光刻工艺介绍

光刻工艺简介目录光刻工艺原理光刻工艺过程光刻三要素光刻工艺原理制造光罩（原版）设计了决定半导体芯片功能和性能的电子电路。电路图被转移到几十块玻璃板上晶元的准备制备圆形晶片，作为半导体芯片的基片。将晶片加热，在其表面形成氧化膜，然后涂上光敏剂（光刻胶，抗蚀剂）光刻工艺原理将电路图案转移到晶元上为了将电路图案转移到晶片上，将光罩暴露在光下。通过使用缩小透镜聚焦光，甚至可以转移更精细的电路图案。电路图中的线越窄，可传输的半导体元件数量越多，因此芯片的性能和功能也就越高当暴露在光下时，光刻胶会发生变化，并且使用显影溶液去除暴露部分，这样电路图案就转移到了晶元上光刻工艺过程涂胶coating前烘prebaking曝光exposure显影development坚膜postbake涂胶氧化，清洗涂胶，前烘涂胶目的：在晶元表面形成厚度均匀，附着性强，没有缺陷的光刻胶薄膜脱水烘焙：经过清洁处理的晶元表面可能会含有一定的水分（亲水性表面），所以必须脱水烘焙，使其达到清洁干燥（憎水性表面），以便增加光刻胶与晶元表面的附着力。旋转涂胶法：把胶滴在晶元上，然后使晶元高速旋转，液态胶在离心力的作用下，由轴心沿径向飞溅出去，粘附在晶元表面的胶受粘附力的作用而留下。在旋转过程中胶所含的溶剂不断挥发，故可得到一层均匀的膜。转速与膜厚：膜厚与旋转速度的平方根成反比光刻工艺过程前烘probake去除胶内的溶剂，提高胶的表面粘附力提高胶的抗机械摩擦能力减小高速旋转形成的薄膜应力目的条件温度：90to120℃时间：60to120s光刻工艺过程前烘probake光刻胶与晶元粘附性变差因光刻胶中溶剂含量过高致使曝光的精度下降前烘不足前烘过量延长时间，产量下降过高的温度使光刻胶变脆，粘附性下降过高的温度会使光刻胶的感光剂发生反应，使光刻胶在曝光时的敏感度下降光刻工艺过程曝光Exposure光刻工艺过程曝光Exposure将电路图案转移到晶元上为了将电路图案转移到晶片上，将光罩暴露在光下。通过使用缩小透镜聚焦光，甚至可以转移更精细的电路图案。电路图中的线越窄，可传输的半导体元件数量越多，因此芯片的性能和功能也就越高当暴露在光下时，光刻胶会发生变化，并且使用显影溶液去除暴露部分，这样电路图案就转移到了晶元上光刻工艺过程曝光后烘焙驻波效应定义：入射光与反射光的相长与相消干涉造成的效应影响：曝光过程中，在曝光区与非曝光区边界将会出现驻波效应，影响显影后所形成的图形尺寸和分辨率改善措施：曝光后烘焙光刻工艺过程显影Development原理与显影过程显影时曝光区与非曝光区不同程度的溶解把已曝光的晶元浸入显影液当中，通过溶解部分光刻胶的方法使胶膜中的潜影显现出来显影留下的图形将在后续的刻蚀及离子注入工艺中做掩膜光刻工艺过程坚膜显影后进一步增强光刻胶粘附力光刻工艺过程光刻三要素光刻胶掩膜版（光罩）光刻机光刻胶光刻胶又叫抗蚀剂，它是由光敏化合物，基本树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体光刻胶受特定波长光线的作用后导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变光刻胶主要有两种正胶：曝光后显影时曝光部分被溶解，而没有曝光的部分被留下来——邻叠氮醌类负胶：曝光后显影时没有曝光部分被溶解，而曝光的部分被留下来——聚乙烯醇肉桂酸酯和聚乙烯氧乙基肉桂酸酯光刻胶对大部分可见光敏感，但对黄光不敏感光刻三要素光刻胶主要成分光刻三要素1.树脂(聚合物)：光照不发生反应，保证光刻胶的附着性和抗腐蚀性，决定光刻胶薄膜的膜厚，弹性和热稳定性。2.光敏剂(PAC)：受光辐照后发生化学反应，如果聚合物中不添加光敏剂，那么他对光的敏感性差，而且光谱范围较宽，添加特定的光敏剂后，可以增加感光灵敏度，而且限制反应光的光谱范围，或者把反应光限制在某一特定的波长。3.溶剂：使光刻胶在涂到晶元表面之前保持液态，添加溶剂的目的是使光刻胶处于液态，以便光刻胶能够通过旋转的方式涂在晶元表面掩膜版（光罩）掩膜版上的图形代表一层IC设计，将综合的布局图按照工艺分成各层掩膜版，如隔离区为一层，栅极区为另一层等，这些掩膜版的组合就是一组IC工艺流程光刻三要素光刻机光刻机主要指标分辨率：确定传输到晶圆（通过曝光）的电路图案可以有多精细叠加精度：每片晶圆需曝光多次。叠加精度表示晶片和光罩电路图案在移动后的覆盖精度。产出：描述电路模式曝光的速度。这是大规模生产半导体芯片的一个重要因素。光刻三要素光刻机——曝光光源光刻机种类光学非光学接触式投影式X射线电子束光刻机按照光源可分为两大类：光学和非光学光刻机，如右图所示普通光源波长范围大，图形边缘衍射现象严重，满足不了特征尺寸的要求晶元生产曝光光源短波长（波长越短可曝光的特征尺寸越小）高强度（为了保持合适的曝光时间）高稳定性光刻三要素光刻机——曝光光源晶元生产曝光光源最广泛使用的是高压汞灯，产生的光为紫外（UV）三条发射线I线（365nm）H线（405nm）G线（436nm）光刻三要素光刻机——曝光光源晶元生产曝光光源在深紫外（DUV）（180~330nm）波段范围内，目前准分子激光是最亮光源氟化氪（KrF）（248nm）氟化氩（ArF）（192nm）超细线条光刻技术极紫外（EUV）（13.4nm）电子束X射线离子束光刻三要素