集成电路制造工艺 教学课件作者 刘新 彭勇 蒲大雁 主编 第9章 光刻工艺

第9章光刻工艺本章的学习目标：1.了解光刻主要的特征参数。2.掌握光刻胶的组成，能够区分正性光刻胶和负性光刻胶。3.了解掩膜板的分类及制备工艺流程。4.掌握光刻工艺流程。5.了解常用的光刻机的组成及特点。

9.1光刻概念

图9-1半导体制造工艺流程图9-2光刻的基本原理光刻的特征参数（1）特征尺寸（2）分辨率（3）套准精度图9-3焦深2.光刻胶（1）光刻胶的组成

传统光刻胶一般由感光剂、增感剂、树脂和溶剂组成。

光刻胶的组成（2）光刻胶的分类光学光刻胶主要分为负性光刻胶和正性光刻胶。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相反的图形复制到晶圆表面。图9-4正性光刻和负性光刻3.掩膜版（1）掩膜版的制备流程：掩膜版有铬版(chrome)、超微粒干版、氧化铁版等，主要为基板和不透光材料。以下是基本的制造流程：1）制备空白版，常见的空白版有铬版、氧化铁版、超微粒干版三种；2）数据转换，将IC版图经过分层、运算、格式等步骤转换为制版设备所知的数据形式；3）刻画，利用电子束或激光等通过原版对空白版进行曝光，将图形转移到光刻胶上，即刻画；4）形成图形，对铬膜、氧化铁膜或明胶等进行刻蚀，形成图形，最后除去残胶；5）检测与修补，测量关键尺寸，检测针孔或残余遮光膜等缺陷并对其进行修补；6）老化与终检，在200～300℃的温度下烘烤几个小时，对其进行老化。（4）掩膜版分类图9-5乳胶掩膜版和铬膜掩膜版

9.2光刻的工艺流程

1.底膜处理底膜处理是光刻工艺的第一步，主要目的处理wafer表面，以增强wafer与光刻胶之间的粘附性。2.涂胶涂胶就是将光刻胶均匀的涂覆在wafer表面。光刻胶的涂覆有滴涂法和自动喷涂法两种。图9-7涂胶3.前烘涂胶完成后，仍有一定量的溶剂残存在胶膜内，需要进行前烘。前烘的主要目的有：使胶膜内的溶剂挥发，增加光刻胶与衬底间的粘附性、光吸收以及抗腐蚀能力；缓和涂胶过程中胶膜内产生的应力等。4.曝光曝光时，使掩膜版与涂上光刻胶的基片对准，用光源经过掩膜版照射基片，使接受光照的光刻胶的光学特性发生变化，达到曝光的目的。

曝光有光学曝光和非光学曝光两大类，详细的又有接触式曝光、接近式曝光、投影式曝光、X射线曝光、电子束曝光、离子束曝光等。5.显影

显影就是用显影液溶解掉不需要的光刻胶，将掩膜版上的图形转移到光刻胶上。常见的显影问题有显影不足、不完全显影以及过显影三种。图9-10常见的显影问题

6.坚膜

坚膜就是对显影后的基片进行烘烤，坚膜的目的是使残留的光刻胶溶剂全部挥发，提高光刻胶与wafer表面的粘附性以及光刻胶的抗腐蚀能力。使光刻胶能确实起到保护图形的作用，坚膜同时也除去了剩余的显影液和水。7.刻蚀为了获得真正的集成电路结构，必须将光刻胶上的图形转移到光刻胶下层的材料上，刻蚀就是来完成这一任务的。刻蚀就是将涂胶前所淀积的薄膜中没有被光刻胶覆盖和保护的部分除去。8.去胶光刻胶在光刻过程中作为从掩膜版到wafer的图形转移媒介以及刻蚀时不需刻蚀区域的保护膜。刻蚀完成后，光刻胶已经不再有用，需要彻底除掉，这一工序就是去胶，常用的去胶方法有溶剂去胶、氧化去胶以及等离子去胶三种。光刻设备

1.接触式光刻机图9-14接触式光刻机2.接近式光刻机

图9-15接近式光刻机3.扫描投影光刻机扫描投影光刻机是利用反射镜系统把有1:1图形的整个掩膜版图形投影到晶圆表面。由于掩膜版是1倍的，图像就没有放大或缩小，并且掩膜版图形和晶圆上的图形尺寸相同。紫外光线通过一个狭缝聚焦在晶圆上，能够获得均匀的光源，掩膜版和涂胶的晶圆被放置在扫描架上。并且一致地通过窄紫外光束对晶圆上的光刻胶曝光。由于发生扫描运动，掩膜版图像最终光刻在晶圆表面。4.分步重复光刻机分步重复光刻机使用投影掩膜版，一个曝光场内对应有一个或多个芯片的图形。其光学投影曝光系统使用折射光学系统把版图投影到晶圆上。分步重复光刻机的一大优势是它具