集成電路制造工藝 教學課件作者 劉新 彭勇 蒲大雁 主編 第9章 光刻工藝

第9章光刻工藝本章的學習目標：1.了解光刻主要的特征參數(shù)。2.掌握光刻膠的組成，能夠區(qū)分正性光刻膠和負性光刻膠。3.了解掩膜板的分類及制備工藝流程。4.掌握光刻工藝流程。5.了解常用的光刻機的組成及特點。

9.1光刻概念

圖9-1半導體制造工藝流程圖9-2光刻的基本原理光刻的特征參數(shù)（1）特征尺寸（2）分辨率（3）套準精度圖9-3焦深2.光刻膠（1）光刻膠的組成

傳統(tǒng)光刻膠一般由感光劑、增感劑、樹脂和溶劑組成。

光刻膠的組成（2）光刻膠的分類光學光刻膠主要分為負性光刻膠和正性光刻膠。正性光刻是把與掩膜版上相同的圖形復制到晶圓上。負性光刻是把與掩膜版上圖形相反的圖形復制到晶圓表面。圖9-4正性光刻和負性光刻3.掩膜版（1）掩膜版的制備流程：掩膜版有鉻版(chrome)、超微粒干版、氧化鐵版等，主要為基板和不透光材料。以下是基本的制造流程：1）制備空白版，常見的空白版有鉻版、氧化鐵版、超微粒干版三種；2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將IC版圖經(jīng)過分層、運算、格式等步驟轉(zhuǎn)換為制版設備所知的數(shù)據(jù)形式；3）刻畫，利用電子束或激光等通過原版對空白版進行曝光，將圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，即刻畫；4）形成圖形，對鉻膜、氧化鐵膜或明膠等進行刻蝕，形成圖形，最后除去殘膠；5）檢測與修補，測量關鍵尺寸，檢測針孔或殘余遮光膜等缺陷并對其進行修補；6）老化與終檢，在200～300℃的溫度下烘烤幾個小時，對其進行老化。（4）掩膜版分類圖9-5乳膠掩膜版和鉻膜掩膜版

9.2光刻的工藝流程

1.底膜處理底膜處理是光刻工藝的第一步，主要目的處理wafer表面，以增強wafer與光刻膠之間的粘附性。2.涂膠涂膠就是將光刻膠均勻的涂覆在wafer表面。光刻膠的涂覆有滴涂法和自動噴涂法兩種。圖9-7涂膠3.前烘涂膠完成后，仍有一定量的溶劑殘存在膠膜內(nèi)，需要進行前烘。前烘的主要目的有：使膠膜內(nèi)的溶劑揮發(fā)，增加光刻膠與襯底間的粘附性、光吸收以及抗腐蝕能力；緩和涂膠過程中膠膜內(nèi)產(chǎn)生的應力等。4.曝光曝光時，使掩膜版與涂上光刻膠的基片對準，用光源經(jīng)過掩膜版照射基片，使接受光照的光刻膠的光學特性發(fā)生變化，達到曝光的目的。

曝光有光學曝光和非光學曝光兩大類，詳細的又有接觸式曝光、接近式曝光、投影式曝光、X射線曝光、電子束曝光、離子束曝光等。5.顯影

顯影就是用顯影液溶解掉不需要的光刻膠，將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上。常見的顯影問題有顯影不足、不完全顯影以及過顯影三種。圖9-10常見的顯影問題

6.堅膜

堅膜就是對顯影后的基片進行烘烤，堅膜的目的是使殘留的光刻膠溶劑全部揮發(fā)，提高光刻膠與wafer表面的粘附性以及光刻膠的抗腐蝕能力。使光刻膠能確實起到保護圖形的作用，堅膜同時也除去了剩余的顯影液和水。7.刻蝕為了獲得真正的集成電路結(jié)構(gòu)，必須將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠下層的材料上，刻蝕就是來完成這一任務的?？涛g就是將涂膠前所淀積的薄膜中沒有被光刻膠覆蓋和保護的部分除去。8.去膠光刻膠在光刻過程中作為從掩膜版到wafer的圖形轉(zhuǎn)移媒介以及刻蝕時不需刻蝕區(qū)域的保護膜?？涛g完成后，光刻膠已經(jīng)不再有用，需要徹底除掉，這一工序就是去膠，常用的去膠方法有溶劑去膠、氧化去膠以及等離子去膠三種。光刻設備

1.接觸式光刻機圖9-14接觸式光刻機2.接近式光刻機

圖9-15接近式光刻機3.掃描投影光刻機掃描投影光刻機是利用反射鏡系統(tǒng)把有1:1圖形的整個掩膜版圖形投影到晶圓表面。由于掩膜版是1倍的，圖像就沒有放大或縮小，并且掩膜版圖形和晶圓上的圖形尺寸相同。紫外光線通過一個狹縫聚焦在晶圓上，能夠獲得均勻的光源，掩膜版和涂膠的晶圓被放置在掃描架上。并且一致地通過窄紫外光束對晶圓上的光刻膠曝光。由于發(fā)生掃描運動，掩膜版圖像最終光刻在晶圓表面。4.分步重復光刻機分步重復光刻機使用投影掩膜版，一個曝光場內(nèi)對應有一個或多個芯片的圖形。其光學投影曝光系統(tǒng)使用折射光學系統(tǒng)把版圖投影到晶圓上。分步重復光刻機的一大優(yōu)勢是它具