第八章_基本光刻工艺流程-表面准备到曝光

第八章基本光刻工艺流程-表面准备到曝光

概述

最重要的光刻工艺是在晶圆表面建立图形。这一章是从解释基本光刻工艺十步法和讨论光刻胶的化学性质开始的。我们会按照顺序来介绍前四步（表面准备到对准和曝光）的目的和执行方法。

目的

完成本章后您将能够：

1．勾画出基本的光刻工艺十步法制程的晶圆截面。

2．解释正胶和负胶对光的反应。

3．解释在晶圆表面建立空穴和凸起所需要的正确的光刻胶和掩膜版的极性。4．列出基本光刻十步法每一步的主要工艺选项。

5．从目的4的列表中选出恰当的工艺来建立微米和亚微米的图形。

6．解释双重光刻，多层光刻胶工艺和平整化技术的工艺需求。

7．描述在小尺寸图形光刻过程中，防反射涂胶工艺和对比增强工艺的应用。8．列出用于对准和曝光的光学方法和非光学方法。

9．比较每一种对准和曝光设备的优点。

介绍

光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面层上的所规定的特定区域的基本操作（图8.1）。Photolithography是用来定义这个基本操作的术语。还有其它术语为Photomasking, Masking, Oxide或者Metal Removal （OR,MR）和Microlithography。

光刻工艺是半导体工艺过程中非常重要的一道工序，它是用来在不同的器件和电路表面上建立图形（水平的）工艺过程。这个工艺过程的目标有两个。首先是在晶圆表面建立尽可能接近设计规则中所要求尺寸的图形。这个目标被称为晶圆的分辨率（resolution）。图形尺寸被称为电路的特征图形尺寸（feature size）或是图像尺寸（image size）。

第二个目标是在晶圆表面正确定位图形（称为Alignment或者Registration）。整个电路图形必须被正确地定位于晶圆表面，电路图形上单独的每一部分之间的相对位置也必须是正确的（图8.2）。请记住，最终的图形是用多个掩膜版按照特定的顺序在晶圆表面一层一层叠加建立起来的。图形定位的的要求就好像是一幢建筑物每一层之间所要求的正确的对准。很容易想象，如果建筑物每一层和每一层不能很好地对准，那么它会对电梯以及楼梯带来什么样的

影响。同样，在一个电路中，如果每层和它的上一层不能很好地对准可能会导致整个电路的失效。

因为在光刻蚀工艺过程中的每一步都会有变异，所以对特征图形尺寸和缺陷水平的控制是很难的。光刻的过程是一个权衡的过程（请看光刻工艺每一步的介绍）。除了对特征图形尺寸和图形对准的控制，在工艺过程中的缺陷水平的控制同样也是非常重要的。光刻操作步骤的数目之多和光刻工艺层的数量之大可以看出光刻工艺在半导体工艺过程中是一个主要的缺陷来源。

图8.1 基本光刻工艺

Wafer 晶圆

Surface layer 表面层

Patterned layer 图形层

图8.2 五层掩膜的硅栅二极管

Gate mask 栅掩膜

Well mask 阱掩膜

Contact mask 接触掩膜

Metal mask 金属掩膜

Pad mask PAD掩膜

光刻蚀工艺概述

光刻蚀工艺是和照相、蜡纸印刷比较接近的一种多步骤的图形转移过程。首先是在掩膜版上形成所需要的图形，之后通过光刻工艺把所需要的图形转移到晶圆表面的每一层。

图形转移是通过两步来完成的。首先，图形被转移到光刻胶层（图8.3）。光刻胶是和正常胶卷上所涂的物质比较相似的一种感光物质。曝光后会导致它自身性质和结构的变化。如图8.3所示，光刻胶被曝光的部分由可溶性物质变成了非溶性物质。这种光刻胶类型被称为负胶，这种化学变化称为聚合（polymerization）。通过化学溶剂（显影剂）把可以溶解的部分去掉，在光刻胶层就会留下一个孔，这个孔就是和掩膜版不透光的部分相对应的。

图8.3 第一次图形转移－掩膜/图形到光刻胶层

Process Step 工艺步骤

Purpose 目的

Alignment and exposure 对准和曝光（目的是掩膜版和图形在晶圆上的精确对准，和光刻胶的曝光。负胶是聚合的）

Development 显影（目的是去除非聚合的光刻胶）

Mask/Reticle 掩膜/图形

Resist 光刻胶

Oxide layer氧化层

Wafer 晶圆

第二次图形转移是从光刻胶层到晶圆层（图8.4）。当刻蚀剂把晶圆表面没有被光刻胶盖住的部分去掉的时候，图形转移就发生了。光刻胶的化学性决定了它不会在化学刻蚀溶剂中溶解或是慢慢溶解；它们是抗刻蚀的（etch resistant），因此它们称作Resist或是Photoresist。

在图8.3和图8.4的例子中，晶圆表面形成了空穴。空穴的形成是由于在掩膜版上那一部分是不透光的。如果掩膜版的图形是由不透光的区域决定的，称为亮场掩膜版（clear field mask）（图8.5）。而在一个暗场掩膜版中，在掩膜版上图形是用相反的方式编码的。如果按照同样的步骤，就会在晶圆表面留下凸起（图8.6）。

刚刚我们介绍了对光有负效应的光刻胶，称为负胶。同样还有对光有正效应的光刻胶，称为正胶。光可以改变正胶的化学结构从不可溶到可溶。这种变化称为光溶解（photosolubilization）。图8.7显示了用正胶和亮场掩膜版在晶圆表面建立凸起的情况。

图8.4 第二次图形转移－从光刻胶层到晶圆层

Process Step 工艺步骤

Etch 刻蚀（目的是将晶圆顶层通过光刻胶的开口去除）

Purpose 目的

Photoresist removal（strip）光刻胶去除（目的是从晶圆上去除光刻胶层）

Oxide layer 氧化层

Resist 光刻胶

Wafer 晶圆

图8.5 掩膜/图形的极性

Light field 亮场

Dark field 暗场

图8.6 光刻中的空穴和凸起

Photomasking Hole 光刻的空穴

Phtomasking island 光刻的凸起

图8.8显示了用不同极性的掩膜版和不同极性的光刻胶相结合而产生的结果。通常来讲我们是根据尺寸控制的要求和缺陷保护的要求来选择光刻胶和掩膜版极性，从而使电路工作的。这些问题会在这一章的工艺部分讨论。

光刻十步法

把图像从掩膜版上转移到晶圆表面是由多个步骤来完成的（图8.9）。特征图形尺寸、对准容忍度、晶圆表面情况和光刻层数都会影响到特定光刻工艺的难易程度和每一步骤的工艺。许多光刻工艺都被定制成特定的工艺条件。然而，大部分都是基本光刻十步法的变异或选项。我们所演示的这个工艺过程是一个亮场掩膜

版和负胶相作用的过程。从第1步到第7步发生了第一次图形转移。在第8, 9, 10步中，图形被转移到了晶圆表面层（第二次图形转移）。

图8.7 图形用正光刻胶和亮场掩膜版转移以建立凸起

图8.8 掩膜版和光刻胶极性的结果

Mask Polarity 掩膜版极性

Clear field亮场

Dark field 暗场

Negative 负

Positive 正

Hole 空穴

Island 凸起

Photoresist Polartity 光刻胶极性

通过把基本光刻十步法列出来，并且根据不同类型的掩膜版和不同极性的光刻胶的组合把相应的截面图出来，就会很容易理解本光刻十步法的工艺过程。本书强烈建议读者，一定在精通基本光刻十步工艺之后再去学习先进的光刻工艺过程。

基本的光刻胶化学

光刻胶被应用在印刷工业上已经超过了一个世纪。在二十世纪二十年代，人们才发现它在印刷电路板领域可以有广泛的应用。半导体工业采纳这种技术来生产晶圆是在二十世纪五十年代。在二十世纪五十年代末，Eastman Kodak和Shipley 公司分别设计出适合半导体工业需要的正胶和负胶。

光刻胶是光刻工艺的核心。准备、烘焙、曝光、刻蚀和去除工艺会根据特定的光刻胶性质和想达到的预期结果而进行微调。光刻胶的选择和光刻胶工艺的研

发是一项非常漫长而复杂的过程。一旦一种光刻工艺被建立，是极不情愿改变的。很少有光刻工程师会冒着失去整个工艺的风险去试用一种新的光刻胶来达到某种仅仅是边际的收获。

光刻胶的组成

光刻胶的生产既是为了普通的需求，也是为了特定的需求。它们会根据不同的光的波长和不同的曝光源而进行调试。光刻胶具有特定的热流程特点，用特定的方法配制而成来与特定的表面结合。这些属性是由光刻胶里不同化学成分的类型、数量以及混合过程来决定的。在光刻胶里面有四种基本的成份：聚合物、溶剂、感光剂和添加剂（图8.10）。

具光敏性和对能量敏感的聚合物。对光刻胶光敏性有影响的成分是一些对光和能量敏感的特殊聚合物。聚合物是由一组一组大而且重的分子组成的，这些分子里面包括碳、氢和氧。塑料就是一种类型的聚合物。

普通应用的光刻胶被设计成与紫外线和激光反应。它们称为光学光刻胶（optical resist）。还有其它光刻胶可以与X射线或者电子束反应。

在一个负胶中，聚合物曝光后会由非聚合状态变为聚合状态。实际上这些聚合物形成了一种相互连结的物质，它是抗刻蚀的物质（图8.11）。在大多数负胶里面，聚合物是聚异戊二烯类型。早期的负胶是基于橡胶类型的聚合物。Hunt 公司研发了第一个人工合成的聚异戊二烯聚合物结构。当光刻胶被正常光照射也会发聚合反应。为了防止意外曝光，负胶的生产是在黄光的条件下进行的。

正胶的基本聚合物是苯酚-甲醛聚合物，同样也称为苯酚-甲醛Novolak树脂（图8.12）。在光刻胶中，聚合物是相对不可溶的。在用适当的光能量曝光后，光刻胶转变成更为可溶状态。这种反应称为光溶解反应（photosolubilization）。光刻胶中光溶解部分会在显影工艺中用溶剂去掉。

图8.10 光刻胶成份

图8.11 负胶化学

（a）.Double-bond: 双键

（b）.Unpolymerized：未聚合的

Polymerized: 聚合的

Energy: 能量

图8.12 苯酚-甲醛Novolak树脂结构（由: W.S. Deforest, Photoresist: Material and Processes, McGraw-Hill New York, 1975）

Ortho position （2 and 6）: 邻位（2和6）

Meta position （3 and 4）: 间位（3和4）

Para position （4）: 对位（4）

Meta-cresol: 间甲酚

Formaldehyde: 甲醛

光刻胶会和许多形式的能量反应。这些形式的能量通常是指（光能，热能等等），或者是指电磁光谱中具体的某一部分光（如UV, DUV, I-Line等）（参见曝光源部分）。在对准和曝光的章节中，会对曝光能量有详细的说明。有很多策略是专门用来实现小图形曝光的（参见正胶和负胶的比较一节）。一种是用狭波（或单波）曝光源。传统的基于Novolak的正胶已经被微调过了可以用在I-Line 曝光源上。然而，在DUV曝光源上，这种光刻胶却不能很好的工作。光刻胶生产商已经发明了化学放大光刻胶（chemically amplified resists）以用在DUV 曝光源上。化学放大的意思是光刻胶的化学反应会通过化学催化剂而被加快。用于X射线和电子束上的光刻胶是不同于传统的正胶和负胶的聚合物。

图8.13的列表包括了用在光刻胶产品上的聚合物。正胶和负胶相对的优点以及应用会在工艺部分结尾处介绍。

溶剂。光刻胶中容量最大的成份是溶剂。溶剂使光刻胶处于液态，并且使光刻胶能够通过旋转的方法涂在晶圆表面。光刻胶是和涂料相类似的，包含有染色剂，这种染色剂在适当的溶剂中会被溶解。用于负胶的溶剂是一种芬芳的二甲苯。正胶中，溶剂是乙氧基乙醛醋酸盐或者是二甲氧基乙醛。

光敏剂。化学光敏剂被添加到光刻胶中用来产生或者控制聚合物的特定反应。在负胶中，没有处理过的聚合物会和紫外光光谱上特定范围的光反应。光敏剂被加到光刻胶中用来限制反应光的波谱范围或者把反应光限制到某一特定波长的光。在负胶中，一种称为Bis-aryldiazide的混合物被加到聚合物中来提供光敏性1。在正胶中，光敏剂是O-naphthaquinonediazide。

添加剂。不同类型的添加剂和光刻胶混合在一起来达到特定的结果。一些负胶包含有染色剂，它在光刻胶薄膜中用来吸收和控制光线。正胶可能会有化学的抗溶解系统。这些添加剂可以阻止光刻胶没有被曝光的部分在显影过程被溶解。

光刻胶的表现要素

光刻胶的选择是一个复杂的程序。主要的决定因素是晶圆表面对尺寸的要求。光刻胶首先必须有产生那些所要求尺寸的能力。除了那些还必须有在刻蚀过程中阻隔刻蚀的功能。在阻隔刻蚀的作用中，在保持有特定厚度的光刻胶层中一定不能存在针孔。另外，光刻胶必须能和晶圆表面很好的粘连，否则刻蚀后的图形就会发生扭曲，就像是如果在印刷过层中蜡纸没有和表面粘紧的话，就会得到一个溅污的图形。以上那些，连同工艺纬度和阶梯覆盖度，都是光刻胶的表现要素。在光刻胶的选择过程中，工艺工程师通常会在不同的表现因素中做出权衡的决定。光刻胶是复杂化学工艺和设备的一部分，它们必须一起工作来产生好的图形结果，并且使生产高效。

分辨力

在光刻胶层能够产生的最小的图形通常被作为对光刻胶的分辨力（resolution capability）的参考。产生的线条越小，说明分辨力越强。一种特定光刻胶的分辨力，实际是指特定工艺的分辨力，它包括曝光源和显影工艺。改变其它的工艺参数会改变光刻胶固有的分辨力。总的来说，越细的线宽需要越薄的光刻胶膜来产生。然而，光刻胶膜必须要足够厚来实现阻隔刻蚀的功能，并且保证不能有针

孔。光刻胶的选择是这两个目标的权衡。

纵横比（aspect ratio）是用来衡量光刻胶的分辨力和光刻胶厚度之间关系的（图8.14）。纵横比是光刻胶厚度与图形打开尺寸的比值。正胶比负胶有更高的纵横比，也就是说对于一个给定的图形尺寸开口，正胶的光刻胶层可以更厚。由于正胶的聚合物分子尺寸更小，所以它可以分解出更小的图形。其实这就有点像用更小的刷子来画一条更细的线。

图8.14 纵横比

Resist: 光刻胶

粘连能力

作为刻蚀阻隔物，光刻胶层必须和晶圆表面层粘连很好，才能够忠实地把光刻胶层的图形转移到晶圆表面层。在半导体生产过程中，对于不同的表面，光刻胶的粘连能力是不同的。在光刻胶工艺中，有好些步骤是特意的为了增加光刻胶对晶圆表面的自然粘连能力而设计的。负胶通常比正胶有更强的粘连能力。

光刻胶曝光速度，灵敏性和曝光源

光刻胶对光或者射线主要的反应就是结构上的变化。一个主要的工艺参数就是反应发生的速度。反应速度越快，在光刻蚀区域晶圆的加工速度就越快。负胶通常需要5到15秒的曝光时间，然而正胶需要用上3到4倍的时间。

光刻胶的灵敏性是与导致聚合或者光溶解发生所需要的能量总和相关的。另外，这种与灵敏性相关的能量又是和曝光源特定的波长有联系的。对这种属性的理解需要对电磁光谱的性质非常熟悉（图8.15）。通过这些性质我们确定了一些不同类型的能量：可见光、长波光、短波光等等。实际上它们都是电磁能量（或者射线），并且根据它们波长的不同而被区分开来，波长越短的射线能量越高。

图8.15 电磁光谱

普通的正胶和负胶会和光谱中UV和DUV的部分反应（图8.16）。有一些光刻胶是被设计成和某一范围内特定的光波波峰反应的（图8.18 g, h, I lines）。有一些光刻胶被设计成和X射线或者电子束反应。光刻胶灵敏性，作为一个参数，是通过能够使基本的反应开始所需要的能量总和来衡量的。它的单位是毫焦每平方厘米2。能够和光刻胶反应的那些特定的波长称为光刻胶的光谱反应特征。图8.17是一种光刻胶的光谱反应特征图。光谱图中的波峰部分是携带高能量的波长区域（图8.18）。在光刻蚀工艺过程中所用的不同的光源会在“对准和曝光”章节中介绍。

工艺宽容度

在读者阅读光刻工艺的每一个工艺步骤的时候，应该时刻记住这样一个事实，那就是光刻工艺的根本目标就是在晶圆表面层忠实地再现所需要的图形尺寸。每一个步骤都会影响最终的图形尺寸，并且每一步工艺步骤都有它内部变异。有些光刻胶对工艺变异容忍性更强，那就是说，它们有更宽的工艺纬度。工艺纬度越宽，在晶圆表面达到所需要尺寸的可能性就越大。

图8.16 紫外光和可见光光谱（由：Elliott1）

Wavelength: 波长

DUV: 深紫外

UV: 紫外

Near UV: 近紫外

Visible: 可见

图8.17 曝光反应曲线（源自：Shipley Megaposit XP-89131 Resist）Wavelength: 波长

Absorbance: 吸收率

图8.18 汞光谱（Hg）（来自：Silicon Processing for the VLSI Era ，Wolfe and Tauber）

Wavelength in NM: 波长（纳米）

Relative intensity: 相对强度

针孔

针孔是光刻胶层尺寸非常小的空穴。针孔是有害的，因为它可以允许刻蚀剂渗过光刻胶层进而在晶圆表面层刻蚀出小孔。针孔是在涂胶工艺中由环境中的微粒污染物造成的，也可以由光刻胶层里结构上的空穴造成。

光刻胶层越薄，针孔越多。因此，厚膜上的针孔比薄膜上的要少，但是它却降低了光刻胶的分辨力。这两个因素是光刻胶厚度选择过程中的一个典型的权衡。正胶的一个重要的优点就是更高的纵横比，这个特性能够允许正胶用更厚的光刻胶膜，达到想要的图形尺寸并且针孔更少。

微粒和污染水平

光刻胶，像其它的工艺化学品一样，必须在微粒含量、钠和微量金属杂质以及水含量方面能达到严格的标准。

阶梯覆盖度

晶圆在进行光刻工艺之前，晶圆表面已经有了很多层。随着晶圆生产工艺的进行，晶圆表面得到了更多的层。对于光刻胶阻隔刻蚀的作用，它必须在以前层上面保持有足够膜厚。光刻胶用足够厚的膜覆盖晶圆表面层的能力是一个非常重要的参

数。

热流程

在光刻工艺过程中有两个加热的过程。第一个称为软烘焙，它是用来把光刻胶里的溶剂蒸发掉。第二个称为硬烘焙，它发生在图形在光刻胶层被显影之后。硬烘焙的目的是为了增加光刻胶对晶圆表面的粘连能力。然而，光刻胶作为像塑料一样的物质，在硬烘焙工艺中会变软和流动。流动的量会对最终的图形尺寸有重要的影响。在烘焙的过程中光刻胶必须保持它的形状和结构，或者说在工艺设计中必须要考虑到热流程带来的尺寸变化。

工艺工程师的目标就是使烘焙尽可能达到高温来使光刻胶粘连能力达到最大化。这个温度是受光刻胶热流程特性限制的。总的来说，光刻胶热流程越稳定，它对工艺流程越有利。

正胶和负胶的比较

直到二十世纪七十年代中期，负胶一直在光刻工艺中占主导地位。随着超大规模集成电路和2微米到5微米图形尺寸范围的出现使负胶的分辨力变得吃紧。正胶存在了20多年，但是它们的缺点是粘连能力差，而且它们良好分辨力和防止针孔能力在那时也并不需要。

到了二十世纪八十年代，正胶逐渐渐被接受。这个转换过程是很不容易的。转化到正胶需要改变掩膜版的极性。不幸的是，它不是简单的图形翻转。用掩膜版和两种不同光刻胶结合而在晶圆表面光刻得到的尺寸是不一样的（图8.19）。由于光在图形周围会有衍射，用负胶和亮场掩膜版组合在光刻胶层上得到的图形尺寸的要比掩膜版上的图形尺寸小。用正胶和暗场掩膜版组合会使光刻胶层上的图形尺寸变大。这些变化必须在掩膜版的制作和光刻工艺的设计过程中考虑到。换句话说，光刻胶类型的转变需要一个全新的光刻工艺。

图8.19 图形尺寸的变化随着：（a）亮场掩膜版和负胶组合，图形尺寸减小；（b）暗场掩膜版和正胶组合，图形尺寸增加

Wafer 晶圆

Unpolymerized resist 非聚合光刻胶

Polymerized resist 聚合光刻胶

对于大多数掩膜版来说，图形大部分都是空穴。用正胶和暗场掩膜版组合还可以在晶圆表面得到附加的针孔保护（图8.20）。亮场掩膜版在玻璃表面会倾向于有裂纹。这些裂纹称为玻璃损伤（glass damage），它会挡住曝光源而在光刻胶表面产生不希望的小孔，结果就会在晶圆表面刻蚀出小孔。那些在光刻胶透明区域上的污垢也会造成同样的结果。在暗场掩膜版上，大部分都是被铬覆盖住的，所以不容易有针孔出现。因此晶圆表面也就会有比较少的空穴。

图8.20 （a）有污垢和玻璃损伤裂纹的亮场掩膜版；（b）显影后在负胶上的结果

Exposure 曝光

Chrome 铬

Dirt 污垢

Glass Crack 玻璃裂纹

Negative resist 负胶

Oxide 氧化物

Wafer 晶圆

负胶的另一个问题是氧化。这是光刻胶和空气中氧气的反应，它能使光刻胶膜厚变薄20%。而正胶没有这种属性。成本一直是一个主要的考虑因素。正胶比负胶的成本要高，但这种高成本可以通过高良品率来抵消。

这两种类型的光刻胶的显影属性也是不同的。负胶所用的显影剂非常容易得到，聚合和非聚合区域的可溶性有很大的不同。在显影过程中，图形尺寸相对保持恒定。正胶相对来讲聚合区域和非聚合区域的可溶性区别较小，它需要用仔细准备过的显影剂来显影，并且在显影过程中需要进行温度控制。溶解阻止系统被特意的加入进来，以便在显影过程中控制图形尺寸。

从下一步到最后一步光刻工艺是去处光刻胶，它是在化学溶剂中或是在等离子系统中进行的。总的来说，去除正胶会比去除负胶要容易，它发生在那些受环境影响比较小的化学品中。生产先进的集成电路厂商通常会选择正胶，而对于那些图形尺寸大于2微米的工艺还是在用负胶。图8.21显示了这两种类型光刻胶属性的比较。

光刻胶的物理属性

光刻胶的表现要素已经被详细的说明了，所有基本光刻工艺十步法工艺都和光刻胶的物理性质和化学性质有一定联系。而这些性质都受光刻胶生产商的严格的控制。

固体含量

光刻胶是一种液体，它通过旋转的方法涂到晶圆表面。光刻胶留在晶圆表面的厚度是由涂胶工艺的参数和光刻胶的属性--固体含量（solid content）和粘度（viscosity）来决定的。

光刻胶是由聚合物，光敏剂和添加剂混合在溶剂中构成的。不同的光刻胶会包含有不同数量的固体物。这个数量指的就是光刻胶的固体含量，它是由光刻胶中重量百分比来表示的。固体含量的范围通常在20%到40%之间。3

粘度

粘度是液体流动数量上的测量。高粘度液体，例如牵引车车油，流动较慢。低粘度液体，例如水，比较容易流动。对于这两种情况，流动的机理是一样的。当液体被灌注时，液体中的分子之间相互滚动。当分子滚动时，它们之间存在一种引力。这种引力起到了一种类似于内部摩擦力的作用。而粘度就是这种摩擦力的测量。

粘度可以通过几种不同的技术方法测量。其中一种是落球粘度计量器。在这种测量仪器中，一个尺寸和重量都被测量过的球被投入到装有液体的管子中，然后纪录它通过两个标记的时间。液体粘度越高，球通过标记的时间就越长。另一种技术称为Ostwalk-Cannon-Fenske方法，它是通过测量一定量液体通过给定孔的时间。

大多光刻胶生产商是通过在光刻胶中转动风向标来测量粘度的。粘度越高，在恒定速度下移动风向标所需要的力就越大。旋转风向标的测量方法说明了粘度的力相关性。

粘度的单位是厘泊（centipoise）（百分之一泊）。它是以法国科学家Poisseulle命名的，Poisseulle调查研究了液体的粘性流动。One poise等于dyne second per厘米。粘度单位厘泊更准确的说明了绝对粘度（absolute viscosity）。

另外一种单位称为Kinematic粘度，它是centistoke，是由绝对粘度（厘泊）除以光刻胶密度而的到的。粘度会随着温度的变化而变化；因此，它的指定值是在特定温度条件下声明的，通常是25C。粘度是在涂胶工艺中决定光刻胶厚度的主要参数。粘度和光刻胶固体含量密切相关。固体含量越高，光刻胶粘度就越高。

表面张力

光刻胶表面张力也会影响涂胶工艺的结果。表面张力是液体表面吸引力的测量（图8.22）。具有高表面张力的液体在一个平面上会不易流动。表面张力会使液体在表面或管子中拉成一球面。

折射系数

光刻胶的光学性质会在曝光系统中产生作用。一个性质是折射（refraction），或者说光通过一个透明或者半透明介质时会被弯曲。物体在水中的实际位置和你在水表面看到它的位置是不一样的，这种现象也是折射。这是由于光线被物质减慢

而造成的。折射系数（the index of refraction）是光在物质中速度相对于光在空气中的速度的测量（图8.23）。它是反射角度和撞击角度的比值。对于光刻胶，它的折射率和玻璃比较接近，大约是1.45。

光刻胶的存储和控制

光刻胶是一种精细的高科技混合物。它们的生产是高精密度的。一旦一种光刻工艺被开发，它的持续成功是靠对工艺参数日复一日的控制和恒定的光刻胶产品。提供光刻胶批与批之间的一致性是光刻胶生产商的责任。保持光刻胶批与批之间的一致性则是使用者的责任。光刻胶的几个特性决定了光刻胶储存和控制所需要的条件。

图8.22表面张力

Low Surface Tension From Low Molecular Attractive Faces: 低分子吸引面的低表面张力

High Surface Tension From High Molecular Attractive Faces: 高分子吸引面的高表面张力

图8.23 折射指数，（a）90度入射光；（b）成角度光在透明薄膜中折射Reflective Substrate: 反射性衬底

Transparent Film: 透明薄膜

光热敏感度

光和热都会激化光刻胶里的敏感机制，而这些本来是应该在受控的光刻工艺过程中来完成的。光刻胶必须在存储和处理过程中受到保护，以免产生不希望的反应进而影响到光刻工艺的结果。这就是为什么在光刻工艺区域使用黄光。光刻胶使用褐色的瓶子来存储也是由于同样的原因。彩色玻璃也可以保护光刻胶，以免受到杂散光的照射。正确的光刻胶存储和运输需要把温度严格地控制在生产商所要求范围之内。

粘性敏感度

粘性的控制对于良好的膜厚控制是最基本的。要想保持光刻胶的粘性，光刻胶在使用之前必须保持封闭状态。打开瓶子会使光刻胶里的溶剂蒸发，光刻胶里的固体含量就会相应增加，进而光刻胶的粘性就会增强。如果光刻胶从塑料管中喷洒出来，那么这种塑料物质必须经过测试以保证光刻胶不会从这种物质中滤取可塑剂。可塑剂会增加光刻胶的粘性。

光刻胶还可以存储在密封的真空袋中。光刻胶在存储和运输过程中都要受到保护。在使用过程中，光刻胶喷洒时，密封袋连续塌进，以保证空气不会到达光刻胶表面。

保存期

光刻胶容器都有推荐的保存期。问题还是光刻胶自身的聚合和光学溶解。随着时间的推移，光刻胶里的聚合物会发生变化，当光刻胶用于生产时它的性能就会受到影响。

清洁度

不用说，所有用来喷洒光刻胶的设备都保持在尽可能洁净的条件下。除了系统中颗粒污染物的影响，干化的光刻胶也会累积在光刻胶管内进而污染光刻胶，所以光刻胶管必须定期地清洗。清洗代理商必须核实它和光刻胶的兼容性。例如，TCE不能用于负胶，因为它能在光刻胶中产生气泡。

光刻工艺

接下来的部分要来介绍基本的光刻工艺十步法。其中包括每一步的目的、技术考虑和挑战、选项和工艺控制方法。

表面准备

贯穿全文，我们会用不同的类推方法来帮助读者理解复杂的工艺过程。对于光刻工艺的一个很好的类比就是涂漆工艺。即使是一个业余的油漆匠也会很快学会，要想最终得到一个平滑而且结合很好的膜，表面必须干燥而且干净。这个道理在光刻工艺过程中也同样适用。为确保光刻胶能和晶圆表面很好粘贴，必须要进行表面准备。这一步骤是由三个阶段来完成的：微粒清除，脱水，涂底胶。

微粒清除

晶圆几乎总是从一个清洁的区域来到光刻蚀区域的，例如氧化、掺杂、化学汽相淀积（oxidation, doping, CVD）然而，晶圆在存储，装载，和卸载到片匣过程中，可能会吸附到一些颗粒状污染物，而这些污染物是必须要被清除掉的。根据污染的等级和工艺的需要，可以用几种不同的微粒清除方法（图8.24）。最极端的情况是，可能会给晶圆进行化学湿法清洗，这种方法和氧化前清洗比较相似，它包括酸清洗，水冲洗，和烘干。所使用的酸必须要和晶圆表面层兼容。微粒清除方法和第7章所介绍的是一样的：手动气吹，机械洗刷，和/或者高压水喷溅。

脱水烘焙

我们已经提到过，晶圆表面必须要干燥以增加它的粘贴能力。一个干燥的表面称作憎水性（hydrophobic）表面，它是一种化学条件。在憎水性表面上液体会形成小滴，例如水在刚刚打完蜡的汽车表面上会形成好多小水珠。憎水性表面有益于光刻胶的粘贴（图8.25）。晶圆在进行光刻蚀加工之前表面通常是憎水性的。

不幸的是，当晶圆暴露于空气中的湿气或是清洗结束后的湿气时，表面会变成亲水性（hydrophilic）。在这种条件下液体会在晶圆表面形成一个比较大的水洼，就像是水在没有打蜡的汽车表面一样。亲水性表面同时也称作含水的表面。在含水的表面光刻胶不能很好粘贴（图8.25）。

有两个重要的方法来保持一个憎水性表面。一种方法是把室内湿度保持在50%以下，并且在晶圆完成前一步工艺之后尽可能快地对晶圆进行涂胶。另一种方法是把晶圆存储在用干燥并且干净的氮气净化过的干燥器中，或者存储在干燥的小环境中，例如SMIF盒子（见第四章）。为了使晶圆表面达到可以接受的粘贴属性，需要加入一些附加的步骤。这些步骤包括：脱水烘焙和涂底胶。

一个加热的操作可以使晶圆表面恢复到憎水性条件。针对三种不同的脱水机制脱水烘焙有三种温度范围。在150到200摄氏度的温度范围内（低温），晶圆表面会被蒸发。到了400摄氏度（中温），和晶圆表面结合比较松水分子会离开。当温度超过750摄氏度（高温）时，晶圆表面从化学性质上讲恢复到了憎水性条件。

图8.25 亲水性表面与厌水性表面对照

Hydrophilic Surface: 亲水性表面

Hydrophobic Surface: 厌水性表面

在大多数光刻蚀工艺中，只用低温烘焙。因为低温的温度范围可以通过热板，箱式对流传导或者真空烤箱很容易的达到。低温烘焙的另一个好处就是在进行旋转工艺之前不用花费很长的时间等待晶圆冷却，系统可以很容易地把这一步和旋转烘焙结合起来，进而形成脱水-旋转-烘焙系统。这些加热系统的解释在“软烘焙”一节中。

高温烘焙很少用到。一个原因是750摄氏度高温通常只能通过管反应炉才能达到，而那些管反应炉都比较大，而且不能和旋转烘焙工艺结合。第二个原因就是温度本身。在750摄氏度高温下，晶圆内掺杂结合处能够移动（那不是所希望的）并且晶圆表面的可移动离子污染物可以移入晶圆内部，从而造成器件可靠性和功能的问题。

晶圆涂底胶

除了脱水烘焙外，晶圆还可以通过涂化学底胶步骤来保证它能和光刻胶粘贴的很好。涂漆时，所选择的底漆有很好的吸附表面的功能并且能够为正式涂漆提供一个平滑的表面。在半导体光刻蚀工艺中，底胶的作用是和这一点比较相似的。底胶从化学上把晶圆表面的水分子系在一起，因此增加了表面的粘附能力。4

有好些化学品提供了涂底胶的功能，但是目前被广泛应用着的是六甲基乙硅烷（HMDS）。HMDS是由IBM公司的R. H. Collins和F. T. Deverse发明的，

它的说明在美国专利3,549,368中有所说明。 HMDS是由在溶液中混合了10%到100%二甲苯而得到的。而准确的混合物是由洁净室里的环境因素和特定的晶圆表面来决定。和涂漆的底胶不一样，几个分子厚的底胶就足够具有提供粘附催化剂的作用了。

沉浸式涂底胶

给晶圆涂底胶最简单的方法是把晶圆浸渍在一烧杯液体中。但这种方法的缺点是只能进行手动操作，而且会使晶圆在HMDS中暴露于污染物。

旋转式涂底胶

对于大多数光刻蚀工艺，晶圆是在光刻胶涂胶吸盘上来进行涂底胶的（图8.26）。HMDS是以手动或者自动的方式从注射器中喷洒出来的。自动旋转器（看下一节）有一个单独的系统，它用来在涂光刻胶之前在晶圆表面喷洒HMDS。当旋转的晶圆涂完HMDS后，吸盘的转速被提高以便使HMDS层干燥。旋转式涂底胶最大的好处是它可以和涂光刻胶步骤在一起连续地进行。

蒸汽式涂底胶

浸泡式涂底胶和旋转式涂底胶都要求HMDS液体和晶圆表面直接的接触。每当晶圆和液体接触时，晶圆就会有被污染的危险。另外一个考虑就是在涂光刻胶之前HMDS层必须要被干燥，湿HMDS会溶解光刻胶层底部，并且会干涉曝光，显影和刻蚀。最后一点是，HMDS相对比较昂贵，在旋转式涂胶过程中大量的HMDS被喷洒在晶圆表面以确保足够的覆盖面，而其中大部分HMDS都被浪费掉了。

以上所考虑的那些问题可以通过蒸汽式涂底胶来解决。蒸汽式涂底胶通过三种形式来实践的。两种形式是在常压下进行的，一种是在真空中进行的（图8.27）。其中一种常压系统采用一个带有喷水式日饮水口的反应室和干燥反应室相连。氮气以气泡状通过HMDS并且携带着HMDS进入反应室，晶圆就在这个反应室中进行涂胶。另一种常压系统采用一个存有液体HMDS的蒸汽脱脂器给HMDS 加热至沸点，之后晶圆被悬置于蒸汽中进行涂胶。

图8.26 底胶旋转喷洒

Resist: 光刻胶

Primer: 底胶器

Wafer: 晶圆

Chuck: 吸盘

Vacuum: 真空

图8.27蒸汽式涂底胶法（a）常压式；（b）真空烘焙式蒸汽涂底胶

Carrier gas: 运载空气

Prime: 底胶

Vapor: 蒸汽

Vacuum: 真空

第三种蒸汽技术是真空蒸汽涂底胶，它用一个密封的HMDS长颈瓶和一个真空烤箱或是单一晶圆反应室相连。刚开始晶圆在充满氮气的烤箱中被加热。在温度达到150C后，反应室切换成真空。一旦达到真空水平，阀门打开并且HMDS 蒸汽通过负压被吸入反应室。在反应室内，当蒸汽充满整个反应室时，晶圆就会被彻底的涂底胶。即使在高湿度环境中，这种方法也显示了很好的粘贴寿命。

真空蒸汽涂底胶的另一个好处就是能和脱水烘焙，涂胶步骤合并在一起，并且它能非常显著降低HMDS的使用量。真空蒸汽涂底胶在光刻工艺过程中增加了额外的一步，它是在箱式烤箱中完成的。许多自动涂胶器系统中都包括有真空蒸汽涂底胶器。

涂光刻胶

涂胶工艺的目的就是在晶圆表面建立薄的、均匀的、并且没有缺陷的光刻胶膜。这些好的质量很容易说到，但是它却需要用精良设备和严格的工艺控制才能达到。一般来说，光刻胶膜厚从0.5微米到1.5微米不等，而且它的均匀性必须要达到只有正，负0.01微米的误差。也就说，对于1.0微米厚的光刻胶膜只有1%的变化。

普通的光刻胶涂胶方法有三种方法：刷法、滚转方法和浸泡法。但是这三种方法中没有一种能够达到光刻胶工艺所要求的质量标准。在涂底胶的那一节中我们简单地介绍旋转涂胶方法，这也就是我们普遍应用的涂胶方法。涂胶器有手动的，半自动的，和全自动的设计。自动化程度不同，所应用的系统也会不同。在下文我们会有所介绍。然而，每个系统光刻胶膜的沉积确实是共通的。

涂胶工艺被设计成防止或是降低晶圆外边缘部分光刻胶的堆起。称为边缘水珠（edge bead），这种堆起会在曝光和刻是过程中造成图形的变形。

静态涂胶工艺

晶圆在涂完底胶之后会停在针孔吸盘上面，这就为下一步涂胶工艺准备好了。几立方厘米的光刻胶被堆积在晶圆的中心（图8.28）并且允许被涂开成一个小的水洼，这个小的水洼被继续涂开直到光刻胶覆盖了晶圆的大部分。水洼的大小是一个工艺参数，它是由晶圆的大小和所用光刻胶的类型决定。所涂光刻胶总量的大小是非常关键的。如果量少了会导致晶圆表面涂胶不均，如果量大了会导致晶圆边缘光刻胶的堆积或是光刻胶流到晶圆背面（图8.29）。

当水洼达到规定的直径，吸盘会很快的加速到一个事先定好的速度。在加速过程中，离心力会使光刻胶相晶圆边缘部扩散并且甩走多余的光刻胶，只把平整均匀的光刻胶薄膜留在晶圆表面。在光刻胶被分散开之后，高速旋转还会维持一段时间以便使光刻胶干燥。

光刻胶膜的最终厚度是由光刻胶粘度，旋转速度，表面张力和光刻胶的干燥属性来决定。实践中，表面张力和干燥属性时光刻胶的自身性质，粘度和转速之间的关系是由光刻胶供应商所提供的曲线来决定的或者是根据特定的旋转系统而建立的。

图8.28 静态旋转工艺

Apply: 涂胶

Spread: 铺展

Spin: 旋转

Vacuum: 真空

High RPM: 高转速

图8.29 光刻胶覆盖

Resist Deposit: 光刻胶浇注

Insufficient Coverage: 不充分覆盖

Complete Resist Coverage: 完整光刻胶覆盖

Excessive Resist: 过多光刻胶

After Spin: 旋转后

图8.30 光刻胶厚度与旋转速度对照（承蒙 KTI Chemicals允许）

Spin Speed （RPM）: 转速（RPM）

Resist Thickness （Angstroms）: 光刻胶厚度（埃）

尽管旋转速度被指定来控制光刻胶膜厚，但是最终膜厚是由实际的旋转加速度来建立的。涂胶器的加速属性必须被详细说明，而且它必须被定期维护以保证它在旋转工艺中保持恒定。

动态喷洒

在20世纪70年代，大直径晶圆对均匀光刻胶膜的需求促成了动态旋转喷洒技术的研发（图8.31）。对于这种技术，晶圆在以500rpm低速旋转的时候，光刻胶被喷洒在晶圆表面。低速旋转的作用是帮助光刻胶最初的扩散。用这种方法我们可以用较少量的光刻胶而达到更均匀光刻胶膜。光刻胶扩展开之后，旋转器加速至高速来完成最终的光刻胶扩展并得到薄而且均匀的光刻胶膜。

图8.31 动态旋转喷洒

Low RPM: 低转速

Vacuum: 真空

High RPM: 高转速

移动手臂喷洒

动态喷洒技术的一项提高是进一步的移动手臂喷洒（图8.31）。手臂从晶圆的中心向晶圆的边缘缓慢的移动。这个动作会给最初和最后一层带来更好的表面均匀性。移动手臂喷洒，还能节省光刻胶，特别是对于大直径晶圆。

手动旋转器

手动旋转器是一个简单的机器，它包括从一个到四个真空吸盘，一个马达，一个

转速计，和一个用来连结真空的接口。每个头用一个捕获杯包围着，用来收集剩余的光刻胶，并且把那些光刻胶输导到一个收集容器中。捕获杯也是用来预防晶圆加速旋转时把光刻胶从晶圆表面甩走。这个工艺是用氮气枪来去除微粒开始的。晶圆被用镊子或是真空吸笔固定在探头上，吸盘的真空同时也被打开。接着HMDS从注射器或者是压榨瓶中喷洒到晶圆表面，晶圆同时也在旋转和烘干。最后，光刻胶水洼从另外的注射器或者是压瓶中喷洒到晶圆表面。大多数在手工旋转器商进行的涂胶工艺使用的是静态喷洒方法。

图8.32移动手臂喷洒

Apply with Moving Arm: 使用移动手臂涂胶

Vacuum: 真空

Spread: 铺展

High RPM: 高转速

自动旋转器

一个半自动涂胶器增加了光刻胶自动吹气，光刻胶喷洒，和旋转周期的功能。氮气吹气是通过真空吸盘上面一个单独的管子来完成的。这个管子连接着加压的氮气源（图8.33）。在喷洒反应室里面还有一个用来涂底胶的管子和一个光刻胶喷洒管。光刻胶管子是从加压氮气容器或者是通过隔膜泵来供给光刻胶的。由于氮气会被吸收到光刻胶里面，所以工业上基本上已经不再用氮气加压光刻胶喷洒系统了。在光刻胶喷洒周期完成之后，氮气会从光刻胶里面出来，这样会在光刻胶膜上留下小孔。而隔膜泵则不会出现这样的问题。

图8.33自动旋转器图示

Auto Wafer Load: 自动晶圆装载

To Exhaust: 通向排气

N2O Blow Off: N2O吹除

Spin Motor: 旋转电机

Vacuum: 真空

Catch Cup: 捕获杯

Primer: 底胶器

Resist: 光刻胶

Transfer to Cassette or Soft Bake: 传送到晶圆盒或软烘焙

图8.34 有回吸自动喷洒

No Drawback: 无回吸

With Drawback: 有回吸

Resist Ball: 光刻胶球

Solvent Evaporation: 溶剂蒸发

自动光刻胶喷洒器具备负压的功能，它能在光刻胶喷洒操作完成之后自动地把光刻胶吸回到喷洒管中。这个回吸功能，减少了管子中光刻胶暴露的表面，从而防止了暴露的光刻胶会干化成硬球儿而落到晶圆表面（图8.34）。对于一个全自动

系统，所有的旋转工艺事件是用微处理器来控制的。这个系统能够把自动地晶圆从片匣中取出来放在吸盘上，进行喷洒和烘干，这些操作完成之后再把晶圆放回到片匣中。标准的系统配置是一条流水线，就像是轨道。生产上的涂胶机一般会有二个到四个轨道。一个完整的系统可以包括一个晶圆清洗模块、脱水涂底胶模块、涂胶模块，伴随着晶圆上载和下载装置还会有软烘焙箱。

背面涂胶

在某些器件的工艺中，需要在光刻过程中保持晶圆背面氧化物的存在。一种方法是通过在晶圆背面涂光刻胶来完成。这种背面涂胶的要求仅仅是一个足够厚的光刻胶膜来阻隔刻蚀。通常晶圆是在正面涂胶完成之后通过一个滚动机在晶圆背面进行涂胶的（图8.35）。

另外还有一种背面刻蚀保护系统，它是通过在晶圆背面附加上一种塑料薄片来达到的。

软烘焙

软烘焙是一种以蒸发掉光刻胶中一部分溶剂为目的的加热过程。软烘焙完成之后，光刻胶还保持“软”状态，而不是被烘焙成像灰烬一样。蒸发溶剂有两个原因。溶剂的主要作用是能够让光刻胶在晶圆表面涂成一薄层，在这个作用完成以后，溶剂的存在干扰余下的工艺过程。第一个干扰是在曝光的过程中发生的。光刻胶里面的溶剂会吸收光，进而干扰光敏感聚合物中正常的化学变化。第二个问题是和光刻胶粘连有联系的。通过涂漆工艺的理解，我们可以知道光刻胶的烘干（溶剂的蒸发）会帮助光刻胶和晶圆表面更好的粘结。

图8.35 滚动机涂胶

Resist in Doctor Bar: 刮柄内的光刻胶

Pump: 泵

Roller: 滚动机

Coated Wafer: 已涂胶晶圆

Resist Supply: 光刻胶供给

Mylar Belt: 聚酯带

时间和温度是软烘的参数，它们是由评估矩阵来决定的。在光刻过程中，两大主要目标是正确的图形定义和在刻蚀过程中光刻胶和圆胶表面好的粘连。这两个目标都会受软烘温度的影响。不完全烘焙会在曝光过程中造成图像成形不完整和在刻蚀过程中造成多余的光刻胶漂移。过分烘焙会造成光刻胶中的聚合物产生聚合反应，并且不和曝光射线反应。光刻胶供应商会提供软烘温度和时间的范围，之后光刻工程师再把这些参数优化。负胶必须要在氮气中进行烘焙，而正胶可以在空气中烘焙。软烘焙的方法很多，它们是通过设备和三种热传导方法组合来完成的。

热传递的三种方式是：传导、对流和辐射。热传导是热量通过直接接触物体的热表面传递。热板就是通过热传导加热。在热传导过程中，热表面的振动原子使待加热对象的原子也振动起来。由于它们的振动和碰撞，这些原子就会变热。

光刻工艺概述

光刻工艺流程图 一前处理（OAP） 通常在150~200℃对基片进行烘考以去除表面水份，以增强光刻胶与硅片的粘附性。（亲水表面与光刻胶的粘附性差，SI的亲水性最小，其次SIO2，最后PSI玻璃和BSI玻璃） OAP的主要成分为六甲基二硅烷，在提升光刻胶的粘附性工艺中，它起到的作用不是增粘剂，而是改变SiO2的界面结构，变亲水表面为疏水表面。OAP通常采用蒸汽涂布的方式，简单评

价粘附性的好坏，可在前处理过的硅片上滴一滴水，通过测量水与硅片的接触角，角度越大， SI 二、匀胶 光刻胶通常采用旋涂方式，在硅片上得到一层厚度均匀的胶层。影响胶厚的最主要因素：光刻胶的粘度及旋转速度。次要因素：排风；回吸；胶泵压力；胶盘；温度。 胶厚的简单算法：光刻胶理论的最小胶厚的平方乘以理论的转速=目标光刻胶的胶厚的平方乘以目标转速 例如：光刻胶理论厚度1微米需要转速3000转/分，那需要光刻胶厚度1.15微米时转速应为 12 *3000/1.152 三、前烘 前烘的目的是为了驱除胶膜中残余的溶剂，消除胶膜的机械应力。前烘的作用： 1）增强胶层的沾附能力；2）在接触式曝光中可以提高胶层与掩模板接触时的耐磨性能；3）可以提高和稳定胶层的感光灵敏度。前烘是热处理过程，前烘通常的温度和时间： 烘箱90~115℃ 30分钟 热板90~120℃ 60~90秒 四、光刻 光刻胶经过前烘后，原来液态光刻胶在硅片表面上固化。光刻的目的就是将掩膜版上的图形转移到硅片上。曝光的设备分类接触式、接近式、投影式、步进式/扫描式、电子束曝光、软X射线曝光。 五、显影 经过显影，正胶的曝光区域和负胶的非曝光区域被溶解，正胶的非曝光区域和负胶的曝光区域被保留下来，从而完成图形的转移工作。正胶曝光区域经过曝光后，生成羧酸与碱性的显影液中和反应从而被溶解。负胶的曝光区域经过曝光后产生胶联现象，不被显影液溶解。而未曝光的区域则被显影液溶解掉。定影液的作用是漂洗显影过程中产生的碎片，挤出残余的显影液，另外还可以起到收缩图形，提高图形的质量。

光刻工艺简要流程介绍

光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60%。 光刻机是生产线上最贵的机台，5～15百万美元/台。主要是贵在成像系统（由15～20个直径为200～300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。光刻部分的主要机台包括两部分：轨道机（Tracker），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning)光刻工艺的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻胶具有高的光学敏感性；准确地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。 光刻工艺过程 一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。 1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking） 方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮 气保护） 目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是 HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。 2、涂底（Priming) 方法：a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸汽淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS 用量大。

目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。 3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating） 方法：a、静态涂胶（Static）。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）； b、动态（Dynamic）。低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速 旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。 决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄； 影响光刻胶厚度均运性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时 间点有关。 一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关（因为不同级别的曝光波长对应不 同的光刻胶种类和分辨率）： I-line最厚，约0.7～3μm；KrF的厚度约0.4～0.9μm；ArF的厚度约0.2～ 0.5μm。 4、软烘（Soft Baking） 方法：真空热板，85～120℃,30～60秒； 目的：除去溶剂（4～7%）；增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶 玷污设备； 边缘光刻胶的去除（EBR，Edge Bead Removal）。光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离（Peeling）而影响其它部分的图形。所以需要去除。

光刻工艺流程

光刻工艺流程 Lithography Process 摘要：光刻技术（lithography technology)是指集成电路制造中利用光学—化学反应原理和化学，物理刻蚀法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。光刻是集成电路工艺中的关键性技术，其构想源自于印刷技术中的照相制版技术。光刻技术的发展使得图形线宽不断缩小，集成度不断提高，从而使得器件不断缩小，性能也不断提利用高。还有大面积的均匀曝光，提高了产量，质量，降低了成本。我们所知的光刻工艺的流程为：涂胶→前烘→曝光→显影→坚膜→刻蚀→去胶。 Abstract:Lithography technology is the manufacture of integrated circuits using optical - chemical reaction principle and chemical, physical etching method, the circuit pattern is transferred to the single crystal surface or the dielectric layer to form an effective graphics window or function graphics technology.Lithography is the key technology in integrated circuit technology, the idea originated in printing technology in the photo lithographic process. Development of lithography technology makes graphics width shrinking, integration continues to improve, so that the devices continue to shrink, the performance is also rising.There are even a large area of exposure, improve the yield, quality and reduce costs. We know lithography process flow is: Photoresist Coating → Soft bake → exposure → development →hard bake → etching → Strip Photoresist. 关键词：光刻，涂胶，前烘，曝光，显影，坚膜，刻蚀，去胶。 Key Words:lithography,Photoresist Coating,Soft bake,exposure,development,hard bake ,etching, Strip Photoresist. 引言： 光刻有三要素：光刻机；光刻版（掩模版）；光刻胶。光刻机是IC晶圆中最昂贵的设备，也决定了集成电路最小的特征尺寸。光刻机的种类有接触式光刻机、接近式光刻机、投影式光刻机和步进式光刻机。接触式光刻机设备简单，70年代中期前使用，分辨率只有微

第九章_基本光刻工艺流程-显影到最终检验

第九章基本光刻工艺流程-曝光到最终检验概述 在本章，将解释从光刻胶的显影到最终检验所使用的基本方法。本章末尾将涉及膜版工艺的使用和定位错误的讨论。 目的 完成本章后您将能够： 1.划出晶圆在显影之前及之后的剖面图。 2.列出显影的方法。 3.解释硬烘焙的方法和作用。 4.列出晶圆在显影检验时被拒绝的至少五个原因。 5.划出显影-检验-重做工作过程的示意图。 6.解释湿法刻蚀和干法刻蚀的方法和优缺点。 7.列出从氧化膜和金属膜上去除光刻胶的机器 8.解释最终检验的方法和作用。 显影 晶圆完成定位和曝光后，器件或电路的图案被以曝光和未曝光区域的形式记录在光刻胶上（图9.1）。通过对未聚合光刻胶的化学分解来使图案显影。显影技术被设计成使之把完全一样的膜版上图案复制到光刻胶上。不良的显影工艺造成的问题是不完全显影，它会导致开孔的不正确尺寸，或使开孔的侧面内凹。在某些情况下，显影不够深而在开孔内留下一层光刻胶。第三个问题是过显影它会过多地从图形边缘或表面上去除光刻胶。要在保证开孔的直径一致和由于清洗深孔时液体不易进入而造成的清洗困难的情况下保持具有良好形状的开孔是一个特殊的挑战。 负和正的光刻胶有不同的显影性质并要求不同的化学品和工艺。 负光刻胶显影 在光刻胶上成功地使图案显影要依靠光刻胶的曝光机理。负光刻胶暴露在光时会有一个聚合的过程它会导致光刻胶聚合在显影液中分解。在两个区域间有足够高的分解率以使聚合的区域只失去很小部分光刻胶。对于大多数的负光刻胶显影二甲苯是受欢迎的化学品。它也在作负光刻胶中作溶液使用。显影完成前还要进行冲洗。对于负光刻胶，通常使用n-丁基醋酸盐作为冲洗化学品，因为它既不会使光刻胶

光刻技术

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 精密和超精密加工技术论文 论文名称：光刻技术及其应用 课程名称：精密和超精密加工技术专业：机械设计制造及其自动化班级：1208104 姓名：孙文熙 学号：1120810404 哈尔滨工业大学

光刻技术及其应用 摘要：集成电路制造中利用光学- 化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。随着半导体技术的发展，光刻技术传递图形的尺寸限度缩小了2～3个数量级（从毫米级到亚微米级），已从常规光学技术发展到应用电子束、 X射线、微离子束、激光等新技术；使用波长已从4000埃扩展到 0.1埃数量级范围。光刻技术成为一种精密的微细加工技术。本文就光刻技术的概念和工艺过程进行介绍，并对其发展与应用进行展望。 关键字：光刻技术，工艺流程，步骤，应用。 一、光刻技术的概念 光刻技术是在一片平整的硅片上构建半导体MOS管和电路的基础，这其中包含有很多步骤与流程。首先要在硅片上涂上一层耐腐蚀的光刻胶，随后让强光通过一块刻有电路图案的镂空掩模板（MASK）照射在硅片上。被照射到的部分(如源区和漏区)光刻胶会发生变质，而构筑栅区的地方不会被照射到，所以光刻胶会仍旧粘连在上面。接下来就是用腐蚀性液体清洗硅片，变质的光刻胶被除去，露出下面的硅片，而栅区在光刻胶的保护下不会受到影响。随后就是粒子沉积、掩膜、刻线等操作，直到最后形成成品晶片（WAFER）。 二、光刻技术的工艺流程 常规光刻技术是采用波长为2000～4500埃的紫外光作为图像信息载体，以光致抗蚀剂为中间（图像记录）媒介实现图形的变换、转移和处理，最终把图像信息传递到晶片(主要指硅片)或介质层上的一种工艺。在广义上，它包括光复印和刻蚀工艺两个主要方面。 ①光复印工艺：经曝光系统将预制在掩模版上的器件或电路图形按所要求的位置，精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致抗蚀剂薄层上。

光刻工艺与方法

光刻工艺与方法 张永平 2012.02.24

?光刻胶由三部分组成： 1、感光剂 2、增感剂 3、溶剂 正、负性光刻胶

衡量光刻胶好坏的标准 ?1、感光度 ?2、分辨率 ?3、粘度及固态含有率 ?4、稳定性 ?5、抗蚀性 ?6、黏附能力 ?7、针孔密度

光源 ?现代曝光系统所产生的像是受衍射限制的，而衍射效应又与曝光辐射的波长有很强的联系。从历史看，多数的光刻系统都使用弧光灯作为主要光源，内含有汞蒸汽，用光刻的灯消耗大约1千瓦功率。常用的汞两种特征波长：436nm（g线）和365nm（i线）。20世纪90年代早期，多数的光刻机使用g线；在0.35μm这一代中，i线步进光刻机是主宰。在深紫外光这一段，最亮的光源要数准分子激光，最有兴趣的二种源:KrF（248nm）和ArF（193nm），一般有二种元素，一种是惰性气体，一种是含卤化合物。准分子激光的主要问题：激光的可靠性和寿命、镜头系统中光学元件对曝光波长的透明度、寻找合适的光刻胶

?曝光技术直接影响到微细图形加工的精度与质量?a,接触式 ?b,接近式 ?c,投影式

三种曝光方式比较 接触曝光：光的衍射效应较小，因而分辨率高；但易损坏掩模图形，同时由于尘埃和基片表面不平等，常常存在不同程度的曝光缝隙而影响成品率。 接近式曝光：延长了掩模版的使用寿命，但光的衍射效应更为严重，因而分辨率只能达到2—4um 左右。 投影式曝光：掩模不受损伤，不存在景深问题提高了对准精度，也减弱了灰尘微粒的影响，已成为LSI 和VLSI 中加工小于3um 线条的主要方法。缺点是投影系统光路复杂，对物镜成像能力要求高。

光刻工艺流程及未来发展方向

集成电路制造工艺 光刻工艺流程 作者：张少军 陕西国防工业职业技术学院电子信息学院电子****班 24 号 710300 摘要：摘要：光刻(photoetching)是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去 的工艺，在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的岛状部分。 关键词：光刻胶；曝光；烘焙；显影；前景 Abstract: photoetching lithography (is) through a series of steps will produce wafer surface film of certain parts of the process, remove after this, wafer surface will stay with the film structure. The part can be eliminated within the aperture shape is thin film or residual island. Keywords: the photoresist, Exposure; Bake; Enhancement; prospects 基本光刻工艺流程— 1 基本光刻工艺流程—从表面准备到曝光 1.1 光刻十步法 表面准备—涂光刻胶—软烘焙—对准和曝光—显影—硬烘焙—显影目测—刻蚀—光刻胶去除—最终目检。 1.2 基本的光刻胶化学物理属性 1.2.1 组成聚合物+溶剂+感光剂+添加剂,普通应用的光刻胶被设计成与紫外线和激光反应，它们称为光学光刻胶（optical resist），还

第八章_基本光刻工艺流程-表面准备到曝光

第八章基本光刻工艺流程-表面准备到曝光 概述 最重要的光刻工艺是在晶圆表面建立图形。这一章是从解释基本光刻工艺十步法和讨论光刻胶的化学性质开始的。我们会按照顺序来介绍前四步（表面准备到对准和曝光）的目的和执行方法。 目的 完成本章后您将能够： 1．勾画出基本的光刻工艺十步法制程的晶圆截面。 2．解释正胶和负胶对光的反应。 3．解释在晶圆表面建立空穴和凸起所需要的正确的光刻胶和掩膜版的极性。4．列出基本光刻十步法每一步的主要工艺选项。 5．从目的4的列表中选出恰当的工艺来建立微米和亚微米的图形。 6．解释双重光刻，多层光刻胶工艺和平整化技术的工艺需求。 7．描述在小尺寸图形光刻过程中，防反射涂胶工艺和对比增强工艺的应用。8．列出用于对准和曝光的光学方法和非光学方法。 9．比较每一种对准和曝光设备的优点。 介绍 光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面层上的所规定的特定区域的基本操作（图8.1）。Photolithography是用来定义这个基本操作的术语。还有其它术语为Photomasking, Masking, Oxide或者Metal Removal （OR,MR）和Microlithography。 光刻工艺是半导体工艺过程中非常重要的一道工序，它是用来在不同的器件和电路表面上建立图形（水平的）工艺过程。这个工艺过程的目标有两个。首先是在晶圆表面建立尽可能接近设计规则中所要求尺寸的图形。这个目标被称为晶圆的分辨率（resolution）。图形尺寸被称为电路的特征图形尺寸（feature size）或是图像尺寸（image size）。 第二个目标是在晶圆表面正确定位图形（称为Alignment或者Registration）。整个电路图形必须被正确地定位于晶圆表面，电路图形上单独的每一部分之间的相对位置也必须是正确的（图8.2）。请记住，最终的图形是用多个掩膜版按照特定的顺序在晶圆表面一层一层叠加建立起来的。图形定位的的要求就好像是一幢建筑物每一层之间所要求的正确的对准。很容易想象，如果建筑物每一层和每一层不能很好地对准，那么它会对电梯以及楼梯带来什么样的

光刻工艺介绍

光刻工艺介绍 一、定义与简介 光刻是所有四个基本工艺中最关键的，也就是被称为大家熟知的photo，lithography，photomasking, masking, 或microlithography。在晶圆的制造过程中，晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成，这些部件是预先做在一块或者数块光罩上，并且结合生成薄膜，通过光刻工艺过程，去除特定部分，最终在晶圆上保留特征图形的部分。 光刻其实就是高科技版本的照相术，只不过是在难以置信的微小尺寸下完成，现在先进的硅12英寸生产线已经做到22nm，我们这条线的目标6英寸砷化镓片上做到0.11um。光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件的关联正确。

二、光刻工艺流程介绍 光刻与照相类似，其工艺流程也类似： 实际上，普通光刻工艺流程包括下面的流程：

1)Substrate Pretreatment 即预处理，目的是改变晶圆表面的性质， 使其能和光刻胶（PR）粘连牢固。主要方法就是涂HMDS，在密闭腔体内晶圆下面加热到120℃，上面用喷入氮气加压的雾状HMDS，使得HMDS和晶圆表面的-OH健发生反应已除去水汽和亲水健结构，反应充分后在23℃冷板上降温。该方法效果远比传统的热板加热除湿好。 2)Spin coat即旋转涂光刻胶，用旋转涂布法能提高光刻胶薄膜的 均匀性与稳定性。光刻胶中主要物质有树脂、溶剂、感光剂和其它添加剂，感光剂在光照下会迅速反应。一般设备的稳定工作最高转速不超过4000rpm，而最好的工作转速在2000～3000rpm。 3)Soft Bake(Pre-bake)即软烘，目的是除去光刻胶中溶剂。一般是 在90℃的热板中完成。 4)Exposure即曝光，这也是光刻工艺中最为重要的一步，就是用 紫外线把光罩上的图形成像到晶圆表面，从而把光罩上面的图形转移到晶圆表面上的光刻胶中。这一步曝光的能量(Dose)和成像焦点偏移(Focus offset)尤为重要. 5)Post Exposure Bake(PEB)即后烘，这是非常重要的一步。在 I-line光刻机中，这一步的目的是消除光阻层侧壁的驻波效应，

看懂光刻机-光刻工艺流程详解

看懂光刻机:光刻工艺流程详解 半导体芯片生产主要分为IC 设计、IC 制造、IC 封测三大环节。IC 设计主要根据芯片的设计目的进行逻辑设计和规则制定，并根据设计图制作掩模以供后续光刻步骤使用。IC 制造实现芯片电路图从掩模上转移至硅片上，并实现预定的芯片功能，包括光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、化学机械研磨等步骤。IC 封测完成对芯片的封装和性能、功能测试，是产品交付前的最后工序。 芯片制造核心工艺主要设备全景图 光刻是半导体芯片生产流程中最复杂、最关键的工艺步骤，耗时长、成本高。半导体芯片生产的难点和关键点在于将电路图从掩模上转移至硅片上，这一过程通过光刻来实现，光刻的工艺水平直接决定芯片的制程水平和性能水平。芯片在生产中需要进行20-30 次的光刻，耗时占到IC 生产环节的50%左右，占芯片生产成本的1/3。 光刻工艺流程详解 光刻的原理是在硅片表面覆盖一层具有高度光敏感性光刻胶，再用光线（一般是紫外光、深紫外光、极紫外光）透过掩模照射在硅片表面，被光线照射到的光刻胶会发生反应。此后用特定溶剂洗去被照射/未被照射的光刻胶，就实现了电路图从掩模到硅片的转移。 光刻完成后对没有光刻胶保护的硅片部分进行刻蚀，最后洗去剩余光刻胶，就实现了半导体器件在硅片表面的构建过程。 光刻分为正性光刻和负性光刻两种基本工艺，区别在于两者使用的光刻胶的类型不同。负性光刻使用的光刻胶在曝光后会因为交联而变得不可溶解，并会硬化，不会被溶剂洗掉，从而该部分硅片不会在后续流程中被腐蚀掉，负性光刻光刻胶上的图形与掩模版上图形相反。 在硅片表面构建半导体器件的过程 正性光刻与负性光刻相反，曝光部分的光刻胶会被破坏从而被溶剂洗掉，该部分的硅片没

光刻工艺问答

光刻工艺问答

PHOTO 流程? 答：上光阻→曝光→顯影→顯影後檢查→CD量測→Overlay量測 何为光阻？其功能为何？其分为哪两种？ 答：Photoresist(光阻).是一种感光的物质，其作用是将Pattern从光罩(Reticle)上传递到Wafer上的一种介质。其分为正光阻和负光阻。 何为正光阻? 答：正光阻，是光阻的一种，这种光阻的特性是将其曝光之后，感光部分的性质会改变，并在之后的显影过程中被曝光的部分被去除。 何为负光阻? 答：负光阻也是光阻的一种类型，将其曝光之后，感光部分的性质被改变，但是这种光阻的特性与正光阻的特性刚好相反，其感光部分在将来的显影过程中会被留下，而没有被感光的部分则被显影过程去除。 什幺是曝光？什幺是显影？ 答：曝光就是通过光照射光阻，使其感光；显影就是将曝光完成后的图形处理，以将图形清晰的显现出来的过程。 何谓 Photo? 答：Photo=Photolithgraphy,光刻，将图形从光罩上成象到光阻上的过程。Photo主要流程为何? 答：Photo的流程分为前处理，上光阻，Soft Bake, 曝光，PEB，显影，Hard Bake 等。 何谓PHOTO区之前处理? 答：在Wafer上涂布光阻之前，需要先对Wafer表面进行一系列的处理工作，以使光阻能在后面的涂布过程中能够被更可靠的涂布。前处理主要包括Bake，HDMS等过程。其中通过Bake将Wafer表面吸收的水分去除，然后进行HDMS工作，以使Wafer表面更容易与光阻结合。 何谓上光阻? 答：上光阻是为了在Wafer表面得到厚度均匀的光阻薄膜。光阻通过喷嘴（Nozzle）被喷涂在高速旋转的Wafer表面，并在离心力的作用下被均匀的涂布在Wafer的表面。

光刻工艺过程

光刻工艺过程 一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。 1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking） 方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮气保护）目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。 2、涂底（Priming） 方法：a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸气淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS用量大。 目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。 3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating） 方法：a、静态涂胶（Static）。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）； b、动态（Dynamic）。低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。 决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄； 影响光刻胶厚度均运性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时间点有关。 一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关（因为不同级别的曝光波长对应不同的光刻胶种类和分辨率）：I-line最厚，约0.7～3μm；KrF的厚度约0.4～0.9μm；ArF的厚度约0.2～0.5μm。 4、软烘（Soft Baking） 方法：真空热板，85～1200C,30～60秒； 目的：除去溶剂（4～7%）；增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶玷污设备； 边缘光刻胶的去除（EBR，Edge Bead Removal）。光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离（Peeling）而影响其它部分的图形。所以需要去除。 方法：a、化学的方法（Chemical EBR）。软烘后，用PGMEA或EGMEA去边溶剂，喷出少量在正反面边缘出，并小心控制不要到达光刻胶有效区域； b、光学方法（Optical EBR）。即硅片边缘曝光（WEE，Wafer Edge Exposure）。在完成图形的曝光后，用激光曝光硅片边缘，然后在显影或特殊溶剂中溶解； 5、对准并曝光（Alignment and Exposure） 对准方法：a、预对准，通过硅片上的notch或者flat进行激光自动对准；b、通过对准标志（Align Mark），位于切割槽（Scribe Line）上。另外层间对准，即套刻精度（Overlay），保证图形与硅片上已经存在的图形之间的对准。 曝光中最重要的两个参数是：曝光能量（Energy）和焦距（Focus）。如果能量和焦距调整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的图形。表现为图形的关键尺寸超出要求的范围。 曝光方法： a、接触式曝光（Contact Printing）。掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩

光刻工艺流程

光刻工艺流程 Lｉtｈoｇraphｙ Proｃｅss 摘要:光刻技术（ｌithogrａphy techｎｏlｏgy)是指集成电路制造中利用光学—化学反应原理和化学,物理刻蚀法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上,形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。光刻是集成电路工艺中的关键性技术，其构想源自于印刷技术中的照相制版技术。光刻技术的发展使得图形线宽不断缩小，集成度不断提高，从而使得器件不断缩小,性能也不断提利用高。还有大面积的均匀曝光，提高了产量,质量，降低了成本。我们所知的光刻工艺的流程为:涂胶→前烘→曝光→显影→坚膜→刻蚀→去胶。 Aｂstｒacｔ:Litｈoｇraｐhy ｔｅchnｏｌｏgy is the manufacture of inteｇｒated ｃirｃuiｔｓｕsｉnｇ opticａl - ｃｈemｉcaｌ reａction ｐrinｃiple anｄ chemi ｃaｌ, physical etcｈing methoｄ, ｔhe ciｒcuit paｔｔeｒn is ｔransferreｄｔo the ｓinｇle cｒｙstaｌ sｕrfacｅｏr the dｉelｅctric layer to form an ｅffｅｃtｉve graｐhics wiｎdow or fuｎction ｇrａphics technolｏgｙ.Ｌithogrａphy ｉs the key ｔechnologｙ in integrａted ｃircｕit tｅchnolｏｇｙ, ｔhe iｄｅa origｉnａted in priｎｔｉnｇｔｅｃｈnoloｇy iｎ the photo lithｏｇｒaｐhi ｃｐｒoｃeｓs. Developmenｔ oｆ litｈograpｈy tｅｃhnologｙmaｋｅs ｇrａpｈic ｓｗidth ｓhrinｋiｎｇ, iｎｔegration contｉnues tｏiｍprove, so tｈat the ｄevｉces continue to shriｎk, the peｒｆormａnｃe ｉs alsｏ risinｇ．Thｅrｅ are even a laｒｇe aｒｅa of ｅxｐoｓuｒe， improvｅ the ｙield, qｕality aｎd ｒeduce costs. We ｋnow lithograｐhy proceｓｓ fｌoｗis: Phｏtoresist Ｃoating → Soft ｂａkｅ→ｅｘposure →ｄｅvｅlopmeｎt →ｈarｄ bakｅ→ etｃhｉng → Sｔｒip Phoｔｏｒesiｓt． 关键词:光刻,涂胶，前烘，曝光,显影，坚膜,刻蚀,去胶。 Key Wｏrds:liｔhｏgrapｈｙ，Pｈotoｒesｉst Coating，Sofｔｂake，exｐoｓurｅ,ｄeveｌopment,hard bakｅ ,etchｉng，Ｓtrip Ｐｈoｔoresｉｓｔ．

07工艺-光刻介绍

集成电路工艺之
光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光源 5、光刻工艺 6、新技术简介
光刻
IC 工艺流程
Materials IC Fab Metallization Wafers Thermal Processes Masks Implant PR strip Etch PR strip Packaging CMP Dielectric deposition Test
IC 制造
e-Beam or Photo
EDA
Mask or Reticle
Ion Implant
PR
Etch
Chip
Photolithography
Final Test
Photolithography IC Design
EDA: 自动化电子设计 PR: 光刻胶

光刻基本介绍
? 在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻 胶上的过程 ? 将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。 ? 光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。 ? 光刻占40%到 50% 的流片时间。 ? 决定最小特征尺寸。 IC制程中最重要的模块,是集成电路中关键的 工艺技术，最早的构想来源于印刷技术中的照相制 版。光刻技术最早于1958年开始应用，并实现了平 面晶体管的制作。
光刻的基本步骤
? ? ? ? ? ? ? ? ? 硅片清洗 前烘和前处理 光刻胶涂布 匀胶后烘 对准和曝光 曝光后烘 显影 显影后烘 图形检查
涂胶
曝光 显影
硅片清洗
Clean Gate Oxide Primer
前烘和前处理
Polysilicon STI P-Well USG STI
Polysilicon USG P-Well

光刻技术历史与发展

光刻技术历史与发展 光刻工艺是集成电路最重要的加工工艺，他起到的作用如题金工车间中车床的作用，光刻机如同金属加工工车间的车床。在整个芯片制造工艺中，几乎每个工艺的实施，都离不开光刻的技束。光刻也是制造IC的最关键技术，他占芯片制造成本的35%以上。在如今的科技与社会发展中，光刻已经每年以百分之三十五的速度增长，他的增长，直接关系到大型计算机的运作等高科技领域，现在大型计算机的每个芯片上可以大约有10亿个零件。这就需要很高的光刻技术。如今各个大国都在积极的发展光科技束。光刻技术与我们的生活息息相关，我们用的手机，电脑等各种各样的电子产品，里面的芯片制作离不开光科技束。 在我们的日常生活中，也需要用到光刻技术制造的各种各样的芯片，最普通的就是我们手里的手机和电脑。如今是一个信息社会，在这个社会中各种各样的信息流在世界流动。而光刻技术是保证制造承载信息的载体。在社会上拥有不可替代的作用。 本论文的作用是向大家普及光刻的发展历史和光刻的发展方向，以及光刻的种类，每种光刻种类的优点和缺点。并且向大家讲述光刻的发展前景。在光刻这一方面，我国的专利意识稀薄，很多技术都没有专利，希望我辈能改变这个状况 Lithography process is the most important processing technology of integrated circuit, he play a role Such as the role of the lathe in machining shop, lithography as metalworking shop lathe. In the whole chip manufacturing technology, implementation of almost every process is inseparable from the lithography technology of beam. Lithography is the key technology of manufacturing IC, he war more than 35% of the chip manufacturing cost. In today's science and technology and social development, lithography has been growing at thirty-five percent a year, his growth, is directly related to the operation of large computer and other high-tech areas, large computer per chip can now has about 1 billion parts. This will require a very high lithography. Now the big countries are actively the development of light beam technology.Lithography is closely related to our life, we use the phone, all kinds of electronic products such as computer, the inside of the chip production

光刻工艺流程论文

光刻工艺流程 作者：张少军 陕西国防工业职业技术学院电子信息学院电子****班24号 710300 摘要：光刻(photoetching)是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺，在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的岛状部分。 关键词：光刻胶；曝光；烘焙；显影；前景 Abstract: photoetching lithography (is) through a series of steps will produce wafer surface film of certain parts of the process, remove after this, wafer surface will stay with the film structure. The part can be eliminated within the aperture shape is thin film or residual island. Keywords: the photoresist, Exposure; Bake; Enhancement; prospects 1基本光刻工艺流程—从表面准备到曝光 1.1光刻十步法 表面准备—涂光刻胶—软烘焙—对准和曝光—显影—硬烘焙—显影目测—刻蚀—光刻胶去除—最终目检。 1.2基本的光刻胶化学物理属性 1.2.1组成 聚合物+溶剂+感光剂+添加剂,普通应用的光刻胶被设计成与紫外线和激光反应，它们称为光学光刻胶（optical resist），还有其它光刻胶可以与X射线或者电子束反应。 ■负胶：聚合物曝光后会由非聚合态变为聚合状态，形成一种互相粘结的物质，抗刻蚀的，大多数负胶里面的聚合物是聚异戊二烯类型的，早期是基于橡胶型的聚合物。 ■正胶：其基本聚合物是苯酚-甲醛聚合物，也称为苯酚-甲醛Novolak树脂，聚合物是相对不可溶的，在用适当的光能量曝光后，光刻胶转变成可溶状态。