光刻胶知识
感谢所有的原文作者，这里我只是略作整理，希望能对新手有所帮助。
光刻工艺
光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60%。
光刻机是生产线上最贵的机台，5～15百万美元/台。主要是贵在成像系统（由15～20个直径为200～300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。光刻部分的主要机台包括两部分：轨道机（Tracker），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning)
光刻工艺的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻胶具有高的光学敏感性；准确地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。
光刻工艺过程
一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。
1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking）
方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮气保护）
目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。
2、涂底（Priming)
方法：a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸气淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS 用量大。
目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。
3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating）
方法：a、静态涂胶（Static）。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）；
b、动态（Dynamic）。低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。
决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄；
影响光刻胶厚度均运性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时间点有关。
一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关（因为不同级别的曝光波长对应不同的光刻胶种类和分辨率）：
I-line最厚，约0.7～3μm；KrF的厚度约0.4～0.9μm；ArF的厚度约0.2～0.5μm。
4、软烘（Soft Baking）
方法：真空热板，85～120℃,30～60秒；
目的：除去溶剂（4～7%）；增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶玷污设备；
边缘光刻胶的去除（EBR，Edge Bead Removal）。光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离（Peeling）而影响其它部分的图形。所以需要去除。方法：a、化学的方法（Chemical EBR）。软烘后，用PGMEA或EGMEA去边溶剂，喷出少量在正反面边缘出，并小心控制不要到达光刻胶有效区域；b、光学方法（Optical EBR）。即硅片边缘曝光（WEE，Wafer Edge Exposure）。在完成图形的曝光后，用激光曝光硅片边缘，然后在显影或特殊溶剂中溶解
5、对准并曝光（Alignment and Exposure）
对准方法：a、预对准，通过硅片上的notch或者flat进行激光自动对准；b、通过对准标志（Align Mark），位于切割槽（Scribe Line）上。另外层间对准，即套刻精度（Overlay），保证图形与硅片上已经存在的图形之间的对准。
曝光中最重要的两个参数是：曝光能量（Energy）和焦距（Focus）。如果能量和焦距调整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的图形。表现为图形的关键尺寸超出要求的范围。
曝光方法：a、接触式曝光（Contact Printing）。掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩膜板上的图形分辨率相当，设备简单。缺点：光刻胶污染掩膜板；掩膜板的磨损，寿命很低（只能使用5～25次）；1970前使用，分辨率〉0.5μm。b、接近式曝光（Proximity Printing）。掩膜板与光刻胶层的略微分开，大约为10～50μm。可以避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤。但是同时引入了衍射效应，降低了分辨率。1970后适用，但是其最大分辨率仅为2～4μm。c、投影式曝光（Projection Printing）。在掩膜板与光刻胶之间使用透镜聚集光实现曝光。一般掩膜板的尺寸会以需要转移图形的4倍制作。优点：提高了分辨率；掩膜板的制作更加容易；掩膜板上的缺陷影响减小。
投影式曝光分类：
扫描投影曝光（Scanning Project Printing）。70年代末～80年代初，〉1μm 工艺；掩膜板1：1，全尺寸；
步进重复投影曝光（Stepping-repeating Project Printing或称作Stepper）。80年代末～90年代，0.35μm（I line）～0.25μm（DUV）。掩膜板缩小比例（4：1），曝光区域（Exposure Field）22×22mm（一次曝光所能覆盖的区域）。增加了棱镜系统的制作难度。
扫描步进投影曝光（Scanning-Stepping Project Printing）。90年代末～至今，用于≤0.18μm工艺。采用6英寸的掩膜板按照4：1的比例曝光，曝光区域（Exposure Field）26×33mm。优点：增大了每次曝光的视场；提供硅片表面不平整的补偿；提高整个硅片的尺寸均匀性。但是，同时因为需要反向运动，增加了机械系统的精度要求。
在曝光过程中，需要对不同的参数和可能缺陷进行跟踪和控制，会用到检测控制芯片/控片（Monitor Chip）。根据不同的检测控制对象，可以分为以下几种：a、颗粒控片（Particle MC）：用于芯片上微小颗粒的监控，使用前其颗粒数应小于10颗；b、卡盘颗粒控片（Chuck Particle MC）：测试光刻机上的卡盘平坦度的专用芯片，其平坦度要求非常高；c、焦距控片（Focus MC）：作为光刻机监控焦距监控；d、关键尺寸控片（Critical Dimension MC）：用于光刻区关键尺寸稳定性的监控；e、光刻胶厚度控片（PhotoResist Thickness MC）：光刻胶厚度测量；f、光刻缺陷控片（PDM，Photo Defect Monitor）：光刻胶缺陷监控。
举例：0.18μm的CMOS扫描步进光刻工艺。
光源：KrF氟化氪DUV光源（248nm）；数值孔径NA：0.6～0.7；焦深DOF：0.7μm 分辨率Resolution：0.18～0.25μm（一般采用了偏轴照明OAI_Off-Axis Illumination和相移掩膜板技术PSM_Phase Shift Mask增强）；套刻精度Overlay：65nm；产能Throughput：30～60wafers/hour（200mm）；
视场尺寸Field Size：25×32mm；
6、后烘（PEB，Post Exposure Baking）
方法：热板，110～1300C,1分钟。
目的：a、减少驻波效应；b、激发化学增强光刻胶的PAG产生的酸与光刻胶上的保护基团发生反应并移除基团使之能溶解于显影液。
7、显影（Development）
方法：a、整盒硅片浸没式显影（Batch Development）。缺点：显影液消耗很大；显影的均匀性差；b、连续喷雾显影（Continuous Spray Development）/自动旋转显影（Auto-rotation Development）。一个或多个喷嘴喷洒显影液在硅片表面，同时硅片低速旋转（100～500rpm）。喷嘴喷雾模式和硅片旋转速度是实现硅片间溶解率和均匀性的可重复性的关键调节参数。c、水坑（旋覆浸没）式显影（Puddle Development）。喷覆足够（不能太多，最小化背面湿度）的显影液到硅片表面，并形成水坑形状（显影液的流动保持较低，以减少边缘显影速率的变化）。硅片固定或慢慢旋转。一般采用多次旋覆显影液：第一次涂覆、保持10～30秒、去除；第二次涂覆、保持、去除。然后用去离子水冲洗（去除硅片两面的所有化学品）并旋转甩干。优点：显影液用量少；硅片显影均匀；最小化了温度梯度。
显影液：a、正性光刻胶的显影液。正胶的显影液位碱性水溶液。KOH和NaOH因为会带来可动离子污染（MIC，Movable Ion Contamination），所以在IC制造中一般不用。最普通的正胶显影液是四甲基氢氧化铵（TMAH）（标准当量浓度为0.26，温度15～250C）。在I线光刻胶曝光中会生成羧酸，TMAH显影液中的碱与酸中和使曝光的光刻胶溶解于显影液，而未曝光的光刻胶没有影响；在化学放大光刻胶（CAR，Chemical Amplified Resist）中包含的酚醛树脂以PHS形式存在。CAR中的PAG产生的酸会去除PHS中的保护基团（t-BOC），从而使PHS快速溶解于TMAH显影液中。整个显影过程中，TMAH没有同PHS发生反应。b、负性光刻胶的显影液。二甲苯。清洗液为乙酸丁脂或乙醇、三氯乙烯。
显影中的常见问题：a、显影不完全（Incomplete Development）。表面还残留有光刻胶。显影液不足造成；b、显影不够（Under Development）。显影的侧壁不垂直，由显影时间不足造成；c、过度显影（Over Development）。靠近表面的光刻胶被显影液过度溶解，形成台阶。显影时间太长。
8、硬烘（Hard Baking）
方法：热板，100～1300C（略高于玻璃化温度Tg），1～2分钟。
目的：a、完全蒸发掉光刻胶里面的溶剂（以免在污染后续的离子注入环境，例如DNQ酚醛树脂光刻胶中的氮会引起光刻胶局部爆裂）；b、坚膜，以提高光刻胶在离子注入或刻蚀中保护下表面的能力；c、进一步增强光刻胶与硅片表面之间的黏附性；d、进一步减少驻波效应（Standing Wave Effect）。
常见问题：a、烘烤不足（Underbake）。减弱光刻胶的强度（抗刻蚀能力和离子注入中的阻挡能力）；降低针孔填充能力（Gapfill Capability for the needle hole）；降低与基底的黏附能力。b、烘烤过度（Overbake）。引起光刻胶的流动，
使图形精度降低，分辨率变差。
另外还可以用深紫外线（DUV，Deep Ultra-Violet）坚膜。使正性光刻胶树脂发生交联形成一层薄的表面硬壳，增加光刻胶的热稳定性。在后面的等离子刻蚀和离子注入（125～2000C）工艺中减少因光刻胶高温流动而引起分辨率的降低。光学基础
光的反射（reflection）。光射到任何表面的时候都会发生反射，并且符合反射定律：入射角等于反射角。在曝光的时候，光刻胶往往会在硅片表面或者金属层发生反射，使不希望被曝光的光刻胶被曝光，从而造成图形复制的偏差。常常需要用抗反射涂层（ARC，Anti-Reflective Coating）来改善因反射造成的缺陷。
光的折射（refraction）。光通过一种透明介质进入到另一种透明介质的时候，发生方向的改变。主要是因为在两种介质中光的传播速度不同（λ=v/f）。直观来说是两种介质中光的入射角发生改变。所以我们在90nm工艺中利用高折射率的水为介质（空气的折射率为1.0，而水的折射率为1.47），采用浸入式光刻技术，从而提高了分辨率。而且这种技术有可能将被沿用至45nm工艺节点。
光的衍射或者绕射（diffraction）。光在传播过程中遇到障碍物（小孔或者轮廓分明的边缘）时，会发生光传播路线的改变。曝光的时候，掩膜板上有尺寸很小的图形而且间距很窄。衍射会使光部分发散，导致光刻胶上不需要曝光的区域被曝光。衍射现象会造成分辨率的下降。
光的干涉（interference）。波的本质是正弦曲线。任何形式的正弦波只要具有相同的频率就能相互干涉，即相长相消：相位相同，彼此相长；相位不同，彼此相消。在曝光的过程中，反射光与折射光往往会发生干涉，从而降低了图形特征复制的分辨率。
调制传输函数（MTF,Modulation Transfer Function）。用于定义明暗对比度的参数。即分辨掩膜板上明暗图形的能力，与光线的衍射效应密切相关。MTF=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)，好的调制传输函数，就会得到更加陡直的光刻胶显影图形，即有高的分辨率。临界调制传输函数（CMTF,Critical Modulation Transfer Function）。主要表征光刻胶本身曝光对比度的参数。即光刻胶分辨透射光线明暗的能力。一般来说光路系统的调制传输函数必须大于光刻胶的临界调制传输函数，即MTF>CMTF。
数值孔径（NA,Numerical Aperture）。透镜收集衍射光（聚光）的能力。NA=n*sinθ=n*（透镜半径/透镜焦长）。一般来说NA大小为0.5~0.85。提高数值孔径的方法：1、提高介质折射率n，采用水代替空气；2、增大透镜的半径；分辨率（Resolution）。区分临近最小尺寸图形的能力。R=kλ/(NA)=0.66/(n*sinθ)。提高分辨率的方法：1、减小光源的波长；2、采用高分辨率的光刻胶；3、增大透镜半径；4、采用高折射率的介质，即采用浸入式光刻技术；5、优化光学棱镜系统以提高k（0.4~0.7）值（k是标志工艺水平的参数）。
焦深（DOF，Depth of Focus）。表示焦点周围的范围，在该范围内图像连续地保持清晰。焦深是焦点上面和下面的范围，焦深应该穿越整个光刻胶层的上下表面，这样才能够保证光刻胶完全曝光。DOF=kλ/(NA)2。增大焦深的方法：1、增大光源的波长；2、采用小的数值孔径；3、利用CMP进行表面平坦化。由于前两种方法会降低分辨率，而分辨率是芯片制造所努力提升的重要参数，因此我们需
要在看上去相互矛盾的两个方面做出某种平衡。一般在保证基本的焦深要求下不降低分辨率，即以分辨率为主。所以，现在一般采用CMP平坦化技术保证足够的焦深。
掩膜板/光罩
掩膜板/光罩（Photo Mask/Reticle）硅片上的电路元件图形都来自于版图，因此掩膜板的质量在光刻工艺中的扮演着非常重要的角色。
1、掩膜板的分类：
光掩膜板（Photo Mask）包含了整个硅片的芯片图形特征，进行1：1图形复制。这种掩膜板用于比较老的接近式光刻和扫描对准投影机中。
投影掩膜板（Reticle）只包含硅片上的一部分图形（例如四个芯片），一般为缩小比例（一般为4：1）。需要步进重复来完成整个硅片的图形复制。一般掩膜板为6X6inch（152mm）大小，厚度约为0.09”~0.25”（2.28mm~6.35mm）。投影掩膜板的优点：1、投影掩膜板的特征尺寸较大（4×），掩膜板制造更加容易；
2、掩膜板上的缺陷会缩小转移到硅片上，对图形复制的危害减小；
3、使曝光的均匀度提高。
2、掩膜板的制造：
掩膜板的基材一般为熔融石英（quartz），这种材料对深紫外光（DUV，KrF-248nm，ArF-193nm）具有高的光学透射，而且具有非常低的温度膨胀和低的内部缺陷。掩膜板的掩蔽层一般为铬（Cr，Chromium）。在基材上面溅射一层铬，铬层的厚度一般为800~1000埃，在铬层上面需要涂布一层抗反射涂层（ARC，Anti-Reflective Coating）。
制作过程：a、在石英表面溅射一层铬层，在铬层上旋涂一层电子束光刻胶；b、利用电子束（或激光）直写技术将图形转移到电子束光刻胶层上。电子源产生许多电子，这些电子被加速并聚焦（通过磁方式或者电方式被聚焦）成形投影到电子束光刻胶上，扫描形成所需要的图形；c、曝光、显影；d、湿法或者干法刻蚀（先进的掩膜板生产一般采用干法刻蚀）去掉铬薄层；e、去除电子束光刻胶；d、粘保护膜（Mount Pellicle）。保护掩膜板杜绝灰尘（Dust）和微小颗粒（Particle）污染。保护膜被紧绷在一个密封框架上，在掩膜板上方约5~10mm。保护膜对曝光光能是透明的，厚度约为0.7~12μm（乙酸硝基氯苯为0.7μm；聚酯碳氟化物为12μm）。
3、掩膜板的损伤和污染
掩膜板是光刻复制图形的基准和蓝本，掩膜板上的任何缺陷都会对最终图形精度产生严重的影响。所以掩膜板必须保持“完美”。
使用掩膜板存在许多损伤来源：掩膜板掉铬；表面擦伤，需要轻拿轻放；静电放电（ESD），在掩膜板夹子上需要连一根导线到金属桌面，将产生的静电导出。另外，不能用手触摸掩膜板；灰尘颗粒，在掩膜板盒打开的情况下，不准进出掩膜板室（Mask Room），在存取掩膜板时室内最多保持2人。
因为掩膜板在整个制造工艺中的地位非常重要。在生产线上，都会有掩膜板管理系统（RTMS，Reticle Management System）来跟踪掩膜板的历史（History）、现状（Status）、位置（Location）等相关信息，以便于掩膜板的管理。
光刻胶
光刻胶是一种有机化合物，它受紫外光曝光后，在显影液中的溶解度会发生变化。一般光刻胶以液态涂覆在硅片表面上，曝光后烘烤成固态。
1、光刻胶的作用：a、将掩膜板上的图形转移到硅片表面的氧化层中；b、在后
续工序中，保护下面的材料（刻蚀或离子注入）。
2、光刻胶的物理特性参数：
a、分辨率（resolution）。区别硅片表面相邻图形特征的能力。一般用关键尺寸（CD，Critical Dimension）来衡量分辨率。形成的关键尺寸越小，光刻胶的分辨率越好。
b、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。
c、敏感度（Sensitivity）。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。
d、粘滞性/黏度（Viscosity）。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，Specific Gravity）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。
e、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）。
f、抗蚀性（Anti-etching）。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。
g、表面张力（Surface Tension）。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，使光刻胶具有良好的流动性和覆盖。
h、存储和传送（Storage and Transmission）。能量（光和热）可以激活光刻胶。应该存储在密闭、低温、不透光的盒中。同时必须规定光刻胶的闲置期限和存贮温度环境。一旦超过存储时间或较高的温度范围，负胶会发生交联，正胶会发生感光延迟。
3、光刻胶的分类
a、根据光刻胶按照如何响应紫外光的特性可以分为两类：负性光刻胶和正性光刻胶。
负性光刻胶（Negative Photo Resist）。最早使用，一直到20世纪70年代。曝光区域发生交联，难溶于显影液。特性：良好的粘附能力、良好的阻挡作用、感光速度快；显影时发生变形和膨胀。所以只能用于2μm的分辨率。
正性光刻胶（Positive Photo Resist）。20世纪70年代，有负性转用正性。正性光刻胶的曝光区域更加容易溶解于显影液。特性：分辨率高、台阶覆盖好、对比度好；粘附性差、抗刻蚀能力差、高成本。
b、根据光刻胶能形成图形的最小光刻尺寸来分：传统光刻胶和化学放大光刻胶。传统光刻胶。适用于I线（365nm）、H线（405nm）和G线（436nm），关键尺寸在0.35μm及其以上。
化学放大光刻胶（CAR，Chemical Amplified Resist）。适用于深紫外线（DUV）波长的光刻胶。KrF（248nm）和ArF（193nm）。
4、光刻胶的具体性质
a、传统光刻胶：正胶和负胶。光刻胶的组成：树脂（resin/polymer），光刻胶
中不同材料的粘合剂，给与光刻胶的机械与化学性质（如粘附性、胶膜厚度、热稳定性等）；感光剂，感光剂对光能发生光化学反应；溶剂（Solvent），保持光刻胶的液体状态，使之具有良好的流动性；添加剂（Additive），用以改变光刻胶的某些特性，如改善光刻胶发生反射而添加染色剂等。
负性光刻胶。树脂是聚异戊二烯，一种天然的橡胶；溶剂是二甲苯；感光剂是一种经过曝光后释放出氮气的光敏剂，产生的自由基在橡胶分子间形成交联。从而变得不溶于显影液。负性光刻胶在曝光区由溶剂引起泡涨；曝光时光刻胶容易与氮气反应而抑制交联。
正性光刻胶。树脂是一种叫做线性酚醛树脂的酚醛甲醛，提供光刻胶的粘附性、化学抗蚀性，当没有溶解抑制剂存在时，线性酚醛树脂会溶解在显影液中；感光剂是光敏化合物（PAC，Photo Active Compound），最常见的是重氮萘醌（DNQ），在曝光前，DNQ是一种强烈的溶解抑制剂，降低树脂的溶解速度。在紫外曝光后，DNQ在光刻胶中化学分解，成为溶解度增强剂，大幅提高显影液中的溶解度因子至100或者更高。这种曝光反应会在DNQ中产生羧酸，它在显影液中溶解度很高。正性光刻胶具有很好的对比度，所以生成的图形具有良好的分辨率。
b、化学放大光刻胶（CAR，Chemical Amplified Resist）。树脂是具有化学基团保护（t-BOC）的聚乙烯（PHS）。有保护团的树脂不溶于水；感光剂是光酸产生剂（PAG，Photo Acid Generator），光刻胶曝光后，在曝光区的PAG发生光化学反应会产生一种酸。该酸在曝光后热烘（PEB，Post Exposure Baking）时，作为化学催化剂将树脂上的保护基团移走，从而使曝光区域的光刻胶由原来不溶于水转变为高度溶于以水为主要成分的显影液。化学放大光刻胶曝光速度非常快，大约是DNQ线性酚醛树脂光刻胶的10倍；对短波长光源具有很好的光学敏感性；提供陡直侧墙，具有高的对比度；具有0.25μm及其以下尺寸的高分辨率。
光源
光刻是光源发出的光通过掩膜板和透镜系统照射到光刻胶的特定部分并使之曝光，以实现图形的复制和转移。波长越小、得到的图形分辨率越高。曝光光源的另外一个重要参数就是光的强度。光强定义为单位面积上的功率（mW/cm2），该光强应在光刻胶表面测量。光强也可以被定义为能量：单位面积上的光亮或亮度。曝光能量（剂量）＝曝光强度×曝光时间。单位：毫焦每平方厘米（mJ/cm2）。电磁波谱：整个可见光和不可见的电磁波。可见光谱（白光是所有可见光谱波长的光组成）：390nm～780nm；紫外光谱：4nm～450nm;
常见光源有：汞灯和准分子激光。另外，在先进或某些特殊场合也会用到其他曝光手段，如X射线、电子束和粒子束等。
1、汞灯（Mercury Lamp）
原理：电流通过装有氙汞气体的管子时，会产生电弧放电。电弧发射出一个特征光谱，包括波长处于240nm～500nm之间的紫外辐射光谱。
一般来说，特定波长的光源对应特定性能的光刻胶。在使用汞灯作光源时，需要利用一套滤波器去除不需要的波长和红外波长。所选择的波长应与硅片上的关键尺寸相匹配。高压汞灯一般用于Ｉ线（365nm）步进光刻机上。I line用于关键尺寸大于0.35μm的图形。
2、准分子激光（Excimer Laser）
20世纪80年代中期以来，激光光源以可以用于光学光刻。但是其可靠性和性能影响其在硅片生产上的实施直至90年代中期。其优点是可以提供较大的深紫外光强。迄今唯一用于光学曝光的激光光源是准分子激光。
原理：准分子是不稳定分子，由惰性气体原子和卤素构成，如氟化氩（ArF）。这些分子只存在于准稳定激发态。当不稳定的准分子分解成两个组成原子时，激发态发生衰减，同时发射出激光。激光器通过两个平板电极的高压（10～20kV）脉冲放电来激发高压惰性气体和卤素的混合物，使之维持着激发态的分子多于基态分子。实现连续发射激光。第一步激发：Kr*＋F2->KrF*＋F；第二步衰减：KrF*->Kr＋F＋DUV。
常见的准分子激光光源为248nm的KrF（用于关键尺寸大于0.13μm的图形）和193nm的ArF（用于关键尺寸大于0.08μm的图形）。
光刻中常见的效应和概念
1、驻波效应（Standing Wave Effect）
现象：在光刻胶曝光的过程中，透射光与反射光（在基底或者表面）之间会发生干涉。这种相同频率的光波之间的干涉，在光刻胶的曝光区域内出现相长相消的条纹。光刻胶在显影后，在侧壁会产生波浪状的不平整
解决方案：a、在光刻胶内加入染色剂，降低干涉现象；b、在光刻胶的上下表面增加抗反射涂层（ARC，Anti-Reflective Coating）；c、后烘（PEB，Post Exposure Baking）和硬烘（HB，Hard Baking）。
2、摆线效应（Swing Curve Effect）
现象：在光刻胶曝光时，以相同的曝光剂量对不同厚度的光刻胶曝光，从而引起关键尺寸（CD，Critical dimension）的误差。
3、反射切口效应（Notching Effect）
现象：在光刻胶曝光时，由于接触孔尺寸的偏移等原因使入射光线直接照射到金属或多晶硅上发生发射，使不希望曝光的光刻胶被曝光，显影后，在光刻胶的底部出现缺口。
解决方案：a、提高套刻精度，防止接触孔打偏；b、涂覆抗反射涂层。
4、脚状图形（Footing Profiles）
现象：在光刻胶的底部，出现曝光不足。使显影后，底部有明显的光刻胶残留。解决方案：a、妥善保管光刻胶，不要让其存放于碱性环境中；b、在涂覆光刻胶之前，硅片表面要清洗干净，防止硅基底上有碱性物质的残余。
5、T型图形（T-Top Profiles）
现象：由于表面的感光剂不足而造成表层光刻胶的图形尺寸变窄。
解决方案：注意腔室中保持清洁，排除腔室中的碱性气体污染。
6、分辨率增强技术（RET，Resolution Enhanced Technology）
包括偏轴曝光（OAI，Off Axis Illumination）、相移掩膜板技术（PSM，Phase Shift Mask）、光学近似修正（OPC，Optical Proximity Correction）以及光刻胶技术等。
a、偏轴曝光
改变光源入射光方向使之与掩膜板保持一定角度，可以改善光强分布的均匀性。但同时，光强有所削弱。
b、相移掩膜板技术（PSM，Phase Shift Mask）
在掩膜板上，周期性地在相邻的图形中，每隔一个图形特征对掩膜板的结构（减薄或者加厚）进行改变，使相邻图形的相位相差180度，从而可以达到提升分辨率的目的。
相移掩膜板技术使掩膜板的制作难度和成本大幅增加。
c、光学近似修正（OPC，Optical Proximity Correction）
在曝光过程中，往往会因为光学临近效应使最后的图形质量下降：线宽的变化；转角的圆化；线长的缩短等。需要采用“智能型掩膜板工程（Clever Mask Engineering）”来补偿这种尺寸变化。
7、显影后检测（ADI，After Development Inspection）
主要是检查硅片表面的缺陷。通常将一个无缺陷得标准图形存于电脑中，然后用每个芯片的图形与标准相比较，出现多少不同的点，就会在硅片的defect map 中显示多少个缺陷
8、抗反射涂层（ARC，Anti-Reflective Coating）
光刻胶照射到光刻胶上时，使光刻胶曝光。但同时，在光刻胶层的上下表面也会产生反射而产生切口效应和驻波效应。
a、底部抗反射涂层（BARC，Bottom Anti-Reflective Coating）。将抗反射涂层涂覆在光刻胶的底部来减少底部光的反射。有两种涂层材料：有机抗反射涂层（Organic），在硅片表面旋涂，依靠有机层直接接收掉入射光线；无机抗反射涂层（Inorganic），在硅片表面利用等离子增强化学气相沉积（PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition）形成。一般材料为：TiN或SiN。通过特定波长相位相消而起作用，最重要的参数有：材料折射率、薄膜厚度等。
b、顶部抗反射涂层（TARC，Top Anti-Reflective Coating）。不会吸收光，而是通过光线之间相位相消来消除反射。为一层透明的薄膜。
下一代光刻技术
1、浸入式光刻技术（Immersion Lithography）
由公式R=k*λ/(NA)==kλ/(n*sinα)，空气的折射率为1，水的折射率为1.47（相对于193nm的深紫外光而言）；所以，用水来代替空气，可以提高光刻系统的数值孔径（NA，Numerical Aperture），最终可以提升分辨率。在ITRS2003版本中，增加了浸入式光刻，作为45nm节点的解决方案。近年，浸入式光刻发展非常迅猛，并获得了产业界持续发展的信心。在ITRS2005版本中，已将浸入式光刻列为32nm甚至22nm节点的可能解决方案
挑战：气泡问题（Water Bubble）；温度不均匀（Temperature Effect）。下一步发展中的挑战在于研发高折射率的抗蚀剂、高折射率的液体和高折射率的光学材料。
2、深紫外光刻（DUV，Deep Ultra-Violet Lithography）
通过缩小光源的波长来改善分辨率。F2的准分子激光光源157nm。有望成为50～70nm的解决方案。需要同浸入式结合才有可能存在，而且可能性比较小的选择。挑战：易被氧气吸收，需要真空环境；光强比较弱，易被透镜吸收，折射透镜系统设计非常复杂；高灵敏度的光刻胶。
3、极紫外光刻（EUV，Extreme Ultra-Violet Lithography）
又称作软X射线（Soft X-ray）。极紫外光的波长为11～14nm，可以大幅提升分辨率。由于极紫外光非常容易被吸收，所以光学系统（透镜等）和掩膜板都要采用反射式传递图形信息。光刻胶为PMMA。在ITRS2005版本中，已将EUV光刻列为32nm、22nm甚至16nm节点的可能解决方案。
挑战：极紫外光容易被吸收，必须真空环境；掩膜板很特殊，制作困难；设备的成本很高。
4、电子束直写光刻（EBL，Electron Beam Direct-Write Lithography）
电子束的能量越高，波长越短。一般为0.1nm。利用尺寸非常小的电子束在光刻胶上直写，不需要掩膜板。可以用电磁场聚焦，易于控制。现在用于掩膜板的制
作。光刻胶为PMMA。可以作为10nm的潜在解决方案。
挑战：因为会发生电子散射而产生临近效应；常能低，大概1片/小时。
5、电子束投影光刻（EPL，Electron Projection Lithography）
采用掩膜板的电子束投影，其产能比较高。波长约0.1nm。（在ITRS2004版本中，已经取消电子束投影光刻技术作为45nm节点以后的可能解决方案）
挑战：电子束的散射引起的临近效应。
6、角度限制投影电子束光刻（SCALPEL，Scattering with Angular Limitation E-beam Lithography）
掩膜板的基底材料是铍（Be），阻挡层是金（Au）。通过对入射电子的不同散射，使大散射部分（通过阻挡层的电子），不会使光刻胶曝光。它的掩膜板制作比极紫外光刻容易；具有大的焦深；可以用深紫外光刻胶；100Kev的能量。（在ITRS2004版本中，已经将PEL光刻技术撤销，因为该技术只是作为地区性的解决方案）
7、离子束投影光刻（IPL，Ion-Beam Projection Lithography）
与电子束直写光刻技术类似。不需要掩膜板，应用高能粒子束直写。粒子束的散射没有电子束那么强，所以具有更好的分辨率。使用PMMA光刻胶。常用于：掩膜板的修复；监测和修复IC电路。（在ITRS2003版本中，已经将离子束投影光刻技术撤销）
挑战：粒子束的产生没有电子束容易；产能很低。
8、紫外纳米压印光刻（UVNIL，Ultra-Violet Nanoimprint Lithography）
紫外纳米压印技术是一种高产能、低成本、高分辨率的光刻技术。图形的分辨率直接决定于模板的分辨率。主要工艺过程：模板制作、硅衬底滴胶、压印、曝光、脱模、反映离子刻蚀。图形精度可以达到5nm。ITRS2005中，紫外纳米压印作为32nm、22nm甚至16nm的潜在解决方案。
9、双重图形光刻（Double Pattering Lithography）
将设计版图分成两块掩膜板以降低光刻图形间距要求的技术。在ITRS2006修正版中，将双重图形光刻作为潜在的45nm光刻解决方案之一。将一套高密度的电路图分解成为两套独立的、密度低一些的图形。它的基本步骤是先印制一半的图形，显影，刻蚀；然后重新旋涂一层光刻胶，再印制另一半的图形，最后利用硬掩膜或者是选择性刻蚀来完成整个光刻过程。如果配合浸入式光刻技术，可能将推至22nm的水平
挑战：两次曝光之间的套刻精度；掩膜板的制作；产能降低
从第一个晶体管问世算起，半导体技术的发展已有多半个世纪了，现在它仍保持着强劲的发展态势，继续遵循Moore定律即芯片集成度18个月翻一番，每三年器件尺寸缩小0.7倍的速度发展现在片径已达300mm，DRAM半节距已达150nm，MPU 栅长达100nm。大尺寸、细线宽、高精度、高效率、低成本的IC生产，对半导体设备带来前所未有的挑战。为此，世界上各半导体设备厂商，集中优势力量，加大研发投资，进行攻关，抢占制高点，同时又加强联合、兼并，做到优势互补，力争不失时机地为新一代技术提供大生产设备。本文就当前最为关键的半导体设备做一介绍。
一、硅片直径300mm要适合多代技术的需求
经济利益的驱动是硅片直径由200mm向300mm转移的主要因素，300mm的出片率是200mm的2.5倍，单位生产成本降低30%左右。300mm工厂投资为15到30亿美元，其中约75%用于设备投资，因此用户要求设备能向下延伸3至4代。
300mm片径是从180nm技术节点切入的，这就要求设备在150nm、130nm，甚至100nm仍可使用。
300mm要适合多代技术的需求，它面临IC生产中的新工艺、新材料和新结构的挑战。对逻辑IC来说，它涉及铜布线、低介电常数（k＜3）和超低介电常数（k ＜2.6）介质，低电阻率接触材料，低电阻率栅材料，薄栅和高k介质，浅源/漏延伸区和抬高源/漏结构。对DRAM来说，它涉及储存电容的新材料，如五氧化二钽（Ta2o5）、钡锶钛（BST）和铂锆钛（PZT）等，新的电极材料如铂、氮化钛等，垂直叠层和高深/宽比沟槽电容，高深/宽比（＞10：1）接触等。此外，还有大面积刻蚀中的CD控制和选择性，反应室中的微粒控制和金属沾污，CMP 的质量与成本，193nm曝光的精度、均匀性和效率，高精度、高效率的检测等。
为了推进300mm的大生产，设备厂商在几年前就着手解决这方面问题，如Canon于1995年着手300mm曝光机，推出了EX3L和i5L步进机，于1997-1998年提供日本半导体超前边缘技术（SELETE）集团使用，ASML公司的300mm步进扫描曝光机使用193nm波长，型号为FPA-5000，也于1999年提供给SELETE使用。现在Canon的第三代300mm曝光机的混合匹配曝光能力已达到＜110nm。在刻蚀方面如英国Trikon公司采用的螺旋波等离子体（MORI）源，在电磁场作用下控制等离子体和改善均匀性，它能在300mm片内对氧化物介质均匀地刻25nm 通孔，深/宽比达30：1。目前300mm片径生产180nm、150nm、130nm的IC设备都已进入生产线，100nm的也开始提供。
300mm生产有约500道工序，以年产12.5万片计算，片子约有500万次交接，任何一次失效，将对工厂流水生产带来极大影响。300mm片盒放25片重8公斤，价格15000美元，为减轻劳动、安全、无磨损、无沾污的传送，现在普遍采用正面打开的统一标准箱（FOUP），FOUP的传送采取计算机控制下的悬挂式空中传送（UMHS），它既节省了超净间面积，还可用于临时存放片子，具有可操作性和可变换性的特点。
西门子公司和Motorola公司于1998年率先在德国德勒斯登建立300mm引导线，使用180nm技术生产存储器，月产1500片。根据美国“固态杂志”今年5月统计，已建成300mm的厂有四家；于今年开始建厂的有四家；2001年后开始建厂的有九家；另外已宣布建厂的有十一家。国际半导体技术发展路线（ITRS）曾设定：从1998年下半年开始，片径将增加到300mm；到2001年或2002年300mm 片径的生产量将达到最大值。现在的发展正逼近这个目标。
300mm之后将是450mm，目前已处于研究阶段，2003年前后进入开发阶段，2009年进入生产阶段；片径675mm的研究预计在2006年开始研究。
二、光学曝光当前曝光的主流技术
曝光是芯片制造中最关键的制造工艺，由于光学曝光技术的不断创新，它一再突破人们预期的光学曝光极限，使之成为当前曝光的主流技术。1997年美国GCA公司推出了第一台分步重复投影曝光机，被视为曝光技术的一大里程碑，1991年美国SVG公司又推出了步进扫描曝光机，它集分步投影曝光机的高分辨率和扫描投影曝光机的大视场、高效率于一身，更适合＜0.25μm线条的大生产曝光。
为了提高分辨率，光学曝光机的波长不断缩小，从436mm、365mm的近紫外（NUV）进入到246mm、193mm的深紫外（DUV）。246nm的KrF准分子激光，首先用于0.25μm的曝光，后来Nikon公司推出NSR-S204B，用KrF，使用变形照明（MBI）可做到0.15μm的曝光。ASML公司也推出PAS.5500/750E，用KrF，
使用该公司的AERILALⅡ照明，可解决0.13μm曝光。但1999ITRS建议，0.13μm 曝光方案是用193nm或248nm＋分辨率提高技术（RET）；0.10μm曝光方案是用157nm、193nm＋RET、接近式X光曝光（PXL）或离子束投影曝光（IPL）。所谓RET是指采用移相掩模（PSM）、光学邻近效应修正（OPC）等措施，进一步提高分辨率。值得指出的是：现代曝光技术不仅要求高的分辨率，而且要有工艺宽容度和经济性，如在RET中采用交替型移相掩模（alt PSM）时，就要考虑到它的复杂、价格昂贵、制造困难、检查、修正不易等因素。
人们出于对后光学技术可能难以胜任2008年的70nm，2011年的50nm担心，正大力研发下一代（NGL）非光学曝光，并把157nmF2准分子激光曝光作为填补后光学曝光和下一代非光学曝光间的间隙。
三、F(2)准分子激光曝光改善了折反射光学系统的性能
波长为157nm的F2准分子激光器的特点是带宽很窄，Cymer公司的产品，其带宽为0.6～0.7pm，窄带宽改善了折反射光学系统的性能。折反射光学系统的关键是分束器立方体，它使用CaF2材料，能有效地减少束程和系统的体积，大尺寸易碎的CaF2一直是157nm曝光的制约因素，现在SVGL已展出了12～15英寸的CaF2单晶锭，这为制造大数值孔径的折反射分束器设计扫清了道路。同时对单层抗蚀剂和在辐照下透明、持久、可靠的掩模保护膜进行了研究，SEMATECH在加州召开的157nm曝光研讨会上，宣布这方面已取得了重大进展，现在美国的SVGL、ltratech和英国的Exilech公司都在研制整机，SVGL公司准备今年底出样机，明年底出生产型设备。首台售价约1300万美元。
比利时的微电子研究中心（IMEC）与ASML公司合作建立了157nm基地，这个基地于已经开始工作，在2003年生产，它要求各种相关工艺配套，为70nm CMOS 流片创造条件。此外，日本SELETE也在加紧工作。SEMATECH则购买Exitech公司的曝光机开展针对掩模光胶、胶的处理工艺、匀胶显影轨道系统、胶的刻蚀性能和相关测量技术等方面的研究。
四、极紫外曝光欧洲和日本诸公司正在研究
1997年由Intel、AMD、Micron、Motorola、SVGL、USAL、ASML组成极紫外有限公司（EUVLLC）和在加州的三个国家实验室参加，共同研发波长为13nm 的极紫外（EUV）光刻机样机，在加州Livermore的Sandia国家实验室推出的样机被视为光刻的一个重要里程碑。据国际半导体杂志Aaron Hand介绍，光源是几个研究单位联合研制的；13nm的波长太短，几乎所有材料都能吸收它，研制捕获这种光的装置十分困难；反射镜光学表面为非球面，表面形貌及粗糙度小于一个原子；所有光学元件表面涂有达40层的多层反射层，每层厚约λ/4，控制在0.1埃精度；EUV光刻采取新的环境控制，来抑制沾污；短波长，无缺陷掩模制作难度极大；样机采用nm级精度无摩擦的磁悬浮工作台。据EUVLLC项目经理Chuck Gwyn介绍，样机是第一步，下一步要研制生产机型为今后几年的生产做准备。现在更多用户表示要采用，并希望参与
其中。在欧洲，蔡司、ASML和牛津公司在共同研究；在日本，Nikon、Canon和MC在共同研究。
五、限角散射电子束投影曝光被众多厂家看好
限角散射电子束投影曝光（SCALPEL）是高亮度电子源，经磁透镜聚焦产生电子束对掩模进行均匀照明，掩模是在低原子序数材料膜上覆盖高原子序数材料层组成，图形制作在高原子序数材料上。掩模是4倍放大，用格栅支撑。低原子序数的膜，电子散射弱，散射角度小，高原子序数的图形层，电子散射强，散射角
度大，在投影光学装置的背焦面上有光阑，小散射角度电子通过光阑，在片子上形成缩小4倍的图像，再经过工作台步进实现大面积曝光。
SCALPEL的优点是：分辨率高、焦深长、不需要邻近效应校正，生产率高，它没有EUV系统中昂贵的光学系统，也不需要X光的高成本光源，而且掩模成本比其它方法要低，故被众多厂家看好，Lucent、Motorola、Samsung、TI、eLith、ASAT、ASML等公司都参与其==同开发，在2002年推出＜100nm大生产设备。
六、变轴浸没透镜缩小投影曝光准备在2002年前后推出生产型设备
由IBM的Hans Pfeiffer领导的电子束研究已有30年历史，开发了变轴浸没透镜缩小投影曝光（PREVAIL）技术，Nikon公司看好这项技术，与IBM合作，准备用这项技术研制高分辨率与高生产率统一的电子束步进机。在PREVAIL样机上，电子轰击钽单晶形成电子束，在中间掩模上形成1mm2子场，经电子透镜产生4∶1缩小图像；在片子上形成250μm2图形，电子束经曲线可变轴电子透镜（CVAL）在掩模平面上可偏移±10mm，在片子上则为±2.5mm，而掩模和片子同时连续移动，形成整个电路图形的曝光。在PREVAIL样机上用75KV加速电压，用700nm厚的光胶，做80nm间隔线条，束偏移±2.5mm，曝光结果证实：偏移束和不偏移束形成的图像很少有差异，进一步证明了这种原理的可行性。Nikon 的Kazuya Okamoto指出：现在光胶和掩模已不是主要问题，当前在致力于大的发射源、均匀的掩模照明和具有大子场、大偏移、对掩模热负荷小的低畸变透镜，这种电子束步进机将用于100nm曝光，并可延伸到50nm，产量＞20片/时（300mm 片），在2002年或2003年推出生产型设备。
七、电子束直写在SOC的开发中，更具灵活性
电子束（EB）具有波长短、分辨率高、焦深长、易于控制和修改灵活的特点，广泛应用于光学和非光学曝光的掩模制造。电子束直写能在圆片上直接做图，但其生产率很低，限制了使用，在下一代曝光（NGL）中，能否使EB的高分辨与高效率寻得统一，是EB开发商追求的目标。
美国硅谷的离子诊断（Ion Diagnostic）公司开发了微型电子束矩阵，可同时平行直写，称电子束曝光系统（MELS），它设计了201个电子光学柱，每柱32电子束，用于300mm片子的曝光。电子束的产生采用微细加工方法制造的场致发射冷阴极，每束供15nA，每柱供480nA。用三腔集成制造系统，生产率可达90片/时，MELS的目标是70nm高效曝光，并争取延伸到35nm。
21世纪集成电路（IC）向系统集成（IS）方向发展，在系统集成芯片（SOC）的开发中，电子束直写（EBDW）比其它方法更具灵活性，它可直接接受图形数据成像，毋需复杂的掩模制作，因此前景十分诱人。日本东芝、Canon和Nikon 已联手进行研究高效的EBDW，美国IBM曾在这方面做过探索，也准备加入其中。
八、X光曝光作为下一代曝光技术前景诱人
X光曝光（XRL）具有波长短、焦深长、生产率高、宽容度大、曝光视场大、无邻近效应、对环境不敏感等特点，作为下一代曝光技术具有诱人的前景，近年来人们一直致力于X光光源和掩模的研究，使之成为有竞争力的下一代曝光设备。
日本1996年成立了超先进电子技术联盟（ASET）对X光曝光进行研究。日本NTT公司研制了用于制造X光掩模的EBX3电子束曝光机。日本NEC则已做出100nm线宽的用于4GDRAM的X光掩模。在主机方面，Canon公司开发了第二代X 光步进机XRA-1000，产量达60片/时，供ASET使用。在同步辐射源（SOR）方面，住友重工积累了多年经验开发了Aurora-2s同步辐射装置。在工艺研究方面，
富士通、ASET和NTT公司用接近式X光曝光（PXL）做出了80nm器件。去年，日本Kitayama提出对PXL进行延伸，不用0.8nm而用0.4nm波长，则线宽可到25或35nm，当用0.4nm波长时，掩模吸收层必须200nm厚，而掩模膜必须用金刚石，其厚度为0.8nm时的2至3倍。
在美国，XRL在麻省理工大学、威斯康星大学和路易斯安那州大学进行研发，佛蒙达州的SAL公司制造PXL设备。X光点光源由美国科学实验室（SRL）、JMAR 和ALFT三家研发，SRL有千瓦级的密集等离子体X射线源（DPFX），SAL公司用DPEX源制造了XRS-2000曝光机，用于洛克希德-马丁公司的Sanders生产线上，生产0.15μmGaAs的MMIC芯片，其掩模则由佛蒙达州的光掩模中心（MCDC）制作。麻省理学院的Henry I.Smith认为：近年来美国对PXL有所忽视，而日本在ASET组织下继续发展，取得了很大成果，假如日本用PXL制作100-25nm器件取得成功，那么，日本芯片制造商将在几年内无对手，而器件制造方法也将随之改变。
九、离子投影曝光力争尽快推出商业化设备
离子投影曝光（IPL）就是由气体（氢或氦）离子源发出的离子通过多极静电离子透镜投照于掩模并将图像缩小后聚焦于涂有抗蚀剂的片子上，进行曝光和步进重复操作。IPL具有分辨率高而焦深长，数值孔径小而视场大，衍射效应小，损伤小，产量高，而且对抗蚀剂厚度变化不敏感，工艺成本低等特点。
德国FhG ISiT公司在IPL上用深紫外光胶，做出50nm的间隔线条，证实了这项技术用于曝光的可行性。欧洲应用微电子开发项目（MEDEA）从1997年开始，投资3600万美元开发IPL，参加的单位有ASML、Leica、IMS公司等。目标是对300mm片子曝光，分辨率＜100nm，生产率为75片/时。IPL是缩小曝光，需要4倍的硅膜镂孔掩模，它面临应力和入射离子造成的发热。小的掩模变形，导致大的曝光尺寸误差，为此采取了对膜进行掺杂，对膜增加保护层，设计了冷却系统，并通过有限元分析改进了掩模框架的设置，避免气流对掩模造成振动。从加州召开的研讨会上看IPL已经克服了众多技术难题，现在正在对离子光学柱、图像锁定系统进行攻关，力争尽快推出商业化设备。参加IPL研制的Ehrmann 认为：虽然SEMATECH看好EUV和EPL，但这并不意味IPL失去最后成功的机会。
光刻胶配方分析成分组成解析
一、项目背景 光刻胶是一类利用光化学反应进行精细图案转移的电子化学品。光刻胶在曝光区域发生化学反应，造成曝光和非曝光部分在碱液中溶解性产生明显的差异，经适当的溶剂处理后，溶去可溶部分，得到所需图像。根据化学反应机理，分负性胶和正性胶两类。经曝光、显影后，发生降解反应，溶解度增加的是“正性胶”;发生交联反应，溶解度减小的是“负性胶”。 通常负性胶的灵敏度高于正性胶，而正性胶的分辨率高于负性胶，正性胶对比度高度负性胶。 二、项目特点 1)感光度，指在胶膜上产生一个良好图形所需一定波长的光的能量值，即曝光量。 2)分辨率，是光刻工艺的一个特征指标，表示在基材上能得到的立体图形良好的最小线路； 3)对比度，指光刻胶从曝光区域到非曝光区域过渡的陡度，对比度越好，得到的图形越好； 4)残膜率，经曝光显影后，未曝光区域的光刻胶残余量； 5)涂布性，光刻胶在基材表面形成无针孔、无气泡、无缺陷、膜厚均一； 6)耐热性，光刻工艺中，经过前烘使光刻胶中的溶剂蒸发，得到膜厚均一的胶膜；经过后烘，进一步蒸发溶剂，提高光刻胶在显影后的致密度，增强胶膜与基板的粘附性。这两个过程都要求光刻胶有一定的耐热性； 7)粘附性，蚀刻阶段，光刻胶有抗蚀刻能力； 8）洁净度，对微粒子和金属离子含量等材料洁净度的影响； 三、项目开发价值 a. 如何提高显影质量，光刻胶在显影过程中，通常会出现显影不足、不完全显影、过显影等问题，如何正确显影至关重要； b.如何提高对比度，光刻胶形成图形的侧壁越陡峭，对比度越好，质量越高； c. 如何进一步提高分辨率，光刻胶在集成电路的应用等级，分为普通宽普光刻胶、g线（436nm）、i线（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、F2（157nm），以及最先进的EUV （＜13.5nm）线水平。等级越往上其极限分辨率越高，同一面积的硅晶圆布线密度就越大，性能越好。 d.如何提高去胶率，无论是湿法去胶还是干法去胶，光刻胶去除工艺都需要在低材料损伤、衬底硅材料损伤与光刻胶及其残留物去除效果之间取得平衡；
KrF光刻胶浸酸残留缺陷的机理研究及解决方案
KrF光刻胶浸酸残留缺陷的机理研究及解决方案 进入45/40nm技术节点以后，由于受到分辨率的限制，双栅极蚀刻光刻胶由之前通用的i-line （波长365nm）改成KrF（波长248nm）。另一方面，为减少栅极氧化层（Gate Oxide）去除后对硅表面的损伤，业界普遍将栅极氧化层湿法蚀刻药剂由蚀刻率较快的BOE （DHF+NH4F）改为DHF，导致蚀刻率极大的降低，从而导致湿法蚀刻工艺时间成几倍增加。而KrF光刻胶比起i-line光刻胶由于聚合物（polymer）等的不同而更容易被湿法药剂溶解剥落（melt and peeling），在长时间的DHF浸泡后极易形成脱落残留于尚未蚀刻完成的栅极氧化层的表面，从而导致栅极氧化层蚀刻不完全或极差的均匀性最终影响器件良率。 又由于目前业界栅极氧化层湿法蚀刻普遍采用在酸槽(wet bench)中的成套工艺，即在同一个酸槽设备里连续经过去氧化层，去光刻胶和去polymer的工艺流程，最后得到清洁的wafer表面，即使在中间过程(去氧化层)中出现光刻胶脱落残留而导致栅极氧化层蚀刻不完全或极差的均匀性，但由于栅极氧化层通常很薄(50～60A)不会形成色差，所以很难检查得到。
在栅极氧化层湿法蚀刻开发过程中，我们加入中间过程缺陷检测步骤，即在DHF去氧化层后的缺陷检测，结果发现大量的光刻胶脱落残留现象。 根据实验数据和材质特性，我们从不同层面进一步分析了产生光刻胶残留缺陷的机理。一方面是KrF光刻胶本身所具有的疏水性。光酸（PAG）在曝光的作用下产生助剂（Inhibitor），然后助剂经过烘焙产生可溶物最后被溶剂溶解，非曝光的部分也就是最终留下来的光刻胶将被当作湿法刻蚀的非蚀刻区阻挡层。最终这层作为阻挡层的KrF光刻胶含有甲基自由基等而形成疏水性。这种疏水性不利于被酸液浸泡后生成的光刻胶脱落残留的溶解。如前所述，KrF光刻胶比起i-line光刻胶由于聚合物等的不同而更容易被湿法药剂溶解剥落，在长时间的DHF浸泡后极易形成脱落残留于尚未蚀刻完成的栅极氧化层的表面。
光刻胶的发展及应用
Vo.l14,No.16精细与专用化学品第14卷第16期 F i n e and Specialty Che m ica ls2006年8月21日市场资讯 光刻胶的发展及应用 郑金红* (北京化学试剂研究所,北京100022) 摘 要:主要介绍了国内外光刻胶的发展历程及应用情况,分析了国内外光刻胶市场状况及未来走向,并在此基础上阐述了我国光刻胶今后的研发重点及未来的发展方向。 关键词:集成电路;光刻胶;感光剂 D evelop m ent T rends and M arket of Photoresist Z HENG J in hong (Be iji ng Instit u te o f Che m ica l R eagents,Be iji ng100022,Chi na) Abstrac t:The deve l op m ent course and app licati on o f photoresist i n Chi na and abroad we re i ntroduced.The m arket sta t us and head i ng d irec tion o f pho toresist in Ch i na and abroad w ere also analyzed.T he research f o cuses and deve l op m ent trends of pho t o res i st i n Ch i na w ere descri bed. K ey word s:i n teg ra ted c ircuit;photoresist;photosensiti zer 光刻胶(又称光致抗蚀剂)是指通过紫外光、准分子激光、电子束、离子束、X射线等光源的照射或辐射,其溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料。主要用于集成电路和半导体分立器件的微细加工,同时在平板显示、LED、倒扣封装、磁头及精密传感器等制作过程中也有着广泛的应用。由于光刻胶具有光化学敏感性,可利用其进行光化学反应,将光刻胶涂覆半导体、导体和绝缘体上,经曝光、显影后留下的部分对底层起保护作用,然后采用蚀刻剂进行蚀刻就可将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工的衬底上。因此光刻胶是微细加工技术中的关键性化工材料。 现代微电子(集成电路)工业按照摩尔定律在不断发展,即集成电路(I C)的集成度每18个月翻一番;芯片的特征尺寸每3年缩小2倍,芯片面积增加1 5倍,芯片中的晶体管数增加约4倍,即每过3年便有一代新的集成电路产品问世。现在世界集成电路水平已由微米级(1 0 m)、亚微米级(1 0~0 35 m)、深亚微米级(0 35 m以下)进入到纳米级(90~65nm)阶段,对光刻胶分辨率等性能的要求不断提高。因为光刻胶的可分辨线宽 =k /NA,因此缩短曝光波长和提高透镜的开口数(NA)可提高光刻胶的分辨率。光刻技术随着集成电路的发展,也经历了从g线(436nm)光刻,i线(365nm)光刻,到深紫外248nm光刻,及目前的193nm光刻的发展历程,相对应于各曝光波长的光刻胶也应运而生。随着曝光波长变化,光刻胶的组成与结构也不断地变化,使光刻胶的综合性能满足集成工艺制程的要求。 表1为光刻技术与集成电路发展的关系,其中光刻技术的变更决定了光刻胶的发展趋势。 1 国外光刻胶发展历程及应用 光刻胶按曝光波长不同可分为紫外(300~ 450nm)光刻胶、深紫外(160~280n m)光刻胶、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶等。根据曝 24 *收稿日期:2006 07 19 作者简介:郑金红(1967 ),女,北京化学试剂研究所有机室主任,教授级高工,主要从事微电子化学品光刻胶的研究工作。
华飞微电子：国产高档光刻胶的先行者
华飞微电子：国产高档光刻胶的先行者 光刻胶是集成电路中实现芯片图形转移的关键基础化学材料，在光刻胶的高端领域，技术一直为美国、日本厂商等所垄断;近年来，本土光刻胶供应商开始涉足高档光刻胶的研发与生产，苏州华飞微电子材料有限公司就是其中一家。 据华飞微电子总工程师兼代总经理冉瑞成介绍，目前华飞主要产品系列为248nm成膜树脂及光刻胶，同时重点
研发1Array3nm成膜树脂及光刻胶和高档专用UV成膜树脂及光刻胶。 冉瑞成表示，248nm深紫外光刻胶用于8-12英寸超大规模集成电路制造的关键功能材料，目前的供应商基本来自美国、日本，国内企业所用光刻胶全部依赖进口。华飞微电子从2004年8月创办以来，先后投入2000万元研制248纳米深紫外光刻胶及其成膜树脂产品。公司聘请了海内外的相关专家，建成了一支强有力的技术团队。经过两
年的努力取得了重大突破，其深紫外DUV光刻胶能够在248nm曝光下使分辨率达到0.25-0.18?，达到了国外最先进的第三代化学增幅型同类产品技术性能指标;2006年10月，华飞微电子248nm光刻胶及其成膜树脂的中试生产均通过了信产部的技术鉴定，成为目前中国唯一掌握该项技术的企业。 冉瑞成介绍说，华飞在苏州新区拥有一套500加仑/年、可年产20吨成膜树脂、100吨以上深紫外高分辨率光
刻胶的生产系统，已基本完成配方评价，可以进入生产程序;公司还研制出了生产光刻胶的核心材料成膜树脂，完成5个系列15个品种的中试，并具备了规模化生产的条件;厚胶主要应用于4-6英寸集成电路制造、先进封装和MEMS 的制造，业已和国内先进封装公司展开UV胶研制合作。目前，华飞公司还承担了国家863计划“1Array3纳米光刻胶成膜树脂设计及工程化制备技术开发”项目。 随着IC特征尺寸向深亚微米方向快速发展，光刻机的
国外光刻胶及助剂的发展趋势
应用科技 国外光刻胶及助剂的发展趋势 中国化工信息中心 王雪珍编译 光刻是半导体产业常用的工艺，借助光刻胶可将印在光掩膜上的图形结构转移到硅片表面上。光掩膜制备也是一个光刻过程，不过其所用化学品不同。 每一层集成电路芯片都需要不同图案的光掩膜。在一些高级的集成电路中，硅片经历了50多步非常精细的光刻工艺。在过去10年里，光刻费用飞速上涨，其中最重要的花费在半导体领域。光刻工艺花费了硅片生产大约35%的费用，一个典型的例子是，在一个价格在50万欧元（合65万美元）的90nm 的光掩膜技术中，其光刻机花费是1000万欧元（合 1300万美元）。而这个费用比例在以后的生产装置和工艺中 还将不断提高。 在半导体产业中，常用的光刻胶有正型光刻胶与负型光刻胶两种。正型光刻胶的销售额大概是负型光刻胶的100倍，这是因为正型光刻胶具有更高的分辨率，可以用于微小精细的电路，同时，正型光刻胶与等离子干法刻蚀技术的相容性也更好一些。 光刻胶根据其辐照源进行分类，对于光致抗蚀技术来说，集成电路的最小特征尺寸受光源波长所限。由于集成电路越来越小，因此新光源和光刻胶联合使用以达到这一目的。一项联合了曝光波长为248nm 和193nm 的技术可以得到高分辨率的图案，其结果甚至比90nm 曝光波长的技术要来得好一些。一些光学技术可以扩大这个范围，但是其最终限制条件是光的频率。 光刻胶技术和制造 光刻胶指光照后能具有抗蚀能力的高分子化合物，用于在半导体基件表面产生电路的形状。其配方通常是一个复杂的体系，主要包括感光物质（PAC ）、树脂和一些其他利于使用的材料如稳定剂、阻聚剂、粘度控制剂、染料、增塑剂和化学增溶剂等。 当光刻胶暴露在光源或者是紫外辐照源条件下时，其溶解度发生了改变：负型光刻蚀剂变为不溶，正型光刻胶变为可溶。大多数负型光刻蚀剂可以归为两种类型，一种是二元体系：大量的聚异戊二烯树脂和叠氮感光化合物；另外一种是一元体系：缩水甘油甲基丙烯酯和乙基丙烯酸酯的共聚物。前者是建立在酚醛树脂和重氮萘醌感光物质的基础之上的。使用248nm 曝光波长要求光刻胶使用乙酰氧基苯乙烯单体。通过4-乙酰氧基苯乙烯单体的自由基聚合，醋酸酯选择性地转换成酚醛，以及将其与其他反应性单体的化合，可以制备出许多用于远紫外光刻的聚合物。硅氧烷/硅倍半氧烷和碳氟化合物等材料在157nm 曝光波长时是相对透明的。 预计未来5年，使用聚羟基苯乙烯树脂的化学增幅抗蚀剂将成为主流。远紫外光刻胶也是基于聚甲基丙烯酸甲酯和氟化高分子或者是二者之一。 通常说来，感光化合物例如二芳基叠氮和重氮萘醌是易爆化学制品。所以，光刻胶的生产商一定要足够小心以防爆炸。目前用于负型光刻胶的有机溶剂和显影液对环境具有危害性，以致人们倾向于使用正型光刻胶。并且，其发展趋势是替换掉具有危害的溶剂，而选用对环境无污染的无毒产品。 在低密度远紫外辐照和其他替代i 线和g 线辐照源发展大趋势的刺激下，化学增幅抗蚀剂成为一个发展快速的热点领域。在化学增幅抗蚀剂领域，由于辐照源的匮乏，势必导致一种催化的东西产生，通常为中子源。在曝光的加热处理后，催化剂会引起树脂中组分发生复杂反应，这种反应将最终产生光刻图案。目前正型光刻胶体系和负型光刻胶体系都有了较好的发展。 集成电路 收稿日期：2009-04-23 作者简介：王雪珍（1983-），女，主要从事电子化学品、可降解塑料和食品添加剂的信息研究工作 。 12
光刻胶知识简介
光刻胶知识简介 光刻胶知识简介: 一.光刻胶的定义(photoresist) 又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂（见光谱增感染料）和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像（见图光致抗蚀剂成像制版过程）。 二.光刻胶的分类 光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。 基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。 ①光聚合型 采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。 ②光分解型 采用含有叠氮醌类化合物的材料，经光照后,会发生光分解反应,由油溶性变为水溶性，可以制成正性胶. ③光交联型 采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其分子中的双键被打开，并使链与链之间发生交联，形成一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，这是一种典型的负性光刻胶。柯达公司的产品KPR胶即属此类。 三.光刻胶的化学性质 a、传统光刻胶：正胶和负胶。 光刻胶的组成：树脂（resin/polymer），光刻胶中不同材料的粘合剂，给与光刻胶的机械与化学性质（如粘附性、胶膜厚度、热稳定性等）；感光剂，感光剂对光能发生光化学反应；溶剂（Solvent），保持光刻胶的液体状态，使之具有良好的流动性；添加剂（Additive），用以改变光刻胶的某些特性，如改善光刻胶发生反射而添加染色剂等。 负性光刻胶。树脂是聚异戊二烯，一种天然的橡胶；溶剂是二甲苯；感光剂是一种经过曝光后释放出氮气的光敏剂，产生的自由基在橡胶分子间形成交联。从而变得不溶于显影液。负性光刻胶在曝光区由溶剂引起泡涨；曝光时光刻胶容易与氮气反应而抑制交联。 正性光刻胶。树脂是一种叫做线性酚醛树脂的酚醛甲醛，提供光刻胶的粘附性、化学抗蚀性，当没有溶解抑制剂存在时，线性酚醛树脂会溶解在显影液中；感光剂是光敏化合物（PAC，Photo Active Compound），最常见的是重氮萘醌（DNQ），在曝光前，DNQ是一种强烈的溶解抑制剂，降低树脂的溶解速度。在紫外曝光后，DNQ在光刻胶中化学分解，成为溶解度增强剂，大幅提高显影液中的溶解度因子至100或者更高。这种曝光反应会在DNQ中产生羧酸，它在显影液中溶解度很高。正性光刻胶具有很好的对比度，所以生成的图形具有良好的分辨率。
光刻胶行业现状分析
光刻胶行业现状分析 ▌国产光刻胶现状 光刻胶是国际上技术门槛最高的微电子化学品之一，按应用领域可分为PCB（线路板）用、平板显示（LCD、LED）用和半导体用三类，目前国内市场上绝大多数厂商生产的产品为前两者。 在大规模集成电路的制造过程中，光刻和刻蚀技术是精细线路图形加工中最重要的工艺，占芯片制造时间的40%~50%，光刻胶是光刻工艺得以实现选择性刻蚀的关键材料。 为适应集成电路线宽不断缩小的要求，光刻胶的波长由紫外宽谱向g线（436nm）→i线（365nm）→KrF（248nm）→ArF（193nm）→F2（157nm）的方向转移，并通过分辨率增强技术不断提升光刻胶的分辨率水平。 目前半导体市场上主要使用的光刻胶包括g线、i线、KrF、ArF四类光刻胶，其g线和i线光刻胶是市场上使用量最大的光刻胶。 半导体用光刻胶技术壁垒较高、市场高度集中，日美企业基本垄断了g/i线光刻胶、KrF/ArF光刻胶市场，生产商主要有JSR、信越化学工业、TOK、陶氏化学等。 国产光刻胶发展起步较晚，与国外先进光刻胶技术相比国内产品落后4代，目前主要集中在PCB光刻胶、TN/STN-LCD 光刻胶等中低端产品，虽然PCB领域已初步实现进口替代，但LCD 和半导体用光刻胶等高端产品仍需大量进口，正处于由中低端向中高端过渡阶段。 随着国家层面对半导体在资金、政策上的大力支持，国内光刻胶企业正在努力追赶，企业数量从2012年的5家增长到2017年15家，少数企业在中高端技术领域已取得一定突破。 其中半导体用光刻胶领域代表性企业有苏州瑞红和北京科华，两者分别承担了02专项i线（365nm）光刻胶和KrF线（248nm）光刻胶产业化课题。目前，苏州瑞红实现g/i线光刻胶量产，可以实现0.35μm的分辨率，248nm光刻胶中试示范线也已建成；北京科华KrF/ArF光刻胶已实现批量供货。 如今国际半导体产能正在逐渐向国内转移，受益于产业大趋势，国产光刻胶需求将日益提升，随着苏州瑞红、北京科华等企业在技术上的不断突破，国产化替代趋势愈加明显。
光刻胶参数及光刻工艺
光刻胶参数及光刻工艺 1、正性光刻胶RZJ-304 ●规格 RZJ-304：25mpa·s，50mpa·s（粘稠度），配用显影液：RZX-3038 ●匀胶曲线 注：粉色为50cp，蓝色为25cp ●推荐工艺条件 ①涂布：23℃，旋转涂布，膜厚1.0～3.5μm ②前烘：热板100℃×90sec ③曝光：50～75mj/cm2（计算方法:取能量60mj/cm2取光强400×102um/cm2，则60/40=1.5s） ④显影：23℃，RZX-3038，1min，喷淋或浸渍 ⑤清洗：去离子水30sec ⑤后烘：热板120℃×120sec
●规格 S1813，配用显影液为ZX-238 ●匀胶曲线 ●推荐工艺条件1（以具体工艺为参考） ①涂布：23℃，旋转涂布，膜厚1.23um（1.1～1.9μm） ②前烘：热板115℃×60sec ③曝光：150mj/cm2 ④显影：21℃，ZX-238，65sec，喷淋或浸渍 ⑤清洗：去离子水30sec ⑥后烘：热板125℃×120sec
●规格 AZ-5214，配用显影液AZ-300 ●匀胶表格（单位：微米） ●推荐工艺条件1（以具体工艺为参考） ①涂布：23℃，旋转涂布，膜厚1.47um（1.14～1.98μm） ②前烘：热板100℃×90sec ③曝光：240mj/cm2 ④后烘：115℃×120sec ⑤泛曝光：>200mj/cm2 ⑥显影：21℃，AZ-300，60sec，喷淋或浸渍 ⑦清洗：去离子水30sec ⑧坚膜：热板120℃×180sec 注意： 紧急救护措施（对于光刻胶） ①吸入：转移至空气新鲜处，必要时进行人工呼吸或就医。 ②皮肤接触：肥皂水清洗后自来水清洗。 ③眼睛接触：流动清水清洗15分钟以上，必要时就医。
光刻胶大全之令狐文艳创作
光刻胶产品前途无量（半导体技术天地） 令狐文艳 1 前言光刻胶(又名光致抗蚀剂)是指通过紫外光、电子束、准分子激光束、X射线、离子束等曝光源的照射或辐射，使溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料，主要用于集成电路和半导体分立器件的细微图形加工，近年来也逐步应用于光电子领域平板显示器（FPD）的制作。由于光刻胶具有光化学敏感性，可利用其进行光化学反应，经曝光、显影等过程，将所需要的微细图形从掩模版转移至待加工的衬底上，然后进行刻蚀、扩散、离子注入等工艺加工，因此是电子信息产业中微电子行业和光电子行业微细加工技术的关键性基础加工材料。作为经曝光和显影而使溶解度增加的正型光刻胶多用于制作IC，经曝光或显影使溶解度减小的负型光刻胶多用于制作分立器件。 2 国外情况随着电子器件不断向高集成化和高速化方向发展，对微细图形加工技术的要求越来越高，为了适应亚微米微细图形加工的要求，国外先后开发了g线（436nm）、i线（365nm）、深紫外、准分子激光、化学增幅、电子束、X射线、离子束抗蚀
剂等一系列新型光刻胶。这些品种较有代表性的负性胶如美国柯达（Kodak）公司的KPR、KMER、KLER、KMR、KMPR等；联合碳化学（UCC）公司的KTI系列；日本东京应化（Tok）公司的TPR、SVR、OSR、OMR；合成橡胶（JSR）公司的CIR、CBR系列；瑞翁（Zeon）公司的ZPN 系列；德国依默克（E.Merk）公司的Solect等。正性胶如：美国西帕来（Shipely）公司的AZ系列、DuPont公司的Waycot系列、日本合成橡胶公司的PFR等等。2000~2001年世界市场光刻胶生产商的收益及市场份额公司2001年收益2001年市场份额（%）2000年收益2000年市场份额（%）Tokyo Ohka Kogyo 150.1 22.6 216.5 25.2 Shipley 139.2 21.0 174.6 20.3 JSR 117.6 17.7 138.4 16.1 Shin-Etsu Chemical 70.1 10.6 74.2 8.6 Arch Chemicals 63.7 9.6 84.1 9.8 其他122.2 18.5 171.6 20.0 总计662.9 100.0 859.4 100.0
紫外正型光刻胶及配套试剂
紫外正型光刻胶及配套试剂 一．紫外正型光刻胶开发及应用 微细加工技术实际上就是实现图形转移整个过程中的处理技术，也就是将掩膜母版上的几何图形先转移到基片表面的光刻胶胶膜上，然后再通过从曝光到蚀刻等一系列处理技术把光刻胶膜上的图像复制到衬底基片表面并形成永久性图形的工艺处理过程。在此过程中光刻工艺是IC生产的关键工艺，光刻胶涂覆在半导体、导体和绝缘体上，经曝光、显影后留下的部分对底层起保护作用，然后采用超净高纯试剂进行蚀刻并最终获得永久性的图形。在图形转移中需要10多次光刻才能完成。蚀刻的方式有多种，其中湿法蚀刻是应用最广、最简便的方法。而且超净高纯试剂、紫外光刻胶在电子工业的实际生产中应用最广。而光刻胶及蚀刻技术是实现微电子微细加工技术的关键。 所谓光刻胶，又称光致抗蚀剂(Photoresist)，是指通过紫外光、电子束、离子束、Ｘ—射线等的照射或辐射，其溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料，经曝光和显影而使溶解度增加的是正型光刻胶，溶解度减小的是负型光刻胶。按曝光光源和辐射源的不同，又分为紫外光刻胶(包括紫外正型光刻胶、紫外负型光刻胶)、深紫外光刻胶、电子束胶、Ｘ—射线胶、离子束胶等。光刻胶与IC发展的关系见下表：
试剂所自70年代末80年代初开始从事紫外正、负型光刻胶及配套试剂的研究与开发工作，自“六五”以来，一直是国家重点科技攻关项目── 紫外光刻胶研究项目的组长承担单位。到目前为止，已经研制成功适用于5μm、2～3μm、0.8～1.2μm工艺技术用的系列紫外正、负型光刻胶及配套试剂。其中的BN-302、BN-303、BN-308、BN-310系列紫外负型光刻胶均获得了化工部的科技进步二等奖，北京市科技进步二等奖，BN-303被评为国家级新产品；BP-212、BP-213紫外正型光刻胶获得了化工部科技进步二
光刻胶大全
光刻胶产品前途无量（半导体技术天地） 1 前言 光刻胶(又名光致抗蚀剂)是指通过紫外光、电子束、准分子激光束、X射线、离子束等曝光源的照射或辐射，使溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料，主要用于集成电路和半导体分立器件的细微图形加工，近年来也逐步应用于光电子领域平板显示器（FPD）的制作。由于光刻胶具有光化学敏感性，可利用其进行光化学反应，经曝光、显影等过程，将所需要的微细图形从掩模版转移至待加工的衬底上，然后进行刻蚀、扩散、离子注入等工艺加工，因此是电子信息产业中微电子行业和光电子行业微细加工技术的关键性基础加工材料。作为经曝光和显影而使溶解度增加的正型光刻胶多用于制作IC，经曝光或显影使溶解度减小的负型光刻胶多用于制作分立器件。 2 国外情况 随着电子器件不断向高集成化和高速化方向发展，对微细图形加工技术的要求越来越高，为了适应亚微米微细图形加工的要求，国外先后开发了g线（436nm）、i线（365nm）、深紫外、准分子激光、化学增幅、电子束、X射线、离子束抗蚀剂等一系列新型光刻胶。这些品种较有代表性的负性胶如美国柯达（Kodak）公司的KPR、KMER、KLER、KMR、KMPR等；联合碳化学（UCC）公司的KTI系列；日本东京应化（Tok）公司的TPR、SVR、OSR、OMR；合成橡胶（JSR）公司的CIR、CBR 系列；瑞翁（Zeon）公司的ZPN系列；德国依默克（E.Merk）公司的Solect等。正性胶如：美国西帕来（Shipely）公司的AZ系列、DuPont公司的Waycot系列、日本合成橡胶公司的PFR等等。 2000~2001年世界市场光刻胶生产商的收益及市场份额 公司 2001年收益 2001年市场份额（%） 2000年收益 2000年市场份额（%） Tokyo Ohka Kogyo 150.1 22.6 216.5 25.2 Shipley 139.2 21.0 174.6 20.3 JSR 117.6 17.7 138.4 16.1 Shin-Etsu Chemical 70.1 10.6 74.2 8.6 Arch Chemicals 63.7 9.6 84.1 9.8 其他 122.2 18.5 171.6 20.0 总计 662.9 100.0 859.4 100.0 Source: Gartner Dataquest 目前，国际上主流的光刻胶产品是分辨率在0.25μm～0.18μm的深紫外正型光刻胶，主要的厂商包括美国Shipley、日本东京应化和瑞士的克莱恩等公司。中国专利
半导体工艺主要设备大全
清洗机超音波清洗机是现代工厂工业零件表面清洗的新技术,目前已广泛应用于半导体硅 片的清洗。超声波清洗机“声音也可以清洗污垢”——超声波清洗机又名超声波清洗器，以其洁净的清洗效果给清洗界带来了一股强劲的清洗风暴。超声波清洗机（超声波清洗器）利用空化效应，短时间内将传统清洗方式难以洗到的狭缝、空隙、盲孔彻底清洗干净，超声波清洗机对清洗器件的养护，提高寿命起到了重要作用。CSQ 系列超声波清洗机采用内置式加热系统、温控系统，有效提高了清洗效率；设置时间控制装置，清洗方便；具有频率自动跟踪功能，清洗效果稳定；多种机型、结构设计，适应不同清洗要求。CSQ 系列超声波清洗机适用于珠宝首饰、眼镜、钟表零部件、汽车零部件，医疗设备、精密偶件、化纤行业（喷丝板过滤芯）等的清洗；对除油、除锈、除研磨膏、除焊渣、除蜡，涂装前、电镀前的清洗有传统清洗方式难以达到的效果。恒威公司生产CSQ 系列超声波清洗机具有以下特点：不锈钢加强结构，耐酸耐碱；特种胶工艺连接，运行安全；使用IGBT 模块，性能稳定；专业电源设计，性价比高。反渗透纯水机去离子水生产设备之一，通过反渗透原理来实现净水。 纯水机清洗半导体硅片用的去离子水生产设备，去离子水有毒，不可食用。 净化设备主要产品：水处理设备、灌装设备、空气净化设备、净化工程、反渗透、超滤、电渗析设备、EDI 装置、离子交换设备、机械过滤器、精密过滤器、UV 紫外线杀菌器、臭氧发生器、装配式洁净室、空气吹淋室、传递窗、工作台、高校送风口、空气自净室、亚高、高效过滤器等及各种配件。 风淋室：运用国外先进技术和进口电器控制系统, 组装成的一种使用新型的自动吹淋室.它广 泛用于微电子医院制药生化制品食品卫生精细化工精密机械和航空航天等生产和科研单位,用于吹除进入洁净室的人体和携带物品的表面附着的尘埃,同时风淋室也起气的作用 防止未净化的空气进入洁净区域,是进行人体净化和防止室外空气污染洁净的有效设备. 抛光机整个系统是由一个旋转的硅片夹持器、承载抛光垫的工作台和抛光浆料供给装置三大部分组成。化学机械抛光时，旋转的工件以一定的压力压在旋转的抛光垫上，而由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在工件与抛光垫之间流动，并产生化学反应，工件表面形成的化学反应物由磨粒的机械作用去除，即在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现超精密表面加工，人们称这种CMP 为游离磨料CMP 。 电解抛光电化学抛光是利用金属电化学阳极溶解原理进行修磨抛光。将电化学预抛光和机械精抛光有机的结合在一起，发挥了电化学和机构两类抛光特长。它不受材料硬度和韧性的限制，可抛光各种复杂形状的工件。其方法与电解磨削类似。导电抛光工具使用金钢石导电锉或石墨油石，接到电源的阴极，被抛光的工件（如模具）接到电源的阳极。 光刻胶又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂（见光谱增感染料）和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像（见图光致抗蚀剂成像制版过程）。光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。①光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发 单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。②光分解型，采用含有叠氮醌类化合
光刻胶步骤
1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking）方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～250C,1～2分钟，氮气保护）目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。 2、涂底（Priming）方法：a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸气淀积，200～250C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS 用量大。目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。 3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating）方法：a、静态涂胶（Static）。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）；b、动态（Dynamic）。低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄；影响光刻胶均匀性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时间点有关。一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关（因为不同级别的曝光波长对应不同的光刻胶种类和分辨率）：I-line最厚，约0.7～3μm；KrF的厚度约0.4～0.9μm；ArF的厚度约0.2～0.5μm。 4、软烘（Soft Baking）方法：真空热板，85～120C,30～60秒；目的：除去溶剂（4～7%）；增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶玷污设备； 5、边缘光刻胶的去除（EBR，Edge Bead Removal）。光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离（Peeling）而影响其它部分的图形。所以需要去除。方法：a、化学的方法（Chemical EBR）。软烘后，用PGMEA或EGMEA 去边溶剂，喷出少量在正反面边缘出，并小心控制不要到达光刻胶有效区域；b、光学方法（Optical EBR）。即硅片边缘曝光（WEE，Wafer Edge Exposure）。在完成图形的曝光后，用激光曝光硅片边缘，然后在显影或特殊溶剂中溶解； 6、对准（Alignment）对准方法：a、预对准，通过硅片上的notch或者flat 进行激光自动对准；b、通过对准标志（Align Mark），位于切割槽（Scribe Line）上。另外层间对准，即套刻精度（Overlay），保证图形与硅片上已经存在的图形之间的对准。 7、曝光（Exposure）曝光中最重要的两个参数是：曝光能量（Energy）和焦距（Focus）。如果能量和焦距调整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的图形。表现为图形的关键尺寸超出要求的范围。曝光方法： a、接触式曝光（Contact Printing）。掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩膜板上的图形分辨率相当，设备简单。缺点：光刻胶污染掩膜板；掩膜板的磨损，寿命很低（只能使用5～25次）；1970前使用，分辨率〉0.5μm。 b、接近式曝光（Proximity Printing）。掩膜板与光刻胶层的略微分开，大约为10～50μm。可以避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤。但是同时引入了衍射效应，降低了分辨率。1970后适用，但是其最大分辨率仅为2～4μm。 c、投影式曝光（Projection Printing）。在掩膜板与光刻胶之间使用透镜聚集光实现曝光。一般掩膜板的尺寸会以需要转移图形的4倍制作。优点：提高了分辨率；掩膜板的制作更加容易；掩膜板上的缺陷影响减小。投影式曝光分类：扫描投影曝光（Scanning Project Printing）。70年代末～80年代初，〉1μm工艺；掩膜板1：1，全尺寸；步进重复投影曝光（Stepping-repeating Project Printing或称作Stepper）。80年代末～90年代，0.35μm（I line）～0.25μm （DUV）。掩膜板缩小比例（4：1），曝光区域（Exposure Field）22×22mm（一
中国光刻胶行业市场分析报告
中国光刻胶行业市场分析报告
目录 第一节光刻胶的概述 (4) 一、光刻胶的定义 (4) 二、光刻胶分类 (4) 三、光刻胶的技术参数 (9) 第二节光刻胶的应用 (10) 一、印刷电路板（PCB） (11) 二、液晶显示（LCD） (16) 三、半导体光刻胶 (21) 第三节新一代光刻技术 (23) 第四节中国光刻胶产业 (26) 第五节世界光刻胶产业 (28)
图表目录 图表1：光刻胶原理示意图 (5) 图表2：化学增幅型光刻的感光机理 (8) 图表3：2014年光刻胶下游应用格局分布 (11) 图表4：PCB应用类别及产值 (12) 图表5：PCB 行业产值 (12) 图表6：PCB 行业增速 (13) 图表7：中国PCB 光刻胶市场规模 (14) 图表8：中国PCB 光致抗蚀干膜进出口数量 (14) 图表9：STN-LCD原理 (16) 图表10：TFT-LCD原理 (17) 图表11：彩色滤光片结构简图 (18) 图表12：LCD产业链 (18) 图表13：中国LCD 电视机产量 (19) 图表14：全球LCD 光刻胶市场规模 (20) 图表15：半导体产业销售额 (21) 图表16：全球半导体光刻胶市场规模走势图 (22) 表格目录 表格1：光刻技术及其光刻胶的发展 (6) 表格2：光刻胶的分类 (10) 表格3：PCB光刻胶在华外国产商 (15) 表格4：光刻技术与集成电路发展关系 (24) 表格5：光刻胶国产化进程 (27) 表格6：世界主要光刻胶产商 (29)
第一节光刻胶的概述 电子化学品是电子工业中的关键性基础化工材料，电子工业的发展要求电子化学品与之同步发展，不断地更新换代，以适应其在技术方面不断推陈出新的需要。特别是在集成电路（IC）的细微加工过程中所需的关键性电子化学品主要包括：光刻胶（又称光致抗蚀剂）、超净高纯试剂（又称工艺化学品）、特种电子气体和环氧塑封料，其中超净高纯试剂、光刻胶、特种电子气体用于前工序，环氧塑封料用于后工序。这些微电子化工材料约占IC材料总成本的20%，其中超净高纯试剂约占5%，光刻胶约占4%。 一、光刻胶的定义 光刻胶又称光致抗蚀剂，又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂（和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像。 *感光树脂：经光照后在曝光区能很快地发生固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲和性等发生明显变化，用适当的溶剂处理就可以得到图像。 *增感剂：使感色范围增大的材料。1873 年H.W. 福格尔发现：当感光乳剂中加入某种染料后可将其感色范围从蓝光区拓展至可见光的整个区域（400~700nm）和近红外区域（700~1300nm）。凡增感到绿光区的称为正色性；而增感到绿光区和红光区的称为全色性。加入增感燃料扩展乳剂感色范围的作用称为光谱增感作用。各种增感燃料随着结构的不同，有不同的光谱增感作用。 *溶剂：使光刻胶保持液体状态，使其具有良好的流动性。 二、光刻胶分类 根据其化学反应机理和显影原理，分为正像光刻胶和负像光刻胶。其中正像光刻胶，曝光区域的光刻胶发生光化学反应，在显影液中软化而溶解，而未曝光区域仍然保留在衬底上，将与掩膜版上相同的图形复制到衬底上。相反，负像光刻胶曝光区域
2021年光刻胶介绍模板
````4. 光刻胶 欧阳光明（2021.03.07） 光刻胶主要由树脂（Resin）、感光剂（Sensitizer）、溶剂（Solvent）及添加剂（Additive）等不同的材料按一定比例配制而成。其中树脂是粘合剂（Binder），感光剂是一种光活性（Photoactivity）极强的化合物，它在光刻胶内的含量与树脂相当，两者同时溶解在溶剂中，以液态形式保存，以便于使用。 4.1 光刻胶的分类 ⑴负胶 1.特点 ·曝光部分会产生交联（Cross Linking），使其结构加强而不溶于现像液； ·而未曝光部分溶于现像液； ·经曝光、现像时，会有膨润现像，导致图形转移不良，故负胶一般不用于特征尺寸小于3um的制作中。 2.分类（按感光性树脂的化学结构分类） 常用的负胶主要有以下两类： ·聚肉桂酸酯类光刻胶 这类光刻胶的特点，是在感光性树脂分子的侧链上带有肉 桂酸基感光性官 能团。如聚乙烯醇肉桂酸酯（KPR胶）、聚乙烯氧乙基肉桂酸酯（OSR胶）等。
·聚烃类—双叠氮类光刻胶 这种光刻胶又叫环化橡胶系光刻胶。它由聚烃类树脂（主 要是环化橡胶）、 双叠氮型交联剂、增感剂和溶剂配制而成。 3.感光机理 ①肉桂酸酯类光刻胶 KPR胶和OSR胶的感光性树脂分子结构如下：在紫外线作用下，它们侧链上的肉桂酰官能团里的炭－炭双键发生二聚反应，引起聚合物分子间的交联，转变为不溶于现像液的物质。KPR胶的光化学交联反应式如下： 这类光刻胶中的高分子聚合物，不仅能在紫外线作用下发生交联，而且在一定温度以上也会发生交联，从而在现像时留下底膜，所以要严格控制前烘的温度与时间。 ②聚烃类—双叠氮类光刻胶 这类光刻胶的光化学反应机理与前者不同，在紫外线作 用下，环化橡胶 分子中双键本身不能交联，必须有作为交联剂的双叠氮化合物参加才能发生交联反应。交联剂在紫外线作用下产生双自由基，它和聚烃类树脂相作用，在聚合物分子之间形成桥键，变为三维结构的不溶性物质。其光化学反应工程如下： 首先，双叠氮交联剂按以下方式进行光化学分解反应： 双叠氮交联剂分解后生成的双氮烯自由基极易与环化橡胶分子发生双键交联（加成）和炭氢取代反应，机理如下：
2020光刻胶行业现状及前景趋势
2020年光刻胶行业现状 及前景趋势 2020年
目录 1.光刻胶行业现状 (4) 1.1光刻胶行业定义及产业链分析 (4) 1.2光刻胶市场规模分析 (6) 1.3光刻胶市场运营情况分析 (7) 2.光刻胶行业存在的问题 (10) 2.1纯度要求高、工艺复杂 (10) 2.2配方技术问题 (10) 2.3光刻机的配套需求问题 (10) 2.4体量壁垒问题 (10) 2.5供应链整合度低 (11) 2.6产业结构调整进展缓慢 (11) 2.7供给不足，产业化程度较低 (11) 3.光刻胶行业前景趋势 (13) 3.1技术难度最高，国产化率极低 (13) 3.2技术含量较低，国产化率超过50% (13) 3.3市场规模最大，低端产品已实现国产化 (13) 3.4用户体验提升成为趋势 (14) 3.5生态化建设进一步开放 (14) 3.6呈现集群化分布 (15) 3.7需求开拓 (16)
4.光刻胶行业政策环境分析 (16) 4.1光刻胶行业政策环境分析 (16) 4.2光刻胶行业经济环境分析 (17) 4.3光刻胶行业社会环境分析 (17) 4.4光刻胶行业技术环境分析 (17) 5.光刻胶行业竞争分析 (19) 5.1光刻胶行业竞争分析 (19) 5.1.1对上游议价能力分析 (19) 5.1.2对下游议价能力分析 (19) 5.1.3潜在进入者分析 (20) 5.1.4替代品或替代服务分析 (20) 5.2中国光刻胶行业品牌竞争格局分析 (21) 5.3中国光刻胶行业竞争强度分析 (21) 6.光刻胶产业投资分析 (22) 6.1中国光刻胶技术投资趋势分析 (22) 6.2中国光刻胶行业投资风险 (22) 6.3中国光刻胶行业投资收益 (23)
光敏电阻原理及应用大全
光敏电阻的应用 光敏电阻可广泛应用于各种光控电路，如对灯光的控制、调节等场合，也可用于光控开关，下面给出几个典型应用电路。 1、光敏电阻调光电路 图1是一种典型的光控调光电路，其工作原理是：当周围光线变弱时引起光敏电阻R G的阻值增加，使加在电容C上的分压上升，进而使可控硅的导通角增大，达到增大照明灯两端电压的目的。反之，若周围的光线变亮，则R G的阻值下降，导致可控硅的导通角变小，照明灯两端电压也同时下降，使灯光变暗，从而实现对灯光照度的控制。 图1光控调光电路 注意：上述电路中整流桥给出的是必须是直流脉动电压，不能将其用电容滤波变成平滑直流电压，否则电路将无法正常工作。原因在于直流脉动电压既能给可控硅提供过零关断的基本条件，又可使电容C的充电在每个半周从零开始，准确完成对可控硅的同步移相触发。 2、光敏电阻式光控开关 以光敏电阻为核心元件的带继电器控制输出的光控开关电路有许多形式，如自锁亮激发、暗激发及精密亮激发、暗激发等等，下面给出几种典型电路。 图2是一种简单的暗激发继电器开关电路。其工作原理是：当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升激发VT1导通，VT2的激励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对外电路的控制。
图2 简单的暗激发光控开关 图3是一种精密的暗激发时滞继电器开关电路。其工作原理是：当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升使运放IC的反相端电位升高，其输出激发VT导通，VT的激励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对外电路的控制。 图3精密的暗激发光控开关 光敏电阻原理及应用简介 1、光敏电阻器是利用的制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射 光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。 2、结构。光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更 多的。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层） 内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中 电流增强。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的常 采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。一般光敏电阻器结构如右图所示。光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片（或树脂防潮膜）和电极等组成。光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。