2.4-2.5 光刻、光刻胶和刻蚀

半导体后端工艺流程【摘要】半导体后端工艺流程是半导体制造过程中的重要环节，涉及多个步骤和技术。

工艺准备阶段是整个流程的第一步，包括材料准备和设备校准等工作。

接着是掩膜图形制作，通过光刻技术将芯片上的电路图案转移到光刻胶上。

然后是晶圆清洁与表面处理，保证芯片表面无尘且具有良好的附着性。

电子束光刻是一种高精度的刻蚀技术，用于制作微小且复杂的芯片结构。

最后是蚀刻与沉积，通过化学腐蚀和沉积来改变芯片表面的性质。

半导体后端工艺流程需要精密的操作和先进的设备支持，是半导体制造中至关重要的环节。

【关键词】半导体后端工艺流程，工艺准备阶段，掩膜图形制作，晶圆清洁与表面处理，电子束光刻，蚀刻与沉积，半导体后端工艺流程总结1. 引言1.1 半导体后端工艺流程概述半导体后端工艺流程是指在半导体芯片制造的最后一道工序，主要包括工艺准备、掩膜图形制作、晶圆清洁与表面处理、电子束光刻和蚀刻与沉积等步骤。

这些步骤在半导体制造过程中起着至关重要的作用，直接影响着芯片的性能和质量。

在半导体后端工艺流程中，工艺准备阶段是整个流程的第一步，包括准备所需的材料、设备和工艺参数设置。

掩膜图形制作是将设计好的电路图案转移到晶圆上的关键步骤，需要通过光刻技术来实现。

晶圆清洁与表面处理是为了去除晶圆表面的杂质和氧化层，保证后续工艺的顺利进行。

电子束光刻是一种高精度的图案转移技术，可以将微米甚至亚微米级别的图案精确地转移到晶圆表面。

蚀刻与沉积是指利用化学蚀刻和蒸发沉积等方法，在晶圆表面形成所需的结构和层。

通过以上步骤的顺利进行，半导体后端工艺流程可以完成芯片的制造，从而生产出高性能、高质量的半导体产品。

半导体后端工艺流程是半导体制造中不可或缺的环节，对整个半导体产业的发展起着重要的推动作用。

2. 正文2.1 工艺准备阶段工艺准备阶段是半导体后端工艺流程中至关重要的一步。

在这个阶段，工程师们需要进行各种准备工作，以确保后续的工艺步骤能够顺利进行。

申请上海交通大学工程硕士学位论文利用相移光刻掩膜版监测光刻机台焦距学校：上海交通大学院系：微电子学院工程领域：软件工程交大导师：程秀兰教授企业导师：施春山工程硕士：袁伟学号：**********上海交通大学微电子学院2007年7月利用相移光刻掩膜版监测光刻机台焦距摘要集成电路产业一直向着集成度越来越高，关键尺寸越来越小的方向发展。

将光刻部分的线宽做到更小的关键就是分辨率R值的降低，这会导致聚焦深度(DOF)减小, 随着DOF越来越小，就对现在的光刻工艺制程中焦距的稳定性提出越来越高的要求,所以对光刻机台焦距的监测精度和稳定度要求越来越高。

本文实验并阐述了一种新型的光刻机台焦距的监测方法。

传统的监测方法是通过焦距矩阵的方式曝光后用线宽测量机台进行测量找到最佳焦距。

实验结果表明，通过利用相移光掩膜(光掩膜即光刻掩膜版)的某些特性将监测焦距的方式从传统的线宽测量机台转移到套准测量机台上，可以很好的避免传统监测方式下许多不确定因素的干扰，提高监测的精确性和稳定性，减少监测时间，并同时可用于对光刻机台最重要的组件“镜头”以及曝光托盘平整度和倾斜度的监测，满足了对下一代光刻工艺焦距监测的要求。

这项实验应用，无论是直接用于生产，还是对工程领域解决生产中硅片边缘散焦和曝光区域内规律性合格率损失等困扰已久的问题都提供了很好的帮助。

关键词：光刻, 焦距, 相移技术, 光掩膜, 套准PHASE SHIFT MASK MONITOR SCANNER FOCUSABSTRACTWith the development of IC industry towards to high integrated density, both the critical dimension and resolution of photolithography are becoming smaller and smaller, and it results in the decrease of the depth of focus (DOF). So the scanner focus’s monitor need to be more precise and stable.A novel scanner focus monitor method and system with phase shift mask were introduced and experimented. The experimental results show that overlay measurement with phase shift mask can much precisely and stably monitor the focus of scanner instead of the conventional CD measurement due to the reduction of disturbance factors. This method also can be used to monitor the chuck flatness, lens tilt, lens heating and lens distortion. Besides that the method is very useful for engineer to solve the wafer edge defocus and by shot yield loss issue.Key words:photolithography, focus, phase shift, mask, overlay目录第一章引言 (1)1.1 集成电路光刻技术概述 (2)1.2 光刻工艺的监测系统和面临的挑战 (5)1.3 本论文的研究目的及意义 (9)第二章新型的监测光刻机焦距的方法 (11)2.1 相移光掩膜技术简介 (11)2.2 相移光掩膜技术监测光刻机焦距的基本原理 (13)2.3 监测焦距的相移光掩膜的制备和版图 (16)2.4 实验方案及条件 (17)2.5 最佳曝光能量的优化 (18)2.6 套准误差与光刻机焦距的关系的确定 (19)2.7 相移光掩膜监测光刻机焦距的验证应用 (24)2.8 本章小结 (29)第三章相移光掩膜监测法在光刻工艺中的扩展应用 (30)3.1 曝光托盘的监测 (30)3.2 光刻机台镜头的监测 (36)3.3 本章小结 (40)第四章总结及展望 (41)参考文献 (43)致谢 (45)发表论文情况 (46)第一章引言自半导体制造业开始以来，器件的CD一直在缩小。

第八章光刻与刻蚀工艺模板光刻与刻蚀工艺是现代集成电路制造中的重要工艺环节之一、光刻技术用于在硅片上制作电路图形，而刻蚀技术则用于去除不需要的材料，以形成所需的电路结构。

本章将介绍光刻与刻蚀工艺的基本原理及常见的工艺模板。

一、光刻工艺模板在光刻工艺中，需要使用光刻胶作为图形保护层，以及光罩作为图形的模板。

光刻模板通常由硅片或光刻胶制成，可以通过不同的工艺步骤来实现具体的图形需求。

1.硅片模板硅片模板是一种常见的光刻工艺模板，它的制作过程相对简单。

首先，将一块纯净的硅片进行氧化处理，形成硅的氧化层。

然后，在氧化层上通过光刻技术制作所需的图形。

最后，使用化学刻蚀方法去除不需要的硅的氧化层，就可以得到所需的硅片模板。

硅片模板具有较好的精度和可靠性，能够满足微纳加工的要求。

然而，硅片模板制作过程复杂，成本较高。

2.光刻胶模板光刻胶模板是利用光刻胶作为模板材料的一种工艺模板。

光刻胶是一种感光性的聚合物材料，可以在光照的作用下发生化学反应。

在光刻工艺中，首先将光刻胶涂覆在硅片上，然后通过光刻曝光将所需的图形转移到光刻胶上。

接下来，使用化学方法或溶剂去除不需要的光刻胶，就可以得到所需的光刻胶模板。

光刻胶模板制作过程简单，成本较低。

同时，光刻胶模板的精度较高，可以满足微纳加工的要求。

然而，光刻胶模板的使用寿命较短，通常只能使用几次。

在刻蚀工艺中，需要使用刻蚀胶作为图形保护层，以及刻蚀模板作为图形的模板。

刻蚀模板通常由硅片或光刻胶制成，可以通过不同的工艺步骤来实现具体的图形需求。

1.硅片模板硅片模板在刻蚀工艺中的制作方法与光刻工艺类似。

首先，在硅片上通过光刻技术制作所需的图形，然后使用化学刻蚀方法去除不需要的硅材料，就可以得到所需的刻蚀模板。

硅片模板具有较高的精度和可靠性，可以满足微纳加工的要求。

然而，硅片模板制作过程复杂，成本较高。

2.光刻胶模板光刻胶模板在刻蚀工艺中的制作方法与光刻工艺类似。

首先，将光刻胶涂覆在硅片上，然后通过光刻曝光将所需的图形转移到光刻胶上。

第二章干法刻蚀的介绍2. 1刻蚀、干法刻蚀和湿法腐蚀2. 1 .1关于刻蚀刻蚀，是指用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程。

刻蚀的基本目的，是在涂胶(或有掩膜)的硅片上正确的复制出掩膜图形[1]。

刻蚀，通常是在光刻工艺之后进行。

我们通常通过刻蚀，在光刻工艺之后，将想要的图形留在硅片上。

从这一角度而言，刻蚀可以被称之为最终的和最主要的图形转移工艺步骤。

在通常的刻蚀过程中，有图形的光刻胶层〔或掩膜层)将不受到腐蚀源显著的侵蚀或刻蚀，可作为掩蔽膜，保护硅片上的部分特殊区域，而未被光刻胶保护的区域，则被选择性的刻蚀掉。

2.1.2干法刻蚀与湿法刻蚀在半导体制造中有两种基本的刻蚀工艺：干法刻蚀和湿法腐蚀。

干法刻蚀，是利用气态中产生的等离子体，通过经光刻而开出的掩蔽层窗口，与暴露于等离子体中的硅片行物理和化学反应，刻蚀掉硅片上暴露的表面材料的一种工艺技术法[1]。

该工艺技术的突出优点在于，可以获得极其精确的特征图形。

超大规模集成电路的发展，要求微细化加工工艺能够严格的控制加工尺寸，要求在硅片上完成极其精确的图形转移。

任何偏离工艺要求的图形或尺寸，都可能直接影响产品性能或品质，给生产带来无法弥补的损害。

由于干法刻蚀技术在图形轶移上的突出表现，己成为亚微米尺寸下器件刻蚀的最主要工艺方法。

在特征图形的制作上，已基本取代了湿法腐蚀技术。

对于湿法腐蚀，就是用液体化学试剂(如酸、碱和溶剂等)以化学的方式去除硅片表面的材料。

当然，在通过湿法腐蚀获得特征图形时，也要通过经光刻开出的掩膜层窗口，腐蚀掉露出的表面材料。

但从控制图形形状和尺寸的准确性角度而言，在形成特征图形方面，湿法腐蚀一般只被用于尺寸较大的情况(大于3微米)。

由于这一特点，湿法腐蚀远远没有干法刻蚀的应用广泛。

但由于它的高选择比和批量制作模式，湿法腐蚀仍被广泛应用在腐蚀层间膜、去除干法刻蚀残留物和颗粒等工艺步骤中。

2. 2干法刻蚀的原理2. 2. 1干法刻蚀中的等离子体干法刻蚀工艺是利用气体中阴阳粒子解离后的等离子体来进行刻蚀的。

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。