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光刻技術 歷史版本
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光刻技術為一種精密的微細加工技術。
中文全稱
光刻技術
英文全稱
Photetch

  光刻技術是現代半導體、微電子、信息產業的基礎,光刻技術直接決定了這些技術的發展水平。


  概念:集成電路制造中利用光學- 化學反應原理學、物理刻蝕方法,將電路圖形傳遞到單晶表面或介質層上,形成有效圖形窗口或功能圖形的工藝技術。


  原理:首先紫外光通過掩膜版照射到附有一層光刻膠薄膜的基片表面,引起曝光區域的光刻膠發生化學反應;再通過顯影技術溶解去除曝光區域或未曝光區域的光刻膠(前者稱正性光刻膠,后者稱負性光刻膠),使掩膜版上的圖形被復制到光刻膠薄膜上;最后利用刻蝕技術將圖形轉移到基片上。


  光刻工藝的流程介紹:

    (1)涂膠:即在硅片上形成厚度均勻、附著性強、沒有缺陷的光刻膠薄膜。為了增強光刻膠薄膜與硅片之間的附著力,往往需要先用六甲基二硅氮烷(HMDS)、三甲基硅烷基二乙胺(TMSDEA)等物質對硅片進行表面改性。隨后以旋涂的方式制備光刻膠薄膜。

    (2)前烘:經過旋涂后的光刻膠薄膜依舊殘留有一定含量的溶劑。經過較高溫度的烘烤,可以將溶劑盡可能低揮發除去,前烘之后,光刻膠的含量降低到5%左右。

    (3)曝光:即對光刻膠進行光照,此時光反應發生,光照部分與非光照部分因此產生溶解性的差異。

    (4)顯影&堅膜:即將產品浸沒于顯影液之中,此時正性膠的曝光區和負性膠的非曝光區則會在顯影中溶解。以此呈現出三維的圖形。經過顯影后的晶片,需要一個高溫處理過程,成為堅膜,主要作用為進一步增強光刻膠對襯底的附著力。

    (5)刻蝕:受到刻蝕的是光刻膠下方的材料。包括液態的濕法刻蝕和氣態的干法刻蝕。比如對于硅的濕法刻蝕,使用的為氫氟酸的酸性水溶液;對于銅的濕法刻蝕,使用的為硝酸、硫酸等強酸溶液,而干法刻蝕往往使用等離子體或者高能離子束,使材料表面產生損傷而得到刻蝕。

    (6)去膠:最后需要將光刻膠從鏡片表面除去,這一步驟稱為去膠。

 

不同的光刻技術:

  1、沉浸式光刻

    在傳統的光刻技術中,其鏡頭與光刻膠之間的介質是空氣,而所謂浸入式技術是將空氣介質換成液體。實際上,浸入式技術利用光通過液體介質后光源波長縮短來提高分辨率,其縮短的倍率即為液體介質的折射率。

    沉浸式光刻技術也稱為浸入式光刻技術。一般特指193nm浸入式光刻技術。

    在浸入式光刻技術之前,繼436nm、365nm、248nm之后,采用的是193nm干式光刻技術,但在65 納米技術節點上遇到了困難,試驗了很多技術(如157nm干式光刻技術等)但都無法很好的突破這一難題。等到2002年底浸入式技術迅速成為光刻技術中的新寵,而此前業界并沒有認為浸入式技術有如此大的功效。此技術在原來的193nm干式光刻技術平臺之上,因為此種技術的原理清晰及配合現有的光刻技術變動不大,獲得了人們的極大贊賞。2004年12月IBM和臺積電分別宣布采用193 nm浸入式光刻技術制造出全功能的芯片。

    雖然浸入式光刻已受到很大的關注,但仍面臨巨大挑戰。根據2005版國際半導體技術藍圖》的光刻內容,浸入式光刻的挑戰在于:

    控制由于浸入環境引起的缺陷,包括氣泡和污染;抗蝕劑與流體或面漆的相容性,以及面漆的發展;抗蝕劑的折射指數大于1.8;折射指數大于1.65的流體滿足粘度、吸收和流體循環要求;折射指數大于1.65的透鏡材料滿足透鏡設計的吸收和雙折射要求。


2、極紫外光刻(EUV)

   極紫外光刻(Extreme Ultraviolet Lithography),常稱作EUV光刻,它以波長為10-14納米的極紫外光作為光源的光刻技術。具體為采用波長為13.4nm 的軟x 射線。

   EUV光刻采用波長為10-14納米的極紫外光作為光源,可使曝光波長一下子降到13.5nm,它能夠把光刻技術擴展到32nm以下的特征尺寸

   光刻技術是現代集成電路設計上一個最大的瓶頸。現cpu使用的45nm、32nm工藝都是由193nm液浸式光刻系統來實現的,但是因受到波長的影響還在這個技術上有所突破是十分困難的,但是如采用 EUV光刻技術就會很好的解決此問題,很可能會使該領域帶來一次飛躍。

   但是涉及到生產成本問題,由于193納米光刻是目前能力最強且最成熟的技術,能夠滿足精確度和成本要求,所以其工藝的延伸性非常強,很難被取代。因而在2011年國際固態電路會議 (ISSCC2011)上也提到,在光刻技術方面,22/20nm節點主要幾家芯片廠商也將繼續使用基于193nm液浸式光刻系統的雙重成像(double patterning)技術。


3、定向自組裝(Directedself-assembly, DSA)光刻

    定向自組裝光刻(Directed Self-Assembly ,DSA)是誘導光刻材料在硅片上自發形成有序結構的一種技術。采用的是化學性質不同的兩種單體聚合而成的嵌段共聚物作為原材料,在熱退火下分相形成納米尺度的圖形,再通過一定的方法將圖形誘導成為規則化的納米線或納米孔陣列,從而形成刻蝕模板進行納米結構的制造。

    自組裝(self-assembly),是指基本結構單元(分子,納米材料,微米或更大尺度的物質)自發形成有序結構的一種技術。在自組裝的過程中,基本結構單元在基于非共價鍵的相互作用下自發的組織或聚集為一個穩定、具有一定規則幾何外觀的結構。自組裝具有4個特征:

   1) 由個體集合形成整體組織或系統的過程是自發的、自動的;

   2) 個體之間的結合是非共價力的結合;

   3) 組成整體組織或系統的個體必須能夠自由運動或遷移;

   4) 自組裝形成的整體組織或系統是個體相互作用的熱力學平衡或能量平衡的結果;

   與其他一些技術相比,DSA因為無需光源和掩膜版,具有低成本、高分辨率、高產率的優勢,正逐漸得到人們的廣泛關注,包括Intel、IBM、IMEC在內的眾多國際公司與研究機構已對此項技術開展了相應的研究。


關鍵詞:EUVDSA

參考信息

http://www.sohu.com/a/117264077_352743

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最近更新:2019-06-13 17:13:45

創建者:劉佐巧

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