(yīng)，然后旋轉(zhuǎn)，并有更多的顯影液噴到晶圓表面，最后進(jìn)行沖洗和干燥。

*33(d)Spindry(c)DIH2Orinse(b)Spin-offexcessdeveloper(a)PuddledispenseDeveloperdispenserPuddleformation光刻膠顯影參數(shù)顯影溫度：15-25度，對正膠來說，顯影溫度越低，光刻膠溶解度越大。負(fù)膠反之顯影時(shí)間：顯影時(shí)間不能過長，顯影液會一直和光刻膠反應(yīng)，避免過腐蝕顯影液總量：根據(jù)光刻膠總量確定顯影液容量

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*358.4顯影干法顯影液體工藝的自動化程度不高，并且化學(xué)品的采購、存儲、控制和處理費(fèi)用昂貴，取代液體化學(xué)顯影的途徑是使用等離子體刻蝕工藝，該工藝現(xiàn)已非常成熟。在此工藝中，離子從等離子體場得到能量，以化學(xué)形式分解暴露的晶圓表面層。干法光刻顯影要求光刻膠化學(xué)物的曝光或未曝光的之一易于被氧等離子體去除。

*368.5堅(jiān)膜顯影

顯影后還需要一次烘焙，稱為堅(jiān)膜烘焙。烘焙的作用是蒸發(fā)濕法顯影過程中吸收在光刻膠中溶液，增加光刻膠和晶圓表面的粘結(jié)能力，保證下一步的刻蝕工藝得以順利進(jìn)行。方法在方法和設(shè)備上與前面介紹的軟烘焙相似。

*378.5堅(jiān)膜顯影烘焙工藝

時(shí)間和溫度仍然是主要的工藝參數(shù)，一般是制造商推薦，工藝工程師精確調(diào)整。一般使用的對流爐溫度：130～200℃

時(shí)間：30分鐘對其他方法溫度和時(shí)間各不相同。熱烘焙增加粘度的機(jī)理是光刻膠的脫水和聚合，從而增加光刻膠的耐蝕性。

*388.5堅(jiān)膜顯影

烘焙溫度太低，脫水和聚合不徹底，溫度太高光刻膠容易變軟甚至流動（如圖所示），所以溫度的控制極為嚴(yán)格。

*39Photoresist

*408.5堅(jiān)膜顯影堅(jiān)膜烘焙是在顯影后立即進(jìn)行，或者在刻蝕前進(jìn)行，工藝流程如圖所示。通常來說，堅(jiān)膜的溫度對于正膠是130度。對負(fù)膠是150度

*418.6顯影檢驗(yàn)顯影檢驗(yàn)

任何一次工藝過后都要進(jìn)行檢驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)合格的晶圓流入下一道工藝，對顯影檢驗(yàn)不合格的晶圓可以返工重新曝光、顯影。工藝流程如圖所示。

*421.VaporprimeHMDS2.SpincoatResist3.Softbake4.AlignandexposeUVlightMask5.Post-exposurebake6.Develop7.Hardbake8.DevelopinspectO2PlasmaStripandcleanRejectedwafersPassedwafersIonimplantEtchRework

*438.6顯影檢驗(yàn)顯影檢驗(yàn)的內(nèi)容

圖形尺寸上的偏差定位不準(zhǔn)的圖形表面問題（光刻膠的污染、空洞或劃傷），以及污點(diǎn)和其他的表面不規(guī)則等。