超大规模集成电路先进光刻理论与应用

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《超大规模集成电路先进光刻理论与应用》，韦亚一 著，出版社： 科学出版社。

科学出版社是中国最大的综合性科技出版机构，由前中国科学院编译局与1930年代创建的有较大影响的龙门联合书局合并而来。科学出版社比邻皇城根遗址公园，是一个历史悠久、力量雄厚，以出版学术书刊为主的开放式出版社。

目录

内容简介

光刻技术是所有微纳器件制造的核心技术。特别是在集成电路制造中，正是由于光刻技术的不断提高才使得摩尔定律（器件集成度每两年左右翻一番）得以继续。《超大规模集成电路先进光刻理论与应用》覆盖现代光刻技术的主要方面，包括设备、材料、仿真（计算光刻）和工艺，内容直接取材于国际先进集成电路制造技术，为了保证先进性，特别侧重于 32nm 节点以下的技术。《超大规模集成电路先进光刻理论与应用》引用了很多工艺实例，这些实例都是经过生产实际验证的，希望能对读者有所启发。

目录

前言

第1章 光刻技术概述1

1.1半导体技术节点1

1.2集成电路的结构和光刻层3

1.3光刻工艺4

1.4曝光系统的分辨率和聚焦深度6

1.4.1分辨率6

1.4.2聚焦深度9

1.4.3调制传递函数11

1.5对设计的修正和版图数据流程12

1.6光刻工艺的评价标准14

1.7去胶返工15

1.8光刻工艺中缺陷的检测16

1.8.1旋涂后光刻薄膜中缺陷的检测16

1.8.2曝光后图形的缺陷检测18

1.9光刻工艺的成本18

1.10现代光刻工艺研发各部分的职责和协作 20

1.10.1晶圆厂光刻内部的分工以及各单位之问的交叉和牵制 20

1.10.2先导光刻工艺研发的模式22

1.10.3光刻与刻蚀的关系23

参考文献 24

第2章 匀胶显影机及其应用 26

2.1匀胶显影机的结构 26

2.2匀胶显影流程的控制程序28

2.3匀胶显影机内的主要工艺单元 29

2.3.1晶圆表面增粘处理 29

2.3.2光刻胶旋涂单元 31

2.3.3烘烤和冷却36

2.3.4边缘曝光39

2.3.5显影单元40

2.4清洗工艺单元 45

2.4.1去离子水冲洗46

2.4.2晶圆背面清洗47

2.5匀胶显影机中的子系统 49

2.5.1化学液体输送系统 49

2.5.2匀胶显影机中的微环境和气流控制 57

2.5.3废液收集系统58

2.5.4数据库系统59

2.6匀胶显影机性能的监测 59

2.6.1胶厚的监测 59

2.6.2旋涂后胶膜上颗粒的监测 60

2.6.3显影后图形缺陷的监测62

2.6.4热盘温度的监测64

2.7集成于匀胶显影机中的在线测量单元 65

2.7.1胶厚测量单元66

2.7.2胶膜缺陷的检测 67

2.7.3使用高速相机原位监测工艺单元内的动态 68

2.8匀胶显影机中的闭环工艺修正 68

2.9匀胶显影设备安装后的接收测试70

2.9.1颗粒测试70

2.9.2增粘单元的验收71

2.9.3旋涂均匀性和稳定性的验收71

2.9.4显影的均匀性和稳定性测试72

2.9.5系统可靠性测试72

2.9.6产能测试72

2.9.7对机械手的要求74

2.10匀胶显影机的使用维护74

参考文献75

第3章 光刻机及其应用78

3.1投影式光刻机的工作原理79

3.1.1步进扫描式曝光79

3.1.2光刻机曝光的流程80

3.1.3曝光工作文件的设定 81

3 .1.4双工件台介绍82

3.2光刻机的光源及光路设计 83

3.2.1光刻机的光源83

3 .2.2投影光路的设计86

3 .2.3 193nm浸没式光刻机89

3.3光照条件 90

3.3.1在轴与离轴照明90

3.3.2光刻机中的照明方式及其定义92

3.3.3光照条件的设置和衍射光学元件 95

3 .3.4像素化和可编程的光照 96

3.3.5偏振照明 97

3.4成像系统中的问题102

3 .4.1波前畸变的Zernike描述103

3 .4.2对成像波前的修正108

3 .4.3投影透镜的热效应109

3 .4.4掩模版形状修正111

3 .4.5掩模热效应的修正111

3 .4.6曝光剂量修正113

3.5聚焦系统115

3.5.1表面水平传感系统115

3.5.2晶圆边缘区域的聚焦117

3.5.3气压表面测量系统118

3.5.4聚焦误差的来源与聚焦稳定性的监控119

3.6光刻机的对准系统120

3.6.1掩模的预对准和定位120

3.6.2晶圆的预对准和定位121

3.6.3掩模工件台与晶圆工件台之问的对准122

3 .6.4掩模与晶圆的对准123

3.6.5对准标识的设计127

3.7光刻机性能的监控131

3.7.1激光输出的带宽和能量的稳定性131

3.7.2聚焦的稳定性131

3.7.3对准精度的稳定性132

3 .7.4光刻机停机恢复后的检查134

3.7.5与产品相关的测试134

参考文献135

第4章 光刻材料137

4.1增粘材料138

4.2光刻胶139

4.2.1用于I-线(365nm波长)和G-线(436nm波长)的光刻胶139

4.2.2用于248nm波长的光刻胶141

4.2.3用于193nm波长的光刻胶144

4.2.4用于193nm浸没式光刻的化学放大胶145

4.2.5 193nm光刻胶的负显影工艺155

4.2.6光刻胶发展的方向157

4.2.7光刻胶溶剂的选取162

4.3光刻胶性能的评估164

4.3.1敏感性与对比度165

4.3.2光学常数与吸收系数168

4.3.3光刻胶的Dill参数169

4.3.4科西系数170

4.3.5光刻胶抗刻蚀或抗离子注入的能力171

4.3.6光刻胶的分辨率176

4.3.7光刻胶图形的粗糙度177

4.3.8光刻胶的分辨率、敏感性及其图形边缘粗糙度之间的关系183

4.3.9改善光刻胶图形边缘粗糙度的工艺185

4.3.10光刻胶旋涂的厚度曲线185

4.3.11 Fab对光刻胶的评估186

4.4抗反射涂层1 88

4.4.1光线在界面处的反射理论189

4.4.2底部抗反射涂层191

4.4.3顶部抗反射涂层196

4.4.4可以显影的底部抗反射涂层197

4.4.5旋涂的含Si抗反射涂层202

4.4.6碳涂层205

4.5用于193nm浸没式光刻的抗水涂层 209

4.5.1抗水涂层材料的分子结构210

4.5.2浸出测试和表面接触角211

4.5.3与光刻胶的兼容性 212

4.6有机溶剂和显影液213

4.7晶圆厂光刻材料的管理和规格要求217

4.7.1光刻材料的供应链217

4.7.2材料需求的预报和订购 217

4.7.3光刻材料在匀胶显影机上的配置217

4.7.4光刻材料供应商必须定期提供给Fab的数据218

4.7.5材料的变更220

参考文献220

第5章 掩模版及其管理225

5.1倍缩式掩模的结构225

5.2掩模保护膜227

5.2.1掩模保护膜的功能227

5.2.2保护膜的材质228

5.2.3蒙贴保护膜对掩模翘曲度的影响229

5.2.4保护膜厚度对掩模成像性能的影响230

5.3掩模版的种类232

5.3.1双极型掩模版232

5.3.2相移掩模234

5.3.3交替相移掩模238

5.4掩模的其他技术问题242

5.4.1衍射效率及掩模三维效应(M3D) 242

5.4.2交替相移掩模上孔径之问光强的差别243

5.4.3交替相移掩模用于光学测量244

5.4.4掩模版导致的双折射效应246

5.5掩模发展的技术路线248

5.6掩模图形数据的准备249

5.7掩模的制备和质量控制253

5.7.1掩模基板254

5.7.2掩模上图形的曝光256

5.7.3掩模版刻蚀工艺257

5.7.4掩模的规格参数259

5.7.5掩模缺陷的检查和修补261

5.8掩模的缺陷及其清洗和检测方法263

5.8.1掩模缺陷的分类和处理办法263

5.8.2清洗掩模的方法268

5.8.3掩模缺陷检测的方法270

5.8.4测试掩模的设计273

5.8.5掩模缺陷对成像影响的仿真评估 274

5.9晶圆厂对掩模的管理276

5.9.1晶圆厂与掩模厂的合作276

5.9.2掩模管理系统276

参考文献281

第6章 对准和套刻误差控制285

6.1光刻机的对准操作287

6.1.1对准标识在晶圆上的分布288

6.1.2曝光区域网格的测定 289

6.1.3曝光区域网格的修正 289

6.1.4光刻机的对准操作291

6.2套刻误差测量293

6.2.1套刻误差测量设备 293

6.2.2套刻误差测量的过程 294

6.2.3常用的套刻标识296

6.2.4曝光区域拼接标识299

6.2.5基于衍射的套刻误差测量300

6.3套刻误差测量结果的分析模型与修正反馈303

6.3.1测量结果 303

6.3.2套刻误差的分析模型304

6.3.3对每一个曝光区域进行独立修正 308

6.4先进工艺修正的设置310

6.5导致套刻误差的主要原因31 1

6.5.1曝光时掩模加热变形财套刻误差的影响313

6.5.2负显影工艺中晶圆的热效应对套刻误差的影响314

6.5.3化学研磨对套刻误差的影响315

6.5.4厚胶工艺对套刻误差的影响315

6.5.5掩模之问的对准偏差对晶圆上套刻误差的影响316

6.6产品的对准和套刻测量链316

6.6.1曝光时的对准和套刻误差测量方案316

6.6.2对准与套刻测量不一致导致的问题318

6.6.3单一机器的套刻误差与不同机器之间的套刻误差321

参考文献323

第7章 光学邻近效应修正与计算光刻325

7.1光学模型325

7.1.1薄掩模近似326

7.1.2考虑掩模的三维效应328

7.1.3光学模型的发展方向 330

7.2光刻胶中光化学反应和显影模型331

7.3光照条件的选取与优化333

7.3.1分辨率增强技术 333

7.3.2光源掩模协同优化338

7.4光学邻近效应修正(0PC)343

7.4.1基于经验的光学邻近效应修正344

7.4.2基于模型的光学邻近效应修正347

7.4.3与光刻工艺窗口相关联的邻近效应修正(PWOPC)357

7.4.4刻蚀对OPC的影响358

7.4.5考虑衬底三维效应的OPC模型359

7.4.6考虑光刻胶三维效应的OPC模型360

7.5曝光辅助图形360

7.5.1禁止周期360

7.5.2辅助图形的放置 362

7.5.3基于经验的辅助图形 363

7.5.4基于模型的辅助图形366

7.6反演光刻技术368

7.7坏点(hot spot)的发现和排除368

7.8版图设计规则的优化370

7.8.1设计规则优化原理及流程370

7.8.2设计规则优化实例371

7.8.3设计和工艺的协同优化(DTC0) 373

7.9先导光刻工艺的研发模式374

7.9.1光学邻近效应修正学习循环374

7.9.2光刻仿真软件与OPC软件的区别375

7.9.3掩模制备工艺对OPC的限制 375

参考文献376

第8章 光刻工艺的设定与监控379

8.1工艺标准手册379

8.2测量方法的改进382

8.2.1散射仪测量图形的形貌 382

8.2.2混合测量方法383

8.2.3为控制而设计测量图形的概念384

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