超大规模集成电路先进光刻理论与应用

本书特色

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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。本书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。书中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。

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内容简介

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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认可的技术难点，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。

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目录

目录前言第1章 光刻技术概述11.1半导体技术节点11.2集成电路的结构和光刻层31.3光刻工艺41.4曝光系统的分辨率和聚焦深度61.4.1分辨率61.4.2聚焦深度91.4.3调制传递函数111.5对设计的修正和版图数据流程121.6光刻工艺的评价标准141.7去胶返工151.8光刻工艺中缺陷的检测161.8.1旋涂后光刻薄膜中缺陷的检测161.8.2曝光后图形的缺陷检测181.9光刻工艺的成本181.10现代光刻工艺研发各部分的职责和协作 201.10.1晶圆厂光刻内部的分工以及各单位之问的交叉和牵制 201.10.2先导光刻工艺研发的模式221.10.3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 262.1匀胶显影机的结构 262.2匀胶显影流程的控制程序282.3匀胶显影机内的主要工艺单元 292.3.1晶圆表面增粘处理 292.3.2光刻胶旋涂单元 312.3.3烘烤和冷却362.3.4边缘曝光392.3.5显影单元402.4清洗工艺单元 452.4.1去离子水冲洗462.4.2晶圆背面清洗472.5匀胶显影机中的子系统 492.5.1化学液体输送系统 492.5.2匀胶显影机中的微环境和气流控制 572.5.3废液收集系统582.5.4数据库系统592.6匀胶显影机性能的监测 592.6.1胶厚的监测 592.6.2旋涂后胶膜上颗粒的监测 602.6.3显影后图形缺陷的监测622.6.4热盘温度的监测642.7集成于匀胶显影机中的在线测量单元 652.7.1胶厚测量单元662.7.2胶膜缺陷的检测 672.7.3使用高速相机原位监测工艺单元内的动态 682.8匀胶显影机中的闭环工艺修正 682.9匀胶显影设备安装后的接收测试702.9.1颗粒测试702.9.2增粘单元的验收712.9.3旋涂均匀性和稳定性的验收712.9.4显影的均匀性和稳定性测试722.9.5系统可靠性测试722.9.6产能测试722.9.7对机械手的要求742.10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783.1投影式光刻机的工作原理793.1.1步进扫描式曝光793.1.2光刻机曝光的流程803.1.3曝光工作文件的设定 813 .1.4双工件台介绍823.2光刻机的光源及光路设计 833.2.1光刻机的光源833 .2.2投影光路的设计863 .2.3 193nm浸没式光刻机893.3光照条件 903.3.1在轴与离轴照明903.3.2光刻机中的照明方式及其定义923.3.3光照条件的设置和衍射光学元件 953 .3.4像素化和可编程的光照 963.3.5偏振照明 973.4成像系统中的问题1023 .4.1波前畸变的Zernike描述1033 .4.2对成像波前的修正1083 .4.3投影透镜的热效应1093 .4.4掩模版形状修正1113 .4.5掩模热效应的修正1113 .4.6曝光剂量修正1133.5聚焦系统1153.5.1表面水平传感系统1153.5.2晶圆边缘区域的聚焦1173.5.3气压表面测量系统1183.5.4聚焦误差的来源与聚焦稳定性的监控1193.6光刻机的对准系统1203.6.1掩模的预对准和定位1203.6.2晶圆的预对准和定位1213.6.3掩模工件台与晶圆工件台之问的对准1223 .6.4掩模与晶圆的对准1233.6.5对准标识的设计1273.7光刻机性能的监控1313.7.1激光输出的带宽和能量的稳定性1313.7.2聚焦的稳定性1313.7.3对准精度的稳定性1323 .7.4光刻机停机恢复后的检查1343.7.5与产品相关的测试134参考文献135第4章 光刻材料1374.1增粘材料1384.2光刻胶1394.2.1用于I-线(365nm波长)和G-线(436nm波长)的光刻胶1394.2.2用于248nm波长的光刻胶1414.2.3用于193nm波长的光刻胶1444.2.4用于193nm浸没式光刻的化学放大胶1454.2.5 193nm光刻胶的负显影工艺1554.2.6光刻胶发展的方向1574.2.7光刻胶溶剂的选取1624.3光刻胶性能的评估1644.3.1敏感性与对比度1654.3.2光学常数与吸收系数1684.3.3光刻胶的Dill参数1694.3.4科西系数1704.3.5光刻胶抗刻蚀或抗离子注入的能力1714.3.6光刻胶的分辨率1764.3.7光刻胶图形的粗糙度1774.3.8光刻胶的分辨率、敏感性及其图形边缘粗糙度之间的关系1834.3.9改善光刻胶图形边缘粗糙度的工艺1854.3.10光刻胶旋涂的厚度曲线1854.3.11 Fab对光刻胶的评估1864.4抗反射涂层1 884.4.1光线在界面处的反射理论1894.4.2底部抗反射涂层1914.4.3顶部抗反射涂层1964.4.4可以显影的底部抗反射涂层1974.4.5旋涂的含Si抗反射涂层2024.4.6碳涂层2054.5用于193nm浸没式光刻的抗水涂层 2094.5.1抗水涂层材料的分子结构2104.5.2浸出测试和表面接触角2114.5.3与光刻胶的兼容性 2124.6有机溶剂和显影液2134.7晶圆厂光刻材料的管理和规格要求2174.7.1光刻材料的供应链2174.7.2材料需求的预报和订购 2174.7.3光刻材料在匀胶显影机上的配置2174.7.4光刻材料供应商必须定期提供给Fab的数据2184.7.5材料的变更220参考文献220第5章 掩模版及其管理2255.1倍缩式掩模的结构2255.2掩模保护膜2275.2.1掩模保护膜的功能2275.2.2保护膜的材质2285.2.3蒙贴保护膜对掩模翘曲度的影响2295.2.4保护膜厚度对掩模成像性能的影响2305.3掩模版的种类2325.3.1双极型掩模版2325.3.2相移掩模2345.3.3交替相移掩模2385.4掩模的其他技术问题2425.4.1衍射效率及掩模三维效应(M3D) 2425.4.2交替相移掩模上孔径之问光强的差别2435.4.3交替相移掩模用于光学测量2445.4.4掩模版导致的双折射效应2465.5掩模发展的技术路线2485.6掩模图形数据的准备2495.7掩模的制备和质量控制2535.7.1掩模基板2545.7.2掩模上图形的曝光2565.7.3掩模版刻蚀工艺2575.7.4掩模的规格参数2595.7.5掩模缺陷的检查和修补2615.8掩模的缺陷及其清洗和检测方法2635.8.1掩模缺陷的分类和处理办法2635.8.2清洗掩模的方法2685.8.3掩模缺陷检测的方法2705.8.4测试掩模的设计2735.8.5掩模缺陷对成像影响的仿真评估 2745.9晶圆厂对掩模的管理2765.9.1晶圆厂与掩模厂的合作2765.9.2掩模管理系统276参考文献281第6章 对准和套刻误差控制2856.1光刻机的对准操作2876.1.1对准标识在晶圆上的分布2886.1.2曝光区域网格的测定 2896.1.3曝光区域网格的修正 2896.1.4光刻机的对准操作2916.2套刻误差测量2936.2.1套刻误差测量设备 2936.2.2套刻误差测量的过程 2946.2.3常用的套刻标识2966.2.4曝光区域拼接标识2996.2.5基于衍射的套刻误差测量3006.3套刻误差测量结果的分析模型与修正反馈3036.3.1测量结果 3036.3.2套刻误差的分析模型3046.3.3对每一个曝光区域进行独立修正 3086.4先进工艺修正的设置3106.5导致套刻误差的主要原因31 16.5.1曝光时掩模加热变形财套刻误差的影响3136.5.2负显影工艺中晶圆的热效应对套刻误差的影响3146.5.3化学研磨对套刻误差的影响3156.5.4厚胶工艺对套刻误差的影响3156.5.5掩模之问的对准偏差对晶圆上套刻误差的影响3166.6产品的对准和套刻测量链3166.6.1曝光时的对准和套刻误差测量方案3166.6.2对准与套刻测量不一致导致的问题3186.6.3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3257.1光学模型3257.1.1薄掩模近似3267.1.2考虑掩模的三维效应3287.1.3光学模型的发展方向 3307.2光刻胶中光化学反应和显影模型3317.3光照条件的选取与优化3337.3.1分辨率增强技术 3337.3.2光源掩模协同优化3387.4光学邻近效应修正(0PC)3437.4.1基于经验的光学邻近效应修正3447.4.2基于模型的光学邻近效应修正3477.4.3与光刻工艺窗口相关联的邻近效应修正(PWOPC)3577.4.4刻蚀对OPC的影响3587.4.5考虑衬底三维效应的OPC模型3597.4.6考虑光刻胶三维效应的OPC模型3607.5曝光辅助图形3607.5.1禁止周期3607.5.2辅助图形的放置 3627.5.3基于经验的辅助图形 3637.5.4基于模型的辅助图形3667.6反演光刻技术3687.7坏点(hot spot)的发现和排除3687.8版图设计规则的优化3707.8.1设计规则优化原理及流程3707.8.2设计规则优化实例3717.8.3设计和工艺的协同优化(DTC0) 3737.9先导光刻工艺的研发模式3747.9.1光学邻近效应修正学习循环3747.9.2光刻仿真软件与OPC软件的区别3757.9.3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3798.1工艺标准手册3798.2测量方法的改进3828.2.1散射仪测量图形的形貌 3828.2.2混合测量方法3838.2.3为控制而设计测量图形的概念3848.3光刻工艺窗口的确定3858.3.1 FEM数据分析3858.3.2晶圆内与晶圆之间线宽的稳定性3908.3.3光刻胶的损失与切片检查3928.3.4光刻工艺窗口的进一步确认3938.3.5工艺窗口的再验证3948.3.6工艺窗口中其他关键图形的行为3958.4工艺假设与设计手册3968.5使用FEM晶圆提高良率3988.6掩模误差增强因子4048.6.1掩模误差增强因子(MEEF)的定义与测量4048.6.2减少MEEF的措施4068.6.3掩模成像时的线性4068.7光刻工艺的匹配4088.7.1光刻机之问光照条件的匹配 4088.7.2掩模之问的匹配4128.7.3光刻胶之问的匹配4138.8工艺监控的设置与工艺能力的评估4138.8.1工艺监控的设置4138.8.2工艺能力指数Cp和Cpk 4148.9自动工艺控制的设置4158.9.1线宽的控制4168.9.2晶圆内线宽均匀性的控制 4188.9.3套刻误差的控制4198.10检查晶圆上的坏点420参考文献420第9章 晶圆返工与光刻胶的清除4239.1晶圆返工的传统工艺4239.2三层光刻材料(resist/SiARC/SOC)的返工工艺4249.2.1“干／湿”工艺4259.2.2去除空白晶圆上的SiARC或SOC 4279.2.3三层材料中只去除光刻胶4299.2.4工艺失败后晶圆返工的分流处理4309.3后道(BEOI)低介电常数材料上光刻层的返工4309.3.1双大马士革工艺流程 4319.3.2返工导致Si02 (TEOS)损失4329.3.3高偏置功率的等离子体会导致衬底受伤4339.4光刻返工原因的分析4339.4.1返工常见原因的分类 4359.4.2快速热处理和激光退火导致晶圆变形4369.5晶圆返工的管理4379.6离子注入后光刻胶的清除4389.6.1技术难点4389.6.2“干／湿”法去除光刻胶4399.6.3“湿”法去除光刻胶4409.6.4些新进展440参考文献441第10章 双重和多重光刻技术44310.1双重曝光技术44310.1.1X/Y双极照明的双重曝光 44410.1.2使用反演计算设计双重曝光44510.2固化**次图形的双重曝光(IFIE)工艺44710.2.1形成表面保护层的固化技术44710.2.2使用高温交联光刻胶的固化技术44910.2.3通孔的合包与分包45010.2.4其他的固化方案45110.3双重光刻(LELE)I艺45110.3.1双沟槽光刻技术45110.3.2使用负显影实现双沟槽45410.3.3双线条光刻技术45610.3.4含Si的光刻胶用于双线条工艺45810.3.5双线条工艺中SiARC作为硬掩模层45810.3.6“LE Cut”工艺46010.3.7光刻机对准偏差和分辨率对LELE工艺的影响46110.4三重光刻技术(LELELE)46310.5自对准双重成像技术(SADP)46410.5.1 a-C做“mandrel”/SiN或Si07做“spacer”/Si07或SiN做硬掩模 46810.5.2光刻胶图形做“mandrel”/Si01做“spacer”/a-C做硬掩模46910.5.3 Si07做“mandrel”/TiN做“spacer”/SiN做硬掩模47110.5.4自对准技术在NAND器件中的应用47210.5.5自对准的重复使用(SAQP，SAOP) 473超大规模集成电路先进光刻理论与应用10.5.6SADP和LE结合实现三重成像 47610.5.7自对准实现三重图形叠加47710.5.8“SAMP Cut”工艺47810.6掩模图形的拆分48010.6.1适用于LELE工艺的图形拆分 48010.6.2适用于LELELE工艺的图形拆分48410.6.3适用于SADP的图形拆分 48610.7双重显影技术489参考文献490第11章 极紫外(EUV)光刻技术49411.1极紫外光刻机49511.1.1 EUV反射镜49511.1.2 EUV光刻机的曝光系统 49711.1.3光照条件的设置49811.1.4 EUV光刻机研发进展及技术路线49911.15更大数值孔径EUV光刻机的技术挑战50011.2极紫外光源50211.2.1 EUV光源的结构50211.2.2光源输出功率与产能的关系50411.2.3波段外的辐射50511.3 EUV掩模版50711.3.1 EUV掩模缺陷的控制51011.3.2 EUV掩模的清洗51211.3.3 EUV掩模保护膜的研发 51411.3.4 EUV空间像显微镜51611.3.5 EUV相移掩模51711.4极紫外光刻胶51911.4.1光刻胶的放气检测5 1911.4.2 EUV胶的分辨率、图形边缘粗糙度和敏感性52111.4.3吸收频谱外辐射的表面层材料 52611.4.4底层材料52611.5计算光刻在EUV中的应用52811.5.1 EUV光源与掩模的协同优化52911.5.2 0PC方法在EUV与DUV中的区别53211.6极紫外光刻用于量产的分析53511.6.1极紫外光刻技术的现状 53511.6.2 EUV光刻中的随机效应53511.6.3 EUV与193i之问的套刻误差 53711.6.4实例分析537参考文献540中英文光刻术语对照546彩图

封面

书名:超大规模集成电路先进光刻理论与应用

作者:韦亚一

页数:576

定价:¥359.0

出版社:科学出版社

出版日期:2020-03-01

ISBN:9787030482686

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