光刻
光刻的图形包括：硅片上的半导体元器件，隔离槽，接触孔，金属互连线，互连金属层的通孔
光刻的要求：光刻机的分辨率，光刻胶光学敏感性，精确对准等等
光刻胶
光刻胶的评价标准：
1.分辨率(表征精度)
2.对紫外线uv的灵敏度
3.粘滞性
4.粘附力
5.对比度(也称为陡直度，无膨胀)。膨胀一般发生在负胶中
6.流动性
7.沾污
8.稳定性
9.抗蚀性
分辨率resolution
分辨率的定义：将硅片上两个邻近特征图形区分开的能力
分辨率定量表达： R = k λ N A R=k\frac{\lambda}{NA} R=kNAλ
工艺依存系数 k k k，波长 λ \lambda λ（一般为0.6~0.8），镜头口径NA
分辨率的提升手段：
1.改进光源来缩短
2.改良镜头以增大NA。但镜头无法一直增大，否则聚焦深度过小，所以采用浸没式光刻
浸没式光刻特点： λ = 193 n m \lambda=193nm λ=193nm时纯水的折射率 n ≈ 1.44 n\approx 1.44 n≈1.44, θ > 70 度 \theta>70度 θ>70度, N A > 1 NA>1 NA>1
3.改良刻蚀剂并采用其他超分辨技术来增大系数k
对紫外线的灵敏度
改进方法，添加光酸产生剂
粘附力
粘附力的改进方法：在涂胶前对衬底做脱水处理；使用hdms增粘剂；提高坚膜温度；干法刻蚀可以降低对粘附力的要求
光刻机的光源
| 常用光源 | -- | 波长 | 关键尺寸 |
|---|---|---|---|
| 汞灯 | g线 | 436nm | 360nm |
| -- | i线 | 365nm | -- |
| 准分子激光 | KrF | 248nm | 130nm |
| -- | ArF | 193nm | 80nm |
| -- | EUV | 13.5nm | 7nm |
EUV采用全反射系统，反射镜材料包括Mo和Si
掩膜版
掩膜版的定义：光刻复制图形的基准和蓝本
掩膜板的组成：熔融石英的基材，铬Cr的遮蔽层（铬的特点是不透过紫外光）
掩膜板的分类：光学掩膜版mask；投影掩膜版reticle
投影掩膜板的优点：因为板更大，所以制版容易；缺陷也会比例缩小；曝光均匀度高
光刻工艺
光刻工艺的流程：
1.气相成膜
2.涂胶
3.软烘前烘
4.曝光与对准
5.后烘硬烘
6.显影
7.坚膜烘烤
8.检查
光刻工艺的设备往往"内联"，也就是设备往往集成
涂胶coating
涂胶的分类：静态涂胶（衬底片，从静止开始）；动态图胶先低速旋转（如500RPM）再加速
光刻胶粘度下降或旋转速度增加，可以使膜的厚度变薄
涂胶时旋转加速度越大，胶越均匀
软烘前烘
软烘前烘的现象：蒸发胶中有机溶剂，使晶圆表面胶固化
软烘前烘的作用：增加粘附性；消除光刻胶膜内应力；防止光刻胶沾污设备
软烘时温度过高，易产生肌肤效应
肌肤效应会像荷叶表面一样，使晶圆具有疏水性
曝光与对准
曝光与对准的重要参数：曝光时间、曝光功率
曝光设备分类：
| 光刻机分类 | -- | 备注 |
|---|---|---|
| 接触式/接近式光刻机 | -- | -- |
| 投影式光刻机 | 扫描投影光刻机 | 扫描的含义：一小道光束一点点画出图形 |
| -- | 步进重复投影光刻机stepper | 特点是晶圆动，但光不动，比例约为5：1，图案一块块印 |
| -- | 步进扫描投影光刻机scanner | 特点：晶圆和光都会移动，比例约为4：1 |
后烘硬烘
后烘硬烘的作用：促进关键光刻胶的化学反应，为显影做准备
显影
显影分类：对正胶用TMAH（四甲基氢氧化铵）；对负胶用二甲苯
显影的常见问题：显影不完全，显影不足，过度显影
坚膜烘烤
坚膜烘烤的效果：使胶膜更牢固地粘附在晶圆表面
坚膜的作用：改善胶的抗刻蚀、抗注入能力；改善胶的粘附性；去除胶中针孔，进一步减少驻波效应。
坚膜烘烤的常见问题：烘烤不足，则改善都不奏效；烘烤过度：胶流动，分辨率变差
去胶
去胶也称为灰化，一般用于返工前或者刻蚀与离子注入之后
去胶的方法分类：氧化去胶，干法去胶，湿法去胶
灰化设备的特点：均是独立设备，无法内联
其他光刻技术
电子数直写曝光：常用于制造掩膜版
双重图案工艺：曝光两次，精度两倍。工艺流程一般是光刻-刻蚀-光刻-刻蚀（LELE）
自对准双重成像SADP：多次曝光的一个关键技术，使用了侧壁工艺，适用于一定间距的重复图案（通俗的讲，就是一块墙壁有两个侧壁，所以精度乘以2。墙壁就是两侧壁的间距）