思考题-第8章-光刻
光刻工艺原理8解析
光刻工艺原理8解析首先要了解的是光刻胶的性质和种类。
光刻胶是一种用于制作芯片电路图案的有机高分子材料。
光刻胶的光灵敏性使其在被紫外线照射后发生化学反应，从而形成有机高分子的交联网状结构。
常见的光刻胶主要有正胶和负胶两种。
正胶是指被紫外线照射后，没有被照射到的部分被显影溶剂溶解，形成空隙；负胶是指被紫外线照射后，被照射到的部分被显影溶剂溶解，形成空隙。
在光刻过程中，首先需要准备硅片。
硅片表面被覆盖上一层光刻胶，然后通过烘烤和旋涂等步骤，使光刻胶均匀覆盖在硅片表面。
这个步骤叫做胶附。
接下来是光刻步骤。
将需要制作的芯片电路图案置于光刻机中，通过光源的照射，芯片电路图案被映射到光刻胶层上。
在光刻机中，通过透镜的折射和反射等性质，将芯片电路图案缩小到与硅片尺寸相对应的尺寸。
这个步骤叫做曝光。
接着是显影步骤。
曝光后的光刻胶层上会形成一定的图案，即芯片电路图案。
将光刻胶置于显影溶剂中，未被照射到的光刻胶溶解掉，形成芯片电路图案。
这个步骤叫做显影。
最后是蚀刻步骤。
显影后的芯片电路图案还没有完全暴露在硅片表面上，需要通过蚀刻的方式将暴露出来。
通过将硅片置于蚀刻液中，蚀刻液会将硅片表面的非暴露部分溶解掉，只留下芯片电路图案。
这个步骤叫做蚀刻。
此外，光刻工艺还包括了退光胶和清洗等步骤。
退光胶是指将完成了光刻工艺的硅片置于退光胶中，将多余的光刻胶溶解掉，以便进行下一步工艺。
清洗是指对光刻过程中产生的污染物进行清洗，以保证光刻过程的稳定性和准确性。
光刻工艺原理的核心在于光刻胶的光灵敏性和显影溶剂的选择。
光刻胶的光灵敏性决定了其对紫外线照射的响应程度，而显影溶剂的选择则决定了光刻胶在显影过程中的溶解速度。
对于不同的工艺需求，需要选择不同类型的光刻胶和显影溶剂，以获得所需的芯片电路图案。
总结起来，光刻工艺原理通过光照射、显影和蚀刻等步骤，将芯片电路图案传递到硅片表面。
这一工艺过程依赖于光刻胶的光灵敏性和显影溶剂的选择，以及光刻机的精准定位和映射能力。
第08章 光刻
通常我们所说的0.13µm，0.09µm工艺指的是光刻技术所能达到最小 µ ， 工艺指的是光刻技术所能达到最小 通常我们所说的 µ 工艺 线条的工艺。 线条的工艺。
引言
光刻的定义： 光刻的定义 ： 光刻是一种图形 复印和化学腐蚀相结合的精密
高分辨率
对光刻的基本要求： 对光刻的基本要求：
表面加工技术。 表面加工技术。
一个是要把图形在晶圆表面上准确定位的对准系统（ 一个是要把图形在晶圆表面上准确定位的对准系统（ 不同的对准机类型 的对准系统各不相同） 的对准系统各不相同）；
对准机的性能指标包括
分辨率：机器产生特定尺寸的能力， 分辨率越高，机器的性能越好。 分辨率：机器产生特定尺寸的能力， 分辨率越高，机器的性能越好。 套准能力： 套准能力：图形准确定位的能力
高灵敏度
光刻的目的： 光刻的目的 ： 光刻的目的就是
精密的套刻对准
在二氧化硅或金属薄膜上面刻
大尺寸硅片上的加工
蚀出与掩膜版完全对应的几何
低缺陷
图形， 把掩模版上的图形转换 图形 ， 成晶圆上的器件结构， 成晶圆上的器件结构 ， 从而实 选择性扩散和 现 选择性扩散 和 金属薄膜布线 的目的。 的目的。
§8.1 光刻工艺流程
3.
特点
甩胶之后留在Si片上的不 甩胶之后留在 片上的不 到1%，其余都被甩掉。 ，其余都被甩掉。 膜厚与转速的平方根成反 比。 提升转速越快， 提升转速越快 ， 均匀性越 转速提升慢的话， 好 。 转速提升慢的话 ， 溶 剂挥发， 剂挥发 ， 胶变得粘稠不好 移动。 移动。 转速越快，均匀性越好。 转速越快，均匀性越好。
降低灰尘的沾污。 溶剂吸收光， 降低灰尘的沾污 。 溶剂吸收光 ，
2.
第8章 光刻
5
8.2 光刻工艺
光刻包括两种基本的工艺类型：负性光刻和正性光刻。 负性光刻把与掩膜版上图形相反的图形复制到硅片表面。正性 光刻把与掩膜版上相同的图形复制到硅片上。这两种基本工艺 的主要区别在于所用光刻胶的种类不同。当曝光时，光刻胶如 何反应取决于它是负性还是正性光刻胶材料。 1.负性光刻 负性光刻的基本特征是当曝光后，光刻胶会因交联而变 得不可溶解，并会硬化。一旦硬化，交联的光刻胶就不能在溶 剂中被洗掉。因为光刻胶上的图形与投影掩膜版上的图像相反， 所以这种光刻胶被称为负性光刻胶。负性光刻胶是最早应用在 半导体光刻工艺中的光刻胶。 负性光刻胶的掩膜版是透明的石英版。掩膜版的黑色部 分是一层淀积的铬膜，它形成想得到的掩膜版图案。铬是不透 明的，不允许紫外光透过。对于负性光刻胶，在掩膜版上不透 明铬下面的区域没有被曝光，因此没有改变。光刻胶仍是软的， 当曝露在显影化学溶剂中时就会溶解。紫外光透过掩膜版透明 区域后把光刻胶硬化，所以就不会溶解在显影液中。用这种方 法，负性光刻胶得到了与掩膜版上图案相反的图形。
对于深紫外（DUV）光刻胶在100℃到110℃的热板上进 行曝光后烘焙是必要的，这步烘焙应紧随在光刻胶曝光后。 几年前，这对于非深紫外线光刻胶是一种可选择的步骤，但 现在即使对于传统光刻胶也成了一种实际的标准。
8.3.6 步骤6：显影
显影是在硅片表面光刻胶中产生图形的关键步骤。光刻 胶上的可溶解区域被化学显影剂溶解，将可见的岛或者窗口 图形留在硅片表面。最通常的显影方法是旋转、喷雾、浸润， 然后显影，硅片用去离子水（DI）冲洗后甩干。
6
8.2 光刻工艺
2.正性光刻 在正性光刻工艺中，复制到硅片表面上的图形 与掩膜版上的一样。被紫外光曝光后的区域经历了 一种光化学反应，在显影液中软化并可溶解在其中。 用这种方法，曝光的正性光刻胶区域将在显影液中 被除去，而不透明的掩膜版下的没有被曝光的光刻 胶仍保留在硅片上。由于形成的光刻胶上的图形与 投影掩膜版上的相同，所以这种光刻胶被称做正性 胶。保留下来的光刻胶在曝光前已被硬化，它将留 在硅片表面，作为后步工艺（如刻蚀）的保护层， 在接下来的工艺结束后光刻胶就被除去。在20世纪 70年代，正性光刻胶成为亚微米微光刻的主流光刻 胶，并延续至今。
第八章 光刻工艺
衡量光刻胶好坏的标准
• 分辨率：光刻胶图形的质量受限于曝光系统，不
是光刻胶
• 抗蚀性：光刻胶需经历刻蚀和离子注入，即应当
具有合理的牢固度，能分辩细小的特征
• • • • • • •
黏附能力 稳定性 感光度 粘度及固态含有率 针孔密度 对比度 临界调制传递函数
• 灵敏度 衡量的是需要多少光才能曝光胶，
输出的光波波长短，强度高，数个脉冲就可以完成 图形的曝光要求 在视场范围，光束截面上的光强分布非常好 谱线宽度窄，色差小
输出模式众多，光路设计上可以省去滤波部分 • 光源存在的问题：激光的可靠性，寿命，镜头系统 中光学元件对于曝光波长的透明度，须寻找合适的 光刻胶等
光刻机-投影系统
• 标准的DNQ胶的量子率为0.3，最多可能提高大 约3倍（ 光化学反应中光量子的利用率，定义为 进行光化学反应的光子与吸收总光子数之比）
远紫外光(DUV)刻胶的机理和特点
机理：
• 用感光酸生成剂代替感光化合物,起化学增强或催化剂的作 用；为了使光刻胶稳定,也会添加其他成分
• 不同的曝光过程，入射光子与感光酸生成剂分子反应，产 生酸分子，酸分子在后续的光刻胶烘烤过程中起到催化作 用，使得曝光区域光刻胶的特性改变
第5章
本章主要内容
• 光刻
光刻工艺的过程简介 光刻工艺的特点 光刻要素 光刻技术 光刻方法 光刻工艺过程 实际生产过程中的光刻工艺 当前光刻工艺的二个研究领域
• 光刻工艺中的刻蚀
光刻工艺简介和特点
• 光刻工艺过程：利计算机辅助发生图形-用照相、复 印和腐蚀的方法在掩模和半导体晶片上形成图形-实 现选择扩散或离子注入、金属膜布线或表面钝化 • 光刻工艺的特点 现代IC制造业的基石 决定最终芯片成品率的重要因素之一 占到硅片制造成本的1/3 占用40到50%芯片制造时间 决定着芯片的最小特征尺寸
光刻工艺问答
PHOTO流程？答：上光阻一曝光一^影一^影彳爰检查一CD量测一Overlay量测何为光阻？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，SoftBake,曝光，PEB，显影，HardBake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。
何谓 SoftBake?答：上完光阻之后，要进行SoftBake，其主要目的是通过SoftBake将光阻中的溶剂蒸发，并控制光阻的敏感度和将来的线宽，同时也将光阻中的残余内应力释放。
何谓曝光？答:曝光是将涂布在Wafer表面的光阻感光的过程，同时将光罩上的图形传递到Wafer上的过程。
第八章 光刻
• 表面张力：指的是液体中将表面分子拉向 液体主体内部的分子间吸引力。光刻胶具 有产生相对大的表面张力的分子间力，所 以在不同的光刻工艺步骤中光刻胶分子会 聚在一起，同时光刻胶的表面张力必须足 够小，从而在应用时提供良好的流动性和 硅的覆盖性。
• 存储和传送：能量会激活光刻胶的化学性质， 无论是光能还是热能，这就要求小心控制存 储和使用条件。 光刻胶使用褐色的瓶子来存储，彩色的玻璃 瓶也可以保护光刻胶，以免受杂散光的照射。 在超过存储期或较高的温度时，负胶会发生 交联，正胶会发生感光剂延迟。如果因为容 器开口而使光刻胶中的溶剂挥发，那么其粘 度会改变。
• 光敏剂：添加到光刻胶中来产生或控制聚 合物的特定反应。 光敏剂被加到光刻胶中用来限制反应光的 波普范围或者把反应光限制到某一特定波 长。
• 添加剂：不同类型的添加剂和光刻胶混合 达到特定的效果。可以阻止光刻胶没有曝 光的部分在显影过程中被溶解。负胶含有 染色剂，在光刻胶薄膜中吸收和控制光线。 正胶会有化学的抗溶解系统。
8.4.3 正胶和负胶的比较 • 直到20世纪70年代中期，负胶一直在光 刻工艺中占主导地位。 • 到了20世纪80年代，正胶才逐渐被接受。 这个转变需要改变掩模板的极性。 • 正胶和暗场掩模板组合可以减少晶圆表面 附加的针孔。 • 负胶的另一个问题是氧化。可使光刻胶膜 变薄20%。 • 正胶比负胶的成本高。
完成后光刻胶还保持软状蒸发溶剂的原因1溶剂会吸光干扰对光敏感的聚合物的正常化学反应2帮助更好的和晶圆黏结在液态的光刻胶中溶剂的成份占6585经过甩胶之后虽然液态的光刻胶已经成为固态的薄膜但仍含有1030的溶剂涂胶以后的硅片需要在一定的温度下进行烘烤使溶剂从光刻胶内挥发出来这一步骤称为前烘
第八章 光刻
8.1 简介 • 定义：光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面 层上所 规定的特定区域的基本操作。 • 本质是把电路结构复制到以后要进行刻蚀 和离子注入的硅片上。这些结构以图形形 式制作在掩膜版上，紫外光透过掩膜版把 图形转移到硅片表面的光敏薄膜上然后用 一种刻蚀的工艺把薄膜图形成像在下面的 硅片上。
第八章光刻与刻蚀工艺1
2、X 射线曝光技术
X射线波长范围取为0.2~4nm。X射线不易聚焦，曝光 方式为接近式。光源有两种，一种是电子束轰击靶X射线 源，另一种是同步辐射X射线源。掩模版为 X 射线曝光专 用掩模版。 （1）曝光系统
（3）X 射线曝光掩模 X 射线曝光对掩模的要求： （a）材料的形变小； （b）透 X 光能力强的材料作为掩模衬底； （c）透 X 光能力差的材料作为图形区涂敷层。
3、电子束曝光技术 （1）电子束曝光方式 (a) 无掩模扫描电子束曝光：采用计算机控制 电子束直接曝光图形。度慢，主要用于制作 掩模版。
(b) 电子束 缩小投影曝 光。
（2）影响电子束曝光分辨率的因素 影响电子束曝光分辨率的主要因素，是由于电 子在光刻胶中的散射和在衬底与胶层交界面处的 背散射所引起的邻近效应。邻近效应有两种表现 形式： (a) 曝光过量导致图形凸起；(b) 曝光不足导致 图形缺损。
层号 Layer3 Layer4 Layer5 Layer6
Layer3
工艺 DN Pbase NEMIT Cont
Layer4
工艺作用 下集电极 基区 发射区 接触孔
Layer5
设计规则
光刻胶(正)
间距，条宽 掩模板亮区 间距，条宽 掩模板亮区
间距，条宽 掩模板亮区
间距，条宽 掩模板亮区
Layer6
这种规则代表了该厂家加工能力，例如 0.6um poly－Si CMOS设计规则表明该厂可 生产最细线条宽度为0.6um的poly－Si gate 的CMOS IC，同时可以达到0.6um相关工 艺水平。 yout的原图是通过人机对话方式或 EDA方式画出，设计工程师在画每一个图 形时必须了解该图形的含义，这些含义包 括对器件物理，器件工艺的掌握与运用。 我们以集成电路中BJT管后期制作的 Layout加以说明（局部图形）
集成电路工艺原理课后作业
集成电路工艺原理课后作业第一章1.单晶Si片的制备工艺流程答：a）石英沙⇒冶金硅（粗硅）：SiO2+C⇒Si+CO2；b) 冶金硅粉末+HCl⇒三氯硅烷：将冶金硅压碎，制成冶金硅粉，通过与无水HCl 反应生成粗三氯硅烷，利用各组分沸点的不同来达到分离杂质的目的，通过气化和浓缩提纯三氯硅烷；c) 三氯硅烷+H2⇒多晶电子纯硅：精馏后的三氯硅烷，被高纯度H2带入“西门子反应器”还原。
d) 熔融的多晶电子纯硅（EGS）⇒单晶硅锭：①直拉法②区熔法e) 整型处理：去掉两端、径向研磨、定位边；单晶硅锭切片、磨片倒角、刻蚀、抛光；激光刻号，封装。
2.两种拉单晶的方法（CZ、FZ）及其特点答：直拉法：在石英坩埚中将多晶硅熔融，上面用单晶硅籽晶直接拉成单晶硅锭。
特点：便宜；大的硅片尺寸（直径300mm）；材料可回收利用。
区熔法：将材料局部熔化，形成狭窄的熔区，然后令熔区沿着材料缓慢移动，利用分凝现象来分离杂质，生长单晶体。
特点：更纯的单晶硅（无坩埚）；更贵，硅片尺寸小（150mm）；主要用于功率器件。
3.单晶硅中硅的原子密度答：8/a3＝5×1022/cm34.在硅半导体中形成替位式杂质的条件，可能的掺杂元素主要哪些？答：形成替位式杂质的条件：（1）原子大小：与原晶格上的原子大小接近。
（2）原子外部电子壳层和晶体结构具有相似性。
可能元素：Ⅲ、Ⅴ族元素B、P、As。
第二章1.热氧化法答：Si与氧或水汽等氧化剂在高温下发生化学反应生成SiO2。
2.SiO2在集成电路中的应用主要哪些？答：①自然层：无用②屏蔽层：离子注入③遮蔽层：扩散④场区氧化层及介局部氧化物：隔离⑤衬垫层：避免氮化物的强应力在Si中缺陷⑥牺牲层：消除Si表面缺陷。
⑦栅氧化层：栅极介质层。
⑧阻挡层：浅沟隔离STI。
3.热氧化法常用的氧化源有哪些？采用不同氧化源制备SiO2，其各自的特点是什么？答：①氧气（干氧氧化，薄膜均匀致密，生长速率慢）②水汽（水汽氧化，生长速率快，薄膜疏松，特性不好）③氢气与氧气（水汽氧化、湿氧氧化，氢气氧气摩尔比不同时，效果介于前两种之间）④含氯气体（掺入其它氧化剂中，使栅氧中可移动离子最小）4.在集成电路工艺中，制备厚的SiO2层主要采用什么氧化方式，其主要优点是什么？答：采用的是干氧-湿氧-干氧相结合的氧化方式。
第八部分光刻-资料
对准标记
未对准种类：(a) X方向 (b) 转动 (c) 伸出
• 对准系统比较
• 光刻机的分类
接触式 接近式 分步扫描 X射线
扫描投影 步进式 电子束 混合和匹配
OPC
谢谢了解！
2004年9月24日
第31页
The triggering circuits to be described in this chapter are particularly useful. 本章要介绍的这些触发电路特别有用.
It is the best way imaginable.这是能想象出来的最好方法.
The instruments present included some digital ones unexposed.到场的仪器中还有一些末公开的数字仪器.
• 正光刻胶：光致不抗蚀
负光刻胶：光致抗蚀
Transfer of a pattern to a photosensitive material
a) Pattern definition in positive resist, b) Pattern definition in negative resist
电气工程及其自动化专业教研室
否定形式的转换
一般否定 对谓语部分的否定； 特殊否定 除谓语以外的其他成份的否定。
否定成份的转移
水力发电不用燃料
我们认为相位移不会与频率成正比
该方案不是因为简单而放在首位 否定句转移为肯定句
做实验越仔细电越气工好程及其自动化专业教研室
、
X射线曝光
• 对准法则
第一次光刻只是把掩膜版上的 Y 轴与晶园上 的平边成90º，如图所示。 接下来的掩膜版都用对准 标记与上一层带有图形的 掩膜对准。对准标记是一 个特殊的图形（见图）， 分布在每个芯片图形的边 缘。经过光刻工艺对准标 记就永远留在芯片表面，同时作为下一次对准使 用。
第八章光刻8
光刻是集成电路工艺中的关键性技 术，由于光刻技术的不断更新，推 动了ULSI的高速发展。
1958年，光刻技术的发明，研制 成功平面晶体管，推动了集成电 路的发明。
由1959年集成电路发明至今的40 多年里，集成电路的集成度不断 提高，器件的特征尺寸不断减小。 这个时期中，集成电路图形的线 宽缩小了4个数量级，集成度提 高了6个数量级，这一切都归功 于光刻技术的进步。
光刻的工艺流程
1涂胶：是在Si片或其它薄膜表面， 涂上一层粘附良好，厚度适当，均 匀的光刻胶膜。
脱水烘焙 方法：旋转法 步骤：喷胶——加速——保持
前烘：
是使胶膜体内溶剂充分地挥发，使胶 膜干燥以增加胶膜与SiO2膜（或金属 膜）的粘附性和胶膜的耐磨性，即在 曝光对准时允许胶膜与掩模版有一定 紧贴而不磨损胶膜，不沾污掩模版； 同时，只有光刻胶干燥，在曝光时才 能充分进行光化学反应。
在甩胶和和前烘后，在光刻胶上甩上一层 对比增强层。这层通常是不透明的，但在 投影曝光系统中，不透明对比增强层在强 光的作用下变为透明，光线通过透明的对 比增强层对下面的光刻胶曝光。
在曝光中，不透明的对比增强层可以吸收 衍射光线。
对比增强层直接与光刻胶接触，它的作用 类似接触式曝光中的掩模版，达到接触式 曝光的效果，而不受其限制。
含有高浓度P的SiO2表面，使光刻胶粘附 变差,在P扩散后进行光刻时容易出现浮胶 或钻蚀。
增强黏附方法：对硅片进行脱水处理、 使用增黏剂、提高坚膜的温度
8.3 光刻胶的基本属性(溶解度 和黏滞度)
光刻胶由溶剂溶解了固态物质所 形成的液体，其中溶解的固态物 质所占的比重为溶解度
溶解度决定甩胶后所形成的光刻 胶的厚度以及光刻胶的流动性。
光刻工艺原理8解析
光刻工艺原理8解析光刻是一种半导体制造中常用的微影技术，用于将光刻胶上的图案通过光学投射到硅片上，形成半导体器件的芯片结构。
光刻工艺原理涉及到光源、掩模、光刻胶和暗场/亮场等多个方面，下面对光刻工艺原理的几个关键点进行详细解析。
首先，光刻工艺的核心部分是光刻机。
光刻机是将光学系统、光源和机械系统相结合的高精度设备。
其中，光学系统用于产生高质量的投射光，它由多个透镜、反射镜、偏振器等组成，通过集光、聚光等光学方法来控制和调节光的束斑尺寸和分布。
光源则是产生光的装置，常用的有紫外灯、激光器等。
机械系统则负责控制光刻胶和硅片之间的相对位置和运动，以确保光刻胶的图案准确地投射到硅片表面上。
其次，掩模在光刻工艺中起着重要的作用。
掩模是一种特制的光学平板，其表面刻有所需投射的图案。
掩模可以分为正掩模和反掩模，正掩模是将图案投射到光刻胶上，而反掩模是将图案投射到阳极上。
掩模的图案是通过电子束曝光或激光直写技术制作而成的，掩模制作的精度和质量对光刻工艺的稳定性和精度有很大影响。
第三，光刻胶也是光刻工艺的重要组成部分。
光刻胶是一种特殊的光敏材料，它会在受光照射后发生化学或物理反应，并形成图案精度高的胶膜。
常见的光刻胶有正胶和负胶两种。
正胶在受光照射后变得溶解性差，所以投射到的区域会形成胶膜；而负胶则是在受光照射后变得溶解性好，所以未投射到的区域会形成胶膜。
光刻胶的选择要根据具体的工艺要求和设备参数来确定，以达到良好的图案分辨率和形态。
最后，暗场/亮场是光刻中的一个重要参数。
暗场/亮场是指光投射的区域和未投射的区域的对比度。
在亮场光刻中，投射光照射到的区域是胶膜，未照射到的区域是硅片表面，而在暗场光刻中则相反。
选择亮场或暗场取决于具体的图案和材料要求，暗场光刻一般用于线宽较小、间距较大的图案，而亮场光刻适用于线宽较宽、间距较小的图案。
通过控制暗场/亮场的参数，可以实现不同尺寸和形状的图案精确投射到硅片上。
第八章光刻与刻蚀工艺
8.1.2 分辨率
分辨率R－表征光刻精度，光刻时所能得到的光刻图形
的最小尺寸。 表示方法：每mm最多可容纳的线条数。若可分辨的最小线
宽为L线条间隔也是L），则分辨率R为 R＝1/(2L) (mm-1)
蒸发PR中所有有机溶剂 提高刻蚀和注入的抵抗力 提高光刻胶和表面的黏附性
坚膜工艺： 坚膜温度: 100 到1300C 烘箱、红外灯 坚膜时间：1 到2 分钟
坚膜控制
坚膜不足：光刻胶不能充分聚合，黏附性变差，显影 时易浮胶、钻蚀。
过坚膜：光刻胶流动造成分辨率变差，易翘曲和剥落
若T>300℃：光刻胶分解，失去抗蚀能力。
6、曝光 Exposure
8、显影 Development
8.1.1 光刻工艺流程
9、坚膜 Hard Bake
10、图形检测 Pattern Inspection
8.1.1 光刻工艺流程
光刻1－清洗
RCA标准清洗
光刻2－预烘和打底膜
SiO2:亲水性；光刻胶：疏水性； 预烘：去除Si片水汽，增强光刻
TMAH (四甲基氢氧化胺水溶液)，等。 负胶显影液：有机溶剂，如丙酮、甲苯等。
例，KPR（负胶）的显影液：丁酮－最理想； 甲苯－图形清晰度稍差； 三氯乙烯－毒性大。
8.1.1 光刻工艺流程
光刻8－显影(Development)
影响显影效果的主要因素： ⅰ）曝光时间； ⅱ）前烘的温度与时间； ⅲ）胶膜的厚度； ⅳ）显影液的浓度； ⅴ）显影液的温度；
4)添加剂
不同的添加剂获得不同的工艺结果 增感剂：增大曝光范围； 染料：降低反射。
第八章+光刻与刻蚀工艺
13
8.1 光刻工艺流程 主要步骤：
涂胶、前烘、曝光、显影、 坚膜、刻蚀、去胶。 两种基本工艺类型： 负性光刻和正性光刻。
14
负性光刻 掩膜版
光照
光刻胶 SiO2
n-Si 15
掩膜版
光照
不透光
光刻胶 SiO2
n-Si 16
SiO2腐蚀液
光刻胶 SiO2
n-Si 17
光刻胶
n-Si 18
53
8.3 光刻胶的基本属性 8.3.5 黏着力 表征光刻胶与衬底间粘附的牢固程度。 评价方法：光刻后的钻蚀程度，即钻蚀量越小，粘附性越好。 增强黏着力的方法：①涂胶前的脱水；
②HMDS； ③提高坚膜的温度。 8.3.6 溶解度和黏滞度 8.3.7 微粒数量和金属含量 8.3.8 存储寿命
54
n-Si 19
玻璃掩膜版上的 铬图案
光刻胶上的 影子
光刻胶 氧化层
负性光刻 紫外光
曝光区域变成交互链结，可抗显影液 之化学物质。
光阻曝 光区域
光刻胶 岛状
窗口
硅基板
氧化层
硅基板 光刻胶显影后的图案
20
正性光刻 掩膜版
光照
光刻胶 SiO2
n-Si 21
掩膜版
光照
不透光
光刻胶 SiO2
n-Si 22
g线：λ=436nm， h线：λ=405nm， i线：λ=365nm。
56
对于光刻曝光的重要 UV 波长
UV 波长 (nm) 436 405 365 248 193 157
波长名 G线 H线 I线
深紫外 (DUV) 深紫外 (DUV) 真空紫外 (VUV)
UV 发射源 汞灯 汞灯 汞灯
chap8光刻与刻蚀工艺
53
三、各种曝光方式的比较
54
31
三、投影式曝光
光源光线经透镜后 变成平行光，然后通 过掩膜版并由第二个 透镜聚焦投影并在硅 片上成像，硅片支架 和掩膜版间有一个对 准系统。
32
避免了掩膜版与硅片表面的摩擦，延 长了掩膜版的寿命。 掩膜版的尺寸可以比实际尺寸大得多， 克服了小图形制版的困难。 消除了由于掩膜版图形线宽过小而产 生的光衍射效应，以及掩膜版与硅片表面 接触不平整而产生的光散射现象。 投影式曝光虽有很多优点，但由于光刻 设备中许多镜头需要特制，设备复杂
48
AZ240系列光刻胶的感光光谱为240nm到
310nm，峰值光谱约为248nm、300nm、 315nm。 ODVR系列光刻胶的感光光谱为200nm到 315nm，峰值光谱为230nm、280nm、 300nm。
49
50
远紫外光作为曝光方法通常有两种： 对准曝光和泛光曝光(不必对准)。
33
四、直接分步重复曝光（补充）
–三个独特的优点：
–（1）它是通过缩小投影系统成像的，因 而可以提高分辨率。用这种方法曝光，分 辨率可达到1～1.5微米； –（ 2 ）不要 1:1 精缩掩膜，因而掩膜尺寸 大，制作方便。由于使用了缩小透镜，原 版上的尘埃、缺陷也相应的缩小，因而减 小了原版缺陷的影响；
28
三种光刻方式
29
一、接近式曝光（装置示意图见书图8.13）
接近式曝光是以牺牲分辨率来 延长了掩膜版的寿命。 大尺寸和小尺寸器件上同时保 持线宽容限还有困难。另外，与接 触式曝光相比，接近式曝光的操作 比较复杂。
30
二、接触式曝光
系统同接近式曝光，唯一的区别是 掩膜版与硅片是紧密接触。 曝光由于掩膜版与硅片相接触磨损， 使掩膜版的寿命降低。 其分辨率优于接近式曝光。 容易引入大量的工艺缺陷，成品率 低，目前已处于被淘汰的地位。
光刻工艺原理8
版图转移到光刻胶上
紫外光源 快门 对准激光
快门再聚焦和对准过程中闭 合,而在曝光过程中打开 曝光光线波长越短能爆出的特 征尺寸就越小。
投影掩膜版(在投影掩膜版 视场内可能包含一个或多芯 片个) 投影透镜(缩小的投影掩膜版 的视场到硅片表面)
单视场曝光,包括:聚焦,对准, 曝光,步进和重复过程 承片台在X, Y, Z, 方向控制硅片的位置
旋转涂胶的四个基本步骤 1 分滴:当硅片静止或旋转的非常缓慢时,光刻胶被分滴在硅片 上; 2 旋转铺开:快速加速硅片的旋转到一高的转速(rpm)使光刻胶 伸展到整个硅片表面; 3 旋转甩掉:甩去多余的光刻胶,在硅片上得到均匀的光刻胶胶 膜覆盖层; 4 以固定的转速继续旋转已涂胶的硅片,直至溶剂挥发,光刻胶 胶膜几乎干燥. 光刻胶旋转涂胶的两个目的是: 1.在硅片表面得到均匀的胶膜的覆盖; 2.在长时间内得到硅片间可重复的胶厚;
正性I线光刻胶良好的对比特性
正性光刻胶: 陡直墙 无膨胀 好的对比度
光刻胶
膜
正性I线光刻胶 I
未被曝光的光刻胶保持交 联和PAG未激活
光刻胶 衬底 曝光的
PAG PAG PAG PAG H+ H+ H+ PAG PAG
UV
被曝光的光刻胶溶 于显影液
氧化硅
未曝光的
PAG
PAG
PAG
曝光前的正性光刻胶
旋转涂布光刻胶的4个步骤
1) 滴胶 2) 加速旋转
3) 甩掉多 余的胶
4) 溶剂挥发
旋转涂胶
硅片上光刻胶的厚度和均匀性是非常重要的质量参数。厚度 并不是由淀积的光刻胶的量来控制的，因为绝大部分光刻胶 都飞离了硅片。对于光刻胶厚度最关键的参数是转速和光刻 胶粘度。粘度越高转速越低，光刻胶就越厚。不同的参数会 影响光刻胶的厚度和均匀性。 去除边圈：在硅片旋转过程中，由于离心力光刻胶向硅片边 缘流动并流到背面。光刻胶在硅片边缘和背面的隆起叫边圈。 当干燥时，光刻胶剥落并产生颗粒。这些颗粒可能落在电路 有源区，硅片传送系统和工艺设备里面，导致硅片上缺陷密 度增加，甚至硅片背面的光刻胶可能会因为它粘附在硅片托 盘上而导致故障。因此要去除边圈。
第八章(1)光刻原理和技术.
接触式曝光 Contact printing
掩膜版和硅片紧密接触 – Fresnel diffraction Mask Image: Resist Image = 1:1,不受衍射现象限制, 分辨率高，可达到 0.5 m 必须加压力，会使胶膜剥离； 易沾污，掩膜版易损坏成品率下降。目前在 生产中很少使用。 由于光刻胶顶层平面不平，所以该曝光方式中间隔并不严格为0
接近式曝光所引起的近场衍射. – 在掩膜版孔径边缘，强度逐渐上升。因为光的 衍射效应，在孔径外面的光也曝光了。 – 在孔径尺寸内，光强有起伏这是因为惠更斯衍 射效应的极大－极小效应的叠加。
投影光刻- projection printing
把掩膜上的图形由透镜投影到光刻胶上。 掩膜版不易损坏 为了提高分辨率，减少图形畸变，一次曝光的象场较小，采用 扫描式曝光。 Fraunhofer diffraction
第八章 光刻原理和技术 －Lithography
§ 8.1 引 言 § 8.2 光刻工艺流程 § 8.3 光刻光学 § 8.4 光致抗蚀剂 § 8.5 先进的曝光技术
§ 8.3 光刻光学 (optics of lithography)
光刻的基本要求 基本光学概念 曝光分类 掩膜版工程
用一个工艺中所需要的光刻次数或者掩膜版的多少来 衡量该工艺的难易程度。 一个典型的硅集成电路工艺包括20多块掩膜版 通常我们所说的0.13m,0.09m工艺就是指的光刻技 术所能达到最小线条的工艺。
版图设计 规则（设 计者和制 造厂的约 定）
ULSI对光刻的基本要求:
•高分辨率 •高灵敏度的光刻胶 •低缺陷 •精密的套刻对准 •对大尺寸硅片的加工
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
紫外光曝光的光源有哪些？对应波长？ 紫外光曝光的光源有哪些？对应波长？ 紫外曝光的方法有哪些？ 紫外曝光的方法有哪些？说明各自特 点。在X射线曝光中影响分辨率的主要 射线曝光中影响分辨率的主要 原因？ 原因？在X射线曝光中对射线源的要求 射线曝光中对射线源的要求 有？X射线源有哪些？为何波段选择在 射线源有哪些？ 射线源有哪些 2-40Å？电子束曝光主要应用在哪些 ？ 方面？其中的邻近效应是如何产生的？ 方面？其中的邻近效应是如何产生的？
负光刻胶的差别？光学光刻胶成份？ 正、负光刻胶的差别？光学光刻胶成份？ 光刻胶的主要参数有哪些？ 光刻胶的主要参数有哪些？为何正胶的分辨 率高于负胶？ 率高于负胶？提高光刻胶与衬底黏附力的方 法。影响匀胶后胶膜厚度的因素。了解多层 影响匀胶后胶膜厚度的因素。 光刻胶工艺（光刻胶图形的硅化学增强（Si光刻胶工艺（光刻胶图形的硅化学增强（ CARL）工艺、涂覆对比增强层工艺、硅烷 ）工艺、涂覆对比增强层工艺、 基化光刻胶表面成像工艺的工艺过程？）。 基化光刻胶表面成像工艺的工艺过程？）。 光刻中的驻波效应是如何形成的？对光刻有 光刻中的驻波效应是如何形成的？ 何影响？如何消除？ 何影响？如何消除？
第三章 思考题
光刻？ ULSIห้องสมุดไป่ตู้对光刻的基本要求包括那些 中对光刻的基本要求包括那些？ 光刻？ ULSI中对光刻的基本要求包括那些？光 刻工艺流程？为何在涂胶前对硅片进行烘焙？ 刻工艺流程？为何在涂胶前对硅片进行烘焙？前烘 的目的、热处理方式、真空热平板烘烤的优点？ 的目的、热处理方式、真空热平板烘烤的优点？正 负胶的显影过程有何不同？影响显影的因素？显影 负胶的显影过程有何不同？影响显影的因素？ 后的显微镜检查内容包括哪些？坚膜有哪些作用？ 后的显微镜检查内容包括哪些？坚膜有哪些作用？ 去胶方法？举例说明几步工艺之间的相互影响？ 去胶方法？举例说明几步工艺之间的相互影响？分 辨率R？光学光刻中能达到的最高分辨率？ 辨率R 光学光刻中能达到的最高分辨率？