光刻实验
一．实验目的
了解光刻在集成电路工艺中的作用，熟悉光刻工艺的步骤和操作。
二．实验原理
光刻是一种复印图象与化学腐蚀相结合的综合性技术，它先采用照像复印的方法，将光刻掩模板上的图形精确地复制在涂有光致抗蚀剂的SiO2层或金属蒸发层上，在适当波长光的照射下，光致抗证剂发生变化，从而提高了强度，不溶于某些有机溶剂中，未受光照射的部分光致抗蚀剂不发生变化，很容易被某些有机溶剂溶解。然后利用光致抗蚀剂的保护作用，对SiO2层或金属蒸发层进行选择性化学腐蚀，从而在SiO2层或金属层上得到与光刻掩模板相对应的图形。
（一）光刻原理图
晶片表面必须有如照相底片般的物质存在，属于可感光的胶质化合物（光刻胶），经与光线作用和化学作用方式处理后，即可将掩膜版上的图形一五一十地转移到晶片上。因此在光刻成像工艺上，掩膜版、光刻胶、光刻胶涂布显影设备及对准曝光光学系统等，皆为必备的条件。
三、实验药品及设备
化学药品：光刻胶（正胶）、显影液：5‰氢氧化钠溶液、甲醇、蒸馏水、丙酮；实验仪器：匀胶台、烘胶台、光刻机、真空泵、气泵
将掩模板覆盖
在光刻胶上在
紫外光下曝光
在SiO
2
衬底上
涂覆光刻胶
显影后经腐蚀
得到光刻窗口
四．实验步骤
1.
清洁硅片：去离子水和有机溶液冲洗，边旋转边冲洗，以去除污染物；
2.
预烘硅片：在烘胶台商烘干硅片，去除硅片上的水蒸气，使光刻胶可以更加牢
固的粘结在硅片表面；
3.
涂胶：开启气泵，吸盘吸住硅片，在硅片上滴加适量的光刻胶；启动转台利用
旋转产生的离心力使光刻胶均匀的涂覆在硅片表面；涂胶时间大约为1分钟左右；
4.前烘：将硅片放在烘胶台上烘干，促使胶膜内溶剂充分的挥发掉，使胶膜干燥，增加胶膜与硅片之间的黏附性；
5.曝光：接触式曝光，在光刻机上依次操作吸版吸片升降-接触密着
曝光；曝光时间结束后取出硅片；
6.显影：将曝光后的硅片在0.5% NaOH碱溶液中进行显影操作，将为感光部分的光刻胶溶除，以获得所需的图形；显影后的硅片应立即用去离子水冲洗，之后将硅片放在匀胶机上旋转甩干上面的水渍；
7.后烘：将甩干后的硅片在烘胶台上烘干再次烘干，使显影后的光刻胶硬化，提高强度；
8.观测：在显微镜下观测拍照。
（二）光刻流程示意图
五．实验分析
光刻实验中，前烘、后烘、曝光、显影等过程都会对图形的转移产生重要的影响。前烘时间不足时，硅片表面还未干燥完全，导致光刻胶与基底不能牢固粘附，甚至在旋转涂覆光刻胶的过程中光刻胶不能在基底上形成足够厚度的膜层。后烘不足时，光刻胶硬度不够，图形易毁坏。在曝光过程中，曝光不足，光刻胶反应不充分，显影时部分胶膜被溶解，显微镜下观察会发现胶膜发黑；曝光时间过长，则使不感光的部分边缘微弱感光，产生“晕光”现象，边界模糊，出现皱纹。显影阶段，显影液溶度、显影时间都需要调整合适，否则易导致图形套刻不准确，边缘不整齐。
图a、b、c是本次实验后样品在显微镜下获得的照片。图a中可以发现图形排列出现乱序，说明光刻胶与基底部分区域粘附不紧密，光刻胶在硅基片上出现滑动；图b、c中可以清楚的看到图案边缘发黑，说明图形边界部分曝光不足；从样品图像上看，总体图形规整边缘整齐，硅基片上有许多黑色颗粒状的污染物，实验中对硅片的洁净度没有严格控制保护。
图a 图b
图c