光刻工艺介绍
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设备
光刻胶 (菜单)
DNS TEL
SPR660-1.0
25, 30, 31, 32
SPR6812
S3
SVG
其它材料
SPR513L-A
20
HMDS EBR 7030
MIR-701
36, 38
AQUATAR
27
AZ6130
28
涂胶工艺：QC项目
膜厚及膜厚均匀性
UnderExposed
OverExposed
工艺窗口 Process Window
Critical Dimension
±10%
Sidewall Angle 80° Resist Loss 10%
Defocus 产生的原因
Particle Edge, OF Effect Auto Focus Auto Leveling
接触式或接近式热板 DUV
控制关键点是温度和时间
光刻胶工艺常见问题
光刻胶厚度偏差 圆片背面胶粘污 慧尾 条纹花斑 回溅斑 脱胶 显影不清 条宽偏差
条宽控制
潜象（NA，σ，DEFOCUS，OPE） 减少STANDING WAVE 光刻胶工艺控制 衬底的控制（REFLECTIVITY） 合适的RETICLE BIAS 圆片表面形貌的控制 光刻机FOCUS的控制 METROLOGY
115℃/60sBiblioteka PEB120℃/60s
125℃/60s
光刻版材料
两种版材料的组分比较：
玻璃：SiO2：73%，其它成份27% 石英： SiO2：100% 玻璃：9.4 PPM/℃ 石英：0.5 PPM/℃
两种版材料的热膨胀系数：
温度变化1℃时对版的影响(Field Size=1.8cm)：
A plus or minus deviation from a defined reference plane wherein the required resolution for photolithography is still achievable.
IDOF、UDOF
主要性能参数
型号
1505G7D
Step and repeat
视场
Field
Φ(mm)
Max. Width
20mm
28.28
20000 × 20000 19166 × 20400 20000 × 20000
15mm
21.23
15080 × 14940 9300 × 18860 15010 × 15010
Max. Length
Square
影响分辩率和线宽控制
显影前烘焙 (PEB)
目的：降低或消除驻波效应 PEB温度一般要求比软烘高15-20度 PEB一般采用接触式或接近式热板烘焙 PEB的关键控制点是温度与时间
驻波效应
降低或消除驻波效应的几种方法
PEB 用带染色剂的光刻胶 采用多层光刻胶 加抗反射层：用有机(TARC/BARC)或无机 材料(SION)
Pre-Alignment (Fiend the Orientation Flat) Search Alignment
LSA (Laser Step Alignment) FIA (Field Image Alignment)
LSA FIA
g-EGA Alignment (Enhanced Global Alignment)
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
涂胶——均匀性的影响因素(1)
涂胶——均匀性的影响因素(2)
涂胶——均匀性的影响因素(3)
光刻胶工艺——光刻胶的分类
负性光刻胶（可溶）
正性光刻胶（不溶）
遇光后产生链接，使 感光部分不融于显影 液； 显影液浸入已链接的 光刻胶分子内，使光 刻胶体积增加，一般 不用于特征尺寸小于 3un的制程。
Site2（右上） Y -0.014 -0.014 X
Site3（右下） Y -0.030 -0.062
0.039 0.113
0.102 0.169
-0.371 -0.330
Box－In－Box缺陷
d1
d2
d2-d1 ADI UV ADI UV ADI UV
SB
95℃/60s 0.366 0.704 0.310 0.582 1.573 1.900 100℃/60s 0.281 0.696 0.185 0.742 1.412 1.800 105℃/60s 0.211 0.636 0.291 0.751 0.746 1.900
光刻胶工艺——基本要求
分辨率 抗蚀刻性（抗注入性） 附着性
通常，光刻胶越薄，其分辨率越高，但要考 虑到抗蚀刻性的要求。
线性度
对比度
热稳定性
软烘
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：接近式热版 软烘的关键控制点是温度和时间
驻波效应
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
涂胶前处理：温度时间控制
涂胶
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
遇光后产生裂解，使 感光部分融解于显影 液； 裂解分子很容易融解 于显影液，与未曝光 部分形成很强的反差。
光刻胶工艺——光刻胶的组成
树脂（Resin） 感光剂（Sensitizer） 溶剂（Solvent） 其它添加剂（稳定剂、染色剂、表面活性剂 等）
树脂是粘合剂，感光剂是光活性极强的化合物， 两者含量相当，均融解于溶剂中，以液态形式存 在。
涂 胶 （ Apply ）
对 表 条 位 面 宽
）
）
）
）
工艺控制要求：形貌
Critical Dimension
±10% Sidewall Angle >80° Resist Loss
<10%
工艺控制要求：对位
根据设计规则，不同层 次采用不同的对位规范。 目前最小规范为+/0.12um。
涂胶工艺：概观
Search Y-T 对位； 确认圆片旋转； 确认Y位置； 确认X位置； 进行EGA对位。
Wafer EGA Alignment
EGA Correction
Offset (um) Scaling (PPM) Wafer Rotation (urad) X-Y Orthogonality (urad) Shot Magnification (PPM)
NIKON机光路图
椭球体 聚光镜
汞灯
快门
滤光镜
蝇眼积分器
聚光镜 挡板
光刻版
光学镜头
园片
Mask Pellicle
Pattern Pellicle
Glass
主要性能参数
Rk
D
NA
k : 工艺系数 kMIN =0.61 NA : 数值孔径 λ: 光源波长 G-line (436nm)、 I-line (365nm)、 KrF (248nm)、 ArF、F2、…………
玻璃：9.4 PPM/℃ * 90 mm * 1 ℃ = 0.846 um 圆片上为 0.846 um / 5= 0.17 um 石英：0.5 PPM/℃ * 90 mm * 1 ℃ = 0.045 um 圆片上为 0.045 um / 5= 0.01 um
颗粒
涂胶工艺：膜厚选择
根据工艺需求 (腐蚀及注入对光刻胶厚度的最低要 求)，结合Swing curve确定。
涂胶前处理：原理
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：
光刻工艺介绍
Lithography
基本工艺流程
去胶返工
涂胶（Coating） 前 工 序 前 处 理 （ Priming 软 烘 （ Soft Bake
曝 光 （
显影（Developing） 检查 前 烘 （ PEB ） 显 影 （ Apply ） 坚 膜 （ Hard Bake 后 工 序
Exposure
对位点个数对对位精度的影响
Misalign
Offset In Shot
Magnification Shot Rotation
By Shots
Scaling Wafer Rotation Orthogonility
Misalign
Box－In－Box缺陷
Wafer X 1 2
Site1（左上） Y -0.340 -0.304 X
Φ=125mm Auto focus & Auto leveling
Stage
Laser Interferometer System
对位过程
初始化基准标记位置 (Found Coordinates) 光刻版对位 (Align to Fiducial Mark) 园片对位 (Base on the Coordinates)
Auto Focus
Max.: 20mm
Auto Focus
Auto Leveling
Max.: 20mm
Φ: 19mm
Auto Leveling
Auto Leveling
边缘效应
边缘效应
Red: Auto focus & Auto leveling NG; Yellow: Auto focus OK, Auto leveling NG; Blue: Auto focus & Auto leveling OK.
1505I7A 1505G6E
NA
0.45
0.45 0.54
λ
436nm
365nm 436nm
R (k=0.61)
0.59um
0.49um 0.49um
R (k=0.80)
0.78um
0.65um 0.65um
DOF
2.15um
1.80um 1.50um
2005G8C
2005I8B 2005I10C 2005I11D
显影
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（IMMESRSION） 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
目的：
去除残余的显影液，水及有机溶剂 提高粘附性 预防刻蚀时胶形貌变形
方法：
2NA2
数值孔径 Numerical Aperture
NA: 描述多光学元件透镜系统的性能
D NA n sin 2f
n: 透镜折射率 2α: 像点张角 D: 透镜直径 f: 透镜焦距 f
D
衍射角
成像过程
离轴照明
离轴照明
Defocus 的影响
+
0
-
焦深 Depth Of Focus
光刻分类
根据掩膜的位置分类 接触式曝光 接近式曝光 投影式曝光 根据曝光光源分类 光学曝光 软X射线曝光 电子束曝光 离子束曝光
设备名称介绍
N S R 2 0 0 5 G 8 C
NSR —— NIKON Step and Repeat Exposure System 20 —— Max. Exposure Field is 20mm Square 05 —— Reduction Ratio is 1/5 G —— G-Line is Used as Exposure Light Source 8 —— Body Type Number C —— Projection Lens Type
Alignment Process
Alignment Mark
LSA vs. FIA
对位方式 光源 优点 缺点 不适合铝层及对 位标记不对称的 情况
LSA
激光
灵敏度高，识别能力强，适合 绝大多数层次
FIA
卤素灯
适合铝层及非对称对位标记
对位速度慢，对 台阶要求高
Wafer Search Alignment
0.54
0.50 ~0.57 ~0.63
436nm
365nm 365nm 365um
0.49um
0.45um 0.39um 0.35um
0.65um
0.58um 0.51um 0.46um
1.50um
1.46um 1.12um 0.92um
Focus-Exposure Matrix
Evaluating the effects of focus and exposure on the results of a projection lithography system (such as a stepper) is a critical part of understanding and controlling a lithographic process.
光刻胶 (菜单)
DNS TEL
SPR660-1.0
25, 30, 31, 32
SPR6812
S3
SVG
其它材料
SPR513L-A
20
HMDS EBR 7030
MIR-701
36, 38
AQUATAR
27
AZ6130
28
涂胶工艺：QC项目
膜厚及膜厚均匀性
UnderExposed
OverExposed
工艺窗口 Process Window
Critical Dimension
±10%
Sidewall Angle 80° Resist Loss 10%
Defocus 产生的原因
Particle Edge, OF Effect Auto Focus Auto Leveling
接触式或接近式热板 DUV
控制关键点是温度和时间
光刻胶工艺常见问题
光刻胶厚度偏差 圆片背面胶粘污 慧尾 条纹花斑 回溅斑 脱胶 显影不清 条宽偏差
条宽控制
潜象（NA，σ，DEFOCUS，OPE） 减少STANDING WAVE 光刻胶工艺控制 衬底的控制（REFLECTIVITY） 合适的RETICLE BIAS 圆片表面形貌的控制 光刻机FOCUS的控制 METROLOGY
115℃/60sBiblioteka PEB120℃/60s
125℃/60s
光刻版材料
两种版材料的组分比较：
玻璃：SiO2：73%，其它成份27% 石英： SiO2：100% 玻璃：9.4 PPM/℃ 石英：0.5 PPM/℃
两种版材料的热膨胀系数：
温度变化1℃时对版的影响(Field Size=1.8cm)：
A plus or minus deviation from a defined reference plane wherein the required resolution for photolithography is still achievable.
IDOF、UDOF
主要性能参数
型号
1505G7D
Step and repeat
视场
Field
Φ(mm)
Max. Width
20mm
28.28
20000 × 20000 19166 × 20400 20000 × 20000
15mm
21.23
15080 × 14940 9300 × 18860 15010 × 15010
Max. Length
Square
影响分辩率和线宽控制
显影前烘焙 (PEB)
目的：降低或消除驻波效应 PEB温度一般要求比软烘高15-20度 PEB一般采用接触式或接近式热板烘焙 PEB的关键控制点是温度与时间
驻波效应
降低或消除驻波效应的几种方法
PEB 用带染色剂的光刻胶 采用多层光刻胶 加抗反射层：用有机(TARC/BARC)或无机 材料(SION)
Pre-Alignment (Fiend the Orientation Flat) Search Alignment
LSA (Laser Step Alignment) FIA (Field Image Alignment)
LSA FIA
g-EGA Alignment (Enhanced Global Alignment)
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
涂胶——均匀性的影响因素(1)
涂胶——均匀性的影响因素(2)
涂胶——均匀性的影响因素(3)
光刻胶工艺——光刻胶的分类
负性光刻胶（可溶）
正性光刻胶（不溶）
遇光后产生链接，使 感光部分不融于显影 液； 显影液浸入已链接的 光刻胶分子内，使光 刻胶体积增加，一般 不用于特征尺寸小于 3un的制程。
Site2（右上） Y -0.014 -0.014 X
Site3（右下） Y -0.030 -0.062
0.039 0.113
0.102 0.169
-0.371 -0.330
Box－In－Box缺陷
d1
d2
d2-d1 ADI UV ADI UV ADI UV
SB
95℃/60s 0.366 0.704 0.310 0.582 1.573 1.900 100℃/60s 0.281 0.696 0.185 0.742 1.412 1.800 105℃/60s 0.211 0.636 0.291 0.751 0.746 1.900
光刻胶工艺——基本要求
分辨率 抗蚀刻性（抗注入性） 附着性
通常，光刻胶越薄，其分辨率越高，但要考 虑到抗蚀刻性的要求。
线性度
对比度
热稳定性
软烘
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：接近式热版 软烘的关键控制点是温度和时间
驻波效应
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
涂胶前处理：温度时间控制
涂胶
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
遇光后产生裂解，使 感光部分融解于显影 液； 裂解分子很容易融解 于显影液，与未曝光 部分形成很强的反差。
光刻胶工艺——光刻胶的组成
树脂（Resin） 感光剂（Sensitizer） 溶剂（Solvent） 其它添加剂（稳定剂、染色剂、表面活性剂 等）
树脂是粘合剂，感光剂是光活性极强的化合物， 两者含量相当，均融解于溶剂中，以液态形式存 在。
涂 胶 （ Apply ）
对 表 条 位 面 宽
）
）
）
）
工艺控制要求：形貌
Critical Dimension
±10% Sidewall Angle >80° Resist Loss
<10%
工艺控制要求：对位
根据设计规则，不同层 次采用不同的对位规范。 目前最小规范为+/0.12um。
涂胶工艺：概观
Search Y-T 对位； 确认圆片旋转； 确认Y位置； 确认X位置； 进行EGA对位。
Wafer EGA Alignment
EGA Correction
Offset (um) Scaling (PPM) Wafer Rotation (urad) X-Y Orthogonality (urad) Shot Magnification (PPM)
NIKON机光路图
椭球体 聚光镜
汞灯
快门
滤光镜
蝇眼积分器
聚光镜 挡板
光刻版
光学镜头
园片
Mask Pellicle
Pattern Pellicle
Glass
主要性能参数
Rk
D
NA
k : 工艺系数 kMIN =0.61 NA : 数值孔径 λ: 光源波长 G-line (436nm)、 I-line (365nm)、 KrF (248nm)、 ArF、F2、…………
玻璃：9.4 PPM/℃ * 90 mm * 1 ℃ = 0.846 um 圆片上为 0.846 um / 5= 0.17 um 石英：0.5 PPM/℃ * 90 mm * 1 ℃ = 0.045 um 圆片上为 0.045 um / 5= 0.01 um
颗粒
涂胶工艺：膜厚选择
根据工艺需求 (腐蚀及注入对光刻胶厚度的最低要 求)，结合Swing curve确定。
涂胶前处理：原理
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：
光刻工艺介绍
Lithography
基本工艺流程
去胶返工
涂胶（Coating） 前 工 序 前 处 理 （ Priming 软 烘 （ Soft Bake
曝 光 （
显影（Developing） 检查 前 烘 （ PEB ） 显 影 （ Apply ） 坚 膜 （ Hard Bake 后 工 序
Exposure
对位点个数对对位精度的影响
Misalign
Offset In Shot
Magnification Shot Rotation
By Shots
Scaling Wafer Rotation Orthogonility
Misalign
Box－In－Box缺陷
Wafer X 1 2
Site1（左上） Y -0.340 -0.304 X
Φ=125mm Auto focus & Auto leveling
Stage
Laser Interferometer System
对位过程
初始化基准标记位置 (Found Coordinates) 光刻版对位 (Align to Fiducial Mark) 园片对位 (Base on the Coordinates)
Auto Focus
Max.: 20mm
Auto Focus
Auto Leveling
Max.: 20mm
Φ: 19mm
Auto Leveling
Auto Leveling
边缘效应
边缘效应
Red: Auto focus & Auto leveling NG; Yellow: Auto focus OK, Auto leveling NG; Blue: Auto focus & Auto leveling OK.
1505I7A 1505G6E
NA
0.45
0.45 0.54
λ
436nm
365nm 436nm
R (k=0.61)
0.59um
0.49um 0.49um
R (k=0.80)
0.78um
0.65um 0.65um
DOF
2.15um
1.80um 1.50um
2005G8C
2005I8B 2005I10C 2005I11D
显影
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（IMMESRSION） 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
目的：
去除残余的显影液，水及有机溶剂 提高粘附性 预防刻蚀时胶形貌变形
方法：
2NA2
数值孔径 Numerical Aperture
NA: 描述多光学元件透镜系统的性能
D NA n sin 2f
n: 透镜折射率 2α: 像点张角 D: 透镜直径 f: 透镜焦距 f
D
衍射角
成像过程
离轴照明
离轴照明
Defocus 的影响
+
0
-
焦深 Depth Of Focus
光刻分类
根据掩膜的位置分类 接触式曝光 接近式曝光 投影式曝光 根据曝光光源分类 光学曝光 软X射线曝光 电子束曝光 离子束曝光
设备名称介绍
N S R 2 0 0 5 G 8 C
NSR —— NIKON Step and Repeat Exposure System 20 —— Max. Exposure Field is 20mm Square 05 —— Reduction Ratio is 1/5 G —— G-Line is Used as Exposure Light Source 8 —— Body Type Number C —— Projection Lens Type
Alignment Process
Alignment Mark
LSA vs. FIA
对位方式 光源 优点 缺点 不适合铝层及对 位标记不对称的 情况
LSA
激光
灵敏度高，识别能力强，适合 绝大多数层次
FIA
卤素灯
适合铝层及非对称对位标记
对位速度慢，对 台阶要求高
Wafer Search Alignment
0.54
0.50 ~0.57 ~0.63
436nm
365nm 365nm 365um
0.49um
0.45um 0.39um 0.35um
0.65um
0.58um 0.51um 0.46um
1.50um
1.46um 1.12um 0.92um
Focus-Exposure Matrix
Evaluating the effects of focus and exposure on the results of a projection lithography system (such as a stepper) is a critical part of understanding and controlling a lithographic process.