第九章_基本光刻工艺流程-显影到最终检验
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。
光刻工艺简要流程介绍
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。
列出光刻工艺流程
列出光刻工艺流程光刻工艺流程呀，这可有趣啦。
光刻呢，就像是在微观世界里搞艺术创作。
光刻工艺的第一步呀，就是要准备好基底材料。
这个基底材料就像是我们画画的画布一样重要呢。
比如说硅片呀，这是在半导体制造里很常用的基底。
它要非常的平整光滑，就像我们希望画布平平整整的一样，要是这个基底坑坑洼洼的，那后面的工序可就麻烦大了。
接下来呢，就是涂光刻胶啦。
光刻胶就像是一层特殊的涂料，涂在基底上。
这光刻胶可娇贵了，涂的时候要特别小心，就像我们给小脸蛋涂面霜一样，要涂得均匀，不能这儿厚那儿薄的。
这时候有专门的设备来完成这个操作，把光刻胶均匀地铺在基底上面，厚度也要控制得刚刚好，太薄了不行，太厚了也不好，就像给蛋糕抹奶油，多一点少一点都影响美观和口感呢。
然后呀，就是曝光这个步骤啦。
曝光就像是给光刻胶晒太阳，不过这个太阳可不是我们平常看到的太阳哦。
它是通过光刻掩模来进行曝光的。
光刻掩模就像是一个特殊的模板，上面有我们想要的图案。
就像我们小时候玩的手影游戏，通过手的形状在墙上投出不同的影子一样，光刻掩模决定了哪些地方的光刻胶被曝光。
曝光的时候，光线就像一个个小魔法棒，按照掩模的形状在光刻胶上留下痕迹。
再之后呢，是显影这个环节。
显影就像是把曝光后的光刻胶洗个澡，让该留下来的留下来，该去掉的去掉。
经过显影之后，光刻胶上就会呈现出我们想要的图案啦。
这个过程就像是雕刻家把不需要的石头去掉，留下精美的雕像一样神奇。
最后呢，蚀刻登场啦。
蚀刻就像是拿着一把非常非常小的刻刀，把没有光刻胶保护的基底材料给去掉。
这个过程可精细了，要精确地按照光刻胶的图案来进行蚀刻，就像一个超级精细的剪纸工艺，一点点偏差都可能让整个作品失败。
蚀刻完了之后呢，再把剩下的光刻胶去掉，这样就完成了整个光刻工艺流程啦。
光刻工艺流程虽然看起来复杂又神秘，但是每一个步骤都像是一个小魔法，组合在一起就能够在微观世界里创造出非常神奇的东西呢。
比如说在制造芯片的时候，光刻工艺就能把复杂的电路图案精准地印在硅片上，就像在一颗小沙子上盖起了一座超级复杂的大厦一样不可思议。
光刻工艺的基本步骤
光刻工艺的基本步骤传统的光刻工艺是相对目前已经或尚未应用于集成电路产业的先进光刻工艺而言的，普遍认为193nm 波长的ArF 深紫外光刻工艺是分水岭（见下表）。
这是因为 193nm 的光刻依靠浸没式和多重曝光技术的支撑，可以满足从 0.13um至7nm 共9个技术节点的光刻需要。
光源与波段光波长应用技术节点紫外线（汞灯）g线436nm 0.5um以上i线365nm 0.35～0.25um深紫外线（DUV）KrF 248nm 0.25～0.13umArF 193nm 0.13um～7nmF2 157nm 无产业化应用等离子体极紫外线极紫外线（软X）13.5nm 7nm/5nm以下为了将掩模版（也称掩膜版）上的设计线路图形转移到硅片上，首先需要通过曝光工艺（俗称光刻）来实现转移，然后通过刻蚀工艺得到硅图形：由于光刻工艺区的照明采用的是感光材料不敏感的黄色光源，因此又称黄光区。
光刻技术最先应用于印刷行业，并且是早期制造 PCB 的主要技术。
自20世纪50年代起，光刻技术逐步成为集成电路芯片制造中图形转移的主流技术。
光刻工艺的关键指标包括分辦率、灵敏度、套准精度、缺陷率等。
光刻工艺中最关键的材料是作为感光材料的光刻胶，由于光刻胶的敏感性依赖于光源波长，所以g/i线、248nm KrF、193nm ArF 等光刻工艺需要采用不同的光刻胶材料，如i线光刻胶中最常见的重氮荼醌(DNQ）线性酚醛树脂就不适用于 193nm 光刻工艺。
光刻胶按极性可分为正光刻胶（简称正胶）和负光刻胶（简称负胶）两种，其性能差别在于：负光刻胶曝光区域在曝光显影后变硬而留在圆片表面，未曝光部分被显影剂溶解；正光刻胶经过曝光后，曝光区域的胶连状聚合物会因为光溶解作用而断裂变软，最后被显影剂溶解，而未曝光的部分则保留在圆片表面。
先进芯片的制造大都使用正光刻胶，这是因为正光刻胶能达到纳米图形尺寸所要求的高分辦率。
16nm/14nm 及以下技术代在通孔和金属层又发展出正胶负显影技术，将末经曝光的正光刻胶使用负显影液清洗掉，留下曝光的光刻胶，这种方法可提高小尺寸沟槽的成像对比度。
光刻版的形成方法与流程
光刻版的形成方法与流程
光刻版（Photomask）的形成方法与流程如下：
1. 制作基底：首先，根据设计要求选择合适的基底材料，如石英玻璃或聚合物。
然后，将基底进行清洗和抛光，以确保表面平整和清洁。
2. 电子束曝光：使用计算机辅助设计软件（CAD）来设计光
刻版中的图案。
将设计好的图案转化为数字化的信息，然后使用电子束曝光设备，通过控制电子束的扫描路径，将图案准确地写入基底上。
3. 显影：将其暴露在化学溶液中，使曝光的部分获得显影作用。
曝光的部分将发生化学反应，从而将基底上的图案清晰地显现出来。
4. 蒸镀：将金属或其他合适的材料蒸镀到显影后的基底上。
这一步的目的是增加图案的反射率和耐久性。
5. 清洗：将光刻版进行清洗，以去除在之前步骤中产生的化学残留物和污染物。
清洗后，光刻版将变得干净且透明。
6. 检查和修复：对光刻版进行检查，如果发现任何缺陷或损坏，可以尝试修复。
修复通常涉及使用特殊的修复剂将局部区域填充或覆盖。
7. 最终检验：最后，对光刻版进行仔细的最终检验，以确保图
案的质量和准确性。
检验可以使用显微镜、光学仪器或其他相关工具进行。
8. 包装和保护：完成光刻版的制作后，将其放入适当的包装盒中，并采取必要的措施来保护光刻版，以防止损坏或污染。
以上是光刻版的形成方法与流程的基本概述，但实际的制作流程可能因不同的光刻技术、设备和应用领域而有所差异。
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膨胀也不会使之收缩，从而不会导致图案尺寸的改变。
用光刻机刻图案的晶圆，可能使用一种性质较温和的STODDART 溶剂。
俯视表层光刻胶曝光后显影后正确曝光曝光不足不完全曝光严重过曝光（a）（b）图9.1 光刻胶显影（a）过程（b）问题正光刻胶负光刻胶显影剂 NaOH XyleneTMAH Stoddard溶剂冲洗水 n-醋酸丁酯图 9.2 光刻胶显影剂和冲洗用化学品冲洗的作用是双重的。
芯片制造-半导体工艺教程
芯片制造-半导体工艺教程Microchip Fabrication----A Practical Guide to Semicondutor Processing目录:第一章:半导体工业[1][2][3]第二章:半导体材料和工艺化学品[1][2][3][4][5]第三章:晶圆制备[1][2][3]第四章:芯片制造概述[1][2][3]第五章:污染控制[1][2][3][4][5][6]第六章:工艺良品率[1][2]第七章:氧化第八章:基本光刻工艺流程-从表面准备到曝光第九章:基本光刻工艺流程-从曝光到最终检验第十章:高级光刻工艺第十一章:掺杂第十二章:淀积第十三章:金属淀积第十四章:工艺和器件评估第十五章:晶圆加工中的商务因素第十六章:半导体器件和集成电路的形成第十七章:集成电路的类型第十八章:封装附录:术语表#1 第一章半导体工业--1芯片制造-半导体工艺教程点击查看章节目录by r53858概述本章通过历史简介，在世界经济中的重要性以及纵览重大技术的发展和其成为世界领导工业的发展趋势来介绍半导体工业。
并将按照产品类型介绍主要生产阶段和解释晶体管结构与集成度水平。
目的完成本章后您将能够：1. 描述分立器件和集成电路的区别。
2. 说明术语“固态，” “平面工艺”，““N””型和“P”型半导体材料。
3. 列举出四个主要半导体工艺步骤。
4. 解释集成度和不同集成水平电路的工艺的含义。
5. 列举出半导体制造的主要工艺和器件发展趋势。
一个工业的诞生电信号处理工业始于由Lee Deforest 在1906年发现的真空三极管。
1真空三极管使得收音机, 电视和其它消费电子产品成为可能。
它也是世界上第一台电子计算机的大脑，这台被称为电子数字集成器和计算器（ENIAC）的计算机于1947年在宾西法尼亚的摩尔工程学院进行首次演示。
这台电子计算机和现代的计算机大相径庭。
它占据约1500平方英尺，重30吨，工作时产生大量的热，并需要一个小型发电站来供电，花费了1940年时的400, 000美元。
光刻工艺流程
光刻⼯艺流程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。
基本光刻工艺流程
显影
去除非聚合光刻胶
晶圆
光刻胶 氧化层
刻蚀
表层去除
晶圆
光刻胶去除 光刻胶去除
晶圆
Negative Lithography负性光刻
Chrome island on glass mask
在玻璃掩膜版上 的铬岛
Shadow on photoresist 光刻胶上的阴影
Ultraviolet light紫外光
极性
感光性
曝光光源
(Coul/cm )
+
3-5 × 10
紫外
-
紫外
+
5 × 10
电子束
+
1 × 10
电子束 /
深紫外
+
2 × 10
电子束
+
8 × 10
电子束
-
5 × 10
电子束
X 射线
PMPS
聚甲基戊烯 1 砜
+
2 × 10
电子束
• 溶剂 光刻胶中容量最大的成分是溶剂。添加溶
剂的目的是光刻胶处于液态，以便是光刻胶能 够通过旋转的方法涂在晶圆表面。
暗场掩膜版主要
用来制作反刻金属互 联线。
亮场 暗场
刚才介绍了对光有负效应的光刻胶，称为负性胶。同样还有对光有正效 应的光刻胶，称为正胶。用正性胶和亮场掩膜版在晶园表面建立凸起图形的 情况如图所示。
工艺步骤 对准和曝光
目的
掩膜版和图形在晶圆上的 精确对准和光刻胶的曝光。 正胶被光溶解
晶圆
掩膜版 / 图形
CH CH
CH
能量
双键 CH
×××××××××× 未聚合的
列出光刻工艺的流程
列出光刻工艺的流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!列出光刻工艺的流程一、准备工作阶段。
在进行光刻工艺之前，需要进行充分的准备工作。
芯片制造-半导体工艺教程
芯片制造-半导体工艺教程芯片制造-半导体工艺教程芯片制造-半导体工艺教程Microchip Fabrication ----A Practical Guide to Semicondutor Processing 目录:第一章:半导体工业第二章:半导体材料和工艺化学品第三章:晶圆制备第四章:芯片制造概述第五章:污染控制第六章:工艺良品率第七章:氧化第八章:基本光刻工艺流程-从表面准备到曝光第九章:基本光刻工艺流程-从曝光到最终检验第十章:高级光刻工艺第十一章:掺杂第十二章:淀积第十三章:金属淀积第十四章:工艺和器件评估第十五章:晶圆加工中的商务因素第十六章:半导体器件和集成电路的形成第十七章:集成电路的类型第十八章:封装附录:术语表1芯片制造-半导体工艺教程#1 第一章半导体工业--1芯片制造-半导体工艺教程点击查看章节目录by r__ 概述本章通过历史简介，在世界经济中的重要性以及纵览重大技术的发展和其成为世界领导工业的发展趋势来介绍半导体工业。
并将按照产品类型介绍主要生产阶段和解释晶体管结构与集成度水平。
目的完成本章后您将能够：1. 描述分立器件和集成电路的区别。
2. 说明术语D固态，‖ D平面工艺‖，DDN‖‖型和DP‖型半导体材料。
3. 列举出四个主要半导体工艺步骤。
4. 解释集成度和不同集成水平电路的工艺的含义。
5. 列举出半导体制造的主要工艺和器件发展趋势。
一个工业的诞生电信号处理工业始于由Lee Deforest 在1906年发现的真空三极管。
1真空三极管使得收音机, 电视和其它消费电子产品成为可能。
它也是世界上第一台电子计算机的大脑，这台被称为电子数字集成器和计算器（ENIAC）的计算机于1947年在宾西法尼亚的摩尔工程学院进行首次演示。
这台电子计算机和现代的计算机大相径庭。
它占据约1500平方英尺，重30吨，工作时产生大量的热，并需要一个小型发电站来供电，花费了1940年时的400, 000美元。
基本光刻工艺之从曝光到最终检验
基本光刻工艺之从曝光到最终检验光刻工艺是制造集成电路的关键步骤之一，它的主要目的是将芯片模式图案转移到硅片上。
光刻工艺涉及许多复杂的步骤和技术，包括曝光、显影、刻蚀等。
下面将从曝光到最终检验介绍基本的光刻工艺。
在光刻工艺的第一步就是曝光。
曝光是通过使用掩膜和光刻胶将芯片模式图案转移到硅片上的过程。
首先，在掩膜上制作出图案，然后将掩膜放置到一块清洁的硅片上。
接下来，将光刻胶涂布在硅片上，确保光刻胶均匀地覆盖整个硅片。
然后，将硅片和掩膜放置在曝光机上，通过曝光机的光源照射，使光刻胶暴露在特定的光辐射下。
光刻胶的曝光时间和曝光强度取决于芯片设计的要求。
完成曝光后，接下来是显影步骤。
显影是利用化学溶液处理光刻胶，以将模式图案留在硅片上。
首先，将硅片放置在显影机中，并将显影剂溶液浸泡硅片。
显影剂能够溶解未曝光的光刻胶，从而将其去除。
曝光过的部分光刻胶则被显影剂保护，保留在硅片上。
显影时间的长短取决于光刻胶的类型和制造要求。
显影完成后，接下来是刻蚀步骤。
刻蚀是将未被保护的硅片表面层物质去除的过程。
通过使用特定的化学溶液，将硅片表面的非光刻胶部分进行刻蚀，从而得到芯片模式的形状。
刻蚀的深度和时间要根据芯片设计的要求进行调整。
最后是最终检验。
在这一步骤中，将对芯片进行各种物理、化学和电学性能测试，以确保芯片达到设计要求。
包括电路连通性测试、介电层测量、线宽和尺寸测量等。
这些测试可以确保芯片的质量和性能符合预期。
综上所述，基本光刻工艺从曝光到最终检验涉及多个步骤，包括曝光、显影、刻蚀和最终检验。
每个步骤都非常关键，需要严格的控制和精确的操作，以确保芯片的质量和性能。
光刻工艺的发展和改进使得集成电路的制造更加高效和精确。
光刻工艺是半导体制造领域中最重要的工艺之一，它的发展对整个电子行业的进步产生了深远的影响。
基本光刻工艺从曝光到最终检验的每个步骤都经过了精心设计和改进，以满足不断增长的芯片尺寸和复杂性的需求。
曝光是光刻工艺的第一步，也是最核心的步骤之一。
光刻工艺
三、工艺流程： 工艺流程：
以负胶为例来说明这八个步骤，一般可分 以负胶为例来说明这八个步骤， 为： 打底膜- 涂胶- 前烘- 曝光- 显影打底膜->涂胶->前烘->曝光->显影-> 后烘- 腐蚀- 去胶。 后烘->腐蚀->去胶。
3
打底膜（六甲基二硅亚胺HMDS HMDS） 打底膜（六甲基二硅亚胺HMDS）
G、衬底反射影响： H、显影和刻蚀的影响：
（2）针孔 （3）小岛 （4）浮胶 毛刺、 （5）毛刺、钻蚀
13
§3 光刻胶
光刻胶的分类和光刻胶的质量要求。 光刻胶的分类和光刻胶的质量要求。
一、正胶和负胶： 正胶和负胶：
根据光刻胶在曝光前后溶解特性的变化， 根据光刻胶在曝光前后溶解特性的变化 ， 可将分为正胶和负胶。 可将分为正胶和负胶。 正胶：曝光前不可溶， 正胶：曝光前不可溶，曝光后 可溶 负胶： 可溶， 负胶：曝光前 可溶，曝光后不可溶
六甲基二硅亚胺HMDS反应机理 六甲基二硅亚胺HMDS反应机理
OH SiO2 ＋(CH3) 3SiNHSi(CH3)
3
SiO2
OH
O-Si(CH3) 3 +NH O-Si(CH3) 33
4
5
6
曝光方法
曝光有多种方法：光学曝光就可分为接 触式、接近式、投影式、直接分步重复 曝光。此外，还有电子束曝光和X 曝光。此外，还有电子束曝光和X射线曝 光等。曝光时间、氮气释放、氧气、驻 波和光线平行度都是影响曝光质量
分步重复曝光光学原理图
32
（3）由于采用了逐步对准技术可补偿硅片尺 寸的变化，提高了对准精度。逐步对准的方法 也可以降低对硅片表面平整度的要求。
33
列出光刻工艺的流程
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在进行光刻工艺之前，有大量的准备工作需要完成。
基本光刻工艺流程
• 添加剂 光刻胶中的添加剂主要在光刻胶薄膜中用
来吸收和控制光线，可以阻止光刻胶没有被曝 光的部分在显影过程中被溶解。 8.5 光刻胶的表现要素
对光刻胶的要求包括一下几个方面： • 分辨率
在光刻胶层能够产生的最小图形通常被作 为对光刻胶的分辨率。产生的线条越小，分辨 率越高。分辨率不仅与光刻胶本身的结构、性 质有关，还与特定的工艺有关，比如：曝光光 源、显影工艺等。
涂底胶的目的是进一步保证光刻胶和晶园 表面的粘结能力。底胶的选择必须保证一个很 好的黏附和平滑的表面。 底胶的作用是从化学 上把晶园表面的水分子系在一起，因此增加了 表面的黏附能力。 方法有：沉浸式 旋转式 蒸汽式
各有优缺点，使用时根据具体情况选择。
2020/3/12
8.10 涂光刻胶 目的是在晶园表面建立薄而均匀并且没有
2020/3/12
2020/3/12
8.2 光刻蚀工艺概况 光刻蚀是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园表面的每 一层。
图形转移通过两步完成。首先，图形被转 移到光刻胶层。光刻胶经过曝光后自身性质和 结构发生变化（由原来的可溶性物质变为非可 溶性物质，或者相反）。再通过化学溶剂（显 影剂）把可以溶解的部分去掉，在光刻层下就 会留下一个孔，而这个孔就是和掩膜版不透光 的部分相对应。
2020/3/12
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2020/3/12
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8.11 软烘焙 因为光刻胶是一种粘稠体，所以涂胶结束
后并不能直接进行曝光，必须经过烘焙，使光 刻胶中的溶剂蒸发。烘焙后的光刻胶仍然保持 “软”状态。但和晶园的粘结更加牢固。 时间和温度是软烘焙的参数，不完全的烘焙在 曝光过程中造成图像形成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，并且不与曝光 射线反应。
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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膨胀也不会使之收缩，从而不会导致图案尺寸的改变。
用光刻机刻图案的晶圆，可能使用一种性质较温和的STODDART 溶剂。
俯视（a）（b））过程（b）问题图9.1 光刻胶显影（a冲洗的作用是双重的。
第一，它快速地稀释显影液。
虽然聚合的光刻胶不会被显影液分解，但在曝光的边缘总会有一个过度区其中包含部分聚合的分子。
如果显影液留在表面上便会溶解这部分区域而改变图案尺寸。
第二，冲洗可去除在开孔区少量部分聚合的光刻胶。
开发全部为水成分的负光刻胶显影系统一直是半导体工业的一个目标。
从工厂中消除有机溶剂减少安全系统和减少处理或排放化学品的费用。
到目前，只取得了很小的可接受的成功。
正光刻胶显影正光刻胶有不同的显影条件。
两个区域，聚合的和未聚合的区域，有不同的溶解率约1:4。
这意味着在显影中总会从聚合的区域失去一些光刻胶。
使用过度的显影液或显影时间过长可以导致光刻胶太薄而不能使用。
结果有可能导致在刻蚀中翘起或断裂。
有两种类型的化学显影液用于正光刻胶，碱-水溶液和非离子溶液。
碱-水溶液可以是氢氧化钠或氢氧化钾。
因为这两种溶液都含有离子污染物，所以在制造敏感的电路时不被使用。
大多数用正光刻胶的制造厂使用叠氮化四甲基铵氢氧化物的溶液（TMAH）。
有时要添加表面活性剂来去除表面张力使溶液更易亲合晶圆表面。
正光刻胶水的性质使它们在环保上比有机溶液的负光刻胶更具吸引力。
未聚合的光刻胶图9.3 在光刻胶图案边缘的过度区正光刻胶的显影工艺比负光刻胶更为敏感。
1影响结果的因素是软烘焙时间和温度、曝光度、显影液浓度、时间、温度、及显影方法。
显影工艺参数由所有变量的测试决定。
图9.4显示了对于一个特定的工艺参数对线宽的影响。
湿法显影有几个方法用于光刻胶显影（图9.5）。
方法的选择依据光刻胶极性、特征图形尺寸、缺陷密度的考虑、要刻蚀层的厚度及产能。
显影剂温度（华氏）图 9.4显影剂温度和曝光关系与线宽变化的比较图9.5 显影方法沉浸。
沉浸是最古老的显影方法。
在耐化学腐蚀的传输器中的晶圆被放进盛有显影液的池中呆上一定的时间然后再被放入加有化学冲洗液的池中进行冲洗（图9.6）。
这种方法的问题如下：1.液体的表面张力阻止了化学液体进入微小开孔区。
2.部分溶解的光刻胶块儿会粘在晶圆表面。
3.很多晶圆处理过后化学液池会被污染4.当晶圆被提出化学液面时会被污染5.显影液（特别是正显影液）随着使用会被稀释6.为了消除1，2，3的问题需要经常更换化学液从而增加了成本。
7.室温的拨动改变溶液的显影率8.晶圆必须迅速地送到下一步进行干燥这就增加了一个工艺步骤。
经常在化学液池上增加附属方法来提高显影工艺。
用通过使用机械搅动的办法来辅助增加均匀性和对微小开孔区的渗透。
一种流行的系统是使用置于池内的TEFLON密封的磁体与池外可产生旋转磁场的装置构成。
显影剂冲洗烘干图9.6 沉浸显影步骤搅动也可用向液体施加超声波或磁声波的方法实现。
超声波可产生气穴现象。
波中的能量使液体分离成微小的空洞随即空洞会破裂。
成千上万个微小空洞的快速产生和破裂会产生均匀显影并有助于液体渗透进微小的开孔区。
在磁声波范围的声波能量会减小粘在晶圆表面的STAGNENT界线层。
2另外也通过对液体池进行加热和温度控制来增强显影率。
喷射显影。
受欢迎的化学显影方法是用喷射。
事实上，通常有很多原因使喷射工艺对于任何湿法工艺（清洁、显影、刻蚀）来讲比沉浸工艺更受欢迎。
例如，用喷射系统可很大地降低化学品的使用。
工艺的提高包括由于因喷射压力的机械动作而限定光刻胶边缘和去除部分光刻胶块儿而带来较好的图案清晰度。
因为每个晶圆都是用新的化学显影液所以喷射系统总是较沉浸系统清洁。
喷射工艺可在单一或批量系统完成。
在单一晶圆配置中（图9.7），晶圆被真空吸在吸盘上并旋转同时显影液和冲洗液依次地喷射到晶圆表面。
冲洗之后晶圆吸盘高速旋转使晶圆被甩干。
在外观和设计上，单晶圆喷射系统和点胶机一样只是通入不同的化学品。
单晶圆喷射系统具有可集成显影和硬烘焙工艺而实现自动化的优点。
这个工艺的一个主要优点是均匀性的提高。
真空图9.7喷射显影和冲洗许多年来喷射显影一直是对负光刻胶的一个标准工艺因为负光刻胶对显影液的温度不算敏感。
对于温度敏感的正光刻胶来说，喷射系统不是很有效。
问题在于液体在压力下从喷嘴喷出后便很快冷却。
称为隔热冷却（adiabatic cooling），用于正光刻胶的喷射显影系统通常由加热的晶圆吸盘或加热的喷嘴来控制温度。
用于正光刻胶的喷射显影所遇到的其它问题是当使用碱显影液和水基的显影液喷出时产生的泡沫而造成机器的老化。
批量显影系统有两种形式，单批和多批。
这些机器是甩-冲洗-干燥这在第7章有所描述。
显影系统要求额外的管道来供应显影化学品。
多批显影系统一般上较直喷射，单晶圆系统的均匀性低因为它不是喷射到晶圆表面上并且在正光刻胶的工艺上温度控制更复杂。
混凝显影。
喷射显影因其均匀性和产能而非常有吸引力。
混凝显影是用以获得正光刻胶喷射显影工艺优点的一种工艺的变化。
该系统使用一个标准的单晶圆喷射装置。
正常的喷射显影和混凝显影的区别是用于晶圆的显影化学品的不同。
工艺开始时在静止的晶圆表面上覆盖一层显影液。
（图9.8）。
表面张力使显影液在晶圆表面上不会流散到晶圆外。
显影液会在晶圆表面上停留一定的时间，通常是在以吸盘加热的晶圆上，这时绝大部分的显影会发生。
混凝显影是单晶圆只有晶圆表面沉浸的工艺。
要求的时间过后，更多的显影液被喷到晶圆表面上并冲洗，干燥，然后送去下一个工序。
等离子体去除浮渣。
不完全显影造成的一个特殊的困难是叫做浮渣（scumming）的情形。
浮渣可以是留在晶圆表面上的未溶解的光刻胶块儿或是干燥后的显影液3。
膜很薄并很难直观检验。
为解决这问题，在微米和微米以下的ULSI生产线中，在化学显影后用氧等离子体来去除（descum）这种薄膜。
干法（或等离子）显影液体工艺的消除一直是一个长期目标。
它们难于集成到自动生产线并且化学品的采购、储存、控制和处理费用高。
取代液体化学显影液的途径是使用等离子体刻蚀工艺。
干法等离子体刻蚀对于刻蚀晶圆表面层已经是完善的工艺。
（参见“干法刻蚀”）。
在离子体刻蚀中，离子，由离子体场而得到能量，以化学形式分解暴露的晶圆表面层。
干法光刻胶显影要求光刻胶化学物的曝光或未曝光的部分二者之一易于被氧等离子体去除。
换句话说，图案的部分从晶圆表面上氧化掉。
一种干法显影叫做DESIRE的工艺将在第10章中描述，它使用甲基硅烷和氧等离子体。
硬烘焙硬烘焙是在掩膜工艺中的第二个热处理操作。
它的作用是实质上和软烘焙是一样的：通过溶液的蒸发来固化光刻胶。
而硬烘焙的目的是使光刻胶和晶圆表面有良好的粘贴。
这个步骤有时称为刻蚀前烘焙。
硬烘焙的方法硬烘焙在设备和方法上与软烘焙相似。
对流炉、在线及手动热盘，红外线隧道炉，移动带传导炉，真空炉都用于硬烘焙中。
对于自动生产线，轨道系统受到青睐。
参见第8章软烘焙一段。
硬烘焙工艺硬烘焙的时间和温度的决定与在软烘焙工艺是一样的。
起始点是由光刻胶制造商推荐的工艺。
之后，工艺在被精确调整来达到粘贴和尺寸控制的要求。
一般使用对流炉的硬烘焙的温度是从130到200度进行30分钟。
对于用其它的方法时间和温度都有所不同。
设定最低温度使光刻胶图案边缘和晶圆表面达到良好粘贴。
热烘焙增强粘贴的机理是脱水和聚合。
加热使水份脱离光刻胶，同时使之进一步聚合，从而增强了其耐刻蚀性。
硬烘焙温度的上限以光刻胶流动点而定。
光刻胶有象塑料的性质当加热时会变软并可流动（图9.9）。
当光刻胶流动时，图案尺寸便会改变。
当在显微镜下观察光刻胶流动是明显的增厚的光刻胶边缘。
极度的流动会在沿图案边缘处显示出边缘线。
边缘线是自光刻胶流动后在光刻胶中留下的斜坡来的光学影响。
正常温度高温图9.9光刻胶在高温下流动硬烘焙工艺流程显影显影/烘焙显影/烘焙检验检验检验硬烘焙刻蚀重新烘焙刻蚀刻蚀图 9.10硬烘焙工艺流程的几个选择硬烘焙是立即在显影后或是马上在开始刻蚀前来进行的，如图9.10所示。
在大多数生产情况中，硬烘焙是由和显影机并排在一起的隧道炉来完成的。
当使用此种操作规程时，把晶圆存放在氮气中或是立即完成检验步骤以防止水份重新被吸收到光刻胶中，这一点非常重要。
显影检验在显影和烘焙之后就是要完成光刻掩膜工艺的第一个质检。
适当地来说应叫显影检验（develop inspect）或DI。
检验的目的是区分那些有很低可能性通过最终掩膜检验的晶圆；提供工艺性能和工艺控制数据；及分拣出需要重做的晶圆。
这时的检验良品率，也就是通过这第一个质检的晶圆数量，不会计入最终良品率的计算。
但是有两个主要原因使之成为很受关注的良品率。
光刻掩膜工艺对于电路性能的的关键性会在本文点强调。
在显影检验工艺，工程师有第一个判断工艺的性能机会。
显影检验步骤的第二个重要性与在检验时作的拒收有关。
首先，一部分晶圆会从上一步留下来问题而要停止工艺处理。
这些晶圆在显影检验时会被拒绝接受并进行处理。
其它在光刻胶上有光刻图案问题的晶圆可被通过去掉光刻胶的办法而进行重新工艺处理。
几乎没有工厂不发生这种一般性的重新工艺处理。