負(fù)顯影 Negative Tone Development (NTD)
用于193nm光刻的多數(shù)光刻膠是正性膠。然而，隨著半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)的不斷縮小，使用傳統(tǒng)的正膠以堿性水溶液顯影液來印刷小特征例如小尺寸的溝槽和通孔已經(jīng)變得更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)橛脕懋a(chǎn)生溝槽和通孔的暗場(chǎng)掩模的光學(xué)圖像對(duì)比度差[1]。
為此，業(yè)界提出了負(fù)顯影(negative tone develop， NTD)的概念，即使用正膠曝光，負(fù)顯影液(而不是標(biāo)準(zhǔn)的 TMAH 水溶液)來實(shí)現(xiàn)和負(fù)膠顯影相同的效果。負(fù)顯影工藝的采用也使得亮掩模在正膠上能實(shí)現(xiàn)較窄的溝槽。圖1是常規(guī)的顯影工藝(正顯影)與負(fù)顯影工藝對(duì)比的示意圖。在過去的光刻工藝中，顯影液都是 TMAH(1%～2%)的水溶液，顯影完成后使用去離子水進(jìn)行沖洗。 NTD 工藝使用的顯影液是有機(jī)溶劑，顯影完成后的沖洗液也是有機(jī)液體。目前 NTD 工藝已經(jīng)被業(yè)界廣泛用于 20nm 及其以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的量產(chǎn)中[2]。
圖1 常規(guī)的顯影工藝與負(fù)顯影工藝對(duì)比
負(fù)顯影的原理是：光刻膠曝光之前是不親水的聚合物(hydrophobic polymer)，能溶解于有機(jī)溶劑(NTD 顯影液)，但不能溶于堿性溶液(TMAH 顯影液)；曝光激發(fā)光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了酸，經(jīng)烘烤后(de-protection reaction)聚合物的極性發(fā)生了變化，成為親水的聚合物(hydrophilicpolymer)，不再溶于 NTD 顯影液(但能溶于堿性溶液)。
因此，未曝光區(qū)域能夠被 NTD 顯影液洗去，而曝光區(qū)域則在顯影后留下，實(shí)現(xiàn)了類似負(fù)膠的曝光特性。一個(gè)好的 NTD 顯影液必須對(duì)曝光前后光刻膠的溶解率有較大的不同，這可以通過顯影對(duì)比度曲線(顯影后殘留的光刻膠隨曝光劑量變化的曲線)來評(píng)估。圖2是同一種光刻膠在 TMAH 和 NTD 顯影液中測(cè)得的對(duì)比度曲線；為了對(duì)比，也測(cè)量了光刻膠只烘烤(PEB)而不顯影的厚度變化?？梢钥吹皆谄毓鈩┝康扔?/span> 4～6mJ/cm2 的區(qū)域，光刻膠的極性發(fā)生了轉(zhuǎn)變(de-protection reaction)。即使不浸泡在顯影液中，光刻膠的厚度也有所減少。
圖2 曝光計(jì)量
圖2 同一種光刻膠在 TMAH 和 NTD 顯影液中測(cè)得的顯影對(duì)比度曲線。圖中“只做PEB，不顯影”指的是光刻膠只烘烤(PEB)而不顯影的厚度變化。
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