文档介绍：光刻与刻蚀工艺流程
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光刻概述 Photolithography
临时性地涂覆光刻胶到硅片上
把设计图形最终转移到硅片上
IC制造中最重要的工艺
占用40 to 50% 芯片制造时间
决定着芯片的最小 图形易变形。
烘焙时间过长－增感剂挥发，导致曝光时间增长，
甚至显不出图形。
烘焙温度过高－感光剂反应（胶膜硬化），
不易溶于显影液，导致显影不干净。
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5&6、Alignment and Exposure
Most critical process for IC fabrication
Most expensive tool (stepper) in an IC fab.
Most challenging technology
Determines the minimum feature size
Currently μm and pushing to or μm
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对准和曝光设备
接触式曝光机
接近式曝光机
投影式曝光机
步进式曝光机（Stepper）
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接触式曝光机
设备简单
分辨率：可达亚微米
掩膜与圆片直接接触，掩膜寿命有限
微粒污染
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接触式曝光机
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接触式曝光
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接近式曝光机
掩膜与圆片表面有5－50μm间距
优点：较长的掩膜寿命
缺点：分辨率低（线宽> 3 um）
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接近式曝光机
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接近式曝光
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投影式曝光机
类似于投影仪
掩膜与晶圆图形 1:1
分辨率：～1 um
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投影系统
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步进式曝光机
现代IC制造中最常用的曝光工具
通过曝光缩小掩膜图形以提高分辨率
分辨率： μm 或更小
设备很昂贵
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步进-&-重复 对准/曝光
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曝光光源
短波长
高亮度（高光强）
稳定
高压汞灯
受激准分子激光器
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驻波效应
入射光与反射光干涉
周期性过曝光和欠曝光
影响光刻分辨率
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光刻胶中的驻波效应
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光刻7－曝光后烘焙（后烘，PEB）
机理：光刻胶分子发生热运动，过曝光和欠曝光的光刻胶分子发生重分布；
作用：平衡驻波效应，提高分辨率。
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PEB减小驻波效应
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光刻8－显影(Development)
显影液溶剂溶解掉光刻胶中软化部分
从掩膜版转移图形到光刻胶上
三个基本步骤:
– 显影
– 漂洗
– 干燥
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显影
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显影后剖面
正常显影
过显影
不完全显影
欠显影
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光刻9－坚膜（Hard Bake）
蒸发PR中所有有机溶剂
提高刻蚀和注入的抵抗力
提高光刻胶和表面的黏附性
聚合和使得PR更加稳定
PR流动填充针孔
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光刻胶热流动填充针孔
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坚膜（Hard Bake）
热板最为常用
检测后可在烘箱中坚膜
坚膜温度: 100 到130 °C
坚膜时间：1 到2 分钟
坚膜温度通常高于前烘温度
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坚膜的控制
坚膜不足
－光刻胶不能充分聚合
－造成较高的光刻胶刻蚀速率
－黏附性变差
过坚膜
－光刻胶流动造成分辨率变差
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光刻胶流动
过坚膜会引起太多的光刻胶流动，影响光刻的分辨率
正常坚膜
过坚膜
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光刻10－图形检测（Pattern Inspection）
• 检查发现问题，剥去光刻胶，重新开始
– 光刻胶图形是暂时的
– 刻蚀和离子注入图形是永久的
• 光刻工艺是可以返工的， 刻蚀和注入以后就不能再返工
• 检测手段：SEM（扫描电子显微镜）、光学显微镜
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图形检测
未对准问题：重叠和错位
- Run-out, Run-in, 掩膜旋转，晶圆旋转，X方向错位，Y方向错位
临界尺寸Critical dimension