(第五章)光刻工艺

光刻工艺主要步骤
1. 基片前处理
为确保光刻胶能和晶圆表面很好粘贴，形成平滑且结合得很好的膜，必须进行表面准备，保持表面干燥且干净，
2. 涂光刻胶
涂胶的目标是在晶圆表面建立薄的、均匀的，并且没有缺陷的光刻胶膜。

3. 前烘(软烘焙)
前烘的目的是去除胶层内的溶剂，提高光刻胶与衬底的粘附力及胶膜的机械擦伤能力。

4. 对准和曝光(A＆E)
保证器件和电路正常工作的决定性因素是图形的准确对准，以及光刻胶上精确的图形尺寸的形成。

所以，涂好光刻胶后，第一步是把所需图形在晶圆表面上准确定位或对准。

第二步是通过曝光将图形转移到光刻胶涂层上。

5. 显影
显影是指把掩膜版图案复制到光刻胶上。

6. 后烘(坚膜)
经显影以后的胶膜发生了软化、膨胀，胶膜与硅片表面粘附力下降。

为了保证下一道刻蚀工序能顺利进行，使光刻胶和晶圆表面更好地粘结，必须继续蒸发溶剂以固化光刻胶。

7. 刻蚀
刻蚀是通过光刻胶暴露区域来去掉晶圆最表层的工艺，主要目标是将光刻掩膜版上的图案精确地转移到晶圆表面。

8. 去除光刻胶
刻蚀之后，图案成为晶圆最表层永久的一部分。

作为刻蚀阻挡层的光刻胶层不再需要了，必须从表面去掉。

正胶的纵横比更高、负胶的粘结力更强曝光速度更快、正胶的针孔数量更好阶梯覆盖度更好，但成本更高、正胶使用水溶性溶剂显影而负胶使用有机溶剂显影。

光刻工艺知识点总结光刻工艺是半导体制造工艺中的重要环节，通过光刻技术可以实现微米级甚至纳米级的精密图案转移至半导体芯片上，是芯片制造中最关键的工艺之一。

光刻工艺的基本原理是利用光学原理将图案投射到光刻胶上，然后通过化学蚀刻将图案转移到芯片表面。

下面将对光刻工艺的知识点进行详细总结。

一、光刻工艺的基本原理1. 光刻胶光刻胶是光刻工艺的核心材料，主要由树脂和溶剂组成。

树脂的种类和分子结构直接影响着光刻胶的分辨率和对光的敏感度，而溶剂的选择和比例则会影响着光刻胶的黏度、流动性和干燥速度。

光刻胶的选择要根据不同的工艺要求，如分辨率、坚固度、湿膜厚度等。

2. 掩模掩模是用来投射光刻图案的模板，通常是通过电子束刻蚀或光刻工艺制备的。

掩模上有所需的图形样式，光在通过掩模时会形成所需的图案。

3. 曝光曝光是将掩模上的图案投射到光刻胶表面的过程。

曝光机通过紫外线光源产生紫外线，通过透镜将掩模上的图案投射到光刻胶表面，形成图案的暗部和亮部。

4. 显影显影是通过化学溶液将光刻胶上的图案显现出来的过程。

曝光后，光刻胶在图案暗部和亮部会有不同的化学反应，显影溶液可以去除未暴露的光刻胶，留下所需的图案。

5. 蚀刻蚀刻是将图案转移到硅片上的过程，通过化学腐蚀的方式去除光刻胶未遮盖的部分，使得图案转移到硅片表面。

二、光刻工艺中的关键技术1. 分辨率分辨率是指光刻工艺能够实现的最小图案尺寸，通常用实际图案中两个相邻细线或空隙的宽度之和来表示。

分辨率受到光刻机、光刻胶和曝光技术等多个因素的影响，是衡量光刻工艺性能的重要指标。

2. 等效焦距等效焦距是光刻机的重要参数，指的是曝光光学系统的有效焦距，影响光刻图案在光刻胶表面的清晰度和分辨率。

3. 曝光剂量曝光剂量是指单位面积上接收的光能量，通常用mJ/cm^2或μC/cm^2来表示。

曝光剂量的选择对分辨率和光刻胶的副反应有重要影响。

4. 曝光对位精度曝光对位精度是指光刻胶上已存在的图案和新的曝光对位的精度，是保证多层曝光图案对位一致的重要因素。

第五章图形转移1.典型的光刻工艺主要有哪几步？简述各步骤的作用。

涂胶：在衬底上涂布一层光刻胶前烘：蒸发光刻胶中的溶剂对准：保证图形与硅片上已经存在的图形之间的对准曝光：使光刻胶产生化学反应而变性曝光后烘烤：减少驻波效应；激发化学增强光刻胶的PAG产生的酸与光刻胶上的保护基团，发生反应并移除基团使之能溶解于显影。

显影：显影液溶剂溶解掉光刻胶中软化部分，将图形从掩膜版转移到光刻胶上坚膜：完全蒸发掉光刻胶里面的溶剂，提高光刻胶在离子注入或刻蚀中保护下表面的能力，进一步增强光刻胶与硅片表面之间的粘附性，减少驻波效应显影检查：检查图形是否对准，临界尺寸及表面是否良好2.光刻对准标记中RA，GA，FA分别是什么？它们有什么用？投影机-掩膜版对准标记（Retical Alignment,RA）在投影掩膜版的左右两侧，与安装在步进机机身上的对准标记对准。

整场对准标记（Global Alignment,GA）在第一次曝光时被光刻在硅片左右两边，被用于每个硅片的粗对准。

精对准标记（Fine Alignment,FA）每个场曝光时被光刻，用于每个硅片曝光场和投影掩膜版的对准调节。

3.什么是光刻胶的对比度？它对曝光图形产生什么样的影响？光刻胶的对比度（）是对光刻胶完全曝光所需要的最小剂量和光刻胶不发生曝光效果所允许的最大剂量比例的函数，表征的是曝光并显影后从曝光区域到非曝光区域的图形侧壁陡峭程度。

对比度越大，显影后光刻胶侧壁越陡峭，图形越明晰。

4.什么是光刻中常见的表面反射和驻波效应？如何解决？穿过光刻胶的光会从晶圆片表面反射出来，从而改变投入光刻胶的光学能量。

当晶圆片表面有高度差时，表面反射会导致线条缺失，无法控制图形，这就是表面反射和驻波效应。

解决方法：改变沉积速率以控制薄膜的反射率；避免薄膜表面高度差，表面平坦化处理（CMP）；光刻胶下涂覆抗反射的聚合物（Anti-reflect coating,ARC）5.简述电子束光刻的光栅扫描方法和矢量扫描方法有何区别。

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 the devices continue to shrink， the performance is also rising.There are even a large area of exposure， improve the yield, quality and reduce costs。

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。

第五章图形转移1.典型的光刻工艺主要有哪几步？简述各步骤的作用。

涂胶：在衬底上涂布一层光刻胶前烘：蒸发光刻胶中的溶剂对准：保证图形与硅片上已经存在的图形之间的对准曝光：使光刻胶产生化学反应而变性曝光后烘烤：减少驻波效应；激发化学增强光刻胶的PAG产生的酸与光刻胶上的保护基团，发生反应并移除基团使之能溶解于显影。

显影：显影液溶剂溶解掉光刻胶中软化部分，将图形从掩膜版转移到光刻胶上坚膜：完全蒸发掉光刻胶里面的溶剂，提高光刻胶在离子注入或刻蚀中保护下表面的能力，进一步增强光刻胶与硅片表面之间的粘附性，减少驻波效应显影检查：检查图形是否对准，临界尺寸及表面是否良好2.光刻对准标记中RA，GA，FA分别是什么？它们有什么用？投影机-掩膜版对准标记（Retical Alignment,RA）在投影掩膜版的左右两侧，与安装在步进机机身上的对准标记对准。

整场对准标记（Global Alignment,GA）在第一次曝光时被光刻在硅片左右两边，被用于每个硅片的粗对准。

精对准标记（Fine Alignment,FA）每个场曝光时被光刻，用于每个硅片曝光场和投影掩膜版的对准调节。

3.什么是光刻胶的对比度？它对曝光图形产生什么样的影响？光刻胶的对比度（）是对光刻胶完全曝光所需要的最小剂量和光刻胶不发生曝光效果所允许的最大剂量比例的函数，表征的是曝光并显影后从曝光区域到非曝光区域的图形侧壁陡峭程度。

对比度越大，显影后光刻胶侧壁越陡峭，图形越明晰。

4.什么是光刻中常见的表面反射和驻波效应？如何解决？穿过光刻胶的光会从晶圆片表面反射出来，从而改变投入光刻胶的光学能量。

当晶圆片表面有高度差时，表面反射会导致线条缺失，无法控制图形，这就是表面反射和驻波效应。

解决方法：改变沉积速率以控制薄膜的反射率；避免薄膜表面高度差，表面平坦化处理（CMP）；光刻胶下涂覆抗反射的聚合物（Anti-reflect coating,ARC）5.简述电子束光刻的光栅扫描方法和矢量扫描方法有何区别。

光刻工艺资料整理上一篇/ 下一篇 2007-12-10 20:10:25 / 个人分类：光刻查看( 121 ) / 评论( 0 ) / 评分( 0 / 0 )光刻工艺资料整理概述：光刻技术是集成电路的关键技术之一，在整个产品制造中是重要的经济影响因子，光刻成本占据了整个制造成本的35％。

光刻也是决定集成电路按照摩尔定律发展的一个重要原因，如果没有光刻技术的进步，集成电路就不可能从微米进入深亚微米再进入纳米时代。

所以说光刻系统的先进程度也就决定了光刻工程的高低。

1.光刻工艺简介光刻是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺。

在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜，被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的岛状部分。

光刻工艺也被称为大家熟知的Photomasking, masking, photolithography, 或microlithography。

在晶圆的制造过程中，晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成。

这些部件是每次在一个掩膜层上生成的，并且结合生成薄膜及去除特定部分，通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留特征图形的部分。

光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件（parts）的关联正确。

光刻是所有四个基本工艺中最关键的。

光刻确定了器件的关键尺寸。

光刻过程中的错误可造成图形歪曲或套准不好，最终可转化为对器件的电特性产生影响。

图形的错位也会导致类似的不良结果。

光刻工艺中的另一个问题是缺陷。

光刻是高科技版本的照相术，只不过是在难以置信的微小尺寸下完成。

在制程中的污染物会造成缺陷。

事实上由于光刻在晶圆生产过程中要完成5层至20层或更多，所以污染问题将会放大。

光刻工艺过程包括有：涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀、去胶等。

课程内容：1 光刻前的准备工作1.1 准备要求1.2 准备方法1.2.1 光刻前待光刻片子置于干燥塔中1.2.2 氧化片出炉后可立即送光刻工序涂胶1.2.3 对氧化片可在涂胶前重吹段时间干氧（氧化温度）1.2.4 涂胶前片子置于80度烘箱中烘30分钟2 涂胶2.1 涂胶的要求2.2 涂胶的方法2.2.1 旋转涂胶法2.2.2 喷涂法2.2.3 浸涂法3 前烘3.1 前烘要求3.2 前烘的方法3.2.1 在80度烘箱中烘15分钟-20分钟3.2.2 在红外烘箱中烘3分钟-5分钟4 曝光4.1 曝光的要求4.2 曝光的方法5 显影5.1 显影的要求5.2 显影的方法6 坚膜6.1 坚膜的要求6.2 坚膜的方法6.2.1 置于恒温箱中，在180度烘30 分钟左右6.2.2 置于红外烘箱中烘10分钟左右7 腐蚀7.1 腐蚀的要求7.2 腐蚀的方法7.2.1 腐蚀二氧化硅的方法7.2.2 腐蚀铝电极的方法8 去胶8.1 去胶的要求8.2 去胶的方法课程重点：本节介绍了光刻工艺及对各光刻工艺步骤的要求。

光刻工艺一、提示:光刻工艺是集成电路制造中最关键的工艺之一。

光刻是一种复印图像和化学腐蚀相结合的综合性技术.光刻的本质是把临时电路结构复制到以后要进行刻蚀和掺杂的晶圆上。

这些结构首先以图形形式制作在被称为光刻掩膜版的石英膜版上,光刻工艺首先将事先做好的光刻掩膜版上的图形精确地、重复地转移到涂有光刻胶的待腐蚀层上，然后利用光刻胶的选择性保护作用，对需腐蚀图形层进行选择性化学腐蚀，从而在表面形成与光刻版相同或相反的图层.二、概要：光刻实际是将图形转移到一个平面的任一复制过程.本章先介绍了光刻的概念，接着介绍了光刻工艺的基本步骤，并相继介绍了光刻过程中的必备的两种材料，即掩膜版和光刻胶,然后对多种光刻设备做了简要介绍。

本章需重点掌握光刻工艺、光刻胶及光刻设备等.三、关键知识:光刻的概念：光刻处于晶圆加工过程的中心,一般认为是集成电路（IC)制造中最关键的步骤,需要高性能以便结合其他工艺获得高成品率。

光刻过程实际是图形由掩膜版转移到晶圆表面的过程。

光刻工艺的基本步骤:光刻工艺是一个复杂的过程，其中有很多影响其工艺宽容度的工艺变量。

为了方便起见，这里将光刻工艺分成8个基本操作：气相成底膜、旋转涂胶、软烘（前烘）、曝光、烘焙、显影、坚膜(后烘)、显影检查.光刻胶的分类：光刻包括两个基本的工艺类型，即正性光刻和负性光刻,因此用于光刻的光刻胶也有正胶和负胶之分。

正性光刻是把与掩膜版上相同的图形复制到晶圆上，负性光刻是把与掩膜版上图形的相反图形复制到晶圆表面.光刻设备：从早期的晶圆制造以来，光刻设备经历了几代的发展，每一代又以当时获得的特征尺寸分辨率所需的设备类型为基础。

主要的光刻设备认为以下五代:接触式光刻机、接近式光刻机、扫描投影光刻机、分步重复光刻机和步进扫描光刻机。

四、重点讲解：1、光刻的主要参数:（1）特征尺寸：一般是指MOS管的最小栅长，减小特征尺寸可以在单个晶圆上布局更多的芯片。

光刻技术决定了在晶圆上的特征尺寸数值.(2）分辨率:是指将晶圆上两个邻近的特征图形区分开来的能力.焦深是光焦点周围的一个范围，在这个范围内图像连续地保持清晰。

光刻的工艺
光刻工艺是一种重要的微细加工技术，通常用于制造集成电路和微纳米器件。

下面是光刻工艺的一般步骤：
1. 接收光刻图案设计：根据需要制造的器件，设计图案，并将其转化为数字格式。

2. 芯片表面处理：对芯片表面进行预处理，例如清洗、去除杂质等，以确保光刻的质量。

3. 底片涂覆：将光刻底片（通常为玻璃或石英材料）涂覆在芯片表面，形成光刻胶层。

4. 软对准：使用专用设备将光刻底片和芯片对准，确保图案正确布局。

5. 曝光：使用光刻机器将光刻底片上的图案投射到光刻胶层上。

这通常通过使用紫外线光源，通过掩模和透镜将光照射到芯片的特定区域。

6. 显影：将芯片浸泡在特定的化学液中，将未暴露于光的光刻胶溶解掉，从而形成所需的图案。

这需要控制显影时间和温度以确保正确的图案转移。

7. 清洗：将芯片浸泡在去离子水或其他清洗剂中，去除显影过程中产生的任何
残留物。

8. 检验：检查芯片上的图案是否按照设计要求制造，并进行必要的测量和质量控制。

以上是光刻工艺的一般步骤，具体的工艺参数和步骤可能因应用和芯片制造技术的不同而有所变化。

光刻工艺的优化和控制是集成电路制造中的关键技术之一，对于实现高精度、高性能的微纳米器件具有重要意义。

光刻⼯艺介绍光刻⼯艺介绍⼀、定义与简介光刻是所有四个基本⼯艺中最关键的，也就是被称为⼤家熟知的photo，lithography，photomasking, masking, 或microlithography。

在晶圆的制造过程中，晶体三极管、⼆极管、电容、电阻和⾦属层的各种物理部件在晶圆表⾯或表层内构成，这些部件是预先做在⼀块或者数块光罩上，并且结合⽣成薄膜，通过光刻⼯艺过程，去除特定部分，最终在晶圆上保留特征图形的部分。

光刻其实就是⾼科技版本的照相术，只不过是在难以置信的微⼩尺⼨下完成，现在先进的硅12英⼨⽣产线已经做到22nm，我们这条线的⽬标6英⼨砷化镓⽚上做到0.11um。

光刻⽣产的⽬标是根据电路设计的要求，⽣成尺⼨精确的特征图形，并且在晶圆表⾯的位置正确且与其它部件的关联正确。

⼆、光刻⼯艺流程介绍光刻与照相类似，其⼯艺流程也类似：实际上，普通光刻⼯艺流程包括下⾯的流程：1)Substrate Pretreatment 即预处理，⽬的是改变晶圆表⾯的性质，使其能和光刻胶（PR）粘连牢固。

主要⽅法就是涂HMDS，在密闭腔体内晶圆下⾯加热到120℃，上⾯⽤喷⼊氮⽓加压的雾状HMDS，使得HMDS和晶圆表⾯的-OH健发⽣反应已除去⽔汽和亲⽔健结构，反应充分后在23℃冷板上降温。

该⽅法效果远⽐传统的热板加热除湿好。

2)Spin coat即旋转涂光刻胶，⽤旋转涂布法能提⾼光刻胶薄膜的均匀性与稳定性。

光刻胶中主要物质有树脂、溶剂、感光剂和其它添加剂，感光剂在光照下会迅速反应。

⼀般设备的稳定⼯作最⾼转速不超过4000rpm，⽽最好的⼯作转速在2000～3000rpm。

3)Soft Bake(Pre-bake)即软烘，⽬的是除去光刻胶中溶剂。

⼀般是在90℃的热板中完成。

4)Exposure即曝光，这也是光刻⼯艺中最为重要的⼀步，就是⽤紫外线把光罩上的图形成像到晶圆表⾯，从⽽把光罩上⾯的图形转移到晶圆表⾯上的光刻胶中。

光刻⼯艺流程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蒸⽓淀积，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。