光刻工艺基础知识.docx

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1、光刻工艺基础知识PHOTO光刻工艺基础知识PHOTO （注：引用资料）光刻工艺基础知识PHOTOPHOTO流程？答：上光阻一曝光一显影一显影后检查一CD量测一Overlay量测何为光阻？其功能为何？其分为哪两种？搭：Photoresist（光阻）。是一种感光的物质，其作用是将Pattern从光罩（Reticle） 上传递到Wafer上的一种介质。其分为正光阻和负光阻。何为正光阻？答:正光阻，是光阻的一种，这种光阻的特性是将其曝光之后，感光部分的 性质会改变，并在之后的显影过程中被曝光的部分被去除。何为负光阻？答：负光阻也是光阻的一种类型，将其曝光之后，感光部分的性质被改变， 但是这种光阻的特性

2、与正光阻的特性刚好相反，其感光部分在将来的显影过 程中会被留下，而没有被感光的部分则被显影过程去除.何谓Photo?答：Photo=Photolithgraphy，光刻，将图形从光罩上成象到光阻上的过程.Photo主要流程为何？答：Photo的流程分为前处理，上光阻，Soft Bake，曝光，PEB，显影,Hard Bake何谓PHOTO区之前处理？答：在Wafer上涂布光阻之前，需要先对Wafer表面进行一系列的处理工作，以 使光阻能在后面的涂布过程中能够被更可靠的涂布。前处理主要包括Bake， HDMS等过程。其中通过Bake将Wafer表面吸收的水分去除，然后进行HDMS（六甲基乙硅氮烷

3、，以增加光阻与晶体表面附着的能力）工作，以使Wafer表面更 容易与光阻结合。何谓上光阻?答：上光阻是为了在Wafer表面得到厚度均匀的光阻薄膜。光阻通过喷嘴 （Nozzle）被喷涂在高速旋转的Wafer表面，并在离心力的作用下被均匀 的涂布在Wafer的表面。何谓 Soft Bake？答：上完光阻之后，要进行Soft Bake，其主要目的是通过Soft Bake将光阻中 的溶剂蒸发,并控制光阻的敏感度和将来的线宽，同时也将光阻中的残余内应力 释放。何谓曝光？答：曝光是将涂布在Wafer表面的光阻感光的过程,同时将光罩上的图形传递到 Wafer上的过程.何谓 PEB（Post Exposure

4、 Bake）？答:PEB是在曝光结束后对光阻进行控制精密的Bake的过程.其目的在于使被曝 光的光阻进行充分的化学反应,以使被曝光的图形均匀化。何谓显影？答:显影类似于洗照片，是将曝光完成的Wafer进行成象的过程，通过这个过程， 成象在光阻上的图形被显现出来。何谓 Hard Bake？答：Hard Bake是通过烘烤使显影完成后残留在Wafer上的显影液蒸发，并 且固化显影完成之后的光阻的图形的过程。何为BARC？何为TARC？它们分别的作用是什幺？答:BARC=Bottom Anti Reflective Coating, TARC=Top Anti Reflective Coating.

5、BARC是被涂布在光阻下面的一层减少光的反射的物质,TARC则是被涂布在光阻 上表面的一层减少光的反射的物质。他们的作用分别是减少曝光过程中光在光阻 的上下表面的反射，以使曝光的大部分能量都被光阻吸收。何谓 I-line？答：曝光过程中用到的光，由Mercury Lamp （汞灯）产生，其波长为365nm, 其波长较长，因此曝光完成后图形的分辨率较差，可应用在次重要的层次.何谓DUV？答：曝光过程中用到的光，其波长为248nm，其波长较短，因此曝光完成 后的图形分辨率较好，用于较为重要的制程中.I-line与DUV主要不同处为何？答：光源不同，波长不同，因此应用的场合也不同.ILine主要用在

6、较落后 的制程（0.35微米以上）或者较先进制程（0。35微米以下）的NonCritical layer。 DUV则用在先进制程的Critical layer上。何为 Exposure Field?答：曝光区域，一次曝光所能覆盖的区域何谓Stepper?其功能为何？答:一种曝光机，其曝光动作为Step by step形式，一次曝整个exposure field, 一个一个曝过去何谓Scanner?其功能为何？答：一种曝光机，其曝光动作为Scanning and step形式，在一个exposure field曝光时，先Scan完整个field, Scan完后再移到下一个field。何为象差？答

7、：代表透镜成象的能力，越小越好。Scanner比Stepper优点为何？答：Exposure Field大，象差较小曝光最重要的两个参数是什幺？答：Energy（曝光量），Focus（焦距）。如果能量和焦距调整的不好，就不能 得到要求的分辨率和要求大小的图形，主要表现在图形的CD值超出要求的范围。 因此要求在生产时要时刻维持最佳的能量和焦距，这两个参数对于不同的产品会 有不同。何为 Reticle？答：Reticle也称为Mask，翻译做光掩模板或者光罩，曝光过程中的原始图形 的载体，通过曝光过程，这些图形的信息将被传递到芯片上。何为 Pellicle？答：Pellicle是Reticle上为

8、了防止灰尘（dust）或者微尘粒子（Particle）落在光 罩的图形面上的一层保护膜.何为OPC光罩？答：OPC （Optical Proximity Correction）为了增加曝光图案的真实性，做了 一些修正的光罩，例如,0。18微米以下的Poly，Metal layer就是OPC光罩.何为PSM光罩？答：PSM （Phase Shift Mask）不同于Cr mask,利用相位干涉原理成象，目前 大都应用在 contact layer 以及较小 CD 的 Critical layer （如 AA，POLY，METAL1） 以增加图形的分辨率。何为 CR Mask？答:传统的铭膜光罩，

9、只是利用光讯0与1干涉成像，主要应用在较不Critical 的 layer光罩编号各位代码都代表什幺？答:例如 003700156AA-1DA，0037 代表产品号，00 代表 Special code， 156 代表 layer,A代表客户版本，后一个A代表SMIC版本，1代表FAB1，D代表DUV（如果是J, 则代表I-line），A代表ASML机台（如果是C，则代表Canon机台）光罩室同时不能超过多少人在其中？答:2人，为了避免产生更多的Particle和静电而损坏光罩。存取光罩的基本原则是什幺？答：（1）光罩盒打开的情况下，不准进出Mask Room，最多只准保持2个人（2）戴上手套

10、（3）轻拿轻放如何避免静电破坏Mask?答：光罩夹子上连一导线到金属桌面，可以将产生的静电导出。光罩POD和FOUP能放在一起吗?它们之间至少应该保持多远距离？答：不能放在一起，之间至少要有30公分的距离，防止搬动FOUP时碰撞 光罩Pod而损坏 光罩。何谓Track?答:Photo制程中一系列步骤的组合，其包括：Wafer的前、后处理，Coating （上光阻），和Develop（显影）等过程。Inline Track 机台有几个 Coater 槽，几个 Developer 槽？答:均为4个机台上亮红灯的处理流程？答：机台上红灯亮起的时候表明机台处于异常状态，此时已经不能RUN货， 因此应该

11、及时Call E.E进行处理.若EE现在无法立即解决，则将机台挂DOWN。何谓WEE?其功能为何？答：Wafer Edge Exposure。由于Wafer边缘的光阻通常会涂布的不均匀， 因此一般不能得到较好的图形,而且有时还会因此造成光阻peeling而影响其它 部分的图形,因此将Wafer Edge的光阻曝光，进而在显影的时候将其去除，这 样便可以消除影响。何为PEB?其功能为何？答:Post Exposure Bake，其功能在于可以得到质量较好的图形。（消除 standing waves）PHOTO POLYIMIDE所用的光阻是正光阻还是负光阻答：目前正负光阻都有,SMIC FAB内

12、用的为负光阻。RUN货结束后如何判断是否有wafer被reject?答：查看RUN之前lot里有多少Wafer,再看Run之后lot里的WAFER是否有少掉，如果有少，则进一步查看机台是否有Reject记录.何谓Overlay?其功能为何？答：迭对测量仪。由于集成电路是由很多层电路重迭组成的，因此必须保证 每一层与前面或者后面的层的对准精度，如果对准精度超出要求范围内，则可能 造成整个电路不能完成设计的工作。因此在每一层的制作的过程中，要对其与前 层的对准精度进行测量，如果测量值超出要求，则必须采取相应措施调整process condition.何谓ADI CD？答：Critical Dime

13、nsion，光罩图案中最小的线宽。曝光过后，它的图形也被 复制在Wafer上，通常如果这些最小的线宽能够成功的成象，同时曝光的其它的 图形也能够成功的成象。因此通常测量CD的值来确定process的条件是否合适。何谓CD-SEM?其功能为何？答:扫描电子显微镜。是一种测量用的仪器，通常可以用于测量CD以及观察 图案。PRS的制程目的为何？答:PRS (Process Release Standard)通过选择不同的条件(能量和焦距)对 Wafer曝光，以选择最佳的process conditiono何为ADI？ ADI需检查的项目有哪些？答:After Develop Inspection，曝

14、光和显影完成之后，通过ADI机台对所产生 的图形的定性检查，看其是否正常，其检查项目包括:Layer ID,Locking Corner,Vernier，Photo Macro Defect何为 OOC, OOS，OCAP？答：OOC=out of control, OOS=Out of Spec，OCAP=out of control action plan当需要追货的时候，是否需要将ETCH没有下机台的货追回来？答:需要.因为通常是process出现了异常，而且影响到了一些货，因此为了 减少损失,必须把还没有ETCH的货追回来，否则ETCH之后就无法挽回损失.PHOTO ADI检查的SIT

15、E是每片几个点？答：5点，Wafer中间一点，周围四点。PHOTO OVERLAY检查的SITE是每片几个点？答:20PHOTO ADI检查的片数一般是哪几片？答：#1，#6, #15，#24；统计随机的考虑何谓RTMS,其主要功能是什幺？答：RTMS （Reticle Management System） 光罩管理系统用于 trace 光罩 的 History，Status,Location,and Information 以便于光罩管理PHOTO区的主机台进行PM的周期？答：一周一次PHOTO区的控片主要有几种类型答：（1） Particle :作为Particle monitor用的芯片

16、，使用前测前需小于10颗（2） Chuck Particle :作为Scanner测试Chuck平坦度的专用芯片，其平坦度 要求非常高（3） Focus :作为 Scanner Daily monitor best 的 wafer（4）CD :做为 photo 区 daily monitor CD 稳定度的 wafer（5）PR thickness :做为光阻厚度测量的wafer（6） PDM :做为 photo defect monitor 的 wafer当TRACK刚显示光阻用完时，其实机台中还有光阻吗？答：有少量光阻WAFER SORTER有读WAFER刻号的功能吗？答:有光刻部的主要机

17、台是什幺？它们的作用是什幺？答：光刻部的主要机台是：TRACK（涂胶显影机），Sanner（扫描曝光机）为什幺说光刻技术最象日常生活中的照相技术答：Track把光刻胶涂附到芯片上就等同于底片，而曝光机就是一台最高级 的照相机。光罩上的电路图形就是人物。通过对准，对焦，打开快门，让一定量的光照过 光罩，其图像呈现在芯片的光刻胶上，曝光后的芯片被送回Track的显影槽, 被显影液浸泡，曝光的光刻胶被洗掉，图形就显现出来了光刻技术的英文是什幺答：Photo Lithography常听说的.18或点13技术是指什幺？答:它是指某个产品，它的最小CD的大小为0。18um or 0。13um.越小 集成度

18、可以越高，每个芯片上可做的芯片数量越多，难度也越大.它是代表工艺 水平的重要参数.从点18工艺到点13工艺到点零9。难度在哪里？答:难度在光刻部，因为图形越来越小，曝光机分辨率有限.曝光机的NA是什幺？答:NA是曝光机的透镜的数值孔径;是光罩对透镜张开的角度的正玹值。最 大是1；先进的曝光机的NA在0.5 0。85之间。曝光机分辨率是由哪些参数决定的？答:分辨率=k1*Lamda/NA。Lamda是用于曝光的光波长;NA是曝光机的透 镜的数值孔径；k1是标志工艺水准的参数，通常在0.40.7之间。如何提高曝光机的分辨率呢？答：减短曝光的光波长，选择新的光源；把透镜做大，提高NA。现在的生产线上

19、，曝光机的光源有几种，波长多少？答:有三种：高压汞灯光谱中的365nm谱线，我们也称其为I-line; KrF激 光器，产生248 nm的光；ArF激光器，产生193 nm的光；下一代曝光机光源是什幺？答：F2激光器.波长157nm我们可否一直把波长缩短，以提高分辨率？困难在哪里？答:不可以.困难在透镜材料。能透过157nm的材料是CaF2,其晶体很难 生长.还未发现能透过更短波长的材料。为什幺光刻区采用黄光照明？答:因为白光中包含365nm成份会使光阻曝光，所以采用黄光；就象洗像的 暗房采用暗红光照明.什幺是SEM答：扫描电子显微镜（Scan Electronic Microscope）光刻

20、部常用的也称道CD SEM.用它来测量CD如何做Overlay测量呢？答：芯片（Wafer）被送进Overlay机台中。先确定Wafer的位置从而找 到Overlay MARK,这个MARK是一个方块IN方块的结构。大方块是前层，小 方块是当层;通过小方块是否在大方块中心来确定Overlay的好坏.生产线上最贵的机器是什幺答：曝光机；5-15百万美金/台曝光机贵在哪里？答：曝光机贵在它的光学成像系统（它的成像系统由15到20个直径在 200 300MM的透镜组成.波面相位差只有最好象机的5%。它有精密的定位系 统（使用激光工作台）激光工作台的定位精度有多高？答:现用的曝光机的激光工作台定位的重

21、复精度小于10nm曝光机是如何保证Overlay50nm答：曝光机要保证每层的图形之间对准精度50nm,它首先要有一个精准的 激光工作台，它把wafer移动到准确的位置.再就是成像系统，它带来的图像 变形35nm.在WAFER上，什幺叫一个Field？答:光罩上图形成象在WAFER上，最大只有26X33mm 一块(这一块就叫一 个Field)，激光工作台把WAFER移动一个Field的位置，再曝一次光，再移动再 曝光。直到覆盖整片WAFER。所以，一片WAFER上有约100左右Field.什幺叫一个Die?答：一个Die也叫一个Chip;它是一个功能完整的芯片。一个Field可包含 多个Die

22、；为什幺曝光机的绰号是印钞机答：曝光机 很贵；一天的折旧有3万-9万人民币之多;所以必须充份利用它 的产能，它一天可产出1600片WAFER。Track和Scanner内主要使用什幺手段传递Wafer：答：机器人手臂(robot)， Scanner的ROBOT有真空(VACCUM)来吸住 WAFER. TRACK 的 ROBOT 设计独特，用边缘 HOLD WAFER。可否用肉眼直接观察测量Scanner曝光光源输出的光答：绝对禁止;强光对眼睛会有伤害为什幺黄光区内只有Scanner应用Foundation (底座)答：Scanner曝光对稳定性有极高要求(减震)近代光刻技术分哪几个阶段？答：

23、从80S至今可分4阶段:它是由曝光光源波长划分的;高压水银灯的Gline(438nm), I-line(365nm)； excimer laser KrF(248nm), ArF laser(193nm)I-line scanner的工作范围是多少？答：CD0.35um以上的图层(LAYER)KrF scanner 的工作范围是多少？答：CD 0。13um以上的图层(LAYER)ArF scanner 的工作范围是多少？答：CD0。08um以上的图层(LAYER)什幺是 DUV SCANNER答：DUV SCANNER 是指所用光源为Deep Ultra Voliet,超紫外线.即 现用的 2

24、48nm,193nm ScannerScanner在曝光中可以达到精确度宏观理解：答:Scanner是一个集机，光，电为一体的高精密机器;为控制iverlay40nm, 在曝光过程中，光罩和Wafer的运动要保持很高的同步性.在250nm/秒的扫描 曝光时，两者同步位置10nm.相当于两架时速1000公里/小时的波音747 飞机前后飞行，相距小于10微米光罩的结构如何？答:光罩是一块石英玻璃，它的一面镀有一层铭膜(不透光).在制造光罩时， 用电子束或激光在铭膜上写上电路图形(把部分铭膜刻掉,透光).在距铭膜5mm 的地方覆盖一极薄的透明膜(叫pellicle)，保护铭膜不受外界污染.在超净室(

25、cleanroom)为什幺不能携带普通纸答：普通纸张是由大量短纤维压制而成，磨擦或撕割都会产生大量微小尘埃 (particle) .进 cleanroom 要带专用的 Cleanroom Paper。如何做CD测量呢？答:芯片(Wafer)被送进CD SEM中。电子束扫过光阻图形(Pattern).有光 阻的地方和无光阻的地方产生的二次电子数量不同；处理此信号可的图像.对图 像进行测量得CD。什幺是DOF答：DOF也叫Depth Of Focus,与照相中所说的景深相似。光罩上图形会 在透镜的另一侧的某个平面成像，我们称之为像平面(Image Plan)，只有将像平 面与光阻平面重合(In F

26、ocus)才能印出清晰图形.当离开一段距离后，图像模 糊.这一可清晰成像的距离叫DOF曝光显影后产生的光阻图形(Pattern )的作用是什幺？答：曝光显影后产生的光阻图形有两个作用：一是作刻蚀的模板，未盖有光 阻的地方与刻蚀气体反应，被吃掉.去除光阻后，就会有电路图形留在芯片上.另 一作用是充当例子注入的模板.光阻种类有多少？答:光阻种类有很多.可根据它所适用的曝光波长分为I-line光阻，KrF光 阻和ArF光阻光阻层的厚度大约为多少？答：光阻层的厚度与光阻种类有关.I-line光阻最厚，0。7um to 3um。KrF 光阻 0.4-0.9um。ArF 光阻 0.2-0。5um.哪些因素

27、影响光阻厚度？答：光阻厚度与芯片(WAFER)的旋转速度有关，越快越薄，与光阻粘 稠度有关.哪些因素影响光阻厚度的均匀度？答：光阻厚度均匀度与芯片(WAFER)的旋转加速度有关，越快越均匀， 与旋转加减速的时间点有关.当显影液或光阻不慎溅入眼睛中如何处理答：大量清水冲洗眼睛，并查阅显影液的CSDSCChemical Safety Data Sheet)，把它提供给医生，以协助治疗随着科技的进步，微电子工业的制造技术一日千里，其中微影技术扮演着最重要 的角色之一。只要关于图形上的定义(patterning)，皆需要使用微影技术，本文 将对一般最常使用的光学微影技术(Optical Lithogr

28、aphy)作一简单的介绍。所谓的光微影术，简单的说就是希望将设计好的线路图形，完整且精确地 复制到晶圆上.如图一所示，半导体厂首先需将设计好的图形制作成光罩(photo mask)，应用光学成像的原理，将图形投影至晶圆上。由光源发出的光，只有经过 光罩透明区域的部分可以继续通过透镜,而呈像在晶圆表面.晶圆表面事先需经清洁处理，再涂抹上类似底片功能的感光化学物质，称为 光阻剂(photoresist).通过光罩及透镜的光线会与光阻剂产生反应，通常 我们称此步骤为曝光。图一：为标准光微影制程，曝光源通过光罩、透镜，最后将光罩图形成像于晶 圆上。(取自Ref. 1)曝光后的晶圆需再经显影(devel

29、opment )步骤，以化学方式处理晶圆上曝光与未曝光的光阻剂，即可将光罩上的图形完整地转移到芯片上,然后接续其它 的制程。因此在光微影技术中，光罩、光阻剂、光阻涂布显影设备、对准曝光系 统等，皆是在不同的制程中,可以视需要选择使用不同的光阻剂，以移除或保留选 定的图形，类似雕刻中的阴刻或阳刻技巧。如图二所示，右边使用的是正光阻， 经光罩阻挡而未曝光的部份可以保护底下的晶圆，曝光的部份最后则经蚀刻移除; 图左使用的是负光阻，移除的是曝光的部份。图二：选择使用不同的光阻剂的制程；右下图使用的是正光阻，左下图使用的 是负光阻。（取自Ref. 2）一uv lightM非kPosilide Resis

30、t一般来说，IC的密度越高，操作速度越快、平均成本也越低，因此半导体厂商无不绞尽脑汁要将 半导体的线宽缩小，以便在晶圆上塞入更多晶体管。然而，光微影术所能制作的 最小线宽与光源的波长成正比（稍后解释），因此要得到更小的线宽，半导体制 程不得不改采波长更短的光源。如图三所示，随着光源波段的不同，制程技术已经由Gline（436nm）、 I-line（365nm）的 0.350。5 微米，进展到目前的 KrF （248nm）及 ArF（ 193nm） 的0.250O 1微米的制程技术,虽然原则上可以制造出更微小的电子组件，但伴 随而来的是成本的增加及制程上的困难。因此，随着组件尺寸持续缩小，光微影

31、 技术已成为半导体制程的最大瓶颈，若是无法加以突破，半导体工业的发展势将 受到阻碍。图三：不同波长的光源，适用于不同的线宽尺寸。光源的能量越高，波长越短 可制作的线宽越小.（取自Ref。3）-436nmline - 3斜ii】Krf - 24nniI KrtrHsn FiuSdkMxrl - J 93nmGil .-157；(.jkium t h IX-Ray,EUV；Projdios E-beam根据雷利准则(Rayleigh criterion)，光学系统所能够分辨出的 最小宽度(相当于分辨率)，与光的波长(入)成正比，而与数值孔径(NA)成反比， 亦即砒解析度A(NA)这就是所谓的绕射极

32、限(diffraction limit)。根据这个关系式，若使 用较短波长的曝光源，或是数值孔径(NA)较大的透镜，理论上可以提高解析能力， 换言之可以获得较小的线宽。然而，还有其它因素也必须纳入考虑.根据雷利准则的另一关系式，DOF(聚焦深度)xr(2)(NA)我们发现不论使用波长较短的光源，或数值孔径较大的透镜，都会使得 聚焦深度(Depth of Focus，DOF)变小.不幸的是，通常聚焦深度越大，越适 合量产，所以如何妥善搭配光源与透镜，既使线宽缩小，又能维持产量，向 来是半导体业者最大的挑战。一般来说，半导体业者会先尝试调整NA来改善解析度，待聚焦深度 无法符合量产条件时，才会想要

33、转换波长更短的光源。这是因为每换一种曝光 源，相关的设备如曝光机台、光阻剂等皆需做相应的调整，会牵涉到大量的人 力、物力及时间，困难度很高.有鉴于此，在进入更小线宽的微影技术领域前，如何善用目前的微影技术（含设备及材料），又能进入奈米尺度，成为一个相当重要 的议题。此处我们简单介绍几种可以改善目前分辨率的方法，包括离轴照明 （off-axis illumination）、相偏移光罩（phase shift mask）以及邻近效应修 正（optical proximity correction ）。离轴照明（offaxis illumination）：经由光罩而散射出来的光束，绕射角度相当大，透

34、镜的数值孔径必须够大, 才能充分收集这些带有光罩图形数据的光束，然而根据（2）式，数值孔径增加 会使聚焦深度减少，反而不利于量产。如果我们能适当地安排使入射光与光罩平 面夹一角度，第零阶绕射光不再成垂直入射，聚焦深度便可增加，相当于在相同 的数值孔径下提高分辨率.图四:左图为使用传统光罩的三光束成像系统；右图为利用环形光罩产生的离 轴照conventionalannular图五：（a）为单一光点的绕射图形，（b）为两光点彼此互相干射的结果，（c） 当两光点的距离太小时，则无法分辨光点位置。（取自Ref。5）Ihtmilv DH甘ibulMS相偏移光罩(phase shift mask):此方法

35、主要由IBM的M。D. Levenson等人在1982年提出，特色是只 需稍微修改一般的光罩，就能使曝光图形的线宽缩小。其概念很简单，就是在传 统光罩的图形上，选择性地在透光区加上透明但能使光束相位反转180的反向 层，用此光罩来进行微影制程，可使曝光系统之解析能力大增，原因如下：根据绕射原理，行经不同相邻透光区之光线，其影像会因绕射效应而互相 干涉，当两个影像重迭超过一定程度时，观察者就无法解析，如图五所示.由于光是电磁波的一种，我们观察到的光强度变化，其实是电场的平方. 如图六左侧所示，当图形线宽过小时，若使用传统光罩，则强度变化将弱至无法 解析。若能利用某种透明且可使光的相位改变180度的特殊物质，将它选择性置 于透光区中，则如图六右侧所示，迭加后的电场在正负号变化处为零，这些零电 场点亦为零强度点，如此强度的相对变化加大，分辨率因而提高。图六：左侧为使用传统光罩；当线宽太小时，电场强度将无法分辨。右侧为使用 相偏移光罩，电场强度变得清析可辨.（取自Ref. 6）