光刻工艺介绍
光刻工艺概述
光刻工艺流程图步骤１、前处理２、匀胶３、前烘4、光刻5、显影6、坚膜7、腐蚀8、去胶一前处理（OAP）通常在150~200℃对基片进行烘考以去除表面水份，以增强光刻胶与硅片的粘附性。
（亲水表面与光刻胶的粘附性差，SI的亲水性最小，其次SIO2，最后PSI玻璃和BSI玻璃）OAP的主要成分为六甲基二硅烷，在提升光刻胶的粘附性工艺中，它起到的作用不是增粘剂，而是改变SiO2的界面结构，变亲水表面为疏水表面。
OAP通常采用蒸汽涂布的方式，简单评价粘附性的好坏，可在前处理过的硅片上滴一滴水，通过测量水与硅片的接触角，角度越大，SI二、匀胶光刻胶通常采用旋涂方式，在硅片上得到一层厚度均匀的胶层。
影响胶厚的最主要因素：光刻胶的粘度及旋转速度。
次要因素：排风；回吸；胶泵压力；胶盘；温度。
胶厚的简单算法：光刻胶理论的最小胶厚的平方乘以理论的转速=目标光刻胶的胶厚的平方乘以目标转速例如：光刻胶理论厚度1微米需要转速3000转/分，那需要光刻胶厚度1.15微米时转速应为12 *3000/1.152三、前烘前烘的目的是为了驱除胶膜中残余的溶剂，消除胶膜的机械应力。
前烘的作用： 1）增强胶层的沾附能力；2）在接触式曝光中可以提高胶层与掩模板接触时的耐磨性能；3）可以提高和稳定胶层的感光灵敏度。
前烘是热处理过程，前烘通常的温度和时间：烘箱90~115℃ 30分钟热板90~120℃ 60~90秒四、光刻光刻胶经过前烘后，原来液态光刻胶在硅片表面上固化。
光刻的目的就是将掩膜版上的图形转移到硅片上。
曝光的设备分类接触式、接近式、投影式、步进式/扫描式、电子束曝光、软X射线曝光。
五、显影经过显影，正胶的曝光区域和负胶的非曝光区域被溶解，正胶的非曝光区域和负胶的曝光区域被保留下来，从而完成图形的转移工作。
正胶曝光区域经过曝光后，生成羧酸与碱性的显影液中和反应从而被溶解。
负胶的曝光区域经过曝光后产生胶联现象，不被显影液溶解。
而未曝光的区域则被显影液溶解掉。
光刻工艺培训教程
光刻工艺培训教程光刻工艺是半导体制造中非常重要的一环，它通过光刻胶和光刻机等工具，将芯片设计图案显影到硅片上。
本文将为大家介绍一些光刻工艺的基本知识和培训教程，帮助大家更好地理解和掌握光刻工艺。
一、光刻胶光刻胶是光刻过程中最关键的材料之一，负责将芯片设计图案转移到硅片上。
常见的光刻胶有正胶和负胶两种。
正胶是根据光敏化剂的特性，在曝光后变性，形成湿润的胶层，通过显影后去除未曝光的部分，形成芯片的图案。
负胶则正好相反，曝光后未显影的部分形成了硬质胶，而显影后的部分被去除，形成芯片图案。
二、光刻机光刻机是将芯片设计图案显影到硅片上的关键设备。
光刻机工艺中的几个重要的工作步骤包括：底部对位，涂覆光刻胶，预烘烤，曝光，显影，清洗等。
其中，曝光是最核心的一步，通过光照的方式将芯片图案显影到硅片上。
三、光刻工艺步骤1.底片准备：底片要经过化学清洗，去除表面杂质，并在光刻胶附着的表面形成胶层的底板。
2.光刻胶涂覆：将准备好的光刻胶均匀涂覆在底片上，通常采用自旋涂覆的方式。
3.烘烤：将涂覆好光刻胶的底片放入烘烤炉中，通过高温烘烤，除去溶剂使胶层在底片上形成均匀的薄膜。
4.曝光：将底片放入光刻机中进行曝光，将芯片设计图案转移到胶层上。
曝光需要准确控制光源的强度和时间。
5.显影：使用合适的显影剂将未曝光部分的光刻胶去除，显现出想要芯片图案。
6.清洗：使用溶剂清洗去除显影后剩余的胶层和其他杂质。
7.检测：对显影后的芯片进行质量检测，确保芯片图案的质量和精确性。
四、光刻现场操作光刻工艺的实际操作需要在无尘室中进行，保证整个过程的工艺纯净性。
操作人员需要穿着特定的防静电服，并且使用无尘环境下的特殊工具和设备。
操作时需要严格按照工艺流程进行，并且进行各个步骤的记录和检查，确保工艺的可控性和稳定性。
五、光刻工艺注意事项1.要严格在无尘室环境下操作，避免因为杂质的干扰对芯片的影响。
2.每一步操作都需要精确控制，避免因为操作失误导致整个工艺的失败。
光刻工艺知识点总结
光刻工艺知识点总结光刻工艺是半导体制造工艺中的重要环节，通过光刻技术可以实现微米级甚至纳米级的精密图案转移至半导体芯片上，是芯片制造中最关键的工艺之一。
光刻工艺的基本原理是利用光学原理将图案投射到光刻胶上，然后通过化学蚀刻将图案转移到芯片表面。
下面将对光刻工艺的知识点进行详细总结。
一、光刻工艺的基本原理1. 光刻胶光刻胶是光刻工艺的核心材料，主要由树脂和溶剂组成。
树脂的种类和分子结构直接影响着光刻胶的分辨率和对光的敏感度，而溶剂的选择和比例则会影响着光刻胶的黏度、流动性和干燥速度。
光刻胶的选择要根据不同的工艺要求，如分辨率、坚固度、湿膜厚度等。
2. 掩模掩模是用来投射光刻图案的模板，通常是通过电子束刻蚀或光刻工艺制备的。
掩模上有所需的图形样式，光在通过掩模时会形成所需的图案。
3. 曝光曝光是将掩模上的图案投射到光刻胶表面的过程。
曝光机通过紫外线光源产生紫外线，通过透镜将掩模上的图案投射到光刻胶表面，形成图案的暗部和亮部。
4. 显影显影是通过化学溶液将光刻胶上的图案显现出来的过程。
曝光后，光刻胶在图案暗部和亮部会有不同的化学反应，显影溶液可以去除未暴露的光刻胶，留下所需的图案。
5. 蚀刻蚀刻是将图案转移到硅片上的过程，通过化学腐蚀的方式去除光刻胶未遮盖的部分，使得图案转移到硅片表面。
二、光刻工艺中的关键技术1. 分辨率分辨率是指光刻工艺能够实现的最小图案尺寸，通常用实际图案中两个相邻细线或空隙的宽度之和来表示。
分辨率受到光刻机、光刻胶和曝光技术等多个因素的影响，是衡量光刻工艺性能的重要指标。
2. 等效焦距等效焦距是光刻机的重要参数，指的是曝光光学系统的有效焦距，影响光刻图案在光刻胶表面的清晰度和分辨率。
3. 曝光剂量曝光剂量是指单位面积上接收的光能量，通常用mJ/cm^2或μC/cm^2来表示。
曝光剂量的选择对分辨率和光刻胶的副反应有重要影响。
4. 曝光对位精度曝光对位精度是指光刻胶上已存在的图案和新的曝光对位的精度，是保证多层曝光图案对位一致的重要因素。
光刻工艺步骤介绍
A
12
影响胶膜因素：
一 涂胶腔排风量的大小直接影响着胶膜的均匀性； 二 硅片吸盘的水平度、同心度以及真空度都会影响胶
膜的均匀性； 三 胶盘的形状应能有效的防止光刻胶在高速旋转时出
现的“回溅”； 四 涂胶的工作环境，如湿度、温度、洁净度等均会影
响胶膜的质量。
去 边 （ EBR ） 喷管
圆片
吸盘
A 图 正面去边，胶的边缘比较规则。
胶层
胶层 圆片
吸盘 B图背面去边，胶的边缘呈锯齿状。 去边（EBR）喷
管
加速旋转
圆片 吸盘
A
胶 层 圆 片 吸盘
11
涂胶后烘
目的： 提高光刻胶与衬底（圆片）的粘附力及胶膜的抗机 械磨擦能力。
作用： 充分的前烘可以改善胶膜的粘附性与抗刻蚀性。
PR Si3N4
N-Si
Si(P)
SiO2
A
4
光刻工艺步骤实例-N-WELL层曝光
•N-Well Exposure
PR Si3N4
N-Si
Si(P)
SiO2
A
5
光刻工艺步骤实例-N-WELL层次显影
•N-Well Developing
PR Si3N4
N-Si Si(P)
A
SiO2
6
光刻工艺步骤实例-N-WELL的形成
圆片低速渐静止或静止
喷显影液
圆片轻转（依靠圆片表面张力显影液在圆片表面停留一段时间）
较高速旋转（甩去圆片表面的显影液）
喷水旋转
加速旋转（甩干）
停止旋转并取片
显影后烘（坚膜）
圆片送回片架显影工艺完成
第六讲：光刻工艺(半导体制造技术)
❖ 工艺宽容度
整个光刻过程步骤之多，而且每一步骤都 会影响最终的图形尺寸， 另外每一工艺步骤都 有它的内部变异。不同的光刻胶对工艺变异的 容忍性都不一样。那么，容忍性越高，在晶圆 表面达到所需要尺寸的可能性就越大，或者说 工艺的宽容度就越大。
❖ 针孔
所谓针孔是指光刻胶层中尺寸非常小的空 穴。可以是涂胶工艺中由环境中的微粒污染物 造成的，也可以由光刻胶层结构上的空穴造成。 针孔是有害的，因为它可以允许刻蚀剂渗过光 刻胶层进而在晶圆表面层刻蚀除小孔。
光源则来自电磁 接近式 光谱的其他成分。
投影式
X 射线 电子束
步进式
曝光光源
普通光源光的波长范围大，图形边缘衍射现象 严重，满足不了特征尺寸的要求。所以作为晶圆生产 用的曝光光源必须是某一单一波长的光源；另外光源 还必须通过反射镜和透镜，使光源发出的光转化成一 束平行光，这样才能保证特征尺寸的要求。
时间和温度是软烘焙的参数，不完全的烘焙在 曝光过程中造成图像形成不完整和在刻蚀过程 中造成多余的光刻胶漂移；过分烘焙会造成光 刻胶中的聚合物产生聚合反应，并且不与曝光
射线反应。
负胶必须在氮气中进行烘焙，而正胶可以 在空气中烘焙。
下表总结了不同的烘焙方式
方法
烘焙时间（分钟） 温度控制 生产率
速度
光刻胶
正性
负性 PMMA PMIPK PBS TFECA COP (PCA)
聚合物
酚醛树脂（间 甲酚甲醛） 聚异戊二烯 聚甲基丙烯酸酯
聚甲基异丙烯基酮
聚丁烯 1 砜
聚三氟乙烷基氯丙烯 酸酯 共聚物（ a 氰乙基丙烯酸， a 氨基乙烷基丙烯酸酯）
极性
感光性
曝光光源
(Coul/cm )
+
光刻与刻蚀工艺
涂胶/显影技术
01
02
03
涂胶
在晶圆表面涂上一层光敏 胶，以保护非曝光区域并 提高图像对比度。
显影
用适当的溶剂去除曝光区 域的光敏胶，以形成所需 的图案。
控制胶厚
保持胶厚均匀，以避免图 像的扭曲和失真。
烘烤与曝光技术
烘烤
通过加热去除晶圆表面的湿气，以提高光敏胶的灵敏度和图像质 量。
曝光
将掩模图像投影到光敏胶上，通过光化学反应将图像转移到晶圆 上。
非接触式光刻
投影式非接触
利用光学系统将掩膜板上的图像投影到光刻胶涂层上，优点是无需直接接触，缺点是难度较高，需要精确的控 制系统。
电子束光刻
利用电子束在光刻胶上直接曝光，优点是分辨率高、无需掩膜板，缺点是生产效率低。
投影式光刻
接触式投影
掩膜板与光刻胶涂层之间保持接触，通过投影系统将图像投影到光刻胶上，优点是操作简单、高效， 缺点是图像质量可能受到掩膜板损伤和光刻胶污染的影响。
要点二
损伤控制
是指在刻蚀过程中避免对材料产生损伤。对于某些特殊 材料，如脆性材料，损伤控制尤为重要。如果刻蚀过程 中产生过多损伤，可能会导致材料性能下降甚至破裂。
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THANKS
光刻工艺的基本步骤
涂胶
将光刻胶涂敷在硅片表面，以形成 光刻胶层。
烘烤
通过烘烤使光刻胶层干燥并固化。
曝光
将掩膜版上的图形对准硅片上的光 刻胶层，并使用曝光设备将图形转 移到光刻胶上。
显影
使用显影液将曝光后的光刻胶进行 化学处理，使图形更加清晰地展现 出来。
光刻工艺的重要性
光刻工艺是半导体制造中的关键环节，直接影响芯片的制造 质量和性能。
光刻工艺步骤介绍
光刻工艺步骤介绍光刻工艺是半导体芯片制造中不可或缺的一步，其目的是将芯片设计图案转移到光刻胶上，然后通过化学腐蚀或蚀刻的方式将这些图案转移到芯片表层。
下面是一个光刻工艺的详细步骤介绍：1.准备工作：首先需要清洗芯片表面，以去除表面的杂质和污染物。
清洗可以使用化学溶液或离子束清洗仪等设备。
同时，需要准备好用于光刻的基板，这通常是由硅或其他半导体材料制成的。
2.底层涂覆：将光刻胶涂覆在基板表面，胶层的厚度通常在几微米到几十微米之间。
胶液通常是由聚合物和其他添加剂组成的，可以通过旋涂、喷涂或浸涂等方法进行涂覆。
3.烘烤和预烘烤：将涂覆好的光刻胶进行烘烤和预烘烤。
这一步的目的是除去胶液中的溶剂和挥发物，使胶层更加均匀和稳定。
烘烤的温度和时间可以根据不同的胶液和工艺要求来确定。
4.掩膜对位：将掩膜和基板进行对位。
掩膜是一个透明的玻璃或石英板，上面有芯片设计的图案。
对位过程可以通过显微镜或光刻机上的对位系统来进行。
5.曝光：将掩膜下的图案通过光源进行曝光。
光源通常是由紫外线灯或激光器组成的。
曝光时间和光照强度的选择是根据胶层的特性和所需的图案分辨率来确定的。
6.感光剂固化：曝光后，光刻胶中的感光剂会发生化学反应，使胶层中的暴露部分固化。
这一步被称为光刻胶的显影，可以通过浸泡在显影剂中或使用喷雾设备来进行。
7.显影：在光刻胶上进行显影，即移去显影剂无法固化的胶层。
显影的时间和温度可以根据胶层的特性和图案的要求来确定。
显影过程通常伴随着机械搅动或超声波搅拌，以帮助显影剂的渗透和清洗。
8.硬化：为了提高图案的耐久性和稳定性，可以对显影后的芯片进行硬化处理。
硬化可以通过烘烤、紫外线照射或热处理等方法来实现。
9.检查和修复：在完成光刻工艺后，需要对光刻图案进行检查。
如果发现图案存在缺陷或错误，可以使用激光修复系统或电子束工作站等设备进行修复。
10.后处理：最后，需要对光刻胶进行去除，以准备进行下一步的制造工艺。
去除光刻胶的方法可以采用化学溶剂、等离子体蚀刻或机械刮伤等。
光刻工艺介绍
光刻工艺介绍一、定义与简介光刻是所有四个基本工艺中最关键的，也就是被称为大家熟知的photo，lithography，photomasking, masking, 或microlithography。
在晶圆的制造过程中，晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成，这些部件是预先做在一块或者数块光罩上，并且结合生成薄膜，通过光刻工艺过程，去除特定部分，最终在晶圆上保留特征图形的部分。
光刻其实就是高科技版本的照相术，只不过是在难以置信的微小尺寸下完成，现在先进的硅12英寸生产线已经做到22nm，我们这条线的目标6英寸砷化镓片上做到0.11um。
光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件的关联正确。
二、光刻工艺流程介绍光刻与照相类似，其工艺流程也类似：实际上，普通光刻工艺流程包括下面的流程：1)Substrate Pretreatment 即预处理，目的是改变晶圆表面的性质，使其能和光刻胶（PR）粘连牢固。
主要方法就是涂HMDS，在密闭腔体内晶圆下面加热到120℃，上面用喷入氮气加压的雾状HMDS，使得HMDS和晶圆表面的-OH健发生反应已除去水汽和亲水健结构，反应充分后在23℃冷板上降温。
该方法效果远比传统的热板加热除湿好。
2)Spin coat即旋转涂光刻胶，用旋转涂布法能提高光刻胶薄膜的均匀性与稳定性。
光刻胶中主要物质有树脂、溶剂、感光剂和其它添加剂，感光剂在光照下会迅速反应。
一般设备的稳定工作最高转速不超过4000rpm，而最好的工作转速在2000～3000rpm。
3)Soft Bake(Pre-bake)即软烘，目的是除去光刻胶中溶剂。
一般是在90℃的热板中完成。
4)Exposure即曝光，这也是光刻工艺中最为重要的一步，就是用紫外线把光罩上的图形成像到晶圆表面，从而把光罩上面的图形转移到晶圆表面上的光刻胶中。
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光刻工艺过程
涂胶coating 前烘prebaking 曝光exposure 显影development 坚膜postbake
光刻工艺过程
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
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
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。
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
目的
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
条件
温度：90 to 120℃ 时间：60 to 120s
光刻工艺过程
前烘probake
前烘不足
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
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）
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
光刻三要素
光刻胶 掩膜版（光罩） 光刻机
电子束
X射线
离子束
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。
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
光刻机种类
光学
接触式 投影式
非光学
X射线 电子束
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）
光刻三要素
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
光刻机按照光源可分为两大 类：光学和非光学光刻机，如 右图所示
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
光刻三要素 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
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
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