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高抗蚀性 好黏附性
思考题：为什么光刻胶越薄，分辨率越高？
Jincheng Zhang
18
光刻工艺 Photolithography Process
光刻基本步骤
• 涂胶 Photoresist coating • 对准和曝光 Alignment and exposure • 显影 Development
Jincheng Zhang
19
光刻工序
Jincheng Zhang
20
1、清洗硅片 Wafer Clean
Jincheng Zhang
21
2、预烘和底膜涂覆 Pre-bake and Primer Vapor
Jincheng Zhang
22
3、光刻胶涂覆 Photoresist Coating
4
光刻需要
高分辨率 High Resolution 光刻胶高光敏性 High PR Sensitivity 精确对准 Precision Alignment
Jincheng Zhang
5
Photoresist(PR)－光刻胶
光敏性材料 临时性地涂覆在硅片表面 通过曝光转移设计图形到光刻胶上 类似于照相机胶片上涂覆的光敏材料
Jincheng Zhang
23
4、前烘 Soft Bake
Jincheng Zhang
24
5、对准 Alignment
Jincheng Zhang
25
6、曝光Exposure
Jincheng Zhang
26
7、后烘 Post Exposure Bake
Jincheng Zhang
27
8、显影 Development
Jincheng Zhang
13
Comparison of Photoresists
Jincheng Zhang
14
正胶 Positive Photoresist
曝光部分可以溶解在显影液中 正影（光刻胶图形与掩膜图形相同） 更高分辨率（无膨胀现象） 在IC制造应用更为普遍
Jincheng Zhang
Jincheng Zhang
2
光刻概述 Photolithography
临时性地涂覆光刻胶到硅片上 把设计图形最终转移到硅片上 IC制造中最重要的工艺 占用40 to 50% 芯片制造时间 决定着芯片的最小特征尺寸
Jincheng Zhang
3
IC Processing Flow
Jincheng Zhang
Jincheng Zhang
32
预烘和底胶蒸气涂覆
Jincheng Zhang
33
光刻3－涂胶 （Spin Coating）
硅圆片放置在真空卡盘上 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 设备--光刻胶旋涂机
Jincheng Zhang
34
光刻胶厚度与旋转速率和粘性的关系
Jincheng Zhang
28
9、坚膜 Hard Bake
Jincheng Zhang
29
10、图形检测 Pattern Inspection
Jincheng Zhang
30
光刻1－硅片清洗（Wafer Clean）
目的 --去除污染物、颗粒 --减少针孔和其它缺陷 --提高光刻胶黏附性
基本步骤 – 化学清洗 – 漂洗 – 烘干
11
例如：聚乙烯醇肉桂酸脂系（负胶）
①基体、感光剂－ 聚乙烯醇肉桂酸脂
浓度：5-10% ②溶剂－环己酮 浓度：90－95％ ③增感剂－5-硝基苊 浓度：0.5-1%
Jincheng Zhang
12
负胶的缺点
聚合物吸收显影液中的溶剂 由于光刻胶膨胀而使分辨率降低 其主溶剂，如二甲苯等会引起环境和安全问题
Jincheng Zhang
6
Photoresist
Negative Photoresist 负性光刻胶－负胶
曝光后不可溶解 显影时未曝光的被溶解 便宜
Positive Photoresist 正性光刻胶－正胶
曝光后可溶解 显影时曝光的被溶解 高分辨率
Jincheng Zhang
7
Negative and Positive Photoresists
Jincheng Zhang
31
光刻2－预烘和打底膜（Pre-bake and
Primer Vapor）
脱水烘焙--去除圆片表面的潮气 增强光刻胶与表面的黏附性 通常大约100 °C 与底胶涂覆合并进行 底胶广泛使用: Hexamethyldisilazane (HMDS，六甲基
乙硅氮烷) HMDS的作用：去除SiO2表面的-OH基。
集成电路工艺基础
5、光刻与刻蚀工艺（曝光、刻蚀）
2014年9月
2021/3/1
1
掌握
光刻胶的组成 +PR 和 –PR的区别 描述光刻工艺的步骤 四种对准和曝光系统 Explain relationships of resolution and depth of
focus to wavelength and numerical aperture.
Jincheng Zhang
35
Photoresist Spin Coater
EBR: Edge bead removal边缘修复
Jincheng Zhang
36
滴胶
Jincheng Zhang
37
光刻胶吸回
Jincheng Zhang
15
问题
正胶比负胶具有更好的分辨率，为什么十九世 纪八十年代以前人们普遍使用负胶？
Jincheng Zhang
16
答案
因为正胶比负胶贵得多，直到器件特征尺寸减 小到3um以下时人们才用正胶代替负胶。
Jincheng Zhang
17
对光刻胶的要求
高分辨率
– Thinner PR film has higher the resolution – Thinner PR film, the lower the etching and ion implantation resistance
Jincheng Zhang
8
正胶的曝光机理：重氮萘醌光分解反应
Jincheng Zhang
9
负胶的曝光机理：聚乙烯醇肉桂酸脂光聚合反应
Jincheng Zhang
10
Photoresist 来自百度文库omposition光刻胶基本组成
聚合物材料(基体） 感光材料 溶剂 添加剂
Jincheng Zhang
思考题：为什么光刻胶越薄，分辨率越高？
Jincheng Zhang
18
光刻工艺 Photolithography Process
光刻基本步骤
• 涂胶 Photoresist coating • 对准和曝光 Alignment and exposure • 显影 Development
Jincheng Zhang
19
光刻工序
Jincheng Zhang
20
1、清洗硅片 Wafer Clean
Jincheng Zhang
21
2、预烘和底膜涂覆 Pre-bake and Primer Vapor
Jincheng Zhang
22
3、光刻胶涂覆 Photoresist Coating
4
光刻需要
高分辨率 High Resolution 光刻胶高光敏性 High PR Sensitivity 精确对准 Precision Alignment
Jincheng Zhang
5
Photoresist(PR)－光刻胶
光敏性材料 临时性地涂覆在硅片表面 通过曝光转移设计图形到光刻胶上 类似于照相机胶片上涂覆的光敏材料
Jincheng Zhang
23
4、前烘 Soft Bake
Jincheng Zhang
24
5、对准 Alignment
Jincheng Zhang
25
6、曝光Exposure
Jincheng Zhang
26
7、后烘 Post Exposure Bake
Jincheng Zhang
27
8、显影 Development
Jincheng Zhang
13
Comparison of Photoresists
Jincheng Zhang
14
正胶 Positive Photoresist
曝光部分可以溶解在显影液中 正影（光刻胶图形与掩膜图形相同） 更高分辨率（无膨胀现象） 在IC制造应用更为普遍
Jincheng Zhang
Jincheng Zhang
2
光刻概述 Photolithography
临时性地涂覆光刻胶到硅片上 把设计图形最终转移到硅片上 IC制造中最重要的工艺 占用40 to 50% 芯片制造时间 决定着芯片的最小特征尺寸
Jincheng Zhang
3
IC Processing Flow
Jincheng Zhang
Jincheng Zhang
32
预烘和底胶蒸气涂覆
Jincheng Zhang
33
光刻3－涂胶 （Spin Coating）
硅圆片放置在真空卡盘上 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 设备--光刻胶旋涂机
Jincheng Zhang
34
光刻胶厚度与旋转速率和粘性的关系
Jincheng Zhang
28
9、坚膜 Hard Bake
Jincheng Zhang
29
10、图形检测 Pattern Inspection
Jincheng Zhang
30
光刻1－硅片清洗（Wafer Clean）
目的 --去除污染物、颗粒 --减少针孔和其它缺陷 --提高光刻胶黏附性
基本步骤 – 化学清洗 – 漂洗 – 烘干
11
例如：聚乙烯醇肉桂酸脂系（负胶）
①基体、感光剂－ 聚乙烯醇肉桂酸脂
浓度：5-10% ②溶剂－环己酮 浓度：90－95％ ③增感剂－5-硝基苊 浓度：0.5-1%
Jincheng Zhang
12
负胶的缺点
聚合物吸收显影液中的溶剂 由于光刻胶膨胀而使分辨率降低 其主溶剂，如二甲苯等会引起环境和安全问题
Jincheng Zhang
6
Photoresist
Negative Photoresist 负性光刻胶－负胶
曝光后不可溶解 显影时未曝光的被溶解 便宜
Positive Photoresist 正性光刻胶－正胶
曝光后可溶解 显影时曝光的被溶解 高分辨率
Jincheng Zhang
7
Negative and Positive Photoresists
Jincheng Zhang
31
光刻2－预烘和打底膜（Pre-bake and
Primer Vapor）
脱水烘焙--去除圆片表面的潮气 增强光刻胶与表面的黏附性 通常大约100 °C 与底胶涂覆合并进行 底胶广泛使用: Hexamethyldisilazane (HMDS，六甲基
乙硅氮烷) HMDS的作用：去除SiO2表面的-OH基。
集成电路工艺基础
5、光刻与刻蚀工艺（曝光、刻蚀）
2014年9月
2021/3/1
1
掌握
光刻胶的组成 +PR 和 –PR的区别 描述光刻工艺的步骤 四种对准和曝光系统 Explain relationships of resolution and depth of
focus to wavelength and numerical aperture.
Jincheng Zhang
35
Photoresist Spin Coater
EBR: Edge bead removal边缘修复
Jincheng Zhang
36
滴胶
Jincheng Zhang
37
光刻胶吸回
Jincheng Zhang
15
问题
正胶比负胶具有更好的分辨率，为什么十九世 纪八十年代以前人们普遍使用负胶？
Jincheng Zhang
16
答案
因为正胶比负胶贵得多，直到器件特征尺寸减 小到3um以下时人们才用正胶代替负胶。
Jincheng Zhang
17
对光刻胶的要求
高分辨率
– Thinner PR film has higher the resolution – Thinner PR film, the lower the etching and ion implantation resistance
Jincheng Zhang
8
正胶的曝光机理：重氮萘醌光分解反应
Jincheng Zhang
9
负胶的曝光机理：聚乙烯醇肉桂酸脂光聚合反应
Jincheng Zhang
10
Photoresist 来自百度文库omposition光刻胶基本组成
聚合物材料(基体） 感光材料 溶剂 添加剂
Jincheng Zhang