光刻工艺介绍1
半导体光刻工艺介绍
半导体光刻工艺介绍
半导体光刻工艺是半导体制造中最为重要的工序之一。
主要作用是将图形信息从掩模版（也称掩膜版）上保真传输、转印到半导体材料衬底上。
以下是光刻工艺的主要步骤：
硅片清洗烘干：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～250℃,1～2分钟，氮气保护）。
涂底：气相成底膜的热板涂底。
旋转涂胶：静态涂胶（Static）。
软烘：真空热板，85～120℃,30～60秒。
对准并曝光：光刻机通常采用步进式 (Stepper)或扫描式 (Scanner)等，通过近紫外光 (Near Ultra-Violet，NUV)、中紫外光 (Mid UV，MUV)、深紫外光(Deep UV，DUV)、真空紫外光 (Vacuum UV，VUV)、极短紫外光 (Extreme UV，EUV)、X-光 (X-Ray)等光源对光刻胶进行曝光，使得晶圆内产生电路图案。
后烘：PEB，Post Exposure Baking。
显影：Development。
硬烘：Hard Baking。
光刻工艺的基本原理是利用涂敷在衬底表面的光刻胶的光化学反应作用，记录掩模版上的器件图形，从而实现将集成器件图形从设计转印到衬底的目的。
光刻工艺的主要步骤
光刻工艺的主要步骤嘿，朋友们！今天咱就来唠唠光刻工艺的那些主要步骤，这可真是个神奇又精细的活儿呢！你想想看，光刻就像是在一个微小的世界里画画，得特别小心、特别仔细。
第一步呢，就是涂光刻胶，这就好比给要画画的地方先铺上一层特殊的画布。
这层胶可重要了，得均匀得不能再均匀，不能有一点儿气泡或者瑕疵，不然画出来的东西可就走样啦！接下来，就是曝光啦！这就好像是用一束神奇的光，把我们想要的图案照到那层胶上。
这束光可得特别准，不能偏了一点儿，要不然图案就不完整啦。
这曝光的过程啊，就像是舞台上的聚光灯，一下子把主角给照亮了，让它展现在大家面前。
然后呢，就是显影啦！这一步就像是把隐藏在胶里的图案给洗出来一样。
经过这一步，我们想要的图案就慢慢浮现出来啦，是不是很神奇？这感觉就像是魔术师从帽子里变出兔子一样，让人惊喜！再之后就是蚀刻啦，这就像是拿着小刻刀，沿着显影出来的图案把不需要的部分给去掉。
这可得小心又小心，不能多刻一点儿，也不能少刻一点儿，不然整个图案就毁了呀！最后一步就是去胶啦，把完成使命的光刻胶去掉，留下我们精心制作出来的图案。
这就像是打扫战场一样，把用过的东西清理掉，只留下最精彩的部分。
你说这光刻工艺神奇不神奇？每一步都得小心翼翼，就像走钢丝一样，稍有偏差就前功尽弃啦！但正是因为有了这么精细的工艺，我们才能有那些厉害的芯片，让我们的电子设备变得越来越强大。
这就好像是搭积木，一块一块小心地堆起来，最后建成一座漂亮的城堡。
所以啊，可别小看了这光刻工艺的主要步骤，它们可都是至关重要的呢！没有它们，哪来我们现在这么方便快捷的科技生活呀！这就像是一场精彩的演出，每一个环节都不能出错，才能给观众带来最棒的体验。
咱得好好感谢那些在背后默默努力的科学家和工程师们，是他们让这一切成为可能啊！怎么样，现在是不是对光刻工艺的主要步骤有了更深刻的认识啦？。
第一讲：紫外光刻技术
图形转移过程
• The layer of resist is exposed in specific areas through a mask. • Development washes away exposed resist. • In the additive process, material is deposited through the holes in the resist. • For a subtractive process, material is removed by ion milling through the holes in the resist. • In the final step, resist is removed.
主要研究工作
二.与国防建设有关的衍射光栅研制
1.高线密度软X射线透射光栅研制（ICF诊断） 1.高线密度软X射线透射光栅研制（ICF诊断） 高线密度软 诊断 2.软 射线Mach-Zehnder干涉仪用闪耀光栅（ 射线激光） 2.软X射线Mach-Zehnder干涉仪用闪耀光栅（X射线激光） Mach 干涉仪用闪耀光栅 3.空间位置传感器用变间距光栅（飞机姿态闭环控制） 3.空间位置传感器用变间距光栅（飞机姿态闭环控制） 空间位置传感器用变间距光栅 4.X射线莫尔光栅（ 射线激光） 4.X射线莫尔光栅（X射线激光） 射线莫尔光栅 5.大口径衍射光学元件研制（863专项） 5.大口径衍射光学元件研制（863专项） 大口径衍射光学元件研制 专项 脉宽压缩光栅 光束采样光栅 谐波分离光栅 束匀滑位相片
紫外光刻图形 截面照片
光透过掩模版（ 要加工的图形） 光透过掩模版 （ 要加工的图形 ） ， 照射在涂有 光刻胶（ 光致抗蚀剂 ） 的被加工材料表面上 ， 利用 光刻胶 （ 光致抗蚀剂） 的被加工材料表面上， 光刻胶的感光性和抗蚀性， 经过化学显影， 光刻胶的感光性和抗蚀性 ， 经过化学显影 ， 制作出 与掩模版图形一致的光刻胶图形（正胶情况） 与掩模版图形一致的光刻胶图形（正胶情况）。 光刻是复制微细图形的最有效手段之一， 光刻是复制微细图形的最有效手段之一，是制 作超大规模集成电路芯片的核心技术。 作超大规模集成电路芯片的核心技术。
光刻胶剥离工艺
光刻胶剥离工艺嘿，朋友们！今天咱来聊聊光刻胶剥离工艺。
这玩意儿啊，就像是给一个精致的作品做最后的修饰，可重要啦！你想想看，光刻胶就像是一层保护衣，在整个制造过程中发挥着关键作用。
而当我们完成了该完成的步骤后，就得把这层保护衣脱掉，这就是光刻胶剥离啦。
它就好像是我们给水果削皮一样，得小心翼翼，不能伤到里面的果肉。
要是剥离得不好，那可就糟糕啦，就好比削水果的时候不小心削到了果肉，那整个水果不就不完美了嘛！在进行光刻胶剥离的时候，那可得有耐心，不能着急忙慌的。
得选择合适的方法和试剂，就像我们选择合适的工具来做一件事情一样。
如果选错了，那可能就达不到想要的效果啦。
而且哦，这个过程还得注意各种细节呢！比如说温度呀、时间呀，这些都得把握好。
温度太高了，可能会损伤到下面的材料；时间太短或太长，也都可能出现问题哟。
这就好像做饭的时候，火候和时间没掌握好，做出来的菜味道就不咋样啦。
还有啊，不同的光刻胶可能需要不同的剥离条件呢！这就跟不同的人有不同的性格一样，得“对症下药”才行。
不能一概而论，得根据具体情况来调整。
比如说，有一种光刻胶特别顽固，就像那种很难搞定的调皮小孩，那你就得想办法用更厉害的“招数”来对付它。
可能需要更强力的试剂，或者更精确的操作。
再想想，如果在剥离的时候不小心留下了一点光刻胶的残留，那可就麻烦啦！就像衣服上沾了一块污渍，怎么看都觉得别扭。
所以啊，做光刻胶剥离工艺真的不是一件简单的事儿呢！需要我们认真对待，细心钻研。
这可不是随随便便就能搞定的，得付出努力和心思呀！总之呢，光刻胶剥离工艺就像是一场精细的表演，每一个环节都不能出错。
我们得像一个专业的演员一样，把每一个动作都做到位，才能呈现出最完美的效果。
大家可千万不能小瞧了它哟！。
光刻纸工艺
光刻纸工艺
嘿，朋友们！今天咱来唠唠光刻纸工艺这玩意儿。
你说这光刻纸工艺啊，就好比是一位超级魔法师，能在小小的纸张上变出各种神奇的图案和线路来。
这可不是一般的魔法，这是高科技的魔法呀！
想象一下，一张普普通通的纸，经过光刻纸工艺这么一折腾，嘿，立马就变得不一样了。
就像灰姑娘穿上了水晶鞋，一下子就变得光彩照人了。
那些精细的线条和图案，简直比绣花还厉害呢！
这工艺可讲究着呢！从选择纸张开始，就不能马虎。
纸张得平整、光滑，就像咱那脸蛋儿一样，不能有一点儿瑕疵。
然后就是各种化学试剂啦，这可都是宝贝呀，得小心翼翼地伺候着。
再说说那光刻机，那可是核心中的核心啊！就像一个超级大厨，得把各种材料和调料恰到好处地搭配在一起，才能做出美味佳肴。
光刻机也是一样，得精确地把光线投射到纸上，才能刻出完美的图案来。
光刻纸工艺在好多领域都大显身手呢！电子行业就不用说了，那些小小的芯片可都离不开它。
还有印刷行业，能让印刷品变得更加精美。
你看看咱手里的手机、电脑，那里面说不定就有光刻纸工艺的功劳呢！
哎呀，这工艺难不难呢？说难也难，说不难也不难。
就看你有没有那份耐心和细心啦。
就跟咱学骑自行车似的，一开始可能会摔几个跟头，但只要坚持，总会骑得稳稳当当的。
你说这光刻纸工艺是不是很神奇？它就像一个隐藏在幕后的英雄，默默地为我们的生活带来便利和精彩。
咱可得好好珍惜这个神奇的技术呀，说不定哪天它又会给我们带来更大的惊喜呢！反正我是觉得，这光刻纸工艺，真的是太了不起啦！。
PHOTO工艺
第九章PHOTO工序9.1 PHOTO工序的目的9.1.1PHOTO的基本概念什么是PHOTO?若是从一个液晶厂内部部门来说，PHOTO指的是黄光部。
但是从工艺来说，在半导体和液晶产业，PHOTO指光刻技术。
当然，这两个概念是有实质联系的，因为在液晶厂内负责光刻方面工作的就是黄光部。
9.1.2PHOTO工序的目的PHOTO工序的目的是把膜层电路结构复制到以后要蚀刻的玻璃基板上。
主要过程依次如下面图（一），图（二）和图（三）所示。
图（一）图（二）图（三）PHOTO工序主要包含三大步骤，即上图所示的光阻涂布（PR coating）; 曝光（Exposure）;和显影（Develop）.光阻涂布（如图一），就是在plate（玻璃基板）上涂布光阻。
光阻是一种对特定波长的UV光敏感的有机材质，遇到一定强度的UV光就会发生化学反应，所以PHOTO工序要在黄光下进行。
因为黄光波长大，光子能量低，强度比较弱（不会引起光阻化学反应）并且照明效果不错的光。
光阻涂布制程主要控制光阻的膜厚及其均一性。
曝光（Exposure）是PHOTO的关键，也是ARRAY的关键。
之前说了PHOTO 是把膜层电路结构复制到以后要蚀刻的玻璃基板上。
临时电路结构就设计在MASK（光罩）上，光罩上有电路结构区域不透光，没有电路结构区域可以透光。
这样就使上一步骤涂布的光阻经过曝光工序之后，电路结构就从光罩转移到光阻上。
曝光（Exposure）制程的主要参数是CD（线宽）,Total pitch, Overlay。
Develop即显影。
经过Exposure之后在玻璃基板上喷洒显影液，因为显影液为碱性，对正性光阻而言，被紫外光照射过的光阻可以溶解在碱性显影液中，而未紫外光照射到的部分不溶于显影液。
因此，显影之后，在玻璃基板上，只剩下电路部分有光阻，而其它区域无光阻（注：本节所指光阻为正光阻，一般TFT 段都使用正光阻）。
显影液浓度的控制是显影工艺的关键，浓度的高低会影响到线宽。
光刻工艺介绍1
Defocus Effect
+1.0um +0.8um
+0.2um
-0.4um -0.6um
+0.6um
Best Focus
-0.8um
+0.4um
-0.2um
-1.0um
Focus-Exposure Matrix
焦点和曝光量在光阻线条上的效应
固定CD对焦点和曝光量的等高图
对应于可接受的外部极限的两条CD曲线-CD规格
显影基本流 程
DNS 显影系统图:
Post Exposure Bake Developer
HP/HP HP/CP HP/CP HP/HP
SDP
IND4
TR
IND3 IND2
SDP
IND1
Hard Bake
HP:HOT PLATE CP：COOLING PLATE IND：INDEXER SDP：SPIN DEVELPER TR：TRANSFER UNIT
DI Water
Develop
Hard bake
显检
(Inspect)
条宽
(Critical Dimension)
后工序
材料 设备
涂胶/显影概况
光刻胶 显影液 其他
SPR6812 IX925G-14CP XHRIC-11 SPR513 Durimide7510 MIR701-29CP MIR701-49CP AZ 6130 SPR660-1.0 AZ AQUATAR AR3-600 UV135 CD26: 5 MF503: 10 HRD-2: 7
驻波效应（Standing Wave）
驻波效应原理: • 由于入射光与反射光产生干
03 光刻机结构及工作原理1
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上讲内容：完整的IC制造工艺流程
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上讲内容：微电子制造装备概述
加法工艺
减法工艺 辅助工艺 图形转移工艺 后道工艺
曝光波长影响 光源技术：中心波长、光谱带宽、输出功率… 光学系统：光学设计、光学材料、光学镀膜… 光刻工艺：光刻胶、工艺参数…
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* 汞灯光源
光刻机结构原理：曝光系统
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光刻机结构：曝光系统
* 激光器
中心波长 波长带宽 脉冲频率 脉冲能量 输出功率
193.365 nm 0.3 pm 4000 Hz 5 mJ 20 W
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* 离轴照明
光刻机结构：曝光系统
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光刻机结构：曝光系统
顶部模块 (Top Modular)
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光刻机简介
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光刻机简介
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Development of lithography system
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* 光刻机发展路线图1
光刻胶制备工艺
光刻胶制备工艺光刻胶啊，就像是一个神奇的小助手，在半导体制造等领域发挥着巨大的作用。
那它是怎么被制备出来的呢？咱们得先从原材料说起。
这原材料的选择就像挑食材一样，得精挑细选。
有各种各样的聚合物呀，这些聚合物就像是构建大厦的砖块。
它们的性能直接影响着光刻胶的最终效果。
比如说有的聚合物分子结构比较特殊，就会让光刻胶在曝光的时候有不一样的表现。
而且呀，还要搭配上一些添加剂呢。
这些添加剂就像是调味料，虽然量不多，但作用可不小。
它们能改变光刻胶的感光度、分辨率之类的性能。
接下来就是合成的过程啦。
这个过程就像是一场奇妙的化学魔术。
把那些选好的原材料按照一定的比例混合在一起，然后通过各种化学反应让它们融合。
这个时候，温度呀、反应时间呀，就像是魔法咒语里的关键要素。
如果温度不对，或者反应时间太长或者太短，那可能就会把这个“魔法”搞砸啦。
就像烤蛋糕，火候不对，蛋糕就不好吃啦。
然后就是光刻胶的精制。
这一步就像是给做好的艺术品进行最后的打磨。
要把合成出来的光刻胶里那些杂质去掉。
杂质就像坏东西，会影响光刻胶在光刻过程中的表现。
这时候可能会用到过滤之类的手段，就像用筛子把沙子里的小石子筛掉一样，把那些不需要的东西都给它弄走。
再之后就是包装啦。
这就像给做好的宝贝穿上漂亮的衣服。
包装要能够保护光刻胶不受外界环境的影响。
毕竟光刻胶是个很娇贵的东西呢，稍微有点风吹草动，比如受潮或者被氧化，可能就会影响它的性能啦。
光刻胶制备工艺虽然看起来很复杂，但每一个步骤都像是一个有趣的小挑战。
而且呀，那些从事光刻胶制备的人就像一群充满智慧的魔法师，他们精心地调配着各种原料，把控着每一个步骤，就为了让这个神奇的光刻胶能够在高科技的舞台上大放异彩。
这也是一种很有成就感的工作呢，就像创造了一个又一个微小而又伟大的奇迹。
电路图形——掩膜版——光刻胶——芯片芯片图形的转移和实现
负 胶
CD变化
负胶光刻图形变化差 0.8～1.0um 正胶光刻图形变化差 0um
光刻胶的组分和感光原理
1。光刻胶的物理特性 分辨率、对比度、敏感度、粘滞性、粘附性、抗蚀 性等 a.分辨率：形成的关键尺寸越小，光刻胶的分辨率 越高 b.对比度：光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度 c.敏感度：在硅片表面光刻胶中形成一个良好图形所 需要的 一定波长光的最小能量值 d.粘滞性：光刻胶的流动特性 e.粘附性：光刻胶粘附于衬底的强度。
PUDDLE显影 PUDDLE显影方式的注意点： 液温 浸润 背面吹氮 背清 冲水甩干
坚膜（后烘、 Hard Bake ） 目的： z 1）蒸发光刻胶中的溶液，固化和稳定光 刻胶性质； z 2）提高光刻胶的抗蚀能力和抗注入能 力； z 3）提高光刻胶与硅片表面的粘附性； 方法：同前烘，通常热板烘烤，温度略高 于前烘。(正胶：120℃；负胶：160℃）
作业流程－匀胶1
涂布原理：离心力作用 涂布结构：
C O A T E R
上 料 架
Soft bake
下 料 架
作业流程－匀胶2
45/60 ETN6000 SVG88series结构区 别及影响 涂布因素 转速 加速度 滴胶状态 回吸 排风 EBR（T&B) CUPRINSE 因素的影响
光刻胶的类型与光刻工艺
光刻胶的类型—两种光刻工艺
又名（光致）抗蚀剂，光阻、photoresist
曝光后溶解性的变化 正 胶 不溶——可溶 显影后光刻胶上的图形 与掩膜版上图形一致 可溶——不溶 …..相反
优缺点 分辨率高，对比度高，线条边缘清 晰，在深亚微米（1um）工艺中占 主导地位 和硅片有良好的粘附性和抗蚀性， 针孔少，感光度高但显影时会变形 和膨胀，分辨率2um左右。
第四讲(光刻技术)(1)
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软烘
软烘(Soft-bake) 的作用是：
将光刻胶的溶剂去除； 增强光刻胶的粘附性以防止在显影的时候脱落； 缓和在光刻胶旋涂过程中产生的内应力，并使光刻胶回流平坦化； 防止光刻胶粘到光刻机或光刻版上（保持器械洁净）。
如果不经过软烘直接曝光，则容易出现以下问题：
光刻胶发黏而易受颗粒污染； 旋涂造成的内应力导致粘附力差； 溶剂含量过高导致在显影时很难区分曝光和未曝光的光刻胶； 光刻胶散发的气体可能会玷污光学系统透镜。
Micro-electromechanical Systems
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对 准 标 记 尺 寸 和 形 状
Micro-electromechanical Systems
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后一次版为大面积透光和大面积不透光时，对准标记 形式的区别。
Micro-electromechanical Systems
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光刻系统的组成
光刻机
光刻机是一种曝光工具，这是光刻工程的核 心部分，堪称现代光学工业之花，其造价昂贵， 号称世界上最精密的仪器，其制造难度之大，到 现在全世界也不过两三家公司能够制造而已。
掩模版
光刻胶
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涂胶
预烘完的基片采用旋转涂胶的方法涂上光刻胶。硅 片被固定在一个真空载片台上，在将一定数量的光刻 胶滴在硅片的中心后，载片台带动硅片旋转得到一层 均匀的光刻胶涂层。不同的光刻胶要求不同的旋转涂 胶条件。
Allow the photoresist to spread across the wafer.
太阳能电池栅线光刻工艺
太阳能电池栅线光刻工艺嘿，朋友们！今天咱来聊聊太阳能电池栅线光刻工艺。
这可不是一般的玩意儿，就好比是太阳能电池的生命线啊！你想啊，太阳能电池要发电，那栅线就像是它的血管，把电流顺畅地输送出来。
而光刻工艺呢，就是打造这些血管的神奇魔法。
咱先说说这光刻胶，就像个听话的小兵，你让它在哪待着它就在哪。
把它均匀地涂在电池片上，就等着接受光线的雕刻啦。
这可不是随便涂涂就行的，得涂得恰到好处，不能厚了也不能薄了，这得多考验技术啊！然后就是曝光啦，这就好像是给光刻胶拍照一样。
光线透过特定的图案，把栅线的形状印在光刻胶上。
这可得对准了，要是偏了一点，那可就全乱套啦！就好像你走路走偏了，那不得摔跟头呀！接下来就是显影啦，把该留下的留下，该去掉的去掉。
这就像一个筛选的过程，把好的留下来，不好的淘汰掉。
就跟咱挑水果似的，好的留下吃，坏的就扔掉。
刻蚀呢，就是真正给栅线塑形啦。
把不需要的部分去掉，让栅线变得清晰又漂亮。
这可不能马虎，要是刻蚀得不好，那电池的性能可就大打折扣啦，就像一个人长得歪瓜裂枣的，能好看吗？最后清洗干净，一个完美的太阳能电池栅线就诞生啦！这过程可不简单啊，每一步都得小心翼翼，就跟呵护宝贝似的。
你说这太阳能电池栅线光刻工艺神奇不神奇？它能让阳光变成电，为我们的生活提供能量。
这就像是变魔术一样，把不可能变成可能。
咱再想想，如果没有这精细的工艺，那太阳能电池还能发挥出那么大的作用吗？肯定不行啊！所以说，这工艺可太重要啦！它就像是一个幕后英雄，默默地为我们的绿色能源事业做贡献。
咱可得好好感谢那些研究和操作这工艺的人啊，是他们让我们的生活变得更美好，更环保。
他们就像一群勤劳的小蜜蜂，默默地为我们酿造着甜蜜的生活。
所以啊，朋友们，让我们一起为太阳能电池栅线光刻工艺点赞，为我们的绿色未来加油！这就是我对太阳能电池栅线光刻工艺的看法，你们觉得呢？。
光刻标准步骤
光刻步骤
一、准备
1、准备烧杯、去离子水、光刻胶、显影液、手套、防毒口罩、计时器；
2、烘烤箱预热至前烘温度（100℃），打开光刻机的汞灯电源，预热20min；
3、丙酮-酒精-去离子水，依次超声清洗样品，并用N2吹干，然后放置烘烤箱中烘烤脱水5min；
二、光刻
1、涂胶：低速700r/min 12s；高速5000 r/min 60s (正胶：AZ4620)
2、前烘：恒温烘箱100℃10min
3、曝光：打开光刻机，设置曝光时间70s，然后依次按下“复位”、“分离曝光”
4、显影：显影液与去离子水配比=1:1，样品放置显影液中显影38s；
5、清洗：用去离子水清洗并氮气吹干；
6、后烘（坚膜）：恒温烘箱120℃13min；
光刻完成，可进行后续工艺；
注：
正胶——曝光部分溶解于显影液；负胶——未曝光部分溶解于显影液；。
半导体器件物理-第二章1-3
外延工艺： 外延是一种薄膜生长工艺，外延生长是在单晶衬 底上沿晶体原来晶向向外延伸生长一层薄膜单晶层。 外延工艺可以在一种单晶材料上生长另一种单晶 材料薄膜。
外延工艺可以方便地形成不同导电类型，不同杂质浓度， 杂质分布陡峭的外延层。
外延技术：汽相外延、液相外延、分子束外延 （MBE）、热壁外延（HWE）、原子层外延技术。
a
np np0eV VT 和
pn pn0eV VT
➢ 在注入载流子的区域，假设电中性条件完全得到满足，则少数载流子由于 被中和，不带电，通过扩散运动在电中性区中输运。这称为扩散近似。于
是稳态载流子输运满足扩散方程
2.3 理想P-N结的直流电流-电压特性
突变结的杂质分布
N区有均匀施主杂质，浓度为ND， P区有均匀受主杂质，浓度为NA。 势垒区的正负空间电荷区的宽度分别为xn和-xp。 同样取x=0处为交界面，如下图所示，
明的外延工艺。 • 1970年斯皮勒（E.Spiller）和卡斯特兰尼(E.Castellani)
发明的光刻工艺。正是光刻工艺的出现才使硅器件制 造技术进入平面工艺技术时代，才有大规模集成电路 和微电子学飞速发展的今天。 • 上述工艺和真空镀膜技术，氧化技术加上测试，封装 工艺等构成了硅平面工艺的主体。
光刻工艺： 光刻工艺是为实现选择掺杂、形成金属电极和布线，表面钝化 等工艺而使用的一种工艺技术。 光刻工艺的基本原理是把一种称为光刻胶的高分子有机化合物 （由光敏化合物、树脂和有机溶剂组成）涂敷在半导体晶片表 面上。受特定波长光线的照射后，光刻胶的化学结构发生变化。 如果光刻胶受光照（曝光）的区域在显影时能够除去，称之为 正性胶；反之如果光刻胶受光照的区域在显影时被保留，未曝 光的胶被除去称之为负性胶；
光刻胶参数及光刻工艺
光刻胶参数及光刻工艺1、正性光刻胶RZJ-304●规格RZJ-304：25mpa·s，50mpa·s（粘稠度），配用显影液：RZX-3038●匀胶曲线注：粉色为50cp，蓝色为25cp●推荐工艺条件①涂布：23℃，旋转涂布，膜厚1.0～3.5μm②前烘：热板100℃×90sec③曝光：50～75mj/cm2（计算方法:取能量60mj/cm2取光强400×102um/cm2，则60/40=1.5s）④显影：23℃，RZX-3038，1min，喷淋或浸渍⑤清洗：去离子水30sec⑤后烘：热板120℃×120sec●规格S1813，配用显影液为ZX-238●匀胶曲线●推荐工艺条件1（以具体工艺为参考）①涂布：23℃，旋转涂布，膜厚1.23um（1.1～1.9μm）②前烘：热板115℃×60sec③曝光：150mj/cm2④显影：21℃，ZX-238，65sec，喷淋或浸渍⑤清洗：去离子水30sec⑥后烘：热板125℃×120sec●规格AZ-5214，配用显影液AZ-300●匀胶表格（单位：微米）●推荐工艺条件1（以具体工艺为参考）①涂布：23℃，旋转涂布，膜厚1.47um（1.14～1.98μm）②前烘：热板100℃×90sec③曝光：240mj/cm2④后烘：115℃×120sec⑤泛曝光：>200mj/cm2⑥显影：21℃，AZ-300，60sec，喷淋或浸渍⑦清洗：去离子水30sec⑧坚膜：热板120℃×180sec注意：紧急救护措施（对于光刻胶）①吸入：转移至空气新鲜处，必要时进行人工呼吸或就医。
②皮肤接触：肥皂水清洗后自来水清洗。
③眼睛接触：流动清水清洗15分钟以上，必要时就医。
第十章-1 光刻工艺
X-射线掩膜版使用材料解决方案：
A：衬底使用氮化硅、氮化硼、铍等对X射线吸收较弱 B：图形材料使用金
4、对准和曝光 （5）制版
制版就是将器件与电路的结构（互连方式）的设 计图形转移到掩膜版上。
先制作母版，再由母版翻印多套工作版，工作版 也叫作光刻版。
制版技术是光刻工艺的关键技术。一种产品生产 时光刻几次就有几块版，这几块版彼此联系的版 组合成一套版。
1、后烘
（1）目的
① 去除显影液和水分，使胶膜坚固 ② 使胶膜进一步聚合而提高胶膜抗刻蚀能力 ③ 提高胶膜粘附性
1、后烘
（2）方法 与前烘方法大致相同。
例如：
采 用 对 流 炉 的 后 烘 温 度 是 130 度 ～ 200 度 ， 时 间30分钟。
2、刻蚀
（1）定义和目的
把显影后的光刻胶微图形下层材料的裸露部分 去掉，将光刻胶图形转移到下层材料上去的工 艺叫作刻蚀。
4、对准和曝光 （5）制版
③ 掩膜版的质量要求
A：图形符合设计要求，尺寸准确，不发生变形； B：一套母版的各个分版之间应一一套准； C：版黑白反差应大； D：图形边缘光滑陡直，无毛刺，过渡小。 E：版面光洁，针孔、小岛，以及划痕少。
5、显影（教材387） （1）概述
晶圆在完成对准和曝光后，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，但还未出现应有的图形。
常见曝光源： ① 高压汞灯产生紫外光（UV） ② 准分子激光器 ③ 电子束 ④ X射线
4、对准和曝光 （4）曝光方法
① 光学曝光 A：接触式 B：接近式 C：投影式 D：步进式
② 非光学曝光 A：电子束 B：X射线
4、对准和曝光 （4）曝光方法
由于衍射极限的限制，在超大规模集成电路的生产上 光学光刻已逐渐被电子束光刻，X-射线光刻等新技术 代替。但是光学光刻在对分辨率要求不高的器件和电 路上仍被普遍采用。
半导体工艺讲解
半导体工艺讲解(1)--掩模和光刻（上）概述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。
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DI Water
Develop
Hard bake
显检
(Inspect)
条宽
(Critical Dimension)
后工序
材料 设备
涂胶/显影概况
光刻胶 显影液 其他
SPR6812 IX925G-14CP XHRIC-11 SPR513 Durimide7510 MIR701-29CP MIR701-49CP AZ 6130 SPR660-1.0 AZ AQUATAR AR3-600 UV135 CD26: 5 MF503: 10 HRD-2: 7
Stepper Introduce
Tool sets Retile size
NIKON EX14-DUV
1
6 inch
CANON 2000i 3
5 inch
NIKON G6/G7
4/0
5 inch
Field size
22mm
20mm
15mm
Wave length
248nm
365nm
486nm
Resolution
Defocus Effect
+1.0um +0.8um
+0.2um
-0.4um -0.6um
+0.6um
Best Focus
-0.8um
+0.4um
-0.2um
-1.0um
Focus-Exposure Matrix
焦点和曝光量在光阻线条上的效应
固定CD对焦点和曝光量的等高图
在线宽，形貌和胶的损失量三个规格基 对应于可接受的外部极限的两条CD曲线-CD规格 础上构建的焦点曝光量工艺窗口
脱胶原因
1.圆片表面潮湿或者不干净 2.HMDS管道板堵 3.没有做HMDS处理 4.AH/HP板温度异常 5.Metal层次涂胶时间过长
常见Track异常-显影缺陷
多个胶点残留
单点胶残留
拐角处胶残留
颗粒
图形坏
色差
常见Track异常
EBR
胶
回
溅
回
溅
显
脱
影
胶
不
清
Step-and-Repeat System
HMDS EBR 7030
DNS TEL DUV
涂胶菜单
注：⑴.关键层指：TO、GT、PC、BN+、ROM、W1、VIA、METAL、TU、BC、SGE、SN（MG）、GW（MG）。 ⑵.非关键层指：除关键层次和PAD之外的其他层次。
涂胶基本流 程
DNS 涂胶系统图：
前处理（PRIMING） 涂胶（APPLY）
Auto Leveling
Auto Leveling(III)
常见聚焦不良
STAGE颗粒/圆片背面颗粒导致聚焦不良
AL 层次溅射
吸笔等印记
Fujitsu 客户在线圆片 背面情况
Metal2层次 聚焦圆片
常见聚焦不良
STAGE颗粒/圆片背面颗粒导致聚焦不良
GT层次圆片边缘异常导致聚焦(1)
GT层次圆片边缘异常导致聚焦(2)
显影（Develop）
目的： • 简单的说就是去除已曝光部分的光刻胶 显影方法： • 浸润显影（TANK） • 喷雾显影（SPRAY） • 静态显影（PUDDLE） 影响显影的因素： • 显影液成份、显影液温度 • 环境温度、环境湿度 • 显影液量、显影方式、程序
坚膜（Hard Bake）
目的： • 去除残余的显影液、水、有机溶剂 • 提高粘附性 • 预防刻蚀时胶形貌变形 方法：接近式热板 控制关键点是温度和时间
的工艺条件为：112 °C/60s
PR/HMDS影响
❖ PR厚度，粘性系数；HMDS 处理是否恰当、温度设置、 HMDS原料等，都是影响显影缺陷的因素
解决PR/HMDS造成的显影缺陷的措施：
✓检查HMDS的流量是否正常，温度是否设置恰当，必要时，可以考虑试用不同厂家的 HMDS
✓不同PR和显影液菜单的组合，对显影缺陷的影响程度不一样，如PR 20#菜单/DEV 5#搭 配与DEV 10#菜单搭配对某些层次有不同的影响。如不同的搭配都可以用于某一层次，那 么，考虑最终选那一种方案，则要考虑对显影缺陷的影响。
涂胶去边规范：AL、CP层次2-3mm 其他层次1-2mm
涂胶（Coating）
☆涂胶的关键在于控制膜厚及其均匀性
影响光刻胶厚度和均匀性的主要参数：[括号内的值为 实际工艺参数设置] • 环境温度（23°C) • 环境湿度(40%) • 排风净压力(5 mmaq) • 光刻胶温度(23°C+/-0.5） • 光刻胶量（1.2-1.5cc) • 旋转马达的精度和重复性 • 回吸量 • 预旋转速度 预旋转时间 最终旋转速度 最终旋转时间 最终旋转加速度
➢ 对于一般的产品pattern外区域为不透光的铬,因此一般没有影响.但是对于带有插 花的产品(drop in chip)，或者block size比较大(Barcode和对版标记)影响是明显 的.
产品的异常表现
➢ 漏光的shot本身图形是正常的,但mask上透光的区域会对相邻的shot产生影响.周而 复始,类似于固定缺陷.
背面印记 (W2层次)
背面颗粒导致聚焦 （此物质能剥掉）
Alignment Process
• 初始化基准标记位置 (Found Coordinates) • 光刻版对位 (Align to Fiducial Mark) • 圆片对位 (Base on the Coordinates)
– Pre-Alignment (Find the Orientation Flat) – Search Alignment
• Yellow:
– Auto focus OK, Auto leveling NG;
• Blue:
– Auto focus & Auto leveling OK.
Auto Focus
Max.: 20mm
限制：圆片边缘6mm无法进行AF，3-4mm范围内可能会因为 圆片边缘的台阶影响正常AF。
Auto Focus
显影基本流 程
DNS 显影系统图：
Post Exposure Bake Developer
HP/HP HP/CP HP/CP HP/HP
SDP
IND4
TR
IND3 IND2
SDP
IND1
Hard Bake
HP：HOT PLATE CP：COOLING PLATE IND：INDEXER SDP：SPIN DEVELPER TR：TRANSFER UNIT
NIKON G8 4
5 inch 20mm 486nm 0.6um +/-0.15um S3 & CP
All
NIKON I8/I9/I10/I11/I12
4/1/2/13/4 5 inch 20mm 365nm 0.4um
+/-0.12um ALL
All
NIKON机光路图
椭球体 汞灯 快门 滤光镜 蝇眼积分器
– 来片衬底必须是干净和干燥的 – HMDS处理后应及时涂胶 – HMDS处理不能过度 – 安全使用HMDS
涂胶（Coating）
• 涂胶就是采用旋转涂敷的方法，在圆片衬底上均 匀的涂上一层一定厚度的光刻胶。
• 旋转涂敷主要受到以下几个因素的影响，它们彼 此作用，或相互增强或相互减弱结果
– 光刻胶的流动性 – 光刻胶中树脂成份中分子间的束缚力 – 旋转离心力 – 光刻胶溶剂的挥发力
一般情况下，圆片和光刻胶并不是理想化的平坦，于是当 处于边缘的BLOCK执行SHIFT FOCUS 时，选择INTRASHOT 来执行 SHIFT FOCUS 比较容易得到正确的信息。
Auto Leveling
Max.: 20mm Φ: 19mm
限制：圆片边缘12.5mm无法进行AL。
Auto Leveling
涂胶——均匀性的影响因素(1)
涂胶——均匀性的影响因素(2)
软烘（Soft Bake）
软烘目的： • 去除光刻胶中的溶剂 • 增加粘附性 • 提高E0的稳定性 • 减少表面张力 软烘方法： • 热对流烘箱 • 红外线辐射 • 接触式（接近式）热板 软烘的关键控制点是温度和时间(90℃/60s)
IND AH AC SC HP IND
涂胶前处理（Priming）
HMDS 处理
去水烘烤
HMDS
• 目的：增加圆片衬底与光刻胶的粘附性 • 原理：将圆片表面状态由亲水性转变为疏水性(亲油性) • 化学试剂：HMDS (六甲基二硅胺) • 气相涂布方法：高温低真空下的HMDS单片处理模块 • 确认HMDS的效果用接触角计测量，一般要求大于65度 • 前处理注意事项：
聚光镜
挡板
聚光镜
光刻版
光学镜头 圆片
Reticle Blind
漏光对Mask图形的影响
Mask
光源
➢ 光源通过blind后的形状如上图所示,其中99%的强度集中在中心pattern区域.还有 1%以半圆形集中在图形外测.
➢ 光刻胶有理想响应:曝光能量强度Dcr=能量*时间,当shutter打开的时间默认为无差 异.则能量的大小为主要影响因素.如果光强持续增大,则pattern外围缺陷就会出现.
光刻工艺介绍1
General Photolithography
前工序
Process
涂胶
(Coating)
HMDS
Resist coating
Soft bake
Soft bake
TARC coating
曝光
(Exposure)
显影
(Developing)