光刻工艺流程
半导体光刻工艺介绍
半导体光刻工艺介绍
半导体光刻工艺是半导体制造中最为重要的工序之一。
主要作用是将图形信息从掩模版（也称掩膜版）上保真传输、转印到半导体材料衬底上。
以下是光刻工艺的主要步骤：
硅片清洗烘干：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～250℃,1～2分钟，氮气保护）。
涂底：气相成底膜的热板涂底。
旋转涂胶：静态涂胶（Static）。
软烘：真空热板，85～120℃,30～60秒。
对准并曝光：光刻机通常采用步进式 (Stepper)或扫描式 (Scanner)等，通过近紫外光 (Near Ultra-Violet，NUV)、中紫外光 (Mid UV，MUV)、深紫外光(Deep UV，DUV)、真空紫外光 (Vacuum UV，VUV)、极短紫外光 (Extreme UV，EUV)、X-光 (X-Ray)等光源对光刻胶进行曝光，使得晶圆内产生电路图案。
后烘：PEB，Post Exposure Baking。
显影：Development。
硬烘：Hard Baking。
光刻工艺的基本原理是利用涂敷在衬底表面的光刻胶的光化学反应作用，记录掩模版上的器件图形，从而实现将集成器件图形从设计转印到衬底的目的。
基本光刻工艺流程
期望印在硅片上的光刻胶结构
光刻胶岛
Substrate
Chrome铬 Window
Quartz石英 Island
Mask pattern required when using negative photoresist (opposite of intended structure) 当使用负胶时要求掩膜版上 的图形与想要的结构相反
Mask pattern required when using positive photoresist
(same as intended structure) 当使用正胶时要求掩膜版上
的图形与想要的结构相同
13.3 光刻10步法
把图形从掩膜版上转移到晶圆表面 是由多个步骤完成的（见下页图），特 征图形尺寸、对准精度、晶园表面情况 和光刻层数都会影响到特定光刻工艺的 难以程度。虽然许多光刻工艺都不尽相 同，但大部分都是基于光刻10步法的变 异或选项。所以了解和掌握基本的光刻 10步法是非常必要的。
电波
电波
波长 10 （ cm ）
10
10
10
10
10
10
• 除了普通光源，经常还根据不同需要选择X射 线或者电子束作为曝光光源。那么光刻胶灵敏 性作为一个参数，使通过能够使基本的反应开 始所需要的能量总和来衡量的，它的单位是mJ/ 平方厘米
• 负性胶通常的曝光时间是5～15秒，而正性胶则 需要用上3～4倍的时间。
Island
Window
pPhhoottoorreessiisstt
OOoxxiiddee SSsiiillliiicccooonnnsssuuubbbssstttrrraaattteee
Resulting pattern after the resist is developed.
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
光刻与刻蚀工艺流程
光刻与刻蚀工艺流程光刻和刻蚀是微电子加工过程中常用的两个工艺步骤。
光刻用于创建芯片上的图案，而刻蚀则用于移除不需要的材料。
以下是光刻和刻蚀的工艺流程。
光刻工艺流程：1.沉积光刻胶：首先，在硅片上沉积一层光刻胶。
这是一个具有高度选择性和可重复性的光敏聚合物材料，能够在曝光过程中改变化学性质。
2.乾燥和前处理：将光刻胶乾燥，然后对其进行前处理，例如去除表面的污垢和残留物。
3.涂布光刻胶：用涂胶机将光刻胶均匀地涂布在硅片的表面。
4.烘烤：将涂覆有光刻胶的硅片进行烘烤，以去除溶剂并使光刻胶层变得坚硬和耐久。
5.对位：将掩模对位仪对准硅片上的光刻胶层，确保光刻胶上的图案与所需的芯片图案完全一致。
6.曝光：通过紫外线照射机将光传递到光刻胶上，使其形成与掩模图案相同的图案。
7.显影：使用显影液处理光刻胶，显影液会将未曝光的部分光刻胶溶解掉，只留下曝光过的部分。
刻蚀工艺流程：1.腐蚀栅极：首先，通过化学腐蚀将栅极区域的金属材料去除，只保留未覆盖的部分，以便后续步骤。
2.沉积绝缘层：然后，在晶圆上沉积一层绝缘层材料，用以隔离电路的不同层次。
3.涂胶和曝光：使用同样的光刻胶工艺，在绝缘层表面涂覆光刻胶，并将掩模对位仪对准绝缘层上的光刻胶层。
4.显影：通过显影液处理光刻胶，保留所需的图案，暴露绝缘层。
5.刻蚀绝缘层：使用化学腐蚀或物理刻蚀技术，将未被光刻胶保护的绝缘层材料去除，使其与下方的层次保持相同的图案。
6.清洗和检验：最后，对晶圆进行清洗，以去除残留的光刻胶和刻蚀剂。
然后，对刻蚀图案进行检验，确保其质量和精确度。
这就是光刻和刻蚀的工艺流程。
通过这些步骤，可以在微电子芯片上创建复杂的电路和结构，以实现功能丰富的科技产品。
光刻工艺简要流程介绍
光刻工艺简要流程介绍光刻工艺是半导体制造中非常重要的一个步骤，主要用于将芯片的电路图案传输至硅片上。
以下是光刻工艺的简要流程介绍。
1.准备工作在进行光刻之前，需要先对硅片进行一系列的准备工作。
包括清洁硅片表面、附着光刻胶、烘干等。
2.光刻胶涂布在准备完毕的硅片上，使用涂胶机将光刻胶均匀地涂布在硅片表面。
光刻胶是一种高分子有机聚合物，具有粘附性能。
3.预烘将涂布光刻胶的硅片放入预烘炉中，通过升温和恒温的方式，将光刻胶中的溶剂挥发，使得光刻胶中的聚合物形成薄膜，并在硅片表面形成一层均匀的保护膜。
4.掩模对位将预烘完毕的硅片和掩模放入对位仪中，在显微镜下进行精确对位。
掩模是一个透明的玻璃衬底上覆盖有芯片的图案。
5.紫外曝光将已对位好的硅片放入紫外曝光机中，打开紫外光源，光束通过掩模上的图案进行投射，将图案的细节库流到硅片上。
6.开发曝光完毕后，将硅片放入显影机中进行开发。
开发液会溶解掉曝光过程中没有暴露到光的光刻胶，显示出光刻胶图案。
7.软烘将开发完毕的硅片放入软烘炉中，通过温度升高将余留在硅片上的开发液挥发，使得光刻胶更加稳定。
8.硬烘将软烘完毕的硅片放入硬烘炉中，通过更高的温度和较长的时间，硬化光刻胶，使其具有更好的耐蚀性。
9.除胶将硬烘完毕的硅片放入去胶机中，用一定的化学液将光刻胶除去，还原出硅片表面的芯片图案。
10.检测和清洁除胶完毕后，需要对硅片进行检测，确保图案的质量和正确性。
之后进行清洁，除去可能残留在硅片上的任何污染物。
光刻工艺是半导体制造中至关重要的一步，其决定了芯片上电路图案的制备质量和精确度。
随着技术的不断进步，光刻工艺也不断改进，以适应更高的图案分辨率和更复杂的电路设计。
光刻工艺简要流程介绍
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蒸汽淀积，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。
基本光刻工艺流程
《基本光刻工艺流程》光刻工艺可有意思啦。
咱先从晶圆准备说起。
晶圆就像个小舞台，得把它弄得干干净净、平平整整。
要是有个小灰尘小颗粒啥的，那后面的表演可就砸啦。
这就好比盖房子，地基得打好。
光刻胶涂覆也重要呢。
光刻胶就像是给晶圆穿上的一层特殊衣服。
这层衣服得涂得均匀，不能有的地方厚有的地方薄。
就像咱涂指甲油，得涂得漂亮，不能坑坑洼洼的。
涂覆光刻胶有专门的设备，能把光刻胶均匀地铺在晶圆上。
曝光这一步可关键啦。
这就像拍照一样，不过是用特殊的光来给晶圆上的光刻胶拍照。
光线就像神奇的画笔，把设计好的图案画在光刻胶上。
这光可不是普通的光，是经过特殊处理的，能让光刻胶发生奇妙的变化。
曝光的设备得很精密，稍微有点偏差，图案就不对啦。
显影也不能小瞧。
显影就像是把曝光后的光刻胶冲洗一下，把不需要的部分去掉。
这就像我们洗照片，把多余的药水冲掉，留下我们想要的图像。
显影的溶液得选对，时间也得控制好。
要是时间太长或者溶液不对，可能把该留下的光刻胶也冲走了，那就坏事啦。
蚀刻是个厉害的步骤。
这时候就是对晶圆进行真正的加工啦。
用化学或者物理的方法，把晶圆上不需要的部分去掉。
就像雕刻一样，把多余的石头凿掉，留下精美的雕像。
蚀刻得精确，不能伤到该留下的部分。
光刻胶去除也有讲究。
做完前面的步骤，光刻胶完成了它的使命，得把它去掉啦。
就像演出结束，演员得卸妆一样。
得用合适的方法把光刻胶清除干净，不能留下残留，不然会影响晶圆的质量。
基本光刻工艺流程就是这样一系列神奇的步骤。
每个步骤都得小心翼翼，就像走钢丝一样，不能出一点差错。
这光刻工艺就像一场精彩的魔术表演，把设计好的图案完美地呈现在晶圆上。
光刻工艺流程很奇妙，需要精心操作，容不得半点马虎。
光刻工艺流程和步骤
光刻工艺流程和步骤The photolithography process is a key step in the fabrication of microelectronic devices. This process involves transferring a pattern from a mask onto a substrate coated with a photosensitive material.光刻工艺流程是微电子器件制造中的一个关键步骤。
这个过程涉及将一个掩模上的图案转移到涂有光敏材料的衬底上。
The first step in the photolithography process is to prepare the substrate. This involves cleaning the substrate to remove any contaminants that could interfere with the patterning process. Once clean, a thin layer of photoresist is spin-coated onto the substrate.在光刻工艺流程中的第一步是准备衬底。
这涉及清洁衬底，以去除可能干扰图案形成过程的任何污染物。
一旦清洁，就会在衬底上旋涂一层薄薄的光刻胶。
After the photoresist is applied, the next step is to align and expose the substrate to UV light through a mask. The mask contains the pattern that needs to be transferred onto the substrate. The UV lightpasses through the transparent areas of the mask and exposes the underlying photoresist.在涂了光刻胶之后，下一步是将衬底对准并暴露于透过掩模的紫外光。
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光刻工艺流程Lithography Process摘要：光刻技术（lithography technology)是指集成电路制造中利用光学—化学反应原理和化学，物理刻蚀法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。
光刻是集成电路工艺中的关键性技术，其构想源自于印刷技术中的照相制版技术。
光刻技术的发展使得图形线宽不断缩小，集成度不断提高，从而使得器件不断缩小，性能也不断提利用高。
还有大面积的均匀曝光，提高了产量，质量，降低了成本。
我们所知的光刻工艺的流程为：涂胶→前烘→曝光→显影→坚膜→刻蚀→去胶。
Abstract:Lithography technology is the manufacture of integrated circuits using optical - chemical reaction principle and chemical, physical etching method, the circuit pattern is transferred to the single crystal surface or the dielectric layer to form an effective graphics window or function graphics technology.Lithography is the key technology in integrated circuit technology, the idea originated in printing technology in the photo lithographic process. Development of lithography technology makes graphics width shrinking, integration continues to improve, so that the devices continue to shrink, the performance is also rising.There are even a large area of exposure, improve the yield, quality and reduce costs. We know lithography process flow is: Photoresist Coating → Soft bake → exposure → development →hard bake → etching → Strip Photoresist.关键词：光刻，涂胶，前烘，曝光，显影，坚膜，刻蚀，去胶。
Key Words:lithography,Photoresist Coating,Soft bake,exposure,development,hard bake ,etching, Strip Photoresist.引言：光刻有三要素：光刻机；光刻版（掩模版）；光刻胶。
光刻机是IC晶圆中最昂贵的设备，也决定了集成电路最小的特征尺寸。
光刻机的种类有接触式光刻机、接近式光刻机、投影式光刻机和步进式光刻机。
接触式光刻机设备简单，70年代中期前使用，分辨率只有微米级，掩模板和硅片直接接触，使得掩膜版寿命短。
接近式光刻机距硅片表面约10微米，掩膜版拥有更长的寿命，分辨率大于3μm.投影光刻机类似于投影仪，掩模与硅片之间增加一透镜，掩模与硅片1：1，分辨率大约在1微米左右。
步进光刻机在IC中是最流行的，它具有高分辨率（0.25微米或以下），掩膜图形尺寸5X：10X能够得到更好的分辨率，但他的曝光时间是5X的四倍；步进光刻机的价格是最昂贵的。
掩模版包含了对于整个硅片来说确定一工艺层所需的完整管芯阵列。
其中的光刻胶主要由基体（树脂）、感光剂（聚乙烯醇肉桂酸脂）、溶剂（环己酮）、增感剂（5-硝基苊）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。
光刻胶分为正胶和负胶；正胶在显影时，感光部分溶解，未感光部分不溶解；负胶显影时感光部分不溶解，不感光部分溶解。
正胶的光敏度和抗腐蚀能力都大于负胶。
而光刻胶的作用是在刻蚀（腐蚀）或离子注入过程中，保护被光刻胶覆盖的材料。
高分辨率，高灵敏的光刻胶，低缺陷和精密的套刻对准是ULSI对光刻的要求。
要达到这样的要求就必须在光刻的每一个流程都严格把关，这里分别简单讲讲光刻工艺的各个流程。
1.涂胶（Photoresist Coating）涂胶的目的是在硅片表面形成厚度均匀，附着性强，并且没有缺陷的光刻胶薄膜。
涂胶作为光刻工艺的第一步，涂胶的好坏直接决定了之后光刻能否正常进行。
涂胶前的Si片是需要处理的以便于光刻胶能更好的附着在上面。
由于光刻胶的疏水性，所以Si片首先需要脱水烘培去除水分。
然后使用HMDS(六甲基乙硅氮烷)或TMSDEA(三甲基甲硅烷基二乙胺)作增粘处理。
对涂胶的要求：粘附良好，均匀，薄厚适当。
若胶膜太薄，则会导致针孔多，抗腐蚀性差；若太厚，则分辨率低。
涂胶的方式有：浸涂，喷涂，旋涂。
其中旋胶工艺步骤：①将光刻胶溶液喷洒到硅片表面上；②加速旋转托盘（硅片），直至达到需要的旋转速度；③达到所需的旋转速度后，保持一定时间的旋转（甩胶）。
光刻工艺中一般采用旋胶，旋转涂胶工艺的示意图如下：2.前烘（Soft bake）由于在液态的光刻胶溶剂的成份占65%—85%，甩胶后光刻胶变成固态薄膜但仍含有10%—30%的溶剂，容易粘污灰尘。
所以涂胶以后的硅片，需要在一定的温度下进行烘烤，一步骤称为前烘。
而前烘的目的是促进胶膜内溶剂充分挥发，使胶膜干燥；增加胶膜与SiO2(Al 膜等)的粘附性及耐磨性。
另外光刻胶的显影速度受光刻胶中溶剂含量的影响。
如果溶剂含量过高，显影时光刻胶的溶解速度就比较快，容易导致浮胶，图形也易变形；但是，并不是要去除光刻胶中的所有溶剂，光刻胶中需要剩余一定的溶剂，以便于使感光剂重氮醌转变为羧酸。
这就要求前烘的时间和温度都需要严格地控制。
如果前烘温度太低，或时间过短，除了光刻胶层与硅片表面的黏附性变差之外，曝光的精确度也会因为光刻胶中的溶剂的含量过高而变差。
另外，显影时也易浮胶，图形易变形。
如果温度过高，时间过长，光刻胶层黏附性也会因为光刻胶变脆而降低。
而且，过高的烘培温度会使光刻胶中的感光剂发反应，这会使光刻胶在曝光时的敏感度变差，增感剂挥发，导致显不出图形。
前烘的方式一般有：①烘箱对流加热，②红外线辐射加热，③热板传导加热。
在ULSI 工艺中，常用的前烘方法是真空热平板烘烤。
这种方法方便控制温度，还可以保证加热均匀。
平板烘烤还可以解决光刻胶表面粗糙的问题。
3.曝光（Exposure）光刻胶在经过前烘之后，原来为液态的光刻胶在硅片表面上固化，这样就可以进行曝光。
曝光方式有接触式，接近式和投影式。
接触式硅片与光刻版紧密接触，光衍射效应小，分辨率高，但对准困难，易摩擦，是光刻版图形变形，光刻版寿命短且成品率低。
接近式硅片与光刻版保持5—50μm间距，光刻版不易损坏，光衍射效应严重，分辨率低，线宽大于3μm。
投影式曝光利用光学系统，将光刻版的图形投影在硅片上，光刻版不受损伤，对准精度也高，但光学系统复杂，对物镜成像要求高，一般用于3μm以下光刻。
目前常见的曝光有光学曝光（紫外、深紫外），X射线曝光，电子束直写式曝光。
投影式曝光分类：扫描投影曝光（Scanning projection exposure）,70年代末～80年代初，大于1μm工艺；掩膜版1：1全尺寸。
步进重复投影曝光（Stepping-repeating projection exposure）,80年代末～90年代，0.35μm～0.25μm（DUV）。
掩膜版缩小比例（4：1），棱镜系统的制作难度增加。
扫描步进投影曝光（Scanning stepper projection exposure），90年代末至今，用于小于0.18μm工艺，增大了每次曝光的视场，提供硅片表面不平整的补偿，提高了整个硅片的尺寸均匀性；但同时需要反向运动，增加了机械系统的精度要求。
需要注意的是在进行曝光时会发生驻波效应，导致曝光的线宽发生变化。
为了减弱驻波效应往往在光刻工艺中使用抗反射涂层（ARC）工艺。
利用ARC吸收折射进入ARC的光线，以及根据曝光所使用的波长使ARC与折射进入ARC的光波相匹配，可以降低ARC反射到光刻胶中的光线强度。
ARC的制作方法一般有物理气相淀积（PVD）和化学气相淀积（CVD）.4.显影（D evelopment）曝光之后需要进行后烘，短时间的后烘可以促进光刻胶的关键化学反应，提高光刻胶的粘附性并减少驻波，然后就可以进行显影。
显影是将未感光的负胶或感光的正胶溶解去除，显现出所需的图形。
正胶显影液是含水的碱性显影液，如KOH、TMAH（四甲基氢氧化胺水溶液）等。
负胶显影液是一种有机溶剂，如丙酮、甲苯等。
进行显影的方式有很多种，如：浸入式显影，混凝显影，喷洒显影等。
目前应用最广泛的是喷洒方法。
这种显影可分为三步：①硅片被置于旋转台上，并且在硅片表面上喷洒显影液；②然后硅片将在静止的状态下进行显影；③显影完成后，需要经过漂洗，之后在旋干。
漂洗和旋干是为了去除残留在硅片上的显影液。
喷洒显影的优点是它可以满足工艺流水线的要求，提高生产效率。
显影之后，一般要通过光学显微镜，扫描电子显微镜或者激光系统来进行显影检验；目的是区分哪些有很低可能性通过最终掩膜检验的晶圆，提供工艺性能和工艺控制数据，以及分拣出需要重做的晶圆。
而影响显影效果的因素主要有：曝光时间，前烘的温度与时间，胶膜的厚度，显影液的浓度以及显影液的温度等。
显影时间太短，可能留下光刻胶薄膜层，从而阻挡腐蚀二氧化硅或金属，形成氧化层“小岛”。
时间太短，光刻胶软化、膨胀、钻溶、浮胶，导致图形边缘破坏。
5.坚膜（Hard Bake）硅片在经过显影之后，需要经历一个高温处理过程，简称坚膜。
坚膜的主要作用是去除光刻胶中剩余的溶剂，增强光刻胶对硅片表面的附着力，同时提高光刻胶在刻蚀和离子注入过程中的抗蚀性和保护能力。
通常坚膜的温度要高于前烘和曝光后烘烤温度，也称为光刻胶的玻璃态转变温度。
坚膜的方法有：（1）恒温烘箱法（180—200℃，30min左右）；（2）红外灯照射（照射10min，距离6cm）。
如果坚膜不足，则腐蚀时易浮胶，易侧蚀；如果坚膜过度，则胶膜热膨胀导致翘曲，剥落，腐蚀时易浮胶或钻蚀。