光刻技术回顾
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氙汞灯：200-300nm 准分子激光：
KrF248nm；0.35-0.18 µm工艺，ArF193nm， 可用于0.13µm的CMOS 工艺
38
紫外光曝光技术
接触式
接近式
投影式（步进）
1:1曝光系统
4或5倍缩小曝光系统
39
其它曝光技术
其它曝光技术的主要有： 电子束光刻 X-射线光刻 离子束光刻 新技术展望
分类
❖ 按曝光区在显影中被去除或保留来划分： 正（性）胶 曝光前不可溶,曝光后可溶 负（性）胶 曝光前可溶,曝光后不可溶
❖ 按其用途划分：
光学光刻胶 电子抗蚀剂 X-射线抗蚀剂
25
光刻胶的特征量
❖ 响应波长 ❖ 灵敏度，又称光敏度，指最小曝光剂量E0 ❖ 抗蚀性，指耐酸、碱能力 ❖ 粘滞性，指流动特性的定量指标 ❖ 粘附性 ，指与硅、二氧化硅表面结合力的大小 ❖ 光刻胶的膨胀 ❖ 微粒数量和金属含量 ❖ 储存寿命
22
3.4 光刻胶与掩膜版
❖ 光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机
❖ 一、 光刻胶
光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、 基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体
光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其 化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定显 影溶液中的溶解特性改变
曝光后 的光刻胶
二氧化硅膜
显影液
光刻胶 硅片
在前烘过程中，由于溶剂的挥发，光刻胶的厚度 也会减薄，一般减小的幅度为10％-20％左右。
曝光
❖ 曝光是使光刻掩模版与涂上光刻胶的衬底对 准，用光源经过光刻掩模版照射衬底，使接 受到光照的光刻胶的光学特性发生变化。
❖ 曝光中要特别注意曝光光源的选择和对准。
14
简单的光学系统曝光图
15
显影
以正胶为例，在显影过程中，曝光区的光刻 胶在显影液中溶解，非曝光区的光刻胶则不会 溶解。曝光后在光刻胶层中形成的潜在图形， 显影后便显现出来，这一步骤称为显影。
去胶
❖ 去胶是常规光刻工艺的最后一道工序，简单地讲，是使用特定的方法将 经过腐蚀之后还留在表面的胶膜去除掉。
❖ 在集成电路工艺中，去胶的方法包括湿法去胶和干法去胶，在湿法去胶 中又分为有机溶液去胶和无机溶液去胶。
❖ 有机溶液去胶主要是使光刻胶溶于有机溶液中（丙酮和芳香族的有机溶 剂），从而达到去胶的目的。
10
涂胶
在集成电路工艺中，光刻胶层的作用是在刻蚀(腐蚀)或离 子注入过程中，保护被光刻胶覆盖的材料。因此，光刻胶层 与硅片表面之间需要牢固地黏附。涂胶的目的是在硅片表面 形成厚度均匀、附着性强、并且没有缺陷的光刻胶薄膜。
SiO2的表面是亲水性的，而光刻胶是疏水性的 在涂胶之前，硅片一般需要经过脱水烘焙并且涂上用来增 加光刻胶与硅片表面附着能力的化合物。
20
在光刻的过程中通常包括三个主要步骤：曝光、显影、刻蚀(或淀积) 。
3.3 光刻技术中的常见问题
❖ 半导体器件和集成电路的制造对光刻质量有 如下要求：一是刻蚀的图形完整，尺寸准确， 边缘整齐陡直；二是图形内没有针孔；三是 图形外没有残留的被腐蚀物质。同时要求图 形套刻准确，无污染等等。但在光刻过程中， 常出现浮胶、毛刺、钻蚀、针孔和小岛等缺 陷。
氧化铁具备作为选择透明掩模材料的所有要求的最佳的 化学和物理特性。据报道，在紫外区（300~400nm）的透 射率小于1%，在可见光区（400~800nm）透射率大于 30%。
36
3.6 紫外光曝光技术
硬(Hard)X-光 (0.01~0.2nm)
真空紫外光(0.2~180nm)
软(Soft)X-光 (0.2~25nm)
❖ 坚膜温度要高于前烘和曝光后烘烤温度，较高的坚膜温 度可使坚膜后光刻胶中的溶剂含量更少，但增加了去胶 时的困难。且光刻胶内部拉伸应力的增加会使光刻胶的 附着性下降，因此必须适当的控制坚膜温度 。 10～30 min，100～140 C
17
腐蚀
❖ 腐蚀就是用适当的腐蚀剂，对未被胶膜覆盖的二氧化硅或其他 性质的薄膜进行腐蚀，按照光刻胶膜上已经显示出来的图形， 进行完整、清晰、准确的腐蚀，达到选择性扩散或金属布线的 目的。它是影响光刻精度的重要环节。
❖ 对腐蚀剂的要求有： ❖ (1)只对需要腐蚀的物质进行腐蚀。 ❖ (2)对抗蚀剂胶膜不腐蚀或腐蚀很小。 ❖ (3)腐蚀因子要大于一定的数值。腐蚀因子定义为：当腐蚀线条
时，腐蚀的深度与一边的横向增加量的比值。它的值大则表明 横向腐蚀速度小，腐蚀效果好，常用来衡量腐蚀的质量。 ❖ (4)腐蚀液毒性小，使用方便，腐蚀图形边缘整齐、清晰。
3.1 概述
❖ 光刻(photolithography)是在光的作用下， 使图像从母版向另一种介质转移的过程。母 版就是光刻版，是一种由透光区和不透光区 组成的玻璃版。
❖ 即将掩模版（光刻版）上的几何图形转移到 覆盖在半导体衬底表面的对光辐照敏感薄膜 材料（光刻胶）上去的工艺过程 。
光刻工艺就是利用光敏的抗蚀涂层发生
显影后所留下的光刻胶图形将在后续的刻蚀和离子注入工艺 中做为掩膜，因此显影也是一步重要工艺。严格地说，在显影 时曝光区与非曝光区的光刻胶都有不同程度的溶解。曝光区与 非曝光区的光刻胶的溶解速度反差越大，显影后得到的图形对 比度越高。
坚膜
❖ 坚膜也叫后烘，主要作用是除去光刻胶中剩余的溶剂， 增强光刻胶对硅片表面的附着力，同时提高光刻胶在刻 蚀和离子注入过程中的抗蚀性和保护能力。
30
光刻版
31
(A)电路图；(B)版图
(A)
(B)
32
掩模版的制备流程 ❖ (1)空白版的制备 ❖ (2)数据转换 ❖ (3)刻画 ❖ (4)形成图形 ❖ (5)检测与修补 ❖ (6)老化与终检
掩模板的基本构造及质量要求
掩模版的基本构造
34
掩膜版质量的要求
❖ (1)玻璃衬底的选择
❖ 用于掩膜版制备的玻璃衬底需满足以下几个条件。
26
光Biblioteka Baidu光刻胶
正胶和负胶进行图形转移示意图
27
3 正、负胶比较
❖ 正胶，显影容易，图形边缘齐，无溶涨现象，光 刻的分辨率高，去胶也较容易。 在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶。
❖ 负胶显影后保留区的胶膜是交联高分子，在显影 时，吸收显影液而溶涨，另外，交联反应是局部 的，边界不齐，所以图形分辨率下降。光刻后硬 化的胶膜也较难去除。但负胶比正胶相抗蚀性强。 适于加工线宽≥3m的线条
中(Mid)紫外光 (300~350nm)
深(Deep)紫外光 (100~300nm)
近(Near)紫外光 (350~450nm)
同步辐射 X-光 0.8nm
极短(Extreme)
紫外光
(10~10nm)
KrF
248nm
ArF
激光引发极短
193nm F2 157nm
紫外光(X-光) 13nm
Ar2 126nm
❖ ④选择方法
要求玻璃衬底表面平整、光滑、无划痕、厚度均匀，与遮光膜的 粘附性好。
彩色版制备技术
彩色版是一种采用新型的透明或半透明掩模，因有颜色， 即俗称彩色版，它可克服超微粒干版缺陷多，耐磨性差及 铬版针孔多、易反光、不易对准等缺点。
彩色版种类很多，有氧化铁版、硅版、氧化铬版、氧化 亚铜版等，目前应用较广的是氧化铁彩色版。
L≥λ/2, Rmax ≤1/λ
粒子质量m，动能E有关
常用光源波长436nm，最佳线宽47um
KrF激光光源，可产生0.25um
8
3.2
基 本 光 刻 工 艺 流 程
底膜处理
❖ 底膜处理是光刻工艺的第一步，其主要目 的是对硅衬底表面进行处理，以增强衬底 与光刻胶之间的黏附性。
❖ 底膜处理包括以下过程： 1、清洗；2、烘干；3、增粘处理。
光化学反应，按照确定的版图图形，结合刻 蚀方法在各种薄膜上（如SiO2等绝缘膜和各 种金属膜）制备出合乎要求的电路图形，包 括形成金属电极和布线、表面钝化以及实现 选择性掺杂。由于集成电路有一定的空间结 构，需多次使用光刻，每块集成电路一般要 进行6～7次光刻，所以氧化工艺与光刻工艺 的结合构成了整个平面工艺的基础。
❖ 无机溶液去胶的原理是使用一些无机溶液(如H2SO4和H2O2等)，将光 刻胶中的碳元素氧化成为二氧化碳，把光刻胶从硅片的表面上除去。
❖ 98%H2SO4+H2O2+胶→CO+CO2+H2O ❖ O2+胶 → CO+CO2+H2O ❖ 干法去胶则是用等离子体将光刻胶剥除。光刻胶通过在氧等离子体中发
六甲基乙硅氮烷(简称HMDS)
涂胶：采用旋转涂胶工艺
前烘
在液态的光刻胶中，溶剂的成份占65％-85％，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10％-30％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。 (前烘后光刻胶中 溶剂含量降至到5％左右)
光刻技术
光刻工艺 光刻技术 刻蚀技术
目的
❖ 光刻系统的主要指标 ❖ 基本光刻工艺流程 ❖ 光刻技术中的常见问题 ❖ 光刻掩模板的制造 ❖ 曝光技术 ❖ 光刻设备 ❖ 湿法腐蚀和干法刻蚀的原理
IC 对光刻技术的基本要求
①高分辨率。通常把线宽作为光刻水平的标志，线宽越来越细，要求光 刻具有高分辨率。 ②高灵敏度的光刻胶。光刻胶的灵敏度通常是指光刻胶的感光速度。光 刻胶灵敏度提高，曝光时间短，但往往使光刻胶的其他属性变差。 ③低缺陷。在集成电路芯片的加工进程中，如果在器件上产生一个缺陷， 即使缺陷的尺寸小于图形的线宽，也可能会使整个芯片失效。 ④精密的套刻对准。集成电路芯片的制造需要经过多次光刻，在各次曝 光图形之间要相互套准。通常要采用自动套刻对准技术。误差≤± 10%L ⑤对大尺寸硅片的加工。为了提高经济效益和硅片利用率，一般在一个 大尺寸硅片上同时制作很多个完全相同的芯片。对于光刻而言，在大尺 寸硅片上满足前述的要求难度更大。
生化学反应，生成气态的CO，CO2和H2O由真空系统抽走。
❖ 相对于湿法去胶，干法去胶的效果更好，但是干法去胶存在反应残留物 的玷污问题，因此干法去胶与湿法去胶经常搭配进行。
最终检验
❖ 在基本的光刻工艺过程中，最终步骤是 检验。衬底在入射白光或紫外光下首先 接受表面目检，以检查污点和大的微粒 污染。之后是显微镜检验或自动检验来 检验缺陷和图案变形。
❖ ①热膨胀系数(CTE) 要求越小越好，对于白玻璃，要求≤9.3×10-6K-1；对于硼硅玻
璃，要求≤4.5×10-6K-1；对于石英玻璃，要求≤0.5×10-6K-1。 ❖ ②透射率
在360nm以上的波长范围内，透射率在90%以上。 ❖ ③化学稳定性
掩模版在使用和储存过程中，很难绝对避免与酸、碱、水和其它 气氛接触。它们对玻璃都有不同程度的溶解力。
光刻系统的主要指标包括:
❖ 分辨率、 ❖ 焦深、 ❖ 对比度、 ❖ 特征线宽控制、 ❖ 对准和套刻精度、 ❖ 产率以及价格。
3.1.1 分辨率
分辨率是指一个光学系统精确区分目标的能力。 分辨率是决定光刻系统最重要的指标，能分辨的线 宽越小，分辨率越高。其由瑞利衍射定律决定：
K1: 比例系数
R
k1
28
其它光刻胶
1、电子束光刻胶 2、X射线光刻胶
29
3.4 光刻掩模版的制造
掩模版就是将设计好的特定几何图形通过一定 的方法以一定的间距和布局做在基版上，供光 刻工艺中重复使用。制造商将设计工程师交付 的标准制版数据传送给一个称作图形发生器的 设备，图形发生器会根据该数据完成图形的产 生和重复，并将版图数据分层转移到各层光刻 掩模版（为涂有感光材料的优质玻璃板）上， 这就是制版。
40
电子束光刻
❖ 电子束光刻是采用电子束光刻机进行的光刻， 有两种方式：一是在一台设备中既发生图形又 进行光刻，就是直写光刻（不用光刻板的光 刻）；另一种是两个系统，制版和光刻分别进 行。
可见光 (450~800nm)
汞弧(Hg-Arc)光 G-Line 436nm Hg-Arc I-Line 365nm
0.01
0.1
1
10
100
200
300
400
500
纳米(nm)
光学相关波长范围参考图
37
紫外光曝光技术
❖ 光源：主要是UV， DUV
水银弧光灯： i线365nm； h线405nm； g线436nm
NA
：曝光光源的波长
NA：曝光镜头的数值孔径
k1=0.6~0.8 NA=0.16~0.8
提高分辨率：
NA，，k1
7
3.1.2 光刻分辨率
❖ 分辨率
即每mm中包含的间距与宽度相等的线条数目。 LL
R=1/2L (mm-1)；
直接用线宽L表示
❖ 存在物理极限，由衍射
决定：
因光的波动性而产生的衍射效应限定了线宽
KrF248nm；0.35-0.18 µm工艺，ArF193nm， 可用于0.13µm的CMOS 工艺
38
紫外光曝光技术
接触式
接近式
投影式（步进）
1:1曝光系统
4或5倍缩小曝光系统
39
其它曝光技术
其它曝光技术的主要有： 电子束光刻 X-射线光刻 离子束光刻 新技术展望
分类
❖ 按曝光区在显影中被去除或保留来划分： 正（性）胶 曝光前不可溶,曝光后可溶 负（性）胶 曝光前可溶,曝光后不可溶
❖ 按其用途划分：
光学光刻胶 电子抗蚀剂 X-射线抗蚀剂
25
光刻胶的特征量
❖ 响应波长 ❖ 灵敏度，又称光敏度，指最小曝光剂量E0 ❖ 抗蚀性，指耐酸、碱能力 ❖ 粘滞性，指流动特性的定量指标 ❖ 粘附性 ，指与硅、二氧化硅表面结合力的大小 ❖ 光刻胶的膨胀 ❖ 微粒数量和金属含量 ❖ 储存寿命
22
3.4 光刻胶与掩膜版
❖ 光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机
❖ 一、 光刻胶
光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、 基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体
光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其 化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定显 影溶液中的溶解特性改变
曝光后 的光刻胶
二氧化硅膜
显影液
光刻胶 硅片
在前烘过程中，由于溶剂的挥发，光刻胶的厚度 也会减薄，一般减小的幅度为10％-20％左右。
曝光
❖ 曝光是使光刻掩模版与涂上光刻胶的衬底对 准，用光源经过光刻掩模版照射衬底，使接 受到光照的光刻胶的光学特性发生变化。
❖ 曝光中要特别注意曝光光源的选择和对准。
14
简单的光学系统曝光图
15
显影
以正胶为例，在显影过程中，曝光区的光刻 胶在显影液中溶解，非曝光区的光刻胶则不会 溶解。曝光后在光刻胶层中形成的潜在图形， 显影后便显现出来，这一步骤称为显影。
去胶
❖ 去胶是常规光刻工艺的最后一道工序，简单地讲，是使用特定的方法将 经过腐蚀之后还留在表面的胶膜去除掉。
❖ 在集成电路工艺中，去胶的方法包括湿法去胶和干法去胶，在湿法去胶 中又分为有机溶液去胶和无机溶液去胶。
❖ 有机溶液去胶主要是使光刻胶溶于有机溶液中（丙酮和芳香族的有机溶 剂），从而达到去胶的目的。
10
涂胶
在集成电路工艺中，光刻胶层的作用是在刻蚀(腐蚀)或离 子注入过程中，保护被光刻胶覆盖的材料。因此，光刻胶层 与硅片表面之间需要牢固地黏附。涂胶的目的是在硅片表面 形成厚度均匀、附着性强、并且没有缺陷的光刻胶薄膜。
SiO2的表面是亲水性的，而光刻胶是疏水性的 在涂胶之前，硅片一般需要经过脱水烘焙并且涂上用来增 加光刻胶与硅片表面附着能力的化合物。
20
在光刻的过程中通常包括三个主要步骤：曝光、显影、刻蚀(或淀积) 。
3.3 光刻技术中的常见问题
❖ 半导体器件和集成电路的制造对光刻质量有 如下要求：一是刻蚀的图形完整，尺寸准确， 边缘整齐陡直；二是图形内没有针孔；三是 图形外没有残留的被腐蚀物质。同时要求图 形套刻准确，无污染等等。但在光刻过程中， 常出现浮胶、毛刺、钻蚀、针孔和小岛等缺 陷。
氧化铁具备作为选择透明掩模材料的所有要求的最佳的 化学和物理特性。据报道，在紫外区（300~400nm）的透 射率小于1%，在可见光区（400~800nm）透射率大于 30%。
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3.6 紫外光曝光技术
硬(Hard)X-光 (0.01~0.2nm)
真空紫外光(0.2~180nm)
软(Soft)X-光 (0.2~25nm)
❖ 坚膜温度要高于前烘和曝光后烘烤温度，较高的坚膜温 度可使坚膜后光刻胶中的溶剂含量更少，但增加了去胶 时的困难。且光刻胶内部拉伸应力的增加会使光刻胶的 附着性下降，因此必须适当的控制坚膜温度 。 10～30 min，100～140 C
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腐蚀
❖ 腐蚀就是用适当的腐蚀剂，对未被胶膜覆盖的二氧化硅或其他 性质的薄膜进行腐蚀，按照光刻胶膜上已经显示出来的图形， 进行完整、清晰、准确的腐蚀，达到选择性扩散或金属布线的 目的。它是影响光刻精度的重要环节。
❖ 对腐蚀剂的要求有： ❖ (1)只对需要腐蚀的物质进行腐蚀。 ❖ (2)对抗蚀剂胶膜不腐蚀或腐蚀很小。 ❖ (3)腐蚀因子要大于一定的数值。腐蚀因子定义为：当腐蚀线条
时，腐蚀的深度与一边的横向增加量的比值。它的值大则表明 横向腐蚀速度小，腐蚀效果好，常用来衡量腐蚀的质量。 ❖ (4)腐蚀液毒性小，使用方便，腐蚀图形边缘整齐、清晰。
3.1 概述
❖ 光刻(photolithography)是在光的作用下， 使图像从母版向另一种介质转移的过程。母 版就是光刻版，是一种由透光区和不透光区 组成的玻璃版。
❖ 即将掩模版（光刻版）上的几何图形转移到 覆盖在半导体衬底表面的对光辐照敏感薄膜 材料（光刻胶）上去的工艺过程 。
光刻工艺就是利用光敏的抗蚀涂层发生
显影后所留下的光刻胶图形将在后续的刻蚀和离子注入工艺 中做为掩膜，因此显影也是一步重要工艺。严格地说，在显影 时曝光区与非曝光区的光刻胶都有不同程度的溶解。曝光区与 非曝光区的光刻胶的溶解速度反差越大，显影后得到的图形对 比度越高。
坚膜
❖ 坚膜也叫后烘，主要作用是除去光刻胶中剩余的溶剂， 增强光刻胶对硅片表面的附着力，同时提高光刻胶在刻 蚀和离子注入过程中的抗蚀性和保护能力。
30
光刻版
31
(A)电路图；(B)版图
(A)
(B)
32
掩模版的制备流程 ❖ (1)空白版的制备 ❖ (2)数据转换 ❖ (3)刻画 ❖ (4)形成图形 ❖ (5)检测与修补 ❖ (6)老化与终检
掩模板的基本构造及质量要求
掩模版的基本构造
34
掩膜版质量的要求
❖ (1)玻璃衬底的选择
❖ 用于掩膜版制备的玻璃衬底需满足以下几个条件。
26
光Biblioteka Baidu光刻胶
正胶和负胶进行图形转移示意图
27
3 正、负胶比较
❖ 正胶，显影容易，图形边缘齐，无溶涨现象，光 刻的分辨率高，去胶也较容易。 在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶。
❖ 负胶显影后保留区的胶膜是交联高分子，在显影 时，吸收显影液而溶涨，另外，交联反应是局部 的，边界不齐，所以图形分辨率下降。光刻后硬 化的胶膜也较难去除。但负胶比正胶相抗蚀性强。 适于加工线宽≥3m的线条
中(Mid)紫外光 (300~350nm)
深(Deep)紫外光 (100~300nm)
近(Near)紫外光 (350~450nm)
同步辐射 X-光 0.8nm
极短(Extreme)
紫外光
(10~10nm)
KrF
248nm
ArF
激光引发极短
193nm F2 157nm
紫外光(X-光) 13nm
Ar2 126nm
❖ ④选择方法
要求玻璃衬底表面平整、光滑、无划痕、厚度均匀，与遮光膜的 粘附性好。
彩色版制备技术
彩色版是一种采用新型的透明或半透明掩模，因有颜色， 即俗称彩色版，它可克服超微粒干版缺陷多，耐磨性差及 铬版针孔多、易反光、不易对准等缺点。
彩色版种类很多，有氧化铁版、硅版、氧化铬版、氧化 亚铜版等，目前应用较广的是氧化铁彩色版。
L≥λ/2, Rmax ≤1/λ
粒子质量m，动能E有关
常用光源波长436nm，最佳线宽47um
KrF激光光源，可产生0.25um
8
3.2
基 本 光 刻 工 艺 流 程
底膜处理
❖ 底膜处理是光刻工艺的第一步，其主要目 的是对硅衬底表面进行处理，以增强衬底 与光刻胶之间的黏附性。
❖ 底膜处理包括以下过程： 1、清洗；2、烘干；3、增粘处理。
光化学反应，按照确定的版图图形，结合刻 蚀方法在各种薄膜上（如SiO2等绝缘膜和各 种金属膜）制备出合乎要求的电路图形，包 括形成金属电极和布线、表面钝化以及实现 选择性掺杂。由于集成电路有一定的空间结 构，需多次使用光刻，每块集成电路一般要 进行6～7次光刻，所以氧化工艺与光刻工艺 的结合构成了整个平面工艺的基础。
❖ 无机溶液去胶的原理是使用一些无机溶液(如H2SO4和H2O2等)，将光 刻胶中的碳元素氧化成为二氧化碳，把光刻胶从硅片的表面上除去。
❖ 98%H2SO4+H2O2+胶→CO+CO2+H2O ❖ O2+胶 → CO+CO2+H2O ❖ 干法去胶则是用等离子体将光刻胶剥除。光刻胶通过在氧等离子体中发
六甲基乙硅氮烷(简称HMDS)
涂胶：采用旋转涂胶工艺
前烘
在液态的光刻胶中，溶剂的成份占65％-85％，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10％-30％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。 (前烘后光刻胶中 溶剂含量降至到5％左右)
光刻技术
光刻工艺 光刻技术 刻蚀技术
目的
❖ 光刻系统的主要指标 ❖ 基本光刻工艺流程 ❖ 光刻技术中的常见问题 ❖ 光刻掩模板的制造 ❖ 曝光技术 ❖ 光刻设备 ❖ 湿法腐蚀和干法刻蚀的原理
IC 对光刻技术的基本要求
①高分辨率。通常把线宽作为光刻水平的标志，线宽越来越细，要求光 刻具有高分辨率。 ②高灵敏度的光刻胶。光刻胶的灵敏度通常是指光刻胶的感光速度。光 刻胶灵敏度提高，曝光时间短，但往往使光刻胶的其他属性变差。 ③低缺陷。在集成电路芯片的加工进程中，如果在器件上产生一个缺陷， 即使缺陷的尺寸小于图形的线宽，也可能会使整个芯片失效。 ④精密的套刻对准。集成电路芯片的制造需要经过多次光刻，在各次曝 光图形之间要相互套准。通常要采用自动套刻对准技术。误差≤± 10%L ⑤对大尺寸硅片的加工。为了提高经济效益和硅片利用率，一般在一个 大尺寸硅片上同时制作很多个完全相同的芯片。对于光刻而言，在大尺 寸硅片上满足前述的要求难度更大。
生化学反应，生成气态的CO，CO2和H2O由真空系统抽走。
❖ 相对于湿法去胶，干法去胶的效果更好，但是干法去胶存在反应残留物 的玷污问题，因此干法去胶与湿法去胶经常搭配进行。
最终检验
❖ 在基本的光刻工艺过程中，最终步骤是 检验。衬底在入射白光或紫外光下首先 接受表面目检，以检查污点和大的微粒 污染。之后是显微镜检验或自动检验来 检验缺陷和图案变形。
❖ ①热膨胀系数(CTE) 要求越小越好，对于白玻璃，要求≤9.3×10-6K-1；对于硼硅玻
璃，要求≤4.5×10-6K-1；对于石英玻璃，要求≤0.5×10-6K-1。 ❖ ②透射率
在360nm以上的波长范围内，透射率在90%以上。 ❖ ③化学稳定性
掩模版在使用和储存过程中，很难绝对避免与酸、碱、水和其它 气氛接触。它们对玻璃都有不同程度的溶解力。
光刻系统的主要指标包括:
❖ 分辨率、 ❖ 焦深、 ❖ 对比度、 ❖ 特征线宽控制、 ❖ 对准和套刻精度、 ❖ 产率以及价格。
3.1.1 分辨率
分辨率是指一个光学系统精确区分目标的能力。 分辨率是决定光刻系统最重要的指标，能分辨的线 宽越小，分辨率越高。其由瑞利衍射定律决定：
K1: 比例系数
R
k1
28
其它光刻胶
1、电子束光刻胶 2、X射线光刻胶
29
3.4 光刻掩模版的制造
掩模版就是将设计好的特定几何图形通过一定 的方法以一定的间距和布局做在基版上，供光 刻工艺中重复使用。制造商将设计工程师交付 的标准制版数据传送给一个称作图形发生器的 设备，图形发生器会根据该数据完成图形的产 生和重复，并将版图数据分层转移到各层光刻 掩模版（为涂有感光材料的优质玻璃板）上， 这就是制版。
40
电子束光刻
❖ 电子束光刻是采用电子束光刻机进行的光刻， 有两种方式：一是在一台设备中既发生图形又 进行光刻，就是直写光刻（不用光刻板的光 刻）；另一种是两个系统，制版和光刻分别进 行。
可见光 (450~800nm)
汞弧(Hg-Arc)光 G-Line 436nm Hg-Arc I-Line 365nm
0.01
0.1
1
10
100
200
300
400
500
纳米(nm)
光学相关波长范围参考图
37
紫外光曝光技术
❖ 光源：主要是UV， DUV
水银弧光灯： i线365nm； h线405nm； g线436nm
NA
：曝光光源的波长
NA：曝光镜头的数值孔径
k1=0.6~0.8 NA=0.16~0.8
提高分辨率：
NA，，k1
7
3.1.2 光刻分辨率
❖ 分辨率
即每mm中包含的间距与宽度相等的线条数目。 LL
R=1/2L (mm-1)；
直接用线宽L表示
❖ 存在物理极限，由衍射
决定：
因光的波动性而产生的衍射效应限定了线宽