第九章 基本光刻工艺流程—从曝光到最终检验

1、显影：通过对未聚合光刻胶的化学分解来使图案显影，显影技术被设计成使之把完全一样的掩膜版图案复制到光刻胶上。
a.负光刻胶显影：二甲苯或stoddart溶剂显影，n-丁基醋酸盐冲洗；
b.正光刻胶显影：碱（氢氧化钠或氢氧化钾）+水溶液、或叠氮化四甲基铵氢氧化物的溶液（TMAH）;
c.湿法显影：
沉浸-增加附属方法提高显影工艺，机械搅动、超声波或磁声波等；
喷射-对负胶而言是标准工艺，对温度敏感的正胶却不是很有效，隔热冷却（adiabatic cooling）；
混凝-是用以获得正胶喷射显影工艺优点的一种工艺变化；
等离子去除浮渣-不完全显影造成的一个特俗困难叫做浮渣（scumming），用氧等离子去除；
d.干法（或等离子）显影：干法光刻胶显影要求光刻胶化学物的曝光或未曝光的部分二者之一易于被氧等离子体去除，换言之图案的部分从晶圆表面上氧化掉，一种DESIRE的干法显影工艺会使用甲基硅烷和氧等离子体
2、硬烘焙：与软烘焙一样通过溶液的蒸发来固化光刻胶，常见工艺流程如下:
显影—检验—硬烘焙—刻蚀；显影/烘焙—检验—刻蚀；显影/烘焙—检验—重新烘焙—刻蚀；
硬烘焙温度的上限是以光刻胶流动点而定，高温烘焙会产生边缘线等不良现象；
3、显影检验（develop inspect  DI）：目的是区分那些有很低可能性通过最终掩膜检验的晶圆、提供工艺性能和工艺控制数据、以及分拣出需要重做的晶圆；
a.晶圆被返回掩膜工艺称为重新工艺处理（rework或redo）<10%  5%比较理想
b.检验方法：人工检验（1倍检验）、显微镜检验（随机抽样random sampling）、关键尺寸（Critical Dimension，CD）、自动检验
c.显影检验拒收的原因：检验遵循“首先-不足”（first-fail  basis）原理
碎晶圆、划伤、污染、小孔、MA、桥接、不完全显影、光刻胶翘起、曝光不足、无光刻胶、光刻胶流动、不正确的掩膜版、CD……
4、刻蚀：主要有湿法和干法刻蚀，两种方法的主要目标是将光刻掩膜版上的图案精确地转移到晶圆的表面，其他刻蚀工艺的目标包括一致性、边缘轮廓控制、选择性、洁净度和所有权成本最低化；
a.湿法刻蚀：历史上的刻蚀方法一直是使用液体刻蚀剂沉浸的技术，对于晶圆被刻蚀剂污染的担忧由增加出口过滤器（point-of-use filter）来解决；不安完全刻蚀、过刻蚀（overetch）、各向异性刻蚀（anisotropic）、各向同性刻蚀（isotropic）、底切（undercutting）、选择性（selectivity）
■硅湿法刻蚀：硝酸加氢氟酸的混合水溶液，醋酸等可用来控制放热反应；
■二氧化硅湿法刻蚀：基本的刻蚀剂是氢氟酸(HF)，实际中用49%的氢氟酸与水或氟化胺与水混合。氟化胺[NH<INF/4F>]来缓冲会加速刻蚀速率的氢离子的产生，这种刻蚀溶液称为缓冲氧化物刻蚀（buffered oxide etche）或BOE；
■铝膜湿法刻蚀：对于铝和铝合金有选择性的刻蚀溶液是基于磷酸的（含有磷酸、硝酸、醋酸、水和湿化代理物16：1：1：2），可有效消除雪球（snow ball）等气泡现象；
■淀积氧化物湿法刻蚀：（铝膜上的二氧化硅钝化膜），一般用BOE溶液刻蚀，但容易造成Brown或stain，受青睐的刻蚀剂是氟化胺和醋酸1：2的混合水溶液；
■氮化硅湿法刻蚀：180℃热磷酸溶液，一般光刻胶承受不了此温度和刻蚀速率，改用干法；
■湿法喷射刻蚀：其主要优点是喷射的机械压力而增加了精确度、减小污染、可控性更强、工艺一致性更好，缺点在于成本以及压力系统中有毒刻蚀剂的安全性和对机器老化性的考验；
■蒸气刻蚀：用HF蒸气在密封的系统中进行（一种新的技术）；
■小尺寸湿法刻蚀的局限：
湿法刻蚀局限于3微米以上的图案尺寸；
湿法刻蚀为各向同性刻蚀导致边侧形成斜坡；
湿法刻蚀工艺要求冲洗和干燥步骤；
液体化学品有毒害；
湿法工艺具有潜在的污染；
光刻胶粘结力的失效导致底切。
b.干法刻蚀（dry etching）：等离子体、离子束打磨（刻蚀）和反应离子刻蚀（RIE）
■等离子体刻蚀：桶形刻蚀机（barrel etcher）、平面等离子刻蚀机、电子回旋加速器共振(ECR)、高密度反射电子、Helicon波、感应耦合等离子（ICP）、变压器耦合等离子体(TCP)等；
等离子体系统的刻蚀率由系统设计和化学品两个主要因素决定，其它因素是离子浓度和系统压力；辐射损伤（对晶圆的辐射radiation或对等离子体plasma的损伤、非导体损耗dielectric wearout、下游等离子体downstream plasma）；
选择性是等离子体刻蚀工艺的一个主要的考虑事项，用于控制选择性的4种方法是刻蚀气体配比的选择、刻蚀率、接近工艺结束时的气体稀释来减缓对下层的刻蚀、在系统中使用结束点探测器，其他关注的问题还有：污染、残余物、腐蚀以及所有权成本；
■离子束刻蚀：离子束刻蚀是一个物理工艺，动力传输（momentum transfer）、喷溅刻蚀（sputter etching）或离子打磨（ion milling）；材料的去除是非常有方向性（各向异性），导致良好的小开口区域的精密度，因为是物理工艺，离子打磨的选择性差；
■反应离子刻蚀（RIE）：结合了前二者的优点，一个主要优点是在刻蚀硅层上的二氧化硅层，RIE系统已成为用于最先进生产线中的刻蚀系统；
■干法刻蚀中光刻胶的影响：残余的氧气会刻蚀光刻胶层、温度过高会使光刻胶被烘焙、再一个和温度相关的问题是光刻胶的流动倾向而使图案变形、边侧聚合物（sidewall polymer）沉积变成金属氧化物而难以去除；
5、光刻胶的去除：光刻胶去除剂被分成综合去除剂和专用于正胶及负胶的去除剂，它们也根据晶圆表层类型被分成有金属的和无金属的；
■无金属表面的湿法去除：硫酸和氧化剂溶液（过氧化氢或过硫酸盐胺）、硝酸做氧化剂；
■有金属表面的湿法化学去除：酚有机去除剂、溶液/ 胺去除剂、特殊湿法去除剂；
■干法去胶：等离子场把氧气激发到高能状态，因而将光刻胶成分氧化为气体由真空泵从反应室吸走Ashing；
■离子注入后和等离子去胶：一般地用干法工艺来去除或减少光刻胶，然后加以湿法工艺；
6、最终目检：与显影检测是一样的规程，只是大多数的拒收是无法挽回的，在显影目检中应已被区分并从批料中拿出的晶圆叫做“显影目检漏掉”（develop inspect escapes）
7、光刻版制作：
主要步骤：玻璃/石英板的形成—沉积铬涂层—光刻胶涂层—涂层曝光—图案显影—图案刻蚀—光刻胶去除
工艺流程：电路平面设计—数字化—流程A+激光电子束直接写入流程B和流程C；
流程A图案产生-掩膜版-母版处理-接触印刷附属版-工作版处理-晶圆曝光（接触/接近/投射）；
流程B光刻版-光刻版处理-晶圆曝光（stepper）；
流程C母版-掩膜版处理-晶圆曝光（接近/投射）。