第八章光刻与刻蚀工艺模板
光刻与刻蚀工艺ppt
采用旋转涂胶方法可以提高生产效率，同时采用快速热处理技术可以加速光刻胶的化学反应，进一步缩短处理时间。
提高生产效率
光刻工艺的优化
03
刻蚀工艺详细介绍
离子刻蚀机
以离子束或离子束辅助化学反应的方式进行刻蚀。具有各向异性刻蚀、高分辨率和低损伤等优点，但刻蚀速率较慢，设备昂贵。
刻蚀机的种类与特点
国外光刻与刻蚀工艺发展现状
光刻工艺技术创新
介绍光刻工艺中具有代表性的技术创新，包括高分辨率光刻技术、浸润式光刻技术、多晶圆对准技术等。
刻蚀工艺技术创新
介绍刻蚀工艺中具有代表性的技术创新，包括离子束刻蚀技术、等离子刻蚀技术、反应离子刻蚀技术等。
光刻与刻蚀工艺的技术创新
光刻与刻蚀工艺的发展趋势
从技术、应用和产业三个维度分析光刻与刻蚀工艺未来的发展趋势，包括技术发展方向、应用领域拓展和产业布局优化等方面。
挑战1
挑战2
挑战3
挑战4
需要严格控制各种参数，如温度、湿度和压力等。
需要不断优化工艺流程，提高生产效率。
对操作人员的技能和经验有较高的要求。
提高工艺精度的对策
采用先进的设备和技术，提高设备的稳定性和精度。
对策1
优化工艺参数，建立完善的数据库，实现参数的快速检索和准确控制。
对策2
采用高精度测量仪器，对产品进行准确的尺寸测量和质量控制。
曝光系统
曝光系统将掩膜上的图形转换为光束，并投射到光刻胶上。通常由光源、光阑、反射镜和投影透镜等组成。
运动系统
运动系统用于在光刻胶上扫描光束，以实现大面积的光刻。
光刻机工作原理
光学接触剂和干法接触剂
正性胶和负性胶
厚胶和薄胶
光刻与刻蚀工艺流程ppt
硅片准备
涂胶种类
根据光刻掩膜版的要求，选择合适的涂胶材料。
涂胶厚度
控制涂胶的厚度，一般要求均匀、无气泡、无杂质。
涂胶
曝光方式
根据光刻掩膜版图形设计要求，选择合适的曝光方式。
曝光时间
控制曝光时间，保证光刻胶充分反应且不过度曝光。
曝光
显影液选择
根据光刻胶的性质，选择合适的显影液。
控制显影时间
显影时间要适当，以充分溶解光刻胶，同时避免损伤硅片表面。
纳米科技领域需要借助光刻和刻蚀技术来制造纳米级结构，从而进一步探索纳米世界的奥秘。
在生物医学工程领域，光刻和刻蚀技术可以制造出复杂的微纳结构，用于药物输送、组织工程等应用。
纳米科技
生物医学工程
建议与展望
06
优化工艺参数
通过严格控制实验参数，如波长、功率、曝光时间等，以提高工艺稳定性和效率。
引入先进设备
xx年xx月xx日
光刻与刻蚀工艺流程ppt
CATALOGUE
目录
光刻和刻蚀工艺简介光刻工艺详细流程刻蚀工艺详细流程光刻和刻蚀工艺的控制因素光刻和刻蚀工艺的未来发展建议与展望
光刻和刻蚀工艺简介
01
1
光刻工艺发展历程
2
3
最早的光刻工艺，分辨率较低，制程技术限制较大。
接触式光刻工艺
改善了分辨率和制程技术限制的问题，但仍然存在接触式光刻工艺的一些缺点。
采用先进的自动控制系统和智能化设备，实现工艺过程的实时监控和精准调控。
改进工艺流程
简化工艺流程，减少重复步骤，降低工艺时间和成本。
提高工艺稳定性与效率的措施
技术交叉融合
加强光刻和刻蚀工艺与材料科学、物理学、化学等学科的交叉融合，引入新技术，如纳米压印、离子束刻蚀等，提高工艺水平和效率。
光刻与刻蚀工艺
掩膜版上 的图形
3
东华理工大学
洁净度等级：
英制：每立方英尺中直径大于或等于0.5μm的尘埃粒 子总数不超过设计等级（如英制等级100）
公制：每立方米中直径大于或等于0.5μm的尘埃粒子 总数不超过设计等级（以指数计算，如等级M3.5， 则粒子总数不超过103.5个）
东华理工大学
§8.1 光刻工艺流程
定义：分辨率R表示每mm内能刻蚀出可分辨的最多线条数， 即每mm内包含有多少可分辨的线对数
R 1 (mm1) 2L
东华理工大学
物理学意义：限制因素是衍射
光子： L p h
L p / h / 2; Rmax 1/
粒子：
L
h
2 2mE
所以：能量一定，则粒子质量越大，分辨率越高
接触式曝光：掩模板与衬底接触 S=0，分辨率得到提高（1－3um) 尘埃粒子产生，导致掩膜版损坏，降低成品率
东华理工大学
投影式曝光(projection system)
最小尺寸：Lmin＝0.61λ/NA （亚微米级工艺）
扫描方式：
优点：样品与掩膜版不接触， 1：1步进重复
避免缺陷产生
M:1缩小的步进重复曝光
东华理工大学
提高分辨率的方法
y
k1
NA
1、Using light source with shorter l
光源 波长(nm) 术语
技术节点
汞灯
436
g线
>0.5m
汞灯
365
i线 0.5/0.35m
KrF(激光) 248
ArF (激光) 193
F2 (激光)
第八章光刻与刻蚀工艺模板
第八章光刻与刻蚀工艺模板光刻与刻蚀工艺是现代集成电路制造中的重要工艺环节之一、光刻技术用于在硅片上制作电路图形，而刻蚀技术则用于去除不需要的材料，以形成所需的电路结构。
本章将介绍光刻与刻蚀工艺的基本原理及常见的工艺模板。
一、光刻工艺模板在光刻工艺中，需要使用光刻胶作为图形保护层，以及光罩作为图形的模板。
光刻模板通常由硅片或光刻胶制成，可以通过不同的工艺步骤来实现具体的图形需求。
1.硅片模板硅片模板是一种常见的光刻工艺模板，它的制作过程相对简单。
首先，将一块纯净的硅片进行氧化处理，形成硅的氧化层。
然后，在氧化层上通过光刻技术制作所需的图形。
最后，使用化学刻蚀方法去除不需要的硅的氧化层，就可以得到所需的硅片模板。
硅片模板具有较好的精度和可靠性，能够满足微纳加工的要求。
然而，硅片模板制作过程复杂，成本较高。
2.光刻胶模板光刻胶模板是利用光刻胶作为模板材料的一种工艺模板。
光刻胶是一种感光性的聚合物材料，可以在光照的作用下发生化学反应。
在光刻工艺中，首先将光刻胶涂覆在硅片上，然后通过光刻曝光将所需的图形转移到光刻胶上。
接下来，使用化学方法或溶剂去除不需要的光刻胶，就可以得到所需的光刻胶模板。
光刻胶模板制作过程简单，成本较低。
同时，光刻胶模板的精度较高，可以满足微纳加工的要求。
然而，光刻胶模板的使用寿命较短，通常只能使用几次。
在刻蚀工艺中，需要使用刻蚀胶作为图形保护层，以及刻蚀模板作为图形的模板。
刻蚀模板通常由硅片或光刻胶制成，可以通过不同的工艺步骤来实现具体的图形需求。
1.硅片模板硅片模板在刻蚀工艺中的制作方法与光刻工艺类似。
首先，在硅片上通过光刻技术制作所需的图形，然后使用化学刻蚀方法去除不需要的硅材料，就可以得到所需的刻蚀模板。
硅片模板具有较高的精度和可靠性，可以满足微纳加工的要求。
然而，硅片模板制作过程复杂，成本较高。
2.光刻胶模板光刻胶模板在刻蚀工艺中的制作方法与光刻工艺类似。
首先，将光刻胶涂覆在硅片上，然后通过光刻曝光将所需的图形转移到光刻胶上。
光刻和刻蚀工艺PPT培训课件
图形曝光与刻蚀
刻蚀
由图形曝光所形成的抗蚀剂图案，并不是电路 器件的最终部分，而只是电路图形的印模。为 了产生电路图形，这些抗蚀剂图案必须再次转 移至下层的器件层上。
这种图案转移（pattern transfer）是利用腐 蚀（etching）工艺，选择性地将未被抗蚀剂 掩蔽的区域去除。
光阻上
目的：
确定图案的精确形状和尺寸 完成顺序两次光刻图案的准确套制
曝光后烘焙（PEB）
驻波效应
定义：入射光与反射光间的相长和相消干涉造 成的效应
影响：曝光过程中，在曝光区与非曝光区边界 将会出现驻波效应，影响显影后所形成的图形 尺寸和分辨率
改善措施：曝光后烘焙
4、显影（Development）
低 过高的温度会使光刻胶中的感光剂发生反应，使光刻
胶在曝光时的敏感度变差
3、曝光（Exposure）
紫外光 掩模版
（3）曝光
光刻胶 SiO2
Si
3、曝光（Exposure）
曝光
光通过掩模版照射，使照射到的光刻胶起光化学反应 感光与未感光的光刻胶对碱性溶液的溶解度不同 掩模版上的图案，完整地传递(Transfer)到晶片表面的
光刻工艺过程
涂胶 coating 前烘 prebaking 曝光 exposure 显影 development 坚膜 postbake 刻蚀 etch 去胶 strip 检验 inspection
1、涂胶
SiO2
Si （1）氧化、清洗
光刻胶 SiO2
Si （2）涂胶、前烘
1、涂胶
光刻胶 SiO2
Si （4）显影、坚膜
4、显影（Development）
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）
第八章光刻与刻蚀工艺
双叠氮交联剂的感光波长范围为260~460nm，已适用于高 压汞灯等光源。但添加适宜的增感剂，感光度也有所提高。
若曝光气氛中存在氧，将导致灵敏度下降，因此，必须在 氮气或真空条件下曝光操作。
原始光刻胶膜可被某些溶剂溶解；受适当波长的光照射后 发生聚合或交联反应，聚合为不可溶物质；显影后，硅片表面 的光刻胶图形与掩模版相反。其成分主要为感光性树脂，其次 包括溶剂和增感剂。以感光性树脂的种类来分类：
（1）聚乙烯醇肉桂酸脂类
产品有北京化工厂的北化103胶、上海化学试剂厂的上试 1 号胶、美国的柯达光致抗蚀剂（KPR）以及日本东京应化光致 抗蚀剂（TPR）。
2、正性光刻胶（正胶）
原始光刻胶膜不能被某些溶剂溶解；受适当波长的光照射 后，发生光分解反应，分解为可溶性物质；显影后，硅片表面 的光刻胶图形与掩模版相同；未经感光的光刻胶仍然保持它在 紫外光照射下发生光分解反应的活性，因此此类光刻胶在光刻 工艺中能够多次曝光。
主要成分为邻叠氮醌类化合物。产品有：北京化工厂的205、 206、212正性胶，上海试剂一厂的702、703胶等，美国Shipley 公司生产的AZ-1350系列等。
第八章 光刻与刻蚀工艺
1
§8.1 概述
一、光刻技术的特点
1、光刻是一种表面加工技术； 2、光刻是复印图像和化学腐蚀相结合的综合性技术； 3、器件的尺寸越小，集成电路的集成度越高，对光刻精 度的要求就越高，难度就越大。
二、光刻的目的
在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩模版完全对应的几 何图形，从而达到选择性扩散和金属薄膜布线的目的。
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。
光刻与刻蚀工艺
光刻与刻蚀工艺pptxx年xx月xx日contents •光刻与刻蚀工艺简介•光刻工艺详细介绍•刻蚀工艺详细介绍•光刻与刻蚀工艺的挑战与对策•光刻与刻蚀工艺的发展趋势目录01光刻与刻蚀工艺简介1光刻工艺原理23利用光子能量将光刻胶上的分子激活，使其可进行化学反应。
光学曝光将光刻胶上的图形转移到半导体基板上的过程。
图形转移对光刻胶和半导体基板表面进行化学处理，以实现图形的精细加工。
表面处理利用液体化学试剂将半导体表面的材料溶解。
刻蚀工艺原理湿法刻蚀利用等离子体或离子束等高能粒子将半导体表面的材料去除。
干法刻蚀刻蚀过程中，被刻蚀材料与阻挡层材料的去除速率之比。
选择比1光刻与刻蚀工艺的关系23光刻工艺是制造芯片的核心技术，通过光刻胶上的图形控制半导体表面的加工。
刻蚀工艺是将光刻胶上的图形转移到半导体表面的关键步骤，要求高精度和高一致性。
光刻和刻蚀工艺的组合直接决定了芯片制造的质量、产量和成本。
02光刻工艺详细介绍03运动控制系统运动控制系统精确控制掩膜与光刻胶之间的相对位置，确保图形对准和重复性。
光刻机工作原理01曝光系统曝光系统将掩膜上的图形转换为光刻胶上的图形，是光刻机的核心部分。
02投影系统投影系统将曝光系统输出的光线聚焦到光刻胶表面，实现小比例图形转移。
光学接触剂是低分子聚合物，具有高度透明性和低折射率。
光学接触剂正性光刻胶受到光照后会发生交联反应，形成网状结构，耐腐蚀性强。
正性光刻胶负性光刻胶受到光照后会发生降解反应，形成可溶性物质，易于清除。
负性光刻胶光刻胶的分类与性质增加对比度通过优化涂层和选择合适的光源和波长，增加光刻胶与衬底之间的对比度。
提高分辨率采用短波长光源和高级数值孔径透镜，提高光刻机分辨率。
提高精度和一致性采用先进的控制系统和误差修正技术，提高光刻胶图形的精度和一致性。
光刻工艺的优化03刻蚀工艺详细介绍离子刻蚀机以离子束或离子束辅助化学反应的方式进行刻蚀。
具有各向异性刻蚀、高分辨率和低损伤等优点，但刻蚀速率较慢，设备昂贵。
最新第八章-基本光刻工艺.PPT课件
保持憎水性表面通常通过下面两种方法：
一是保持室内温度在50℃以下，并且在晶园完
成前一步工艺之后尽可能快的进行涂胶。
.
25
亲水 性 表面
憎水 性 表面
另一种方法是把晶园存储在用干燥并且干 净的氮气净化过的干燥器中。
除此之外，一个加热的操作也可以使晶园表面 恢复到憎水表面。有三种温度范围：
150～200℃（低温），此时晶园表面会被蒸发
首先把光刻胶通过管道堆积在晶园的中心， 堆积量由晶园大小和光刻胶的类型决定，堆积 量非常关键，量少了会导致涂胶不均匀，量大 了会导致晶园边缘光刻胶的堆积甚至流到背面， 如图所示。
.
28
涂胶
铺展
旋转
高转 速
真空
静态旋转工艺
光刻胶膜的最终厚度是由光刻胶的粘度、 旋转速度、表面张力和国光刻胶的干燥性来决 定的。
更高
黏结力
更好
曝光速度
更快
针孔数量
更少
阶梯覆盖度
更好
成本 显影液
有机溶剂
更高 水溶性溶剂
光刻胶去除剂
氧化工步 金属工步
酸
酸
氯化溶剂化合物
普通酸溶剂
.
23
8.8 光刻工艺
这一节将介绍基本的光刻工艺10步法，包 括每一步的目的、技术考虑、选项和工艺控制 方法等。
8.9 表面准备
为确保光刻胶能和晶园表面很好粘结，必 须进行表面处理，包括三个阶段：微粒清除、 脱水和涂底胶。
低转 速
真空
.
高转 速
31
• 自动旋转器
自动系统如图所示，包含了晶园表面处理、
.
26
到了400℃（中温）时，与晶园表面结合较松 的水分子会离开。当超过750℃（高温）时， 晶园表面从化学性质上讲恢复到了憎水性条件。 通常采用低温烘焙，原因是操作简单。
chap8光刻与刻蚀工艺
7
2、高灵敏度：为了提高产量要求曝光所需 要的时间越短越好，也就是要求灵敏度高。也 称感光度，以光刻胶发生化学反应所需要的最 小曝光量的倒数来表示。 3、精密的套刻对准 4、大尺寸硅片的加工 5、低缺陷 四、光刻三要素： 光刻胶、掩膜版和光刻机
8
8.1 光刻工艺流程
以负胶为例来说明这八个步骤，一般 可分为： 打底膜->涂胶->前烘->曝光->显影-> 后烘（坚膜）->腐蚀（刻蚀）->去胶。
13
图形转移——刻蚀
14
图形转移——剥离（lift-off）
15
去胶
溶剂去胶 （strip）：Piranha (H2SO4:H2O2)。 正胶：丙酮
氧化去胶 450 C O2+胶CO2+H2O 干法去胶（Ash)
等离子去胶（Oxygen plasma ashing） 高频电场 O2电离O－＋O＋ O＋活性基与胶反应 CO2， CO ，H2O。
40
8.5 抗反射涂层工艺
使用抗反射涂层（ARC）工艺，可以降低驻波 效应的影响。 驻波效应：曝光光波在进入到光刻胶层之后， 如果没有被完全吸收，就会有一部分光波穿过光 刻胶膜达到衬底表面，这一部分光波在衬底表面 被反射之后，又回到光刻胶中。这样，反射光波 与光刻胶中的入射光波发生干涉，从而形成驻波。 表现为以λ/2n为间隔，在光刻胶中形成强 弱相间的曝光区域。会导致线宽发生变化，减低 分辨率。
44
紫外曝光的方法及各自特点
接触式光刻：分辨率较高，但是容易造成掩膜 版和光刻胶膜的损伤。 接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小 的间隙(10～25mm)，可以大大减小掩膜版的损 伤，分辨率较低。 投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜版上的 图形投影到衬底上的曝光方法，目前用的最多 的曝光方式。
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Baking Systems
8.1.1
5-6、对准与曝光
光刻工艺流程
Alignment and Exposure
Most critical process for IC fabrication Most expensive tool (stepper) in an IC fab. Determines the minimum feature size Currently 45nm and pushing to 32 nm
显影液溶解掉光刻胶中软化部分（曝光的正胶或未曝光 的负胶） 从掩膜版转移图形到光刻胶上 三个基本步骤:显影、漂洗、干燥
8.1.1
光刻工艺流程
光刻3－涂胶 Spin Coating
①要求：粘附良好，均匀，薄厚适当 胶膜太薄－针孔多，抗蚀性差； 胶膜太厚－分辨率低（分辨率是膜厚 的5－8倍） ②涂胶方法：浸涂，喷涂，旋涂√
EBR: Edge bead removal边缘修复
旋转涂胶
Spin Coating
Clean Room净化间
洁净等级：尘埃数/m3； （尘埃尺寸为0.5μm） 10万级：≤350万，单晶制备； 1万级：≤35万，封装、测试； 1000级：≤35000，扩散、CVD； 100级：≤3500，光刻、制版； 深亚微米器件（尘埃尺寸为0.1μm） 10级：≤350，光刻、制版； 1级：≤ 35，光刻、制版；
1）对准和曝光设备 --光刻机
接触式曝光机 接近式曝光机 投影式曝光机 步进式曝光机（Stepper）
接触式曝光示意图
接近式曝光示意图
投影式曝光示意图
步进-重复（Stepper） 曝光示意图
8.1.1
2）曝光光源：
光刻工艺流程
光学曝光、X射线曝光、电子束曝光 ①光学曝光－紫外，深紫外 高压汞灯：紫外(UV），300－450nm； i线365nm，h线405nm，g线436nm。 准分子激光：KrF：λ= 248nm； ArF：λ= 193nm； F2激光器： λ= 157nm。
集成电路制造技术
第八章 光刻与刻蚀工艺
西安电子科技大学
微电子学院
戴显英 2013年9月
主要内容
光刻的重要性 光刻工艺流程 光源 光刻胶 分辨率 湿法刻蚀 干法刻蚀
第八章
光刻与刻蚀工艺
芯片的最小特征尺寸 ②占芯片制造时间的40-50%③占制造成本的30% 光刻：通过光化学反应，将光刻版（mask）上的图形转 移到光刻胶上。 刻蚀：通过腐蚀，将光刻胶上图形完整地转移到Si片上 光刻三要素：①光刻机②光刻版（掩膜版）③光刻胶 ULSI对光刻的要求：高分辨率；高灵敏的光刻胶； 低缺陷；精密的套刻对准；
第八章
光刻与刻蚀工艺
特征尺寸与栅长的摩尔定律 与特征尺寸相应的光源
第八章
光刻与刻蚀工艺
接触式与投影式光刻机
掩模版
掩膜版的质量要求 若每块掩膜版上图形成品率＝90％，则 6块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）6＝53％； 10块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）10＝35％； 15块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）15＝21％； 最后的管芯成品率当然比其图形成品率还要低。 掩膜版尺寸： ①接触式接近式和投影式曝光机：1∶1 ②分步重复投影光刻机（Stepper）：4∶1；5∶1； 10∶1
高压汞灯紫外光谱
8.1.1
②下一代曝光方法
光刻工艺流程
电子束曝光：λ＝几十---100Å ； 优点：分辨率高；不需光刻版 （直写式）； 缺点：产量低（适于制备光刻 版）； X射线曝光：λ＝2---40Å ，软X射 线； X射线曝光的特点：分辨率高， 产量大。 极短紫外光（EUV）：λ＝10—14nm
8.1 光刻工艺 Photolithography Process
光刻工艺的基本步骤
Photoresist coating Exposure Development
• 涂胶 • 曝光 • 显影
光刻工艺的主要步骤
涂胶 前烘 曝光 后烘 显影 坚膜
8.1.1
1)清洗硅片 Wafer Clean
8.1.1
9、坚膜 Hard Bake
光刻工艺流程
10、图形检测
Pattern Inspection
8.1.1
光刻1－清洗
光刻工艺流程
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 胶与表面的黏附性；大约1000C； 打底膜：涂HMDS（六甲基乙硅氮 烷），去掉SiO2表面的-OH，增强 光刻胶与表面的黏附性。
光刻工艺流程
3、涂胶 Photoresist Coating
2)预烘和打底胶 Pre-bake and Primer Vapor
4、前烘
Soft Bake
8.1.1
5、对准 Alignment
光刻工艺流程
7、后烘 Post Exposure Bake
6、曝光
Exposure
8、显影 Development
圆片放置在涂胶机的真空卡盘上 高速旋转 液态光刻胶滴在圆片中心 光刻胶以离心力向外扩展 均匀涂覆在圆片表面
光刻胶厚度与旋转速率和粘性的关系
与涂胶旋转速率成反比 与光刻胶粘性成正比
8.1.1
光刻4－前烘Soft Bake
光刻工艺流程
①作用：促进胶膜内溶剂充分挥发，使胶膜干燥；增加胶膜与SiO2 （Al 膜等）的粘附性及耐磨性。 ②影响因素：温度，时间。 烘焙不足（温度太低或时间太短）－显影时易浮胶，图形易变形。 烘焙时间过长－增感剂挥发，导致曝光时间增长，甚至显不出图形。 烘焙温度过高－感光剂反应（胶膜硬化），不易溶于显影液，导致显 影不干净。
商用X-ray光刻机
8.1.1
光刻工艺流程
光刻7－曝光后烘焙（后烘，PEB）
烘焙温度高于光刻胶玻璃化转变温度（Tg） 光刻胶分子发生热运动 过曝光和欠曝光的光刻胶分子发生重分布 平衡驻波效应，平滑光刻胶侧墙，
目的：提高分辨率
光刻胶中的驻波效应
8.1.1
光刻工艺流程
光刻8－显影(Development)