集成电路制造工艺 课件 6光刻工艺1

光刻工艺第一讲光刻三要素微电子四大基本工艺之——本节课练习题：1.解释lithography、mask、photo、Etch、PR胶、Expose、UV、DUV、EUV含义2.光刻工艺的目的是什么？3.光刻三要素是什么？4.什么是亮场掩膜版?什么是暗场掩膜版？5.正胶和负胶的区别是什么？一、概述光刻(lithography)：通过光化学反应，将光刻版（mask）上的图形转移到光刻胶上。刻蚀(Etch)：通过腐蚀，将光刻胶上图形完整地转移到Si片上二、光刻的目的1.在晶圆表面建立尽可能接近设计规则中所要求尺寸的图形。2.在晶圆表面正确定位图形。晶圆上的最终的图形是用多个掩膜版按照特定的顺序在晶圆表面一层一层叠加建立起来的。layout（版图）非门图形定位的要求就好像是一幢建筑物每一层之间所要求的正确对准。如果每一次的定位不准，将会导致整个电路失效。除了对特征图形尺寸和图形对准的控制，在工艺过程中的缺陷水平的控制也同样是非常重要的。光刻操作步骤的数目之多和光刻工艺层的数量之大，所以光刻工艺是一个主要的缺陷来源。三、光刻三要素①光刻机

②光刻版（掩膜版）

③光刻胶光刻机的分类：

接触式光刻机接近式光刻机扫描投影式光刻机步进重复式光刻机步进扫描式光刻机光刻机最重要的参数为：曝光波长，数值孔径，套刻精度现代的步进投影光刻机一般由以下部分组成：1

缩小投影光学系统 2

照明光学系统3

自动版遮光系统4

版对位系统5

自动装版系统6

硅片对位系统7

自动聚焦系统8

自动找平系统9

高精度的硅片工作台10自动装片系统11环境控制系统12计算机控制处理系统光刻机掩模版掩膜版的质量要求若每块掩膜版上图形成品率＝90％，则6块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）6＝53％；10块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）10＝35％；15块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）15＝21％；最后的管芯成品率当然比其图形成品率还要低。掩膜版分亮场（明场）掩膜版和暗场掩膜版如果掩膜版的图形是由不透光的区域决定的，称其为亮场掩膜版；而在一个暗场掩膜版中，掩膜版上的图形是用相反的方式编码的，如果按照同样的步骤，就会在晶园表面留下凸起的图形。暗场掩膜版主要用来制作反刻金属互联线。光刻胶光刻胶组成：树脂（Resin）：粘合剂感光剂（Sensitizer）溶剂（Solvent）添加剂（如稳定剂，染色剂，表面活性剂）。光刻胶分为正胶和负胶。光刻胶正胶：曝光后会产生分解反应，被分解的分子在显影液中很容易被溶解，从而与未曝光部分形成很强的反差。负胶：曝光后产生交联（CrossLinking）反应，使其结构加强而不溶解于显影液。一般不用于特征尺寸小于0.3um的制造。正胶材料是邻位醌叠氮基化合物，常用的负胶材料是聚乙稀醇肉桂酸酯。光刻胶①正胶：显影时，感光部分溶解，未感光部分不溶解；②负胶：显影时，感光部分不溶解，不感光部分溶解。例如：聚乙烯醇肉桂酸脂系（负胶）①基体、感光剂－聚乙烯醇肉桂酸脂浓度：5-10%②溶剂－环己酮浓度：90－95％③增感剂－5-硝基苊浓度：0.5-1%光刻胶的基本属性:

分辨率 对比度γ

光敏度S抗蚀能力粘滞性/黏度

黏着力

表面张力

分辨率英文名：resolution。区别硅片表面相邻图形特征的能力,一般用关键尺寸（CD，CriticalDimension）来衡量分辨率。形成的关键尺寸越小，光刻胶的分辨率越好。对比度γ:表征曝光量与光刻胶留膜率的关系。对比度（Contrast）指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。对比度越好，形成图形的侧壁越陡峭，分辨率越好。以正胶为例临界曝光量D0：使胶膜开始溶解所需最小曝光量；阈值曝光量D100：使胶膜完全溶解所需最小曝光量；对比度γ直线斜率（对比度）：

对负胶

γ越大，光刻胶线条边缘越陡。

光敏度S（敏感度Sensitivity）:完成所需图形的最小曝光量。指光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长光的最小能量值（或最小曝光量）。单位：毫焦/平方厘米或mJ/cm2。光刻胶的敏感性对于波长更短的深紫外光（DUV）、极深紫外光（EUV）等尤为重要。光敏度S是光刻胶对光的敏感程度的表征；表征：S=n/E，

E-曝光量（lx·s，勒克斯·秒）；n-比例系数；正胶的S大于负胶抗蚀性（Anti-etching）表征光刻胶耐酸碱（或等离子体）腐蚀的程度。光刻胶必须保持它的粘附性，在后续的刻蚀工序中保护衬底表面、耐热稳定性、抗刻蚀能力和抗离子轰击能力。对湿法腐蚀：抗蚀能力较强；干法腐蚀：抗蚀能力较差。负胶抗蚀能力大于正胶；抗蚀性与分辨率的矛盾：分辨率越高，抗蚀性越差；粘滞性/黏度（Viscosity）是衡量光刻胶流动特性的参数。粘滞性随着光刻胶中的溶剂的减少而增加；高的粘滞性会产生厚的光刻胶；越小的粘滞性，就有越均匀的光刻胶厚度。光刻胶的比重（SG，SpecificGravity）是衡量光刻胶的密度的指标。它与光刻胶中的固体含量有关。较大的比重意味着光刻胶中含有更多的固体，粘滞性更高、流动性更差。粘度的单位：泊（poise），光刻胶一般用厘泊（cps，厘泊为1%泊）来度量。百分泊即厘泊为绝对粘滞率；运动粘滞率定义为：运动粘滞率=绝对粘滞率/比重。单位：百分斯托克斯（cs）=cps/SG。粘附性（Adherence）表征光刻胶粘着于衬底的强度。光刻胶的粘附性不足会导致硅片表面的图形变形。光刻胶的粘附性必须经受住后续工艺（刻蚀、离子注入等）。黏着力:表征光刻胶与衬底间粘附的牢固程度。评价方法：光刻后的钻蚀程度，即钻蚀量越小，粘附性越好。

增强黏着力的方法：①涂胶前的脱水；②HMDS；③提高坚膜的温度。表面张力：液体中将表面分子拉向液体主体内的分子间吸引力。光刻胶应该具有比较小的表面张力（SurfaceTension），使光刻胶具有良好的流动性和覆盖。四、CleanRoom洁净室洁净等级：尘埃数/m3；（尘埃尺寸为0.5μm）

10万级：≤350万，单晶制备；

1万级：≤35万，封装、测试；

1000级：≤35000，扩散、CVD；

100级：≤3500，光刻、制版；深亚微米器件（尘埃尺寸为0.1μm）

10级：≤350，光刻、制版；1