光刻技术

职大09微电子

光刻技术

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

目录

第一章绪论 (2)

第二章光刻技术的原理 (3)

第三章光刻技术的工艺过程 (4)

1基本光刻工艺流程—从表面准备到曝光 (4)

1.1光刻十步法 (4)

1.2基本的光刻胶化学物理属性 (4)

1.2.1组成 (4)

1.2.2光刻胶的表现要素 (4)

1.2.3正胶和负胶的比较 (5)

1.2.4光刻胶的物理属性 (5)

1.3光刻工艺剖析 (5)

1.3.1表面准备 (5)

1.3.2涂光刻胶 (5)

1.3.3软烘焙 (6)

1.3.4对准和曝光（A&E） (6)

2基本光刻工艺流程—从曝光到最终检验 (6)

2.1显影 (6)

2.1.1负光刻胶显影 (6)

2.1.2正光刻胶显影 (7)

2.1.3湿法显影 (7)

2.1.4干法（或等离子）显影 (7)

2.2硬烘焙 (7)

2.3显影检验（develop inspect DI） (7)

2.3.1检验方法 (8)

2.3.2显影检验拒收的原因 (8)

2.4刻蚀 (8)

2.4.1湿法刻蚀 (8)

2.4.2干法刻蚀（dry etching） (9)

2.5光刻胶的去除 (10)

2.6最终目检 (10)

第四章光刻技术的发展与现状 (11)

1 .EUV 光刻技术 (11)

2 .PREVAIL 光刻技术 (12)

3.纳米压印光刻技术 (12)

4.展望 (14)

参考文献15

第一章绪论

目前，集成电路已经从2O世纪6O年代的每个芯片上仅几十个器件发展到现在的每个芯片上可包含约1O亿个器件，其增长过程遵从摩尔定律，即集成度每3年提高4倍。集成电路之所以能飞速发展，与由光刻技术直接决定单个器件的物理尺寸的减小密切相关。光刻技术的不断发展为集成电路技术的进步提供了3方面的保证：其一是大面积均匀曝光，在同一块硅片上能同时做出大量器件和芯片，保证了批量化的生产水平；其二是图形线宽不断缩小，使用权集成度不断提高，生产成本持续下降；其三，由于线宽的缩小，器件的运行速度越来越快，使用权集成电路的性能不断提高。随着集成度的提高，光刻技术所面临的困难也越来越多。为了解决这些问题，人们想出许多新的光刻技术，主要有193 nm浸入式技术、157 rim极短紫外光(EUV)、电子束投影光刻(EPL)和纳米压印光刻等。

第二章光刻技术的原理

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。

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，以光致抗光刻技术蚀剂为中间（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。②刻蚀工艺：利用化学或物理方法，将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质层除去，从而在晶片表面或介质层上获得与抗蚀剂薄层图形完全一致的图形。集成电路各功能层是立体重叠的，因而光刻工艺总是多次反复进行。例如，大规模集成电路要经过约10次光刻才能完成各层图形的全部传递。

光刻技术在狭义上，光刻工艺仅指光复印工艺。

第三章光刻技术的工艺过程

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。

1.2.2光刻胶的表现要素

分辨率：resolution capability、纵横比-aspect ratio（光刻胶厚度与图形打开尺寸的比值、正胶一般比负胶有更高的纵横比）。

粘结能力：负胶的粘结能力通常比正胶强一些。

曝光速度、灵敏性和曝光源：反应速度越快，在光刻蚀区域晶圆的加工速度越快；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；波长越短的射线能量越高。

工艺宽容度：工艺维度越宽，在晶圆表面达到所需要尺寸的可能性就越大。