光刻工艺与方法
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。
光刻机工艺流程
光刻机工艺流程光刻机工艺是半导体制造过程中的关键步骤之一，用于在半导体芯片上形成微细图案。
本文将介绍光刻机工艺的流程，从准备工作到最终图案的形成。
一、准备工作在进行光刻机工艺之前，需要进行一系列的准备工作。
首先，要确定所需的图案，并将其转化为数字化的掩膜文件。
然后，将该文件传输到光刻机的控制系统中。
接下来，需要准备基片，即芯片的基础材料。
基片会经过一系列的清洗和处理步骤，以确保表面的纯净度和平整度。
二、涂覆光刻胶在进行光刻之前，需要将光刻胶涂覆在基片上。
光刻胶是一种光敏材料，可以通过光的照射形成图案。
涂覆光刻胶的过程称为光刻胶涂覆。
这一步骤需要将光刻胶倒在基片上，并利用离心力使其均匀分布在基片表面。
三、预烘烤涂覆完光刻胶后，需要进行预烘烤步骤。
预烘烤的目的是将光刻胶中的溶剂挥发掉，使其变得更加粘稠。
预烘烤的温度和时间会根据光刻胶的种类和厚度进行调整，以确保光刻胶的性能达到最佳状态。
四、曝光曝光是光刻机工艺中最关键的步骤之一。
在曝光过程中，使用掩膜上的图案来控制光的传输，将光刻胶中被照射到的区域形成所需的图案。
曝光过程中，通过控制曝光光源的强度和时间，可以精确地控制光刻胶的曝光量。
曝光后，需要进行后曝光烘烤，以进一步固化光刻胶。
五、显影显影是将曝光后的光刻胶中未固化的部分去除的过程。
显影液中的化学溶液会将未曝光的光刻胶溶解掉，从而形成所需的图案。
显影的时间和温度会根据光刻胶的种类和厚度进行调整，以确保完全去除未固化的光刻胶。
六、清洗在显影之后，需要对基片进行清洗，以去除显影液和残留的光刻胶。
清洗过程中，使用化学溶液和超声波等方法，将基片表面的污染物清除干净，以保证最终图案的质量。
七、质量检验在完成光刻机工艺后，需要对芯片进行质量检验。
质量检验的目的是验证图案的形成情况以及光刻胶的质量。
常用的质量检验方法包括光学显微镜观察、扫描电子显微镜观察以及测量图案的尺寸和形状等。
八、最终图案的形成经过以上步骤，最终在基片上形成了所需的微细图案。
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
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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
光刻工艺流程
光刻工艺流程
光刻工艺是在半导体制造中至关重要的一个工艺，它是制造芯片必不可少的环节。
本文将介绍光刻工艺流程及其每个步骤的作用和方法。
首先，要准备好硅片和光刻胶。
硅片上会先涂上一层光刻胶，然后通过光刻机对其进行曝光、显影和烘干的操作。
其次，进行光刻胶的涂布。
首先，将准备好的硅片放到光刻机的微小旋转台上，然后，使用光刻胶涂布机器对硅片进行涂布，将光刻胶均匀地涂抹在硅片上。
这个工作是十分重要的，因为如果光刻胶的涂布不均匀，将会影响后续制程的成果。
接着，进行曝光。
将涂好光刻胶的硅片放入光刻机的曝光台中，加入掩模版后，开启光刻机器的曝光光源，使镀有光刻胶的硅片根据掩膜图案将辐射能量吸收。
曝光时间的长短取决于掩膜的复杂程度以及所用的光刻胶类型。
进行显影。
曝光后，将硅片放入显影液中，在显影液中加持一定时间使没有经过曝光的光刻胶部分被清除，从而满足标准掩膜的设计要求。
要注意控制显影液的温度，时间和浓度，否则就会对芯片的制造产生影响。
最后进行烘干。
显影后的光刻胶薄层需要进行烘干，通过烘干将液体显影液中多余的水分挥发掉，光刻胶薄层变得坚硬。
需要注意的是，烘干的温度和时间要正确，不要过度或不足，以确保质量的稳定性。
总之，光刻工艺流程是一个非常精细的制程，非常需要注意每个步骤的细节，更需要操作人员的技术经验和操作规范。
只有这样，我们才能在制造芯片过程中保证产品的一致性和稳定性。
详解半导体的光刻工艺全过程
详解半导体的光刻工艺全过程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）。
光刻与刻蚀工艺流程
光刻与刻蚀工艺流程光刻和刻蚀是半导体工艺中重要的步骤，用于制备芯片中的电路。
光刻是一种通过使用光敏剂和光刻胶来转移图案到硅片上的技术。
刻蚀则是指使用化学物质或物理能量来去除或改变表面的材料。
光刻工艺流程分为四个主要步骤：准备硅片、涂敷光刻胶、曝光和开发。
首先，准备硅片。
这包括清洗硅片表面以去除杂质和污染物，然后通过浸泡于化学溶液中或使用化学气相沉积等方法在硅片上形成一层光刻胶的基础层。
第二步是涂敷光刻胶。
将光刻胶倒入旋转涂胶机的旋转碟中，然后将硅片放置在碟上。
通过旋转碟和光刻胶的黏度控制，使光刻胶均匀地铺在硅片上。
光刻胶的厚度取决于所需的图案尺寸和深度。
第三步是曝光。
在光刻机中，将掩膜对准硅片，然后使用紫外线照射光刻胶。
掩膜是一个透明的玻璃或石英板，上面有所需的电路图案。
曝光过程中，光刻胶中的光敏剂会发生化学反应，使得光刻胶在被曝光的区域变得溶解性，而未被曝光的区域仍保持完整。
最后一步是开发。
在开发过程中，使用盐酸、溶液或者有机溶剂等化学溶液将未曝光的光刻胶从硅片上溶解掉。
溶解后就会出现光刻胶的图案，这相当于将掩膜中的图案转移到硅片上。
在完成开发后，再对硅片进行清洗和干燥的处理。
刻蚀工艺流程通常根据需要的深度和形状来选择不同的刻蚀技术。
常见的刻蚀技术有湿刻蚀和干刻蚀。
湿刻蚀是将硅片浸泡在一个含有化学溶液的反应槽中，溶液会去除不需要的材料。
刻蚀速度取决于化学溶液中的浓度和温度以及刻蚀时间。
湿刻蚀通常用于较浅的刻蚀深度和简单的结构。
干刻蚀是使用物理能量如等离子体来去除材料。
等离子体刻蚀分为反应离子束刻蚀(RIE)和电感耦合等离子体刻蚀(ICP)。
在等离子体刻蚀中，通过加热到高温的氩气等离子体释放离子，离子会以高速束流撞击竖立在硅片表面的物质，去除不需要的材料。
干刻蚀通常用于深刻蚀和复杂的纳米级结构。
在刻蚀过程中，为了保护不需要刻蚀的区域，通常会将硅片用光刻胶进行覆盖。
在刻蚀结束后，光刻胶可以去除，暴露出所需要的图案。
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。
光刻工艺步骤介绍
光刻工艺步骤介绍光刻工艺是一种重要的微电子制造技术，用于将电子芯片的图案转移至硅片上。
下面我将详细介绍光刻工艺的步骤。
第一步：准备硅片在光刻工艺开始之前，首先需要准备好硅片。
这包括清洗硅片表面以去除任何杂质，并在其表面形成一层薄的光刻胶。
光刻胶一般是由聚合物（如光刻胶），溶剂和添加剂组成的混合物。
第二步：涂覆光刻胶准备好的硅片放置在旋涂机上，然后将光刻胶涂覆在硅片表面。
旋涂机会以高速旋转硅片，使光刻胶均匀地覆盖在整个表面上。
涂覆的光刻胶会在硅片上形成一层均匀的薄膜。
第三步：预烘烤涂覆光刻胶后，硅片需要进行预烘烤。
预烘烤的目的是将光刻胶中的溶剂挥发掉，使光刻胶更加稳定。
预烘烤是在较低的温度下进行的，一般在90-100°C之间。
第四步：对准和曝光在对准和曝光步骤中，使用光刻机将芯片的图案转移到光刻胶层上。
首先，在光刻机的对准系统下，将硅片和图案的掩膜进行对准。
对准系统使用电子束或激光进行确切的对准。
一旦对准完成，光刻机会使用紫外线光源照射光刻胶。
光刻胶的激发使其发生化学反应，形成了曝光图案。
第五步：后烘烤曝光完成后，硅片需要进行后烘烤。
后烘烤的目的是将光刻胶中的曝光图案进行固化，并增强其耐久性。
后烘烤的温度和时间会根据光刻胶的类型和用途而有所不同。
第六步：显影显影是将曝光图案从光刻胶中暴露出来的步骤。
使用化学溶液将未曝光的光刻胶部分溶解掉，只留下曝光图案。
这一步骤在洗涤机中进行，确保均匀地清洗掉不需要的光刻胶部分。
第七步：清洗显影完成后，硅片需要通过化学溶液进行清洗，以去除任何剩余的光刻胶和杂质。
清洗过程往往需要使用多种溶液和机械清洗的步骤，以确保硅片表面干净。
第八步：测量和检验最后一步是对光刻结果进行测量和检验。
使用显微镜、扫描电子显微镜（SEM）等设备，检查光刻图案是否与设计要求相符。
测量和检验可以帮助确认制造过程中的任何错误或缺陷，以便及时进行修正。
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触不好，图形出现发虚现象
4、氧化层的厚度差别太大
针孔
1、氧化硅薄膜表面有外来颗粒，使得涂胶时胶膜与基 片表面未充分沾润，留有未覆盖的小区域，腐蚀时产生 针孔。 • 2、 光刻胶中含有固体颗粒，影响曝光效果，显影时剥 落，腐蚀时产生针孔。 • 3、光刻胶膜本身抗蚀能力差，或胶膜太薄，腐蚀液局 部穿透胶膜，造成针孔。 • 4、前烘不足，残存溶剂阻碍抗蚀剂交联，或前烘时骤 热，引起溶剂挥发过快而鼓泡，腐蚀时产生针孔。 • 5、曝光不足，交联不充分，或曝光时间过长，胶层发 生皱皮，腐蚀液穿透胶膜而产生腐蚀斑点。 • 6、腐蚀液配方不当，腐蚀能力太强。 • 7、掩模版透光区存在灰尘或黑斑，曝光时局部胶膜末 曝光，显影时被溶解，腐蚀后产生 针孔。
影响曝光分辨率的因素
1．掩模版与光刻胶膜的接触情况 2．曝光光线的平行度 3．光的衍射和反射 4．光刻胶膜的质量和厚度 5．曝光时间 6．掩模版的分辨率和质量
去胶
• 溶剂去胶，去胶剂常用含氯的烃化物，并含有表 面湿润剂
• 氧化去胶，常用的氧化剂有浓硫酸，H2SO4 : H2O2(3:1)混合液，也可用Ⅰ号洗液(NH4OH : H2O2 : H2O=1:2:5)煮沸，使胶层碳化脱落而除去； 还有氧气去胶。
• 等离子体去胶，氧气在强电场作用下电离产生的 活性氧，使光刻胶氧化而成为可挥发的CO2、H2O 及其他气体而被带走。
光刻质量分析
浮胶 • 1，操作环境的湿度过大； • 2，二氧化硅表面不净； • 3，前烘不足或过度； • 4，曝光或显影不合适； • 5，腐蚀不当造成浮胶
钻蚀
1、光刻掩膜版质量不好，版上图形边缘不 齐并有毛刺等
小岛
1、在光刻版上不透光的区域中存在着小孔或透 光点。
• 2、光刻胶中的大颗粒不溶物质残存于二氧化硅 的表面。
• 3、曝光过度，使的局部区域显影不干净或显影 不充分，残留光刻胶底膜。
• 掩模是光刻工艺加工的基准，掩模质量的好坏直 接影响光刻质量的优劣，从而影响晶体管或集成 电路的性能和成品率。
• 线宽 • 安全极限浓度(TLV) • 抗蚀能力 • 分辨率： a)、光的衍射、镜头色差和设备的机械稳定性； b)、光刻胶的光学特性； c)、工艺特性，如适当烘烤、显影、后烘、刻蚀
• 曝光技术直接影 响到微细图形加 工的精度与质量
• a,接触式 • b,接近式 • c,投影式
三种曝光方式比较
接触曝光：光的衍射效应较小，因而分辨率高；但易损 坏掩模图形，同时由于尘埃和基片表面不平等，常常 存在不同程度的曝光缝隙而影响成品率。
接近式曝光：延长了掩模版的使用寿命，但光的衍射效 应更为严重，因而分辨率只能达到2—4um 左右。
• 缺点：设备复杂，成本昂贵；完成全部图形曝光 需较长时间。掩模制备困难。
• 其他曝光方法： X 射线曝光方法
离子束曝光方法
光刻工艺过程
• 涂胶，前烘，曝光，显影，坚膜，腐蚀和去胶
显影和定影
• 显影：感光底版在曝光后，用显影液将潜影银质 点继续长大成较大的金属银粒，使之能成为可见 的图像。
• 定影：选择一种既能溶解残存在乳胶层内的卤化 银，又不对乳胶层的明胶和构成影像的银质点发 生侵蚀作用的定影液，除去显影后残存在乳胶层 内的卤化银，使显影所得的影响固定下来。
投影式曝光：掩模不受损伤，不存在景深问题提高了对 准精度，也减弱了灰尘微粒的影响，已成为LSI 和 VLSI 中加工小于3um 线条的主要方法。缺点是投影 系统光路复杂，对物镜成像能力要求高。
电子束曝光
• 电子束曝光方法主要有扫描式和投影式（分为摄 像管式和透射电子成像式）两种。
• 优点：分辨率比光学曝光高，能扫描最小线宽 0.1um 的微细图形；扫描电子束曝光不需要掩模 版，可缩短加工周期；能大大提高加工精度。
光刻工艺与方法
张永平 2012.02.24
• 光刻胶由三部分组成：
1、感光剂 2、增感剂 3、溶剂
正、负性光刻胶
衡量光刻胶好坏的标准
• 1、感光度 • 2、分辨率 • 3、粘度及固态含有率 • 4、稳定性 • 5、抗蚀性 • 6、黏• 现代曝光系统所产生的像是受衍射限制的，而衍 射效应又与曝光辐射的波长有很强的联系。从历 史看，多数的光刻系统都使用弧光灯作为主要光 源，内含有汞蒸汽，用光刻的灯消耗大约1千瓦功 率。常用的汞两种特征波长：436nm（g线）和 365nm（i线）。20世纪90年代早期，多数的光刻 机使用g线；在0.35μm这一代中，i线步进光刻机 是主宰。在深紫外光这一段，最亮的光源要数准 分子激光 ，最有兴趣的二种源:KrF（248nm）和 ArF（193nm），一般有二种元素，一种是惰性 气体，一种是含卤化合物。准分子激光的主要问 题：激光的可靠性和寿命、镜头系统中光学元件 对曝光波长的透明度、寻找合适的光刻胶