西安交通大学微电子制造技术第十四光刻.ppt
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1、,微电子制造技术 第 14 章 光刻:对准和曝光,概 述,对准就是把所需图形在硅片表面上定位或对准。而曝光是通过曝光灯或其它辐射源将图形转移到光刻胶涂层上。如果说光刻胶是光刻工艺的“材料”核心,那么对准和曝光则是该工艺的“设备”核心。图形的准确对准是保证器件和电路正常工作的决定性因素之一。 因为最终的图形是用多个掩膜版按照特定的顺序在晶园表面一层一层叠加建立起来的。图形定位的要求就好像是一幢建筑物每一层之间所要求的正确对准。如果每一次的定位不准,将会导致成品率下降或者整个电路失效。,掩膜版上设计的每一层图形都有一个特殊功能,如接触孔、MOS的源漏区或金属线等,光刻过程中掩膜版把这些图形彼此套准
2、来制成硅片上的器件或电路。版图套准过程有对准规范,就是前面提出的套准容差。怎样精确地把亚微米尺寸套准,对光学光刻提出了特殊的对准挑战。,学 习 目 标,1. 解释光刻中对准和曝光的目的; 2. 描述光刻中光的特性及光源的重要性; 3. 了解光学系统对光刻工艺的重要性; 解释分辨率,说明它对光刻的重要性; 了解光刻中获得精确对准的方法。,Figure 14.1 掩模版图型转移到光刻胶上,Figure 14.2 CMOS 剖面和投影掩膜版的顶视图,Figure 14.2 投影掩膜版的分解图,光学曝光,在曝光过程中,从光源发出的光通过对准的掩膜版(版上有黑白分明的区域,这些区域形成了要转移到硅片表面
3、的图形)对涂胶的硅片曝光。曝光的目的就是要把掩膜版上的图形精确地复制到涂胶的硅片上。 曝光的一个方面是在所有其它条件相同时,曝光光线波长越短能曝出的特征尺寸就越小。此外,曝光的光线必须具有一定的能量,以便对光刻胶产生光化学反应。为了提高曝光质量,光必须均匀地分配到整个曝光区域。 为了获得精细光刻的关键尺寸,光刻需要在短波长下进行强曝光。,光的实质就是电磁波,光也能辐射能量。这两个描述反映了光的波粒两相性的本质。因此可以用波长( )和频率()来描述。这两者的关系如图14.3所示,其中是光的速度。,v = 光的速度, 3E 108 m/sec f = 以 Hz为单位的频率(每秒周期) l = 波长
4、,频率对应周期的物理长度,以米为单位,Figure 14.3 光的波长和频率,波的干涉 波本质上是正弦曲线。任何形式的正弦波只要有相同的频率就能相互干涉。有两种类型的干涉基于波是否有相同的相位(见下图)。,Figure 14.4,光学滤波器 滤光器利用光的干涉阻止不需要的入射光,通过反射或干涉来获得一个特定波长的波(见图14.5),Figure 14.5 光学滤波,整个可见和不可见的电磁波被称作电磁波谱,它由从极短到极长波长的各种辐射能组成。 黄光和红光因为它处在可见光区含极少紫外光,因此不会影响光刻胶。所以光刻区的照明通常使用黄光或红光。,13(极紫外),Figure 14.6 电磁波谱,曝
5、光光源,在光刻胶曝光过程中,是通过光刻胶材料发生光化学反应来转移掩膜版的图形,而且必须在最短的时间内完成,同时要求在批量生产中是可重复的。 紫外光用于光刻胶的曝光是因为光刻胶材料与这个特定波长的光反应满足上述要求。因为较短的波长可以获得光刻胶上较小尺寸的分辨率。所以现今最常用光学光刻的两种紫外光源是:汞灯和准分之激光。除此之外其它用于先进的或特殊应用的光刻胶曝光有X射线、电子束和离子束。,Figure 14.7 典型的高压汞灯的发射光谱,Table 14.2 汞灯的强度峰,通过表14.2可以看出,要得到0.25m以下的特征尺寸,对应的光源波长应该是小于248nm的深紫外(DUV)光,但是从图1
6、4.7可以看出,248nm的深紫外发射是365nm的I线发射强度的1/5。 照在硅片表面上光的能量(mJ/cm2)是光强(功率)和时间的乘积。所以光刻胶在248nm下曝光要得到相同的效果,就需要5倍的曝光时间,显然这是光刻工艺不能接受的。因此既要得到小的特征尺寸还要短的曝光时间,就必须改变光刻胶的性质或者使用具有较高功率的光源。这就是发展化学放大深紫外光刻胶和具有较高功率的激光光源的原因。,准分子激光,激光光源用于光学光刻是因为它们可以在248nm深紫外以及以下波长提供较大光强。而汞灯在这些波长发射效率很低。 迄今惟一用于光学曝光的激光光源是准分子(由两个相同原子构成的分子)激光,准分子是不稳
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