驻波效应,在先进光刻制程中一个不可忽视的现象,能引发一系列的光刻质量问题,以至于严重影响着图案的精度。那么驻波效应是什么?如何产生的?有什么危害?怎么抑制呢?
什么是驻波效应?
当光束经过光刻胶并射向晶圆基底时,光束的一部分会从衬底表面反射回光刻胶内部。这反射的光束与原始的入射光束产生干涉,造成了明暗交替的干涉条纹,这就是“驻波效应”。
这种效应会使光刻胶中的光强度呈现出上下起伏的模式:那些处于高光强的部分会发生更多的光化学反应,而低光强区域的反应则相对较少。
这导致了在显影阶段,光刻胶的溶解呈现出与光强度模式相匹配的不均匀性,最终在光刻胶的剖面上形成了明显的起伏结构。
什么是光的干涉?
当两束或多束同一波长的光波在同一个处相交时,相同相位的两束波振幅相加,形成一个振幅更大的波,即明条纹。相反相位的两束波振幅相互抵消,即暗条纹。
相同相位指的是波峰与波峰相遇,波谷与波谷相遇,因此相互叠加。
而相反相位一般为波峰与波谷相遇,波谷与波峰相遇,因此相互抵消。
证明光的干涉的著名实验,则是杨氏双缝干涉实验,以验证光的波动理论。
什么情况下驻波效应会加剧?
高反射率衬底
如果衬底的反射率较高,反射回来的光强度较大,与入射光波形成的驻波将更为显著,相应的图案质量问题也更加严重。
反射率较高的衬底材料有: 铝(al),铬(cr),银(ag),硅(si),氧化硅(sio2),碳化硅(sic),氮化硅(sinx),蓝宝石衬底等。
这些衬底能够形成镜面反射的效果,会加剧光刻的驻波效应。
不恰当的曝光参数
曝光剂量:曝光剂量指的是单位面积上投射到光刻胶的光子数量。若曝光剂量过高,可能在亮带区域产生过度交联,使光刻胶在该区域更难以去除。相反,如果曝光剂量过低,暗带区域的光刻胶可能不足以实现充分交联,导致这些区域在后续显影过程中被过度溶解。
曝光焦距:正确的曝光焦距确保光刻胶上的图像清晰,如果曝光焦距设置不精确,光的分布在晶圆上形成不均匀的光强分布。这就意味着某些接收到的光量可能大于或小于预期,进一步放大由驻波效应。
如何抑制驻波效应?
peb
peb,(post-exposure bake),指的是在曝光后进行适当烘烤,高温促进光敏剂的扩散,一定程度上弥补了光强分布不均,在显影过程中得到更均匀的图案剖面。
涂抗反射膜
使用tarc,barc等抗反射层。
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