负显影 Negative Tone Development (NTD)-汶颢股份
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负显影 Negative Tone Development (NTD)

用于193nm光刻的多数光刻胶是正性胶。然而,随着半导体工艺节点的不断缩小,使用传统的正胶以碱性水溶液显影液来印刷小特征例如小尺寸的沟槽和通孔已经变得更具挑战性,因为用来产生沟槽和通孔的暗场掩模的光学图像对比度差[1]

为此,业界提出了负显影(negative tone develop NTD)的概念,即使用正胶曝光,负显影液(而不是标准的 TMAH 水溶液)来实现和负胶显影相同的效果。负显影工艺的采用也使得亮掩模在正胶上能实现较窄的沟槽。图1是常规的显影工艺(正显影)与负显影工艺对比的示意图。在过去的光刻工艺中,显影液都是 TMAH(1%2%)的水溶液,显影完成后使用去离子水进行冲洗。 NTD 工艺使用的显影液是有机溶剂,显影完成后的冲洗液也是有机液体。目前 NTD 工艺已经被业界广泛用于 20nm 及其以下技术节点的量产中[2]

常规的显影工艺与负显影工艺对比 

常规的显影工艺与负显影工艺对比

负显影的原理是:光刻胶曝光之前是不亲水的聚合物(hydrophobic polymer),能溶解于有机溶剂(NTD 显影液),但不能溶于碱性溶液(TMAH 显影液);曝光激发光化学反应,产生了酸,经烘烤后(de-protection reaction)聚合物的极性发生了变化,成为亲水的聚合物(hydrophilicpolymer),不再溶于 NTD 显影液(但能溶于碱性溶液)

因此,未曝光区域能够被 NTD 显影液洗去,而曝光区域则在显影后留下,实现了类似负胶的曝光特性。一个好的 NTD 显影液必须对曝光前后光刻胶的溶解率有较大的不同,这可以通过显影对比度曲线(显影后残留的光刻胶随曝光剂量变化的曲线)来评估。图2是同一种光刻胶在 TMAH  NTD 显影液中测得的对比度曲线;为了对比,也测量了光刻胶只烘烤(PEB)而不显影的厚度变化。可以看到在曝光剂量等于 46mJ/cm2 的区域,光刻胶的极性发生了转变(de-protection reaction)。即使不浸泡在显影液中,光刻胶的厚度也有所减少

曝光计量 

2 曝光计量

同一种光刻胶在 TMAH  NTD 显影液中测得的显影对比度曲线。图中“只做PEB,不显影”指的是光刻胶只烘烤(PEB)而不显影的厚度变化

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