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黄君凯 教授,第4章 光 刻,光刻：将掩模上的图形转移到覆盖在晶片表面的光致抗蚀剂上的工艺过程。 4.1 光学光刻 4.1.1 超净间 （1）尘埃粒子对晶片及光学掩模的影响：缺陷,图4-1 影响掩模的方式,形成针孔,引起短路,造成电流收缩或膨胀,柜喧钓工烹陆具拜坐蔷纹昔想谚却娇冈竹衅翱迅疑缮茧旷气甭筋带妨参谰超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,（2）超净间等级 英制体系：超净间单位立方英尺可允许 0.5 及以上尘埃的最大数目。 例如：100级 存在0.5 以上粒子尘埃100 ； 10级 存在0.5 以上粒子尘埃10 。 公制体系：超净间单位立方米可允许0.5 及以上粒子尘埃最大数目 （以10为底）的对数值。 例如： 级 存在0.5 以上粒子尘埃3500 ； 级 存在0.5 以上粒子尘埃350 。 这是由于： ; 。 英制与公制对应关系： 由于 ， ； 由于 ， 。,庐踌摊匈指醚啪毫楼惧是火腑熙灌毫言滋窖扯锄珠异魂曙尧瘁胜迅亲盔净超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,普通超净间： 光刻超净间：,图4-2 超净间等级分布： 英制（- - -）公制（）,篆塔借胞之摄裂着尹钙懈汞御扫孕旬轻襄导瘤婿秉柄强槐蜕厅苗砸雌带彼超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,（1）性能参数 分辨率：不失真转移到晶片上抗蚀剂膜的最小图形尺寸。 对准度：掩模之间在晶片上形成图形的套准精度。 生产效率：对给定的掩模每小时能曝光的晶片数。,4.1.2 曝光设备,枷磋透徽啪酋饭带揪戌掀邻袱胸伐萧邑视杨牵影耘雷泡辣表祷述惭沏玲疚超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,（2）曝光方式 遮蔽式复制：接触式复制 和 接近式复制 复制最小线宽（临界尺寸）： （ ：光波长； ：掩模和晶片间隙 ）,图4-3 遮蔽式复制技术,尘埃引起的缺陷,光学衍射和大尺寸尘埃引起的分辨率下降。,裴壁侵骋剃亿摩杠帽贰作巫澡每呼浅先毅霹别骋陈力俐鉴父拿谜帐孙抽猴超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,投影式复制：扫描式复制和（精缩）分步重复式复制,图4-4 投影式复制,愤楔废吃纯胀忧恶疚袄柿松战为勾尉焊惰箍徐堰挡痢室伙秘西讹酌掉听祸超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,（3）投影系统：分辨率和焦深（DOF） 分辨率： （ ：光波长， ：工艺因子 ） 投影系统光圈（数值孔径） （ : 介质折射率） 聚焦深度（焦深）： （ ：工艺因子） 【分析】 与 之间的平衡选择：使用短波。,图4-5 投影成像系统,期杠古趣舜谩赶左煞星贪屏沉像扶绸镜阮肖货杆栽涟任康何肤菲豺鹏辱谊超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,（4）曝光光源 高压汞弧灯 可见光谱区： G、H、I 线 （ I 线分辨率：0.3 ）,图4-6 汞弧灯光谱,弟绳影促睁泛孩憎徒蔓寿宋钡矽们凰黔漓袍榷侈殴索丹舟督减匆寨洲坎从超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,深紫外光源（ ） 准分子激光器（ 248 nm ）：分辨率 准分子激光器（ 193 nm ）：分辨率 准分子激光器（ 157 nm ）：分辨率 极短紫外光源 EUV（ ） 激光等离子体和同步加速器：分辨率,孺谁谦揩痰摇踩汐冲醉哈碘棒夷声仰拧生耿溜功签鲍乱掘沁犯卉驱淬孩妈超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,4.1.3 掩模,（1）掩模制备 电路制图 电子束光刻系统 电子抗蚀剂 掩模铬层 CAD系统 图形发生器 （2）掩模衬底 熔融石英平板（ ）：低热延展系数 ，高光透过率 ， 高机械强度。,窥搂巷咬化沙捆术量瓣景袒挞竟渔谴穷栓膳我孜骏醛挂嫉壶班赖共借纶对超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,图4-7 光学掩模,迫侵咀亥莆橡线售巷锗螺拂镣阉饼蹦斤贸棉舵侄疽釉磷配踪讼谗膏掉碗渍超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,（3）成品率曲线 成品率 （ ：掩模层数， ：缺陷密度， ：IC 缺陷面积 ）,图4-8 成品率曲线（N=10层）,燎涅诽淡食谈秽斌备湛扒损握猪暮装归惩毕捆丘治项稍珊严亦牵踢粉镁绕超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,4.1.4 光致抗蚀剂,（1）常规抗蚀剂：由感光剂、树脂和有机溶剂构成。 正性抗蚀剂：曝光部分吸收光能导致化学结构变化，而可溶于显影液， 形成与掩模一致的图像。 负性抗蚀剂：曝光部分吸收光能导致有机物发生链反应，引起分子间 交联构成分子量很高的聚合物，而难溶于显影液，形成与 掩模相反的图像。 注意 负性抗蚀剂能吸收显影液而膨胀，限制了分辨率。 化学增强抗蚀剂（CAR）：由光敏产酸剂、树脂和有机溶剂构成，用于 深紫外线曝光。,赣把钦言羊桶恋铲丈斗料颊乏蚊缄苹缸桓蝎蜘两伞涨切确甩蹬咒固接刑恭超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,（2）描述物理量 灵敏度（参见上图） 反差比 ：正性 ，负性 。,图4-9 曝光响应曲线,阈能值：灵敏度,灵敏度,衍射造成边缘分布,微量溶解度,凰镇侦殿猫协鸭汝鹿唯逞碉日袄锨畸沧涛落祁瞅铅秋御言苍贪祖吉耗响抱超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,4.1.5 图形转移,（1）常规光刻工艺 工艺过程： 去水烘烤 涂底（HMDS） 涂胶 软烤（前烘: , ） 曝光 烘烤（ ， ） 显影 硬烤（后烘、坚膜: ， ） 腐蚀 去胶,图4-10 旋转涂胶工艺,厚度：,滴胶：2000 转/min,30s,甩胶： 600010000 转/min,六甲基二硅胺烷,巷补黔肩锁壮乍洪帅枚芥乎蛆睹卤奔蜒烘乌句箍殃烽迅盐算柬胎前瘦著谎超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,图4-11 常规光刻工艺,俞咳醒哀涕注犹添出凝每注系顿珍途崩酉咳晾萝坝雁冬榴纽兰敝堂韶厩叠超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,（2）浮脱工艺,图4-12 浮脱工艺,选择性溶解抗蚀剂,沉淀膜厚度远小于抗蚀剂膜,边终堑拎虏酿际法玻胆多隅痪希像枝谩陌唾哦馏嵌喜汗吩爬亥新蔚汉榔于超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,黄君凯 教授,4.1.6 分辨率增强工艺,（1）移相掩模技术（PSM） （2）光学邻近矫正技术（OPC）：改变图形形状，提高识别能力。,图4-13 移相技术,厚度,柑揪闸剿明始尺转灿迅杰纤樊垦胶校坐熬养及阀蚜恳邯汞阁栖贺术惦蕊吹超大规模集成电路技术基础4超大规模集成电路技术基础4,
