光刻的概念

实验： 光刻工艺

一、引言

光刻是一种复印图象和化学腐蚀相结合的综合技术。它采用照相复印的方法，先将光刻掩模版上的图形精确地复印在涂有感光胶的二氧化硅或金属薄层表面，然后利用光刻胶的保护作用，对二氧化硅层(或金属薄层)进行选择性化学腐蚀，从而在二氧化硅(或金属薄层)上得到与光刻掩模版相应的图形。

光刻工艺是硅平面工艺中的关键工艺之一，光刻质量的好坏对半导体器件性能影响极大。本实验要求同学对光刻工艺的原理及操作步骤有一个初步的了解。

二、光刻工艺的操作步骤及原理

图1表示光刻工艺的一般流程，步骤2至步骤4必须在暗室内进行。下面对整个光刻过程及原理进行简单的介绍。

1.清洗 2.涂胶 3.前烘

4.对准曝光 5.显影 6.坚膜

7.腐蚀 8.去胶

图1光刻工艺流程图

1. 硅片的清洁处理

待光刻的硅片表面必须保证清洁干燥，这样才能与光致抗蚀剂(即光刻胶)有很好的粘附，这是影响光刻质量的重要因素。一般认为刚刚从高温炉内取出的氧化片或蒸发台内取出的蒸Al的片子，表面较清洁、干燥，不必再进行清洗，可直接涂光刻胶。对已经沾污了的或存放时间较长的氧化片，必须按常规清洗硅片的方法(用І号、II号洗液)清洗，用去离子水冲洗、烘干，最后送入高温炉（700℃~900℃）通干氧5分钟处理后才能取出涂胶。对于金属表面，就不能用І号、II号洗液清洗，可用有机溶剂丙酮、酒精水浴15分钟，再用去离子水冲洗，然后在红外灯下烘干，待涂胶。

2. 涂胶

在待光刻的硅片表面涂上一层—定厚度且厚薄均匀、无灰尘杂物存在的光刻胶。实验所用的光刻胶是正性光刻胶。最常用的胶法是自转式旋转涂敷法，如图2所示。硅片放在园盘转轴中心，采用真空吸附。在硅片表面滴上光刻胶，开动马达，旋转园盘高速旋转，将胶甩开，在片子表面留下薄薄一层光刻胶。光刻胶的厚度与光刻胶本身的浓度和园盘的转速有关。对一定浓度的光刻胶来说，调节转速可以改变光刻胶的厚度。转速越快，光刻胶膜越薄。薄的光刻胶膜有利于细线条光刻，但胶膜针孔较多，抗蚀能力差，因而光刻胶的厚度要适当。（RZJ-304正胶, 2um/3000rpm）

光刻

一、概述：

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。

二、光学基础：

光的反射（reflection）。光射到任何表面的时候都会发生反射，并且符合反射定律：入

射角等于反射角。在曝光的时候，光刻胶往往会在硅片表面或者金属层发生反射，使不希望

被曝光的光刻胶被曝光，从而造成图形复制的偏差。常常需要用抗反射涂层（ARC，

Anti-Reflective Coating）来改善因反射造成的缺陷。

光的折射（refraction）。光通过一种透明介质进入到另一种透明介质的时候，发生方向

的改变。主要是因为在两种介质中光的传播速度不同（λ=v/f）。直观来说是两种介质中光

的入射角发生改变。所以我们在90nm工艺中利用高折射率的水为介质（空气的折射率为1.0，

而水的折射率为1.47），采用浸入式光刻技术，从而提高了分辨率。而且这种技术有可能将

被沿用至45nm工艺节点。

光的衍射或者绕射（diffraction）。光在传播过程中遇到障碍物（小孔或者轮廓分明的边

缘）时，会发生光传播路线的改变。曝光的时候，掩膜板上有尺寸很小的图形而且间距很窄。

衍射会使光部分发散，导致光刻胶上不需要曝光的区域被曝光。衍射现象会造成分辨率的下

降。

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

第 1 页 共 2 页 光刻物理极限

（原创版）

目录

1.光刻物理极限的概念

2.光刻物理极限的挑战

3.突破光刻物理极限的方法

4.我国在光刻物理极限方面的发展

正文

光刻物理极限是指在半导体制造过程中，光刻技术所能达到的最小特征尺寸。随着半导体制程的不断发展，光刻物理极限逐渐成为一个关键性难题。

一、光刻物理极限的概念

光刻是半导体制造过程中的一种关键技术，通过光刻可以实现电路图形的转移。光刻物理极限是指在光刻过程中，由于光的波长、透镜的数值孔径等因素的限制，所能实现的最小特征尺寸。

二、光刻物理极限的挑战

随着半导体制程的不断发展，光刻物理极限逐渐成为一个关键性难题。主要挑战包括：

1.光波长的限制：光刻分辨率受光波长的制约，当光波长越长，光刻分辨率越低。

2.透镜的数值孔径：透镜的数值孔径决定了光刻的分辨率，数值孔径越大，分辨率越高。

3.光刻胶的性能：光刻胶的性能直接影响到光刻的分辨率和曝光均匀性。 第 2 页 共 2 页 三、突破光刻物理极限的方法

为了突破光刻物理极限，研究人员提出了以下方法：

1.采用短波长的光源：如采用极紫外光刻技术，可以降低光刻物理极限。

2.利用多重曝光技术：通过多次曝光，可以实现更高分辨率的图形转移。

3.采用新型光刻胶：如采用高性能的光刻胶，可以提高光刻分辨率和曝光均匀性。

四、我国在光刻物理极限方面的发展

我国在光刻物理极限方面也取得了一定的突破。例如，我国已成功研发出极紫外光刻技术，并投入生产应用。此外，我国还加强了光刻胶的研发，不断提高光刻性能。

总之，光刻物理极限是半导体制造过程中面临的一个关键性难题。为了突破这一极限，研究人员提出了多种方法，并在实际应用中取得了一定的成果。