超大规模集成电路先进光刻理论与应用

作者简介

光刻技术是所有微纳器件制造的核心技术。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得以继续。本书覆盖现代光刻技术的重要方面，包括设备、材料、仿真（计算光刻）和工艺。在设备部分，对业界使用的主流设备进行剖析，介绍其原理结构、使用方法、和工艺参数的设置。在材料部分，介绍了包括光刻胶、抗反射涂层、抗水涂层、和使用旋图工艺的硬掩膜等材料的分子结构、使用方法，以及必须达到的性能参数。本书按照仿真技术发展的顺序，系统介绍基于经验的光学邻近效应修正、基于模型的光学邻近效应修正、亚曝光分辨率的辅助图形、光源-掩模版共优化技术和反演光刻技术。如何控制套刻精度是光刻中公认的技术难点，本书有一章专门讨论曝光对准系统和控制套刻精度的方法。另外，本书特别介绍新光刻工艺研究的方法论、光刻工程师的职责，以及如何协调各方资源保证研发进度。

书籍目录

前言

第1章光刻技术概述

1.1半导体技术节点

1.2集成电路的结构和光刻层

1.3光刻工艺

1.4曝光系统的分辨率和聚焦深度

1.4.1分辨率

1.4.2聚焦深度

1.4.3调制传递函数

1.5对设计的修正和版图数据流程

1.6光刻工艺的评价标准

1.7去胶返工

1.8光刻工艺中缺陷的检测

1.8.1旋涂后光刻薄膜中缺陷的检测

1.8.2曝光后图形的缺陷检测

1.9光刻工艺的成本

1.10现代光刻工艺研发各部分的职责和协作

1.10.1晶圆厂光刻内部的分工以及各单位之间的交叉和牵制

1.10.2先导光刻工艺研发的模式

1.10.3光刻与刻蚀的关系

参考文献

第2章匀胶显影机及其应用

2.1匀胶显影机的结构

2.2匀胶显影流程的控制程序

2.3匀胶显影机内的主要工艺单元

2.3.1晶圆表面增粘处理

2.3.2光刻胶旋涂单元

2.3.3烘烤和冷却

2.3.4边缘曝光

2.3.5显影单元

2.4清洗工艺单元

2.4.1去离子水冲洗

2.4.2晶圆背面清洗

2.5匀胶显影机中的子系统

2.5.1化学液体输送系统

2.5.2匀胶显影机中的微环境和气流控制

2.5.3废液收集系统

2.5.4数据库系统

2.6匀胶显影机性能的监测

2.6.1胶厚的监测

2.6.2旋涂后胶膜上颗粒的监测

2.6.3显影后图形缺陷的监测

2.6.4热盘温度的监测

2.7集成于匀胶显影机中的在线测量单元

2.7.1胶厚测量单元

2.7.2胶膜缺陷的检测

2.7.3使用高速相机原位监测工艺单元内的动态

2.8匀胶显影机中的闭环工艺修正

2.9匀胶显影设备安装后的接收测试

2.9.1颗粒测试

2.9.2增粘单元的验收

2.9.3旋涂均匀性和稳定性的验收

2.9.4显影的均匀性和稳定性测试

2.9.5系统可靠性测试

2.9.6产能测试

2.9.7对机械手的要求

2.10匀胶显影机的使用维护

参考文献

第3章光刻机及其应用

3.1投影式光刻机的工作原理

3.1.1步进一扫描式曝光

3.1.2光刻机曝光的流程

3.1.3曝光工作文件的设定

3.1.4双工件台介绍

3.2光刻机的光源及光路设计

3.2.1光刻机的光源

3.2.2投影光路的设计

3.2.3193nm浸没式光刻机

3.3光照条件

3.3.1在轴与离轴照明

3.3.2光刻机中的照明方式及其定义

3.3.3光照条件的设置和衍射光学元件

3.3.4像素化和可编程的光照

3.3.5偏振照明

3.4成像系统中的问题

3.4.1波前畸变的Zemike描述

3.4.2对成像波前的修正

3.4.3投影透镜的热效应

3.4.4掩模版形状修正

3.4.5掩模热效应的修正

3.4.6曝光剂量修正

3.5聚焦系统

3.5.1表面水平传感系统

3.5.2晶圆边缘区域的聚焦

3.5.3气压表面测量系统

3.5.4聚焦误差的来源与聚焦稳定性的监控

3.6光刻机的对准系统

3.6.1掩模的预对准和定位

3.6.2晶圆的预对准和定位

3.6.3掩模工件台与晶圆工件台之间的对准

3.6.4掩模与晶圆的对准

3.6.5对准标识的设计

3.7光刻机性能的监控

3.7.1激光输出的带宽和能量的稳定性

3.7.2聚焦的稳定性

3.7.3对准精度的稳定性

3.7.4光刻机停机恢复后的检查

3.7.5与产品相关的测试

参考文献

第4章光刻材料

4.1增粘材料

4.2光刻胶

4.2.1用于I—线（365nm波长）和G—线（436nm波长）的光刻胶

4.2.2用于248nm波长的光刻胶

4.2.3用于193nm波长的光刻胶

4.2.4用于193nm浸没式光刻的化学放大胶

4.2.5193nm光刻胶的负显影工艺

4.2.6光刻胶发展的方向

4.2.7光刻胶溶剂的选取

4.3光刻胶性能的评估

4.3.1敏感性与对比度

4.3.2光学常数与吸收系数

4.3.3光刻胶的Dill参数

4.3.4柯西系数

4.3.5光刻胶抗刻蚀或抗离子注入的能力

4.3.6光刻胶的分辨率

4.3.7光刻胶图形的粗糙度

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

4.3.9改善光刻胶图形边缘粗糙度的工艺

4.3.10光刻胶旋涂的厚度曲线

4.3.11Fab对光刻胶的评估

4.4抗反射涂层

4.4.1光线在界面处的反射理论

4.4.2底部抗反射涂层

4.4.3顶部抗反射涂层

4.4.4可以显影的底部抗反射涂层

4.4.5旋涂的含Si抗反射涂层

4.4.6碳涂层

4.5用于193nm浸没式光刻的抗水涂层

4.5.1抗水涂层材料的分子结构

4.5.2浸出测试和表面接触角

4.5.3与光刻胶的兼容性

4.6有机溶剂和显影液

4.7晶圆厂光刻材料的管理和规格要求

4.7.1光刻材料的供应链

4.7.2材料需求的预报和订购

4.7.3光刻材料在匀胶显影机上的配置

4.7.4光刻材料供应商必须定期提供给Fab的数据

4.7.5材料的变更

参考文献

……

第5章掩模版及其管理

第6章对准和套刻误差控制

第7章光学邻近效应修正与计算光刻

第8章光刻工艺的设定与监控

第9章晶圆返工与光刻胶的清除

第10章双重和多重光刻技术

第11章极紫外（EUV）光刻技术

中英文光刻术语对照

彩图

内容概要

2013年 – 至今： 中国科学院微电子研究所研究员、博士生导师；国家科技重大专项“300mm晶圆匀胶显影设备”首席科学家（沈阳芯源微电子设备公司），2012年9月入选第八批千人计划。

2009年 – 2013年： 美国格罗方德纽约研发中心光刻经理。

2007年 – 2008年： 美国安智公司新泽西研发中心，高级科学家(Senior Staff Scientist)。

2001年 – 2007年： 德国英飞凌公司美国纽约研发中心，高级工程师(Senior/Staff Engineer)。

1998年 – 2001年： 美国能源部橡树岭国家实验室，博士后

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