文档介绍：集成电路工艺之光刻
精选课件
光刻
1、基本描述和过程
2、光刻胶
3、光刻机
4、光刻工艺
5、新技术简介
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光刻基本介绍
在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻
胶上的过程
将器件或电路接触式光刻机
设备简单
70年代中期前使
用
分辨率:有微米
级的能力
掩膜版和硅片直
接接触,掩膜版
寿命短
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接触式光刻机
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接近式光刻机
距硅片表面
10微米
无直接接触
更长的掩膜
寿命
分辨率:>3μm
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接近式光刻机
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投影光刻机（扫描型）
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步进光刻机
先进的IC 中最流行的光刻设备
高分辨率
非常昂贵
掩膜图形尺寸5X：10X能够得到更好的分辨率，但是，它的曝光时间是5X的四倍。曝光时间和分辨率折中的结果。
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光刻的基本步骤
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硅片清洗
去除沾污
去除微粒
减少针孔和其他缺陷
提高光刻胶黏附性
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硅片清洗工艺
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光刻工艺－前烘
去水烘干
去除硅片表面的水份
提高光刻胶与表面的黏附性
通常在100°C
与前处理同时进行
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光刻工艺－前处理
防止显影时光刻胶脱离硅片表面
通常和前烘一起进行
匀胶前硅片要冷却
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硅片冷却
匀胶前硅片需冷却
硅片在冷却平板上冷却
温度会影响光刻胶的黏度
–影响光刻胶的厚度
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匀胶
硅片吸附在真空卡盘上
液态的光刻胶滴在硅片的中心
卡盘旋转，离心力的作用下光刻胶扩散开
高速旋转，光刻胶均匀地覆盖硅片表面
先低速旋转~500 rpm
再上升到~3000-7000 rpm
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硅片自动输送轨道系统；真空卡盘吸住硅片；胶盘
排气系统；可控旋转马达；给胶管和给胶泵
边缘清洗（去边）
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去边(EBR)
光刻胶扩散到硅片的边缘和背面
在机械搬送过程中光刻胶可能回剥落成为微粒
正面和背面去边EBR
正面光学去边EBR
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匀胶后烘
使光刻胶中的大部分溶剂蒸发。
溶剂帮助得到薄的光刻胶膜但是吸收光且
影响黏附性
曝光后烘时间和温度取决于工艺条件
过烘:聚合,光敏性降低
后烘不足:影响黏附性和曝光
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硅片冷却
需要冷却到环境温度
硅片在冷却板上冷却
硅的热膨胀率:×10-6/°C
对于8英寸硅片,改变1°
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对准和曝光
接触式曝光：分辨率较高，但是容易造成掩膜版和光刻胶膜的损伤。
接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙(10～25m)，可以大大减小掩膜版的损伤，分辨率较低
投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影到衬底上，优点：掩模版与晶片不接触，掩模不受损伤；对准是观察掩模平面上的反射图像，不存在景深问题；掩模版上的图形是通过光学技影的方法缩小，并聚焦于感光胶膜上，掩模版上可以有比实际尺寸大得多的图像(通常掩模图形的尺寸是实际尺寸的1～10倍)，提高了对准精度，避免了微细图形制作的困难，也减弱了灰尘微粒的影响。
缺点：投影系统光路复杂,对物镜成像能力要求高。
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曝光后烘
玻璃转化温度Tg
烘烤温度大于Tg
光刻胶分子热迁移
过曝光和曝光不足的光刻胶分子重排
平衡驻波效应,
平滑光刻胶侧壁提高分辨率
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硅片冷却
PEB后，显影前，硅片放置在冷却板上冷却至环境温度
高温会加速化学反应引起过显影
光刻胶CD变小
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显影
显影液溶解部分光刻胶
正胶显影液通常使用弱碱性的溶剂
最常用的是四***氢铵
将掩膜上的图形转移到光刻胶上
三个基本步骤:显影－清洗－干燥
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显影后烘
使光刻胶中的溶剂蒸发
提高抗刻蚀和抗离子注入性
提高光刻胶和硅片表面的黏附性
聚合化并稳定光刻胶
光刻胶流动填平针孔
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图形检查
不合格的硅片将被去除光刻胶返工
–光刻胶的图形是临时性的
–刻蚀和注入后的图形是永久的.
光刻是可以返工的
刻蚀和注入后不能返工
光学显微镜
扫描电子显微镜(SEM)
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检查
对准精度
–放大,缩小,掩膜旋转,硅片旋转,
X方向漂移,Y方向漂移
关键尺寸(CD)
表面缺陷如，刮痕，针孔，污点，污染物等
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检查
如果硅片检查合格，将会流出光刻模块，进入下一道工艺
刻蚀或离子注入
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