《集成電路制造工藝項(xiàng)目化實(shí)踐》 課件 項(xiàng)目3 光刻

光刻項(xiàng)目3項(xiàng)目導(dǎo)讀

本項(xiàng)目從涂膠工藝任務(wù)入手，先讓讀者對(duì)光刻工藝有一個(gè)初步了解；然后詳細(xì)介紹涂膠、曝光和顯影等專(zhuān)業(yè)技能。通過(guò)曝光和顯影工藝的任務(wù)實(shí)施，讓讀者進(jìn)一步了解光刻工藝。知識(shí)目標(biāo)1.了解光刻工藝2.掌握涂膠、曝光和顯影的工藝操作3.掌握涂膠、曝光和顯影的質(zhì)量評(píng)估4.會(huì)識(shí)讀涂膠、曝光和顯影工藝相關(guān)的隨件單技能目標(biāo)1.能正確操作涂膠、曝光和顯影的設(shè)備，設(shè)置相關(guān)設(shè)備的常規(guī)參數(shù)2.能正確排查涂膠、曝光和顯影的常見(jiàn)故障教學(xué)重點(diǎn)1．涂膠、曝光和顯影的工藝2．檢驗(yàn)涂膠、曝光和顯影的質(zhì)量教學(xué)難點(diǎn)涂膠、曝光和顯影的實(shí)施建議學(xué)時(shí)6學(xué)時(shí)推薦教學(xué)方法

從任務(wù)入手，通過(guò)涂膠的操作，讓讀者了解涂膠的工藝操作，進(jìn)而通過(guò)曝光和顯影的操作，熟悉曝光和顯影的質(zhì)量評(píng)估推薦學(xué)習(xí)方法

勤學(xué)勤練、動(dòng)手操作是學(xué)好光刻工藝的關(guān)鍵，動(dòng)手完成涂膠、曝光和顯影任務(wù)實(shí)施，通過(guò)“邊做邊學(xué)”達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果3.1認(rèn)識(shí)光刻工藝

光刻工藝光刻（photolithography）工藝是利用曝光和顯影，在光刻膠層上刻畫(huà)出幾何圖形結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)刻蝕工藝將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到所在襯底上。在一般情況下，光刻工藝有預(yù)處理、涂膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)和曝光、曝光后烘焙、顯影、堅(jiān)膜烘焙、顯影檢查等8個(gè)工序。光刻工藝基本流程，如下圖所示。3.1認(rèn)識(shí)光刻工藝

光刻工藝流程3.1認(rèn)識(shí)光刻工藝

1．預(yù)處理在涂膠（即涂抹光刻膠）之前，晶圓一般需要進(jìn)行預(yù)處理，步驟如下：（1）對(duì)晶圓進(jìn)行清洗，然后進(jìn)行脫水烘烤。脫水烘烤在一個(gè)封閉腔內(nèi)完成，以除去吸附在晶圓表面上的大部分水汽。（2）為了提高光刻膠在晶圓表面的附著能力，在晶圓脫水烘焙后，要立即用化合物對(duì)其表面進(jìn)行膜處理。目前應(yīng)用的比較多的化合物是六甲基二硅氮烷（HMDS）和三甲基硅烷基二乙胺（TMSDEA）等。預(yù)處理的目的就是在晶圓表面形成一層底膜，以增強(qiáng)晶圓和光刻膠之間的粘附性。3.1認(rèn)識(shí)光刻工藝

2．涂膠涂膠的目的就是在晶圓表面上，涂上一層均勻、平整的光刻膠。目前涂膠的方法，一般采用旋轉(zhuǎn)涂膠法。旋轉(zhuǎn)涂膠法的工藝過(guò)程主要有滴膠、加速旋轉(zhuǎn)、甩掉多余的膠、溶劑揮發(fā)等4個(gè)工序，如下圖所示。旋轉(zhuǎn)涂膠法的工藝過(guò)程3.1認(rèn)識(shí)光刻工藝

在涂膠過(guò)程中，先將光刻膠溶液噴灑在晶圓表面上；然后加速旋轉(zhuǎn)載片臺(tái)（晶圓），直到達(dá)到所需的旋轉(zhuǎn)速度，并以這個(gè)速度保持一段時(shí)間。光刻膠在隨之旋轉(zhuǎn)受到離心力，使得光刻膠向著晶圓外圍移動(dòng)，故涂膠也可以被稱(chēng)作甩膠，經(jīng)過(guò)甩膠之后，留在晶圓表面的光刻膠不足原有的1%。在旋轉(zhuǎn)涂膠的過(guò)程中，滴膠有以下2種方式：（1）靜態(tài)滴膠靜態(tài)滴膠是在載片臺(tái)不旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行滴膠，然后先低速旋轉(zhuǎn)，使光刻膠均勻鋪開(kāi)，然后再按設(shè)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。（2）動(dòng)態(tài)滴膠動(dòng)態(tài)滴膠是在晶圓慢速旋轉(zhuǎn)時(shí)滴膠，然后再加速到設(shè)定的轉(zhuǎn)速。3.1認(rèn)識(shí)光刻工藝

3．軟烘在完成涂膠之后，需要進(jìn)行軟烘（即軟烘干）操作，這一步驟也被稱(chēng)為前烘。在旋轉(zhuǎn)涂膠前，在液態(tài)的光刻膠中通常含有65%~85%的溶劑。在旋轉(zhuǎn)涂膠之后，液態(tài)的光刻膠已經(jīng)成為固態(tài)的薄膜，但仍有10%－20%的溶劑，容易沾污灰塵。通過(guò)光刻膠軟烘，可以使溶劑從光刻膠中揮發(fā)出來(lái)（溶劑含量降至5%左右，光刻膠厚度也會(huì)減?。?，從而降低了灰塵的沾污。同時(shí)，這一步驟還可以減輕因高速旋轉(zhuǎn)形成的薄膜應(yīng)力，從而提高光刻膠的粘附性。3.1認(rèn)識(shí)光刻工藝

4．對(duì)準(zhǔn)和曝光對(duì)準(zhǔn)和曝光的操作過(guò)程是：先將掩膜版的圖形與晶圓上的圖形嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)；然后通過(guò)曝光燈或其他輻射源，將掩膜版的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓的光刻膠圖層上。在曝光過(guò)程中，從光源發(fā)出的光會(huì)通過(guò)對(duì)準(zhǔn)的掩膜版。在掩膜版上，有對(duì)準(zhǔn)的和不對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域，這些區(qū)域形成了要最終轉(zhuǎn)移到晶圓表面的圖形。3.1認(rèn)識(shí)光刻工藝

曝光后的晶圓，從曝光系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到晶圓軌道系統(tǒng)后，需要進(jìn)行短時(shí)間的曝光后烘焙。為促進(jìn)光刻膠的化學(xué)反應(yīng)，需要對(duì)光刻膠進(jìn)行烘焙，其目的是提高光刻膠的粘附性并減小駐波反應(yīng)。操作時(shí)，晶圓被放在自動(dòng)軌道系統(tǒng)的一個(gè)熱板上，處理的溫度和時(shí)間需要根據(jù)光刻膠的類(lèi)型來(lái)確定，一般情況下，烘焙溫度為110~130℃，烘焙時(shí)間為1~2min。5．曝光后烘焙3.1認(rèn)識(shí)光刻工藝

6．顯影顯影就是利用顯影液，溶解掉晶圓上不需要的光刻膠。顯影分為正膠顯影和負(fù)膠顯影。對(duì)于負(fù)性光刻膠，常用的是二甲苯；對(duì)于正性光刻膠，常用的是堿性溶劑。在顯影過(guò)程中，一些關(guān)鍵參數(shù)必須被控制：顯影溫度、顯影時(shí)間、顯影液量、晶圓吸盤(pán)、當(dāng)量濃度、清洗、排風(fēng)等。3.1認(rèn)識(shí)光刻工藝

7．堅(jiān)膜烘焙在顯影后，需要進(jìn)行堅(jiān)膜烘焙，也稱(chēng)為熱烘焙。堅(jiān)膜烘焙的目的是蒸發(fā)掉光刻膠剩余的溶劑，改善膠膜與晶圓的黏附性，增強(qiáng)膠膜的抗蝕能力。堅(jiān)膜烘焙溫度的起始點(diǎn)由光刻膠生產(chǎn)商的推薦設(shè)置來(lái)決定。然后根據(jù)產(chǎn)品要求的粘附性和尺寸控制需求對(duì)工藝進(jìn)行調(diào)整。一般情況下，堅(jiān)膜的溫度對(duì)于光刻膠是130℃，對(duì)于負(fù)膠是150℃。3.1認(rèn)識(shí)光刻工藝

8．顯影檢查光刻膠在晶圓表面形成圖形后，需要檢查所形成的光刻膠圖形的質(zhì)量。主要是檢查光刻膠是否有缺陷，以及光刻膠的工藝性能是否滿(mǎn)足規(guī)范要求。使用涂膠機(jī)、光刻膠，采用涂膠工藝，在晶圓表面上覆蓋一層均勻的、并且沒(méi)有缺陷的光刻膠任務(wù)。3.2任務(wù)5涂膠

3.2.1認(rèn)識(shí)涂膠工藝在晶圓制造過(guò)程中，光刻是非常重要的環(huán)節(jié)，是將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移至晶圓表面的光刻膠上的工藝。其中，晶圓表面的光刻膠需要通過(guò)涂膠工序來(lái)實(shí)現(xiàn)涂覆。任務(wù)要求3.2.1認(rèn)識(shí)涂膠工藝

1．涂膠的作用涂膠是光刻工藝中的一部分，在晶圓完成預(yù)處理之后便要進(jìn)行涂膠的操作。涂膠的目的是在晶圓表面覆蓋一層光刻膠，為光掩模版的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓表面光刻膠上打好基礎(chǔ)；另外還可以在后續(xù)工藝中，保護(hù)光刻膠層下面的材料。3.2.1認(rèn)識(shí)涂膠工藝

2．原材料在涂膠工序中，使用的主要原材料是光刻膠。光刻膠是一種有機(jī)化合物，當(dāng)被紫外光曝光后，在顯影溶液中的溶解度會(huì)發(fā)生變化。光刻膠的技術(shù)復(fù)雜，品種較多，根據(jù)光刻膠在曝光前后溶解性變化的不同，可以把光刻膠分為正性膠和負(fù)性膠2大類(lèi)，簡(jiǎn)稱(chēng)正膠和負(fù)膠。3.2.1認(rèn)識(shí)涂膠工藝

（1）正性膠在經(jīng)過(guò)紫外光曝光后的正性膠，變成了可溶物質(zhì)，即可被溶解；而未被紫外光曝光的正性膠，還是一個(gè)不可溶物質(zhì)，即不可被溶解（被保留）。正性膠的原理，如圖（a）所示。3.2.1認(rèn)識(shí)涂膠工藝

（2）負(fù)性膠負(fù)性膠則與正性膠相反，在經(jīng)過(guò)紫外光曝光后的負(fù)性膠，變成了不可溶物質(zhì)，即不可被溶解（被保留）；而未被紫外光曝光的負(fù)性膠，還是一個(gè)可溶物質(zhì)，即可被溶解。負(fù)性膠的原理，如圖（b）所示。在晶圓制造中，所用的光刻膠是以液態(tài)的形式涂在晶圓表面，而后被干燥成膠膜。3.2.1認(rèn)識(shí)涂膠工藝

3．涂膠的質(zhì)量要求在晶圓表面上，需要涂有一層均勻的、且無(wú)缺陷的光刻膠，合格的光刻膠層應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：（1）涂膠均勻、覆蓋完全且滿(mǎn)足厚度要求；（2）膠層表面光潔、無(wú)氣泡、無(wú)針孔；（3）烘烤適當(dāng)，無(wú)脫膠現(xiàn)象。3.2.2涂膠設(shè)備

涂膠工序，是在涂膠機(jī)中進(jìn)行的。涂膠機(jī)主要由上料區(qū)、顯示區(qū)、涂膠區(qū)、烘烤區(qū)等4個(gè)部分組成，是一臺(tái)涂膠、前烘一體的設(shè)備。涂膠機(jī)的外觀，如圖所示。涂膠機(jī)在下圖的涂膠區(qū)中，是采用旋轉(zhuǎn)滴涂的方式，給晶圓表面涂上一層光刻膠的。3.2.3涂膠實(shí)施

1．領(lǐng)料確認(rèn)開(kāi)始作業(yè)前，需要按照生產(chǎn)安排，領(lǐng)取對(duì)應(yīng)的待涂膠的晶圓，進(jìn)行信息核對(duì)，防止出現(xiàn)混料、錯(cuò)料的情況發(fā)生。（1）操作員領(lǐng)料后，依次核對(duì)光刻工藝隨件單、流程單以及晶圓實(shí)物三者之間的信息。（2）信息全部核對(duì)一致，方可對(duì)該物料進(jìn)行作業(yè)；若發(fā)現(xiàn)異常則需要上報(bào)相關(guān)人員，處理正常后繼續(xù)作業(yè)。所有信息核對(duì)正常，如下圖所示。3.2.3涂膠實(shí)施

信息核對(duì)一致（3）信息確認(rèn)無(wú)誤后，點(diǎn)擊“繼續(xù)”按鍵，轉(zhuǎn)移至工位處進(jìn)行作業(yè)。3.2.3涂膠實(shí)施

2．設(shè)備準(zhǔn)備1）點(diǎn)擊裝有待涂膠晶圓的晶圓花籃，將其放置到涂膠區(qū)的上料區(qū)。根據(jù)本次作業(yè)晶圓的尺寸，應(yīng)放置到相應(yīng)的上料位，如下圖所示。涂膠機(jī)裝料注意：在放置時(shí)，需將晶圓正面要朝上放置。3.2.3涂膠實(shí)施

（2）打開(kāi)顯示區(qū)界面，選擇設(shè)備需要作業(yè)的上料位，即點(diǎn)擊界面上的按鍵。（3）點(diǎn)擊“program”按鍵，打開(kāi)程序文件，并根據(jù)隨件單選擇本次作業(yè)的涂膠程序，如下圖所示。程序調(diào)用3.2.3涂膠實(shí)施

（4）在上圖中，選擇程序并核對(duì)名稱(chēng)，確認(rèn)后點(diǎn)擊“OK”按鍵，完成程序調(diào)用進(jìn)入啟動(dòng)設(shè)備界面，如下圖所示。設(shè)備啟動(dòng)3.2.3涂膠實(shí)施

（5）在上圖中，點(diǎn)擊“Start”按鍵，開(kāi)始運(yùn)行設(shè)備。同時(shí)，操作員需要在隨件單的程序確認(rèn)處簽字，如下圖所示。程序選擇簽字確認(rèn)3.2.3涂膠實(shí)施

3．設(shè)備運(yùn)行（1）上料機(jī)械手首先開(kāi)始動(dòng)作，依次將上料區(qū)的晶圓轉(zhuǎn)移至涂膠區(qū)，如下圖所示。晶圓上料3.2.3涂膠實(shí)施

（2）涂膠區(qū)開(kāi)始作業(yè)，將光刻膠滴在晶圓上，隨后加快晶圓旋轉(zhuǎn)速度，此時(shí)光刻膠借助離心力的作用，會(huì)覆蓋整個(gè)晶圓表面，并持續(xù)旋轉(zhuǎn)甩去多余的光刻膠，最終在晶圓表面得到均勻的光刻膠膠膜，如下圖所示。涂膠3.2.3涂膠實(shí)施

（3）光刻膠是一種粘稠體，不能直接進(jìn)行曝光，需要進(jìn)一步烘焙以除去光刻膠中的殘留溶劑，增強(qiáng)光刻膠的粘附性。涂膠完成后，機(jī)械手將涂膠區(qū)的晶圓轉(zhuǎn)移至烘烤區(qū)，進(jìn)行前烘（即軟烘）操作，如下圖所示前烘在烘烤時(shí)，要注意控制烘烤溫度與時(shí)間，防止烘烤不足或過(guò)度烘烤。3.2.3涂膠實(shí)施

4．結(jié)批在涂膠工序操作正常完成后，操作員確認(rèn)本次作業(yè)正常完成，且制品合格，記錄相關(guān)信息，完成結(jié)批，如下圖所示。結(jié)批作業(yè)完成后，要清理工位，等待下一批作業(yè)。3.2.4涂膠常見(jiàn)異常故障排除在涂膠過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)一些異常，需要及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的處理。在這里，主要介紹幾種常見(jiàn)的異常故障。1．設(shè)備異常報(bào)警（1）異常描述設(shè)備發(fā)出報(bào)警，并在顯示器處顯示異常，點(diǎn)擊界面進(jìn)行查看，如下圖所示。異常報(bào)警界面3.2.4涂膠常見(jiàn)異常故障排除（2）異常分析與處理本次報(bào)警顯示設(shè)備轉(zhuǎn)速偏低，點(diǎn)擊“詳細(xì)信息”查看該故障出現(xiàn)的可能原因，按照提示信息中給出建議與處理方式，依次排查，直至完成異常故障排除，如下圖所示。異常故障詳細(xì)信息異常故障處理完成以及調(diào)試正常后，繼續(xù)運(yùn)行設(shè)備。3.2.4涂膠常見(jiàn)異常故障排除2．涂膠不勻光刻膠的膠層外觀質(zhì)量，需要利用顯微鏡進(jìn)行檢查。點(diǎn)擊涂膠后的晶圓，將其放到顯微鏡下方觀察其涂膠情況，如下圖所示。外觀檢查3.2.4涂膠常見(jiàn)異常故障排除（1）異常描述在顯微鏡下觀察到晶圓表面的膠層顏色不均勻，存在涂膠不均的問(wèn)題，如下圖所示。涂膠不勻3.2.4涂膠常見(jiàn)異常故障排除（2）異常分析與處理1）將出現(xiàn)問(wèn)題的晶圓表面光刻膠洗掉，重新進(jìn)行涂膠操作；2）經(jīng)過(guò)樣片模擬加工過(guò)程，驗(yàn)證出現(xiàn)該異常的原因；3）針對(duì)排查出的異常原因，制定對(duì)應(yīng)的糾正/預(yù)防措施并實(shí)施。3.3任務(wù)6曝光

任務(wù)要求在晶圓制造過(guò)程中，光刻是非常重要的環(huán)節(jié)，是將光刻掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移至晶圓表面的光刻膠上的工藝。使用曝光機(jī)（光刻機(jī)）和光刻掩膜版，在涂了光刻膠的晶圓上，利用曝光來(lái)完成光刻掩膜版圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上的任務(wù)。3.3.1認(rèn)識(shí)曝光工藝3.3.1認(rèn)識(shí)曝光工藝1．曝光的作用曝光是光刻工藝中的重要部分，需要經(jīng)過(guò)對(duì)準(zhǔn)、曝光兩個(gè)過(guò)程。它利用光刻膠的性質(zhì)，針對(duì)涂膠之后晶圓進(jìn)行操作。3.3.1認(rèn)識(shí)曝光工藝1．曝光的作用在曝光作業(yè)時(shí)，紫外光透過(guò)光刻掩膜版照射到晶圓表面的光刻膠上，被照射的光刻膠的溶解性改變。根據(jù)涂膠時(shí)選用的光刻膠的類(lèi)型，光刻掩膜版上的圖形在光刻膠上成為了可溶或者不可溶的物質(zhì)。光源：①高壓汞燈：240nm-500nm的紫外線(xiàn)②準(zhǔn)分子激光源：深紫外線(xiàn)一般的，波長(zhǎng)越小，做出來(lái)的圖形尺寸越小。重要工藝參數(shù)：曝光度曝光的目的是把光刻掩膜版上的電路圖形投影到光刻膠上，并引起光化學(xué)反應(yīng)，最常規(guī)的光刻光源便是紫外光，還有X射線(xiàn)、電子束和離子束。2．原材料光刻掩膜版（又稱(chēng)光罩，英文為MaskReticle），簡(jiǎn)稱(chēng)掩膜版，是光刻工藝中所用的圖形母版，每次光刻都必須有一塊掩膜版。一塊集成電路需要6~7次甚至10多次的光刻，每次光刻之間都要嚴(yán)格套準(zhǔn)。光刻掩膜版的外觀，如下圖所示。光刻掩膜版3.3.1認(rèn)識(shí)曝光工藝3.3.1認(rèn)識(shí)曝光工藝由于掩膜版用于大量的圖形轉(zhuǎn)移，所以掩膜版上的缺陷將直接影響晶圓的質(zhì)量，因此，對(duì)掩膜版的質(zhì)量要求非常高。掩膜版上的缺陷一般來(lái)自2個(gè)方面，一個(gè)是掩膜版自身的缺陷，如針孔、黑點(diǎn)、黑區(qū)（即遮光區(qū)）突出、白區(qū)（即透光區(qū)）突出、邊緣不均勻、劃傷等，這些都是在掩膜版的制造過(guò)程中產(chǎn)生的，可通過(guò)目檢以及同原版進(jìn)行比較而篩選掉；另一方面是附著在掩膜版上的異物，所以掩膜版上常常加一層保護(hù)膜以防止異物的影響。曝光后烘焙：方法：熱板加熱，溫度110-130℃，時(shí)間1-2分鐘。目的：①減少駐波反應(yīng)（薄膜干涉）。②去除剩余溶劑，增粘。3.3.1認(rèn)識(shí)曝光工藝3．曝光的質(zhì)量要求合格的曝光應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：（1）曝光位置準(zhǔn)確，曝光時(shí)需要對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，保證圖形位置符合要求；（2）圖形準(zhǔn)確，光刻膠不可溶的部分是要保留的部分；（3）圖形完整，無(wú)缺失或多余部分；（4）表面潔凈，無(wú)沾污。3.3.2曝光設(shè)備

進(jìn)行曝光作業(yè)的設(shè)備稱(chēng)為曝光機(jī)，又稱(chēng)光刻機(jī)，它能通過(guò)一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束投射過(guò)畫(huà)著線(xiàn)路圖的掩膜版，經(jīng)物鏡補(bǔ)償各種光學(xué)誤差，將線(xiàn)路圖成比例縮小后映射到光刻膠上。光刻設(shè)備是芯片行業(yè)最主要，最關(guān)鍵也是最貴的設(shè)備。3.3.2曝光設(shè)備

曝光設(shè)備原理在曝光過(guò)程中，從光源發(fā)出的光通過(guò)對(duì)準(zhǔn)的掩膜版。曝光設(shè)備的工作原理，如下圖所示。3.3.2曝光設(shè)備

在這里，以步進(jìn)式重復(fù)曝光機(jī)為例進(jìn)行介紹。曝光機(jī)主要由上料區(qū)、轉(zhuǎn)移區(qū)、曝光區(qū)和顯示區(qū)4個(gè)部分構(gòu)成。步進(jìn)式重復(fù)曝光機(jī)的外觀圖，如圖所示。曝光機(jī)荷蘭ASML（阿斯麥）的光刻設(shè)備是全球最好的光刻設(shè)備制造商。ASML-飛利浦成立之初-1980年-1985年-2002年摩爾定律：集成電路密度每年/每?jī)赡攴槐?。為?shí)現(xiàn)摩爾定律，光刻技術(shù)就需要每?jī)赡臧哑毓怅P(guān)鍵尺寸(CD)降低30%-50%，縮短波長(zhǎng)是最直接的手段。光刻光源被卡在193nm無(wú)法進(jìn)步長(zhǎng)達(dá)20年。工程解決方案！在晶圓光刻膠上方加1mm厚的水！-ASML3.3.3曝光實(shí)施

1．領(lǐng)料確認(rèn)開(kāi)始作業(yè)前，需要按照生產(chǎn)安排，領(lǐng)取對(duì)應(yīng)的待曝光的晶圓，進(jìn)行信息核對(duì)，防止出現(xiàn)混料、錯(cuò)料的情況發(fā)生。（1）操作員領(lǐng)料后，依次核對(duì)光刻工藝隨件單、流程單以及晶圓實(shí)物三者之間的信息。信息核對(duì)一致（2）信息全部核對(duì)一致，方可對(duì)該物料進(jìn)行作業(yè)；若發(fā)現(xiàn)異常則需要上報(bào)相關(guān)人員，處理正常后繼續(xù)作業(yè)。所有信息已核對(duì)無(wú)誤后，點(diǎn)擊“繼續(xù)”按鍵，轉(zhuǎn)移至工位處進(jìn)行作業(yè)，如下圖所示。3.3.3曝光實(shí)施

2．設(shè)備準(zhǔn)備領(lǐng)取物料后，到達(dá)對(duì)應(yīng)工位進(jìn)行曝光操作。（1）裝有待曝光晶圓的晶圓花籃已放置于上料區(qū)，點(diǎn)擊“上料”按鍵將其固定，如下圖所示。曝光機(jī)裝料注意：放置晶圓時(shí)，應(yīng)根據(jù)晶圓的尺寸，放置到其的專(zhuān)用上料位；還應(yīng)將晶圓正面朝上放置。3.3.3曝光實(shí)施

（2）打開(kāi)顯示區(qū)界面，設(shè)置進(jìn)料的首片晶圓位置，即點(diǎn)擊界面上的

按鍵，從01號(hào)片進(jìn)行上料，如下圖所示。進(jìn)料初始位選擇3.3.3曝光實(shí)施

（3）點(diǎn)擊“AddBatch”按鍵，打開(kāi)程序文件，并根據(jù)隨件單選擇本次作業(yè)的曝光程序。選擇程序后核對(duì)名稱(chēng)，點(diǎn)擊“確定”按鍵，調(diào)取批次信息后完成導(dǎo)入，如下圖所示。曝光程序調(diào)用3.3.3曝光實(shí)施

（4）程序調(diào)用后，點(diǎn)擊“StartProduction”按鍵，開(kāi)始運(yùn)行設(shè)備，如下圖所示。設(shè)備啟動(dòng)3.3.3曝光實(shí)施

3．設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)置完成，開(kāi)始進(jìn)行曝光操作。（1）上料機(jī)械手首先開(kāi)始動(dòng)作，依次將上料區(qū)的晶圓轉(zhuǎn)移至曝光區(qū)，如下圖所示。曝光上料3.3.3曝光實(shí)施

機(jī)械臂將晶圓傳送至預(yù)對(duì)準(zhǔn)的機(jī)械位置后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)和傳感器作用尋找定位邊，同時(shí)掩膜版被送到指定位置。曝光臺(tái)上有一基準(zhǔn)標(biāo)記，光刻機(jī)的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)分別將掩膜版和晶圓與該基準(zhǔn)線(xiàn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)，從而確定位置，實(shí)現(xiàn)掩膜版圖形與晶圓對(duì)準(zhǔn)。3.3.3曝光實(shí)施

（2）曝光區(qū)開(kāi)始作業(yè)，通過(guò)一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透過(guò)掩膜版映射到光刻膠上。掩膜版上有透明和不透明的區(qū)域，透明區(qū)域可以透過(guò)紫外光，該區(qū)域的光刻膠被照射后可溶性改變，從而將掩膜版的圖形轉(zhuǎn)移光刻膠上，如下圖所示。曝光3.3.3曝光實(shí)施

（3）在曝光過(guò)程中易產(chǎn)生駐波效應(yīng)，影響后期圖形的尺寸和分辨率。為了降低駐波效應(yīng)的影響，同時(shí)增強(qiáng)光刻膠的粘附性，在曝光之后需要進(jìn)行烘焙，即曝光后烘烤，如下圖所示。曝光后烘烤3.3.3曝光實(shí)施

4．結(jié)批曝光工序操作正常完成后，操作員確認(rèn)本次作業(yè)正常完成，且制品合格，記錄相關(guān)信息，完成結(jié)批，如下圖所示。結(jié)批作業(yè)完成，清理工位，等待下一批作業(yè)。完成曝光的晶圓，通過(guò)后續(xù)的顯影環(huán)節(jié)，將光刻膠的圖形顯現(xiàn)出來(lái)。3.3.4曝光工藝常見(jiàn)異常故障排除

在曝光過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)一些異常，比如設(shè)備異常報(bào)警或曝光外觀異常等，需要進(jìn)行對(duì)應(yīng)的處理。在這里，主要介紹幾種常見(jiàn)的異常故障。1．設(shè)備異常報(bào)警（1）異常描述設(shè)備發(fā)出報(bào)警，并在顯示器處顯示異常，點(diǎn)擊界面進(jìn)行查看，如下圖所示。異常報(bào)警界面3.3.4曝光工藝常見(jiàn)異常故障排除

（2）查看報(bào)警分析與處理本次報(bào)警顯示設(shè)備的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)異常，點(diǎn)擊“詳細(xì)信息”查看該故障出現(xiàn)的可能原因，按照提示信息中給出建議與處理方式，依次排查，直至完成異常故障排除，如下圖所示。故障詳情異常故障處理完成以及調(diào)試正常后，繼續(xù)運(yùn)行設(shè)備。3.3.4曝光工藝常見(jiàn)異常故障排除

2．場(chǎng)偏曝光的外觀質(zhì)量需要利用顯微鏡進(jìn)行檢查，點(diǎn)擊曝光后的晶圓，將其放到顯微鏡下方觀察其曝光情況，如下圖所示。外觀檢查3.3.4曝光工藝常見(jiàn)異常故障排除

在顯微鏡下，觀察到曝光后所有的圖形發(fā)生偏移，出現(xiàn)場(chǎng)偏的問(wèn)題，如下圖所示。場(chǎng)偏（1）異常描述3.3.4曝光工藝常見(jiàn)異常故障排除

（2）異常處理1）洗去出現(xiàn)問(wèn)題的晶圓表面的光刻膠，重新進(jìn)行涂膠與曝光的操作。分析出現(xiàn)該異常的原因，場(chǎng)偏通常與對(duì)準(zhǔn)異常有關(guān)。2）針對(duì)排查出的異常原因，制定對(duì)應(yīng)的糾正/預(yù)防措施并實(shí)施。3.4任務(wù)7顯影

任務(wù)要求使用噴射自動(dòng)顯影機(jī)和顯影液，采用旋覆浸沒(méi)的顯影方式，通過(guò)顯影液溶把經(jīng)過(guò)曝光后的可溶性光刻膠溶解掉，使得光刻膠上的圖形顯現(xiàn)出來(lái)。3.4.1認(rèn)識(shí)顯影顯影是光刻工藝中的一部分。曝光后，晶圓表面上的光刻膠性質(zhì)已經(jīng)發(fā)生了改變，利用顯影液溶可以溶解掉不需要的光刻膠，將光刻膠上的圖形顯現(xiàn)出來(lái)。顯影是將經(jīng)過(guò)曝光后的可溶性光刻膠，使用一定的化學(xué)試劑溶解掉，從而在光刻膠上準(zhǔn)確的顯示出與掩膜版對(duì)應(yīng)的圖形。顯影的重點(diǎn)是要求產(chǎn)生的關(guān)鍵尺寸達(dá)到相應(yīng)的規(guī)格要求。1．顯影的作用3.4.1認(rèn)識(shí)顯影

2．原材料在顯影過(guò)程中需要使用顯影液，其是溶解不需要的光刻膠的化學(xué)溶劑。根據(jù)光刻膠的不同，顯影也分為正膠顯影和負(fù)膠顯影。對(duì)于正性光刻膠，由于顯影后生成羧酸類(lèi)衍生物，所以正膠顯影液常用堿性溶劑，如KOH溶液；對(duì)于負(fù)性光刻膠，二甲苯是常用的化學(xué)品。晶圓在真空吸盤(pán)上旋轉(zhuǎn)時(shí)，顯影液被噴涂到光刻膠上。正性膠與負(fù)性膠在顯影前后的變化示意圖，如下圖所示。（a）正性光刻膠顯影（b）負(fù)性光刻膠顯影顯影前后變化示意圖3．顯影方式顯影最原始的方式是沉浸顯影，但其存在問(wèn)題較多，現(xiàn)在不常使用。目前用于晶圓顯影的顯影方式，主要有連續(xù)噴霧顯影和旋覆浸沒(méi)顯影2種顯影方式。（1）用連續(xù)噴霧顯影時(shí)，顯影液以霧的形式噴灑，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)噴嘴噴灑顯影液到晶圓表面時(shí)，真空吸盤(pán)上的單個(gè)晶圓以很慢的速度旋轉(zhuǎn)。3.4.1認(rèn)識(shí)顯影（2）用旋覆浸沒(méi)顯影時(shí)，顯影液以液體的形式噴射，噴到晶圓上的少量顯影液形成了水坑形狀。為在整個(gè)晶圓表面形成一個(gè)似水坑的彎月面，需要足夠的顯影液。同時(shí)要避免過(guò)量的顯影液，以最小化晶圓背面的濕度。旋覆浸沒(méi)顯影的工藝過(guò)程，如下圖所示。（a）旋覆浸沒(méi)式（b）甩掉去除的膠（c）DI超純水，即去離子水清洗（d）甩干旋覆浸沒(méi)顯影的工藝過(guò)程近年來(lái)，大部分的連續(xù)噴霧顯影工藝，已被旋覆浸沒(méi)顯影工藝替代。旋覆浸沒(méi)顯影具有以下特點(diǎn)：（1）為獲得最佳特性，顯影液的流動(dòng)必須保持很低，以減少晶圓邊緣顯影速率的變化，這正是旋覆浸沒(méi)顯影的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槭褂昧俗钌俚娘@影液；（2）需要足夠的顯影液實(shí)現(xiàn)整個(gè)晶圓的完整均勻覆蓋；（3）旋覆浸沒(méi)顯影的每一個(gè)晶圓都使用新的化學(xué)藥品，提高了晶圓間的均勻性；（4）旋覆浸沒(méi)顯影最小化了溫度梯度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)影響單個(gè)晶圓光刻膠顯影均勻性的變量的控制。3.4.1認(rèn)識(shí)顯影在顯影過(guò)程中，需要控制顯影溫度、顯影時(shí)間、顯影液量、晶圓吸盤(pán)、用量濃度、清洗、排風(fēng)等關(guān)鍵參數(shù)。4．顯影工藝控制5．堅(jiān)膜6．顯影檢查7．光刻質(zhì)量分析3.4.2顯影設(shè)備

以旋覆浸沒(méi)顯影為例進(jìn)行介紹，自動(dòng)顯影機(jī)是由顯示區(qū)、上料區(qū)、顯影區(qū)幾個(gè)部分組成。自動(dòng)顯影機(jī)的外觀圖，如下圖所示。自動(dòng)顯影機(jī)3.4.2顯影設(shè)備

（1）顯示區(qū)：進(jìn)行顯影工藝參數(shù)設(shè)置的區(qū)域，并可以監(jiān)控工藝過(guò)程。（2）上料區(qū)：待顯影晶圓進(jìn)料區(qū)域，自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)通過(guò)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)晶圓的轉(zhuǎn)移。（3）顯影區(qū)：顯影設(shè)備的主體部分，采用旋覆浸沒(méi)顯影，通過(guò)高壓氮?dú)鈱⒘鹘?jīng)噴嘴的顯影液打成微小液珠，然后再?lài)娚涞叫D(zhuǎn)的晶圓表面。3.4.3顯影實(shí)施1．領(lǐng)料確認(rèn)開(kāi)始作業(yè)前，需要按照生產(chǎn)安排，領(lǐng)取對(duì)應(yīng)的待顯影的晶圓，進(jìn)行信息核對(duì)，防止出現(xiàn)混料、錯(cuò)料的情況發(fā)生。（1）操作員領(lǐng)料后，依次核對(duì)光刻工藝隨件單、流程單以及晶圓實(shí)物三者之間的信息。（點(diǎn)擊雙向箭頭進(jìn)行核對(duì)）（2）信息全部核對(duì)一致，方可對(duì)該物料進(jìn)行作業(yè)；若發(fā)現(xiàn)異常則需要上報(bào)相關(guān)人員，處理正常后繼續(xù)作業(yè)。所有信息已核對(duì)無(wú)誤后，點(diǎn)擊“繼續(xù)”按鍵，轉(zhuǎn)移至工位處進(jìn)行作業(yè)，如下圖所示信息核對(duì)一致3.4.3顯影實(shí)施2．設(shè)備準(zhǔn)備領(lǐng)取物料后，到達(dá)對(duì)應(yīng)工位進(jìn)行顯影操作。（1）點(diǎn)擊“上料”按鍵，將裝有待顯影晶圓的晶圓花籃放置于上料區(qū)，放置時(shí)將晶圓正面朝上，如圖下圖所示。顯影機(jī)裝料3.4.3顯影實(shí)施

（2）打開(kāi)顯示區(qū)界面，點(diǎn)擊界面上的“LotControl”按鍵，進(jìn)入作業(yè)批次信息設(shè)置的窗口，并根據(jù)隨件單信息設(shè)置作業(yè)晶圓的尺寸，如下圖所示。批次管理3.4.3顯影實(shí)施

（3）尺寸設(shè)置后，點(diǎn)擊“program”按鍵，打開(kāi)程序文件，并根據(jù)隨件單選擇本次作業(yè)的顯影程序。選擇程序后核對(duì)名稱(chēng)，點(diǎn)擊“OK”按鍵，調(diào)取批次信息后完成導(dǎo)入，如下圖所示。顯影程序調(diào)用3.4.3顯影實(shí)施

（4）程序調(diào)用后，點(diǎn)擊“Start”按鍵，開(kāi)始運(yùn)行設(shè)備，操作員確認(rèn)信息，在隨件單上簽字記錄，如下圖所示。設(shè)備啟動(dòng)3.4.3顯影實(shí)施

3．設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)置完成，開(kāi)始進(jìn)行顯影操作，去除需要溶解的光刻膠部分。（1）上料機(jī)械手首先開(kāi)始動(dòng)作，依次將上料區(qū)的晶圓轉(zhuǎn)移至顯影區(qū)。噴嘴將顯影液噴灑到光刻膠表面，通過(guò)一定時(shí)間的反應(yīng)，完成顯影。顯影后，需要用去離子水清洗掉晶圓表面殘留的化學(xué)藥品，并甩干。顯影過(guò)程，如下圖所示。顯影過(guò)程（2）顯影并完成清洗后，還需要進(jìn)行堅(jiān)膜烘焙，也就是高溫烘烤。3.4.3顯影實(shí)施

4．結(jié)批顯影工序操作正常完成后，操作員確認(rèn)本次作業(yè)正常完成，且制品合格，記錄相關(guān)信息，完成結(jié)批，如下圖所示。結(jié)批作業(yè)完成，清理工位，等待下一批作業(yè)。將顯影后的晶圓放置到顯微鏡下，對(duì)其外觀進(jìn)行檢查，如下圖所示。另外，利用線(xiàn)寬測(cè)量設(shè)備進(jìn)行線(xiàn)寬檢查。顯影質(zhì)量檢查3.4.4顯影常見(jiàn)異常故障排除3.4.4顯影常見(jiàn)異常故障排除在顯影過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)一些異常，故需要進(jìn)行顯影檢查，及時(shí)找出顯影圖形有缺陷的晶圓。一般情況下，在顯影過(guò)程中有以下幾個(gè)常見(jiàn)故障。1．線(xiàn)寬或孔不符合關(guān)鍵尺寸的要求（1）異常描述經(jīng)過(guò)測(cè)量與對(duì)比，發(fā)現(xiàn)顯影后的線(xiàn)寬與實(shí)際要求的不符，如下圖所示。線(xiàn)寬對(duì)比3.4.4顯影常見(jiàn)異常故障排除（2）異常分析曝光或顯影時(shí)尺寸過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)使得線(xiàn)寬或孔徑不符合關(guān)鍵尺寸，比如曝光或顯影不足、過(guò)曝光或過(guò)顯影，亦或者沒(méi)有可檢測(cè)的關(guān)鍵尺寸。（3）故障處理尺寸不符合要求，通常是曝光或顯影的參數(shù)問(wèn)題，排查原因后，調(diào)整工藝，并將異常的晶圓返工，重新進(jìn)行光刻操作。2．殘膠（1）異常描述在顯微鏡中觀察到，需要去除光刻膠的區(qū)域有少量不規(guī)則的光刻膠殘留，去除不完全，如下圖所示。殘膠3.4.4顯影常見(jiàn)異常故障排除3.4.4顯影常見(jiàn)異常故障排除（2）異常分析殘膠的存在，通常和曝光、顯影、烘烤等工序有關(guān)。比如曝光不完全、顯影或清洗不完全等。（3）故障處理首先檢查各個(gè)工藝，排查出現(xiàn)該異常的原因，根據(jù)檢查結(jié)果做出相應(yīng)的處理。若是清洗不完全導(dǎo)致的殘留，再次清洗即可；若由于曝光、烘烤或顯影異常引起的殘留，則需要返工，去除光刻膠后再次進(jìn)行光刻作業(yè)。3.4.4顯影常見(jiàn)異常故障排除3．沾污和缺陷（1）異常描述在