光刻胶与光刻工艺技术.pdf

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第第第12第121212章章章章光刻III
光刻胶与光刻工艺技术
微电路的制制造需要把在数量上精确控制制的杂质引入到到硅衬底上的微小区域内,然后把
这些区域连起来以形成器件和和VLSI 电路。确定这些区域图形的工艺是由光刻刻来完成的,也
就是说,首先在硅片上旋转涂覆光刻刻胶,再将其曝露于某种光源下,如紫外光、电子束或
X-射线,对抗蚀层进行选择性的曝光。完成这项工作需利用光刻刻机、掩模版,甚至电子
束光刻刻时的数据带。曝光后的硅片经过显影工艺就形成了抗蚀剂剂图形。显影后仍保留在硅
片上的抗蚀剂剂保护着其所覆盖的区域,已去除抗蚀剂剂的部分必须进行一系列增加加(如淀积金
属膜)或去除(如腐蚀)工艺,以将抗蚀图形转印到到衬底表面。
下面三章详细地叙述了VLSI 的光刻刻工艺。第一章是抗蚀剂剂的特性和和VLSI 制制造中的光
刻刻工艺技术。这个讨论仅限于光学曝光所用的抗蚀剂剂。第二章讨论的是曝光工具,也即描
述了光学光刻刻机和和光掩膜。第三章讲述了先进的光刻刻技术,包包括电子束、离子束和和X-射
线图形形成技术。
抗蚀剂剂基本术语
光刻刻工艺基本步骤如图1所示。抗蚀剂剂(PR) 作为一层薄膜涂覆到到基片上(如硅上面的二
氧化化硅上), 再通过掩膜版曝光。掩膜版要保持干净,并含有要转印到到衬底上的不透明图形,
以便在PR 层上复制制。PR 经曝光后的区域有时变成可溶于显影液性的,有时变成不溶于显
影液性的。如果曝光后变得可溶于显影液,则在抗蚀剂剂上产生掩膜的正性图形。这种物质
就称为正性抗蚀剂剂。反之,若未曝光区溶于显影液,就产生负性图形,就是负性抗蚀剂剂。
显影后,未被抗蚀剂剂覆盖的SiO 2层就被腐蚀掉。这样就在氧化化层上复印了掩膜版图形。
在这步工艺中抗蚀剂剂有两个作用。首先必须对曝光有反应,以把掩膜版图形复印
到到抗蚀剂剂上。其次余留的抗蚀剂剂在后面的工艺中必须保护下面的衬底。正如抗蚀剂剂的名字
一样,这种物质具有抵抗腐蚀的能力力。
尽管半导体生产中使用正性和和负性两种抗蚀剂剂,但由于正性抗蚀剂剂具有较高的分辨能
力力,故VLSI 中全部选用正性抗蚀剂剂。正因如此,本章几乎所有的讨论都限于正性抗蚀剂剂和和
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它的工艺。 ~
m的VLSI 生产。到到了亚
微米阶段,由于曝光中产生的衍射效应,必须发展分辨率更高的技术来代替光学光刻刻。
通常,抗蚀剂剂的使用者并不过多关心抗蚀剂剂复杂的化化学成分,而对其性能较关心。本
章主要讨论其性能。

通常的光致抗蚀剂剂由三种成分组成:a) 、基体材料(也叫树脂),作为粘合剂剂,确定了
膜的机械特性;b) 、增感剂剂(也叫阻化化剂剂), 是一种感光的化化合物(PAC) ;c) 、溶剂剂(不同于显
影液溶剂剂),使抗蚀剂剂保持液态,但涂在衬底上时会挥发掉。基体材料通常对入射辐射无反
应。也就是说,照射下不发生化化学变化化,但提供了有粘附力力和和耐腐蚀性的保护层,也确定
了抗蚀剂剂的其它薄膜特性,如厚度、折射性和和热流稳定性。
增感剂剂是抗蚀剂剂中对光化化学辐射有反应的成分。词语“光化化学的”与引起光化化学变化化的
辐射能量特性有关(尤其是在可见光和和紫外光区间)。增感剂剂给抗蚀剂剂提供耐显影剂剂特性和和
辐射吸吸收特性。
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光致抗蚀剂剂材料参数
前前面已经指出,抗蚀剂剂有两基本功功能:1) 、精确图形形成;2) 、刻刻蚀时保护衬底。抗
蚀剂剂本身所拥有的一系列材料特性影响响了这些功功能的实现。这些材料参数可分为三类:a) 、
光学性质:包包括分辨率、感光灵敏度和和折射率;b) 、机械及化化学性质:包包括固体成分含量、
粘度、附着力力、抗蚀能力力、热稳定性、流动动特性及对环境气氛如氧气的敏感度;c) 、有关
加加工和和安全的性能:包包括清