第五章 光刻作业
光刻的基本流程
光刻的基本流程光刻技术是微电子工艺中的一项重要技术，它在集成电路制造、光学元件制造、微纳米加工等领域都有着广泛的应用。
光刻技术的基本流程包括准备工作、感光胶涂覆、曝光、显影、清洗等步骤。
首先，准备工作是光刻技术中非常重要的一步。
在进行光刻之前，需要对光刻设备进行检查和维护，确保设备的正常运转。
同时，还需要准备好感光胶、掩模板、曝光机、显影液、清洗溶剂等材料和设备。
接下来是感光胶涂覆的步骤。
感光胶是光刻技术中的关键材料，它的质量直接影响到光刻的效果。
在涂覆感光胶时，需要控制涂覆厚度和均匀性，确保感光胶能够均匀地覆盖在基片表面。
然后是曝光步骤。
曝光是将掩模板上的图形投射到感光胶上的过程，通过曝光机将紫外光线照射到感光胶上，使感光胶发生化学反应。
在曝光过程中，需要控制曝光时间和曝光能量，确保感光胶的曝光效果符合要求。
接着是显影步骤。
显影是将曝光后的感光胶进行去除的过程，通过显影液将未曝光部分的感光胶去除，留下曝光部分形成的图形。
在显影过程中，需要控制显影时间和显影温度，确保显影效果符合要求。
最后是清洗步骤。
清洗是将显影后的感光胶残留物进行清除的过程，通过清洗溶剂将感光胶残留物去除，留下清洁的基片表面。
在清洗过程中，需要控制清洗时间和清洗温度，确保清洗效果符合要求。
通过以上几个步骤，光刻技术可以实现对基片表面的精细加工，形成所需的图形和结构。
光刻技术的基本流程虽然看似简单，但其中涉及到许多工艺参数和操作技巧，需要操作人员具备丰富的经验和严谨的工作态度。
总的来说，光刻技术的基本流程包括准备工作、感光胶涂覆、曝光、显影、清洗等步骤，每个步骤都需要严格控制工艺参数，确保光刻的效果符合要求。
光刻技术在微电子工艺中有着重要的应用，它的发展将进一步推动微纳米加工技术的发展，为微纳米器件的制造提供有力支持。
第五章：光刻
数值孔径
分辨率（R）
分辨率是将硅片上两个相邻的特征尺寸（或关键尺 寸）光刻胶图形区分开的能力。分辨率是光刻中一 个重要的性能指标。
k为工艺因子，范围是0.6～0.8， λ为光源的波长NA 为曝光系统的数值孔径 要提高曝光系统的分辨率即减小特征尺寸，就要降 低紫外光的波长λ
图中分辨率为0.25μm
涂胶/显影系统设备（AIO-700型）
涂胶/显影系统设备（AIO-700型）
涂胶/显影系统设备（AIO-700型）
涂胶/显影系统设备（AIO-700型）
涂胶/显影系统设备（AIO-700型）
涂胶/显影系统设备（AIO-700型）
涂胶/显影系统设备（AIO-700型）
第五章 光 刻
光刻：
5.1 引 言
将掩膜版上的电路图形精确转移到硅片表面光刻
胶膜上的复制过程。
光刻是集成电路制造的关键工艺
掩膜版（Reticle或Mask）
材质—玻璃/石英，亚微米及以下技术—石英版， 石英版优点：透光性好、热膨胀系数低。
金属铬膜 — 版上不透光的图形
光刻是产生特征尺寸的工序
透 镜 光 学 系 统
数值孔径（NA）
透镜能够把一些衍射光会聚到一点成像，把透镜 收集衍射光的能力称为透镜的数值孔径。（ 通常 UV光通过掩膜版上的特征尺寸小孔会发生衍射 现象）
NA＝（n）Sinθm≈（n）×透镜半径/透镜焦长 n为图像介质的折射率，θm为主光轴与透镜边缘 光线的最大夹角。透镜半径越大数值孔径越大成 像效果越好。但受到镜头成本的限制。分步重复 光刻机和步进扫描光刻机的NA都能做到0.60～ 0.68的水平
（b）对比度好
3. 敏感度好（是指硅片表面光刻胶中产生良好图形 所需要的一定波长光的最小能量值，以mJ/cm2为 单位）
光刻作业
光刻制作薄膜作业古迪一、SiO2层制备：干氧氧化是指在高温下，氧气与硅反应生成SiO2。
22SiO O Si →+氧化温度为900-1200℃，为了防止外部气体的玷污，炉内气体压力应比一个大气压稍高些，可通过气体流速来控制。
优点：结构致密、干燥、均匀性和重复性好，掩蔽能力强， 与光刻胶黏附好，目前制备高质量的SiO2薄膜基本上，都是采用这种方法。
二、Al 层制备：可采用蒸镀的方法在上面蒸镀一次铝膜。
三、光刻的主要步骤：涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、刻蚀、去胶。
四、光刻的两种方法正胶刻蚀和负胶刻蚀。
正胶：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。
五、以负胶刻蚀为例的具体流程1.涂胶前的Si 片处其中SiO2:亲水性；光刻胶：疏水性；①脱水烘焙:去除水分②HMDS ：增强附着力，其中的作用：去掉SiO2表面的-OH2.涂胶对涂胶的要求：粘附良好，均匀，薄厚适当涂胶方法：旋涂3.前烘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。
4.曝光光学曝光－紫外，深紫外的方法5.显影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：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：有机溶剂，如丙酮、甲苯等。
例，KPR（负胶）的显影液。
6.坚膜使软化、膨胀的胶膜与硅片粘附更牢；增加胶膜的抗蚀能力。
方法：恒温烘箱：180－200℃，30min；红外灯：照射10min，距离6cm。
7.腐蚀（刻蚀）①对腐蚀液（气体）的要求：既能腐蚀掉裸露的SiO2（金属），又不损伤光刻胶。
②腐蚀的方法湿法腐蚀：腐蚀剂是化学溶液。
特点：各向同性腐蚀。
8.1.7 去胶湿法去胶无机溶液去胶：H2SO4（负胶）；有机溶液去胶：丙酮（正胶）；。
5、半导体工艺原理-光刻
6. 显影 （Develop）
工艺目的： 溶解硅片上 曝光区域 的胶膜，形 成精密的光 刻胶图形。
工艺方法： 正胶显影液： 2.38% 的四甲基氢氧化铵（TMAH）
特点：碱性、水性显影液、轻度腐蚀硅 1. TMAH 喷淋显影，转速1000rpm～1500rpm 2. 去离子水喷淋定影，转速 1000rpm～1500rpm 3. 原位旋转甩干 工艺要求：
版图文件
亮版
暗版
光刻机
IC制造中最关键的步骤 IC 晶圆中最昂贵的设备 最有挑战性的技术 决定最小特征尺寸
接触式光刻机 光刻的三种方式 接近式光刻机
投影式光刻机
5.2 光刻工艺原理
光刻工艺的8个基本步骤
1. 气相成底膜 3. 软烘 5. 曝光后烘培（PEB） 7. 坚膜烘培
2. 旋转涂胶 4. 对准和曝光 6. 显影 8. 显影检查
光的衍射
方形小孔的衍射图像（接触孔）
透镜
透镜是一种光学元件，来自物体的光并通过它折 射形成物体的像。 光通过透镜聚焦相当于做一次傅里叶变换。例如 平行光聚焦成一个点。
光通过掩膜版小孔图形衍射进行第一次傅里叶变 换，再通过透镜聚焦进行第二次傅里叶变换，掩 膜版图形在硅片上成像。
曝 光 机 光 学 系 统
投影式对准曝 光系统示意图
对准和曝光
工艺目的： 对准和曝光是将掩膜板上的图形通过镜头由紫外线 传递到硅片表面光刻胶膜上, 形成光敏感物质在空 间的精确分布，最终达到图形精确转移的目的。
对准标记
8张掩膜版及经过8次对准和曝光形成的CMOS器件结构
接触式光刻机
设备简单 70年代中期前使
自动涂胶/显影系统－涂胶模块
涂胶模块剖面图
涂胶模块 示意图
集成电路制造工艺原理-《集成电路制造工艺原理》
《集成电路制造工艺原理》课程教学教案山东大学信息科学与工程学院电子科学与技术教研室(微电)张新课程总体介绍：1．课程性质及开课时间：本课程为电子科学与技术专业（微电子技术方向和光电子技术方向）的专业选修课。
本课程是半导体集成电路、晶体管原理与设计和光集成电路等课程的前修课程。
本课程开课时间暂定在第五学期。
2．参考教材：《半导体器件工艺原理》国防工业出版社华中工学院、西北电讯工程学院合编《半导体器件工艺原理》（上、下册）国防工业出版社成都电讯工程学院编著《半导体器件工艺原理》上海科技出版社《半导体器件制造工艺》上海科技出版社《集成电路制造技术-原理与实践》电子工业出版社《超大规模集成电路技术基础》电子工业出版社《超大规模集成电路工艺原理-硅和砷化镓》电子工业出版社3．目前实际教学学时数：课内课时54学时4．教学内容简介：本课程主要介绍了以硅外延平面工艺为基础的，与微电子技术相关的器件（硅器件）、集成电路（硅集成电路）的制造工艺原理和技术；介绍了与光电子技术相关的器件（发光器件和激光器件）、集成电路（光集成电路）的制造工艺原理，主要介绍了最典型的化合物半导体砷化镓材料以及与光器件和光集成电路制造相关的工艺原理和技术。
5．教学课时安排：(按54学时)课程介绍及绪论2学时第一章衬底材料及衬底制备6学时第二章外延工艺8学时第三章氧化工艺7学时第四章掺杂工艺12学时第五章光刻工艺3学时第六章制版工艺3学时第七章隔离工艺3学时第八章表面钝化工艺5学时第九章表面内电极与互连3学时第十章器件组装2学时课程教案:课程介绍及序论（ 2学时）内容：课程介绍：1 教学内容1.1与微电子技术相关的器件、集成电路的制造工艺原理1.2 与光电子技术相关的器件、集成电路的制造 1.3 参考教材2教学课时安排3学习要求序论：课程内容：1半导体技术概况1.1 半导体器件制造技术1.1.1 半导体器件制造的工艺设计1.1.2 工艺制造1.1.3 工艺分析1.1.4 质量控制1.2 半导体器件制造的关键问题1.2.1 工艺改革和新工艺的应用1.2.2 环境条件改革和工艺条件优化1.2.3 注重情报和产品结构的及时调整1.2.4 工业化生产2典型硅外延平面器件管芯制造工艺流程及讨论2.1 常规npn外延平面管管芯制造工艺流程2.2 典型 pn隔离集成电路管芯制造工艺流程2.3 两工艺流程的讨论2.3.1 有关说明2.3.2 两工艺流程的区别及原因课程重点：介绍了与电子科学与技术中的两个专业方向（微电子技术方向和光电子技术方向）相关的制造业，指明该制造业是社会的基础工业、是现代化的基础工业，是国家远景规划中置于首位发展的工业。
半导体制造工艺第章光刻
半导体制造工艺第章光刻光刻是半导体制造工艺中的一个重要步骤。
在半导体芯片制造的过程中，需要将芯片图形化，将设计图案复制到硅片的表面上。
这个步骤就需要光刻技术。
光刻的定义和原理光刻是利用光学系统在硅片表面上生成不同图案的一项技术。
简单来说，就是将持有芯片光掩模的基片放在硅片表面上，并利用紫外线等光源使光掩模的芯片图形投影到硅片表面上，从而完成芯片的形状和结构。
光刻机的主要部分是光源、光学系统，以及涂层沉积和烘烤系统。
硅片表面被涂上光刻胶，并使用紫外线等光源使光刻胶暴露在某些角度上，使辐射透过掩模辐射到涂在硅片表面上的光刻胶。
被照射的部分得到曝光后，经过一定的处理，剩下的部分形成所需的芯片结构。
光刻胶会在这个过程中起到纹路转移的作用，是传统光防蚀工艺及化学机械平整（CMP）处理工艺的重要保护层。
光刻机的类型目前光刻机主要分为：接触式光刻机（Contact）、非接触式光刻机（Non-contact）以及半接触光刻机（Semi-contact）。
根据不同的光掩模和涂层材料，选择不同类型的光刻机可以实现不同的功能需求。
•接触式光刻机接触式光刻机是光刻机的最早类型，利用距离近到可以接触到硅片表面的光掩模，将所需芯片结构投影到硅片表面。
这种方式比较慢，且容易产生挂膜现象，造成芯片质量下降。
但是设计和制造成本相对较低，因此在一些低端应用场景中还在使用。
•非接触式光刻机非接触式光刻机则是直接将掩模和硅片分开一定的距离，利用掩模上的光结构将所需图案投影到硅片表面。
这种光刻机的缺点就是昂贵和对粘附的材料要求更高。
因此，非接触式光刻机主要应用于高端芯片制造行业。
•半接触光刻机半接触光刻机则是将掩模和硅片之间留出一定的距离，既能够保证光防蚀层的不变性，又能够在一些场景下提升芯片制造的速度。
光刻胶的选择与性能光刻胶的选择与性能直接关系到芯片的最终质量。
不同的光刻胶材料对于不同的工艺流程具有不同的优势和劣势。
•碳链长度不同的光刻胶中含有的碳链长度不同，碳链长度决定了光刻胶对于制造工艺中反后效应的抑制效果。
光刻曝光作业指导书(2009)
河北冀雅电子有限公司质量体系文件Q/BHI.K-Q7.5-009光刻曝光作业指导书（A版）拟制：审核：批准：2009-11- 发布2009-11- 实施河北冀雅电子有限公司更改状态汇总表目录一、工艺简介 (1)1 本工序在LCD生产流程中的位置 (1)2 工艺目的 (1)3 工艺原理 (1)4 流程图 (1)二、职责 (2)1 操作者 (2)2 班长 (2)三、工艺基础条件 (3)1 设备 (3)2 工装工具 (3)3 动力条件 (3)4．环境条件 (3)5 主要材料 (3)6 辅助材料 (3)7 关键工艺参数及控制范围 (4)四、生产作业准备 (4)1 目的： (4)2 准备内容 (4)2.1班前 (4)2.2班末 (4)五、操作规程 (5)1 菲林版的贴版与固定及铬版的固定 (5)2 上版 (5)3 曝光 (6)3.1开机 (6)3.2操作 (6)3.3 关机 (6)4 卸版 (7)5 设备清洁 (7)5.1 曝光机的清洁 (7)5.2 擦版桌子、基准整合仪的清洁 (7)6 铬版的保护措施 (8)六、控制规范 (8)1 范围 (8)2 引用标准 (8)3 流程图 (8)4 生产过程中的产品质量检验的说明 (9)5．控制项目 (10)七、安全 (11)八、记录 (11)1 曝光生产工作日记 (11)光刻曝光作业指导书一、工艺简介1 本工序在LCD生产流程中的位置光刻2 工艺目的通过光刻线操作员工上MASK版、擦版、卸版、曝光等的操作，完成图形由光刻版到ITO玻璃上光刻胶膜的转移。
3 工艺原理在涂好光刻胶的玻璃表面覆盖掩摸版，用汞灯产生的紫外光进行选择性照射，使受照部分的光刻胶发生光化学反应，改变了这部分胶膜在显影液中的溶解度，显影后光刻胶膜就显现出与掩摸版相对应的图形。
4 流程图二、职责1 操作者1.1严格遵守公司及所在部门、班组的规章制度，劳动纪律，不擅离职守。
1.2严格准确地按工作指令、本作业指导书及所加工产品的工艺指令进行生产。
光刻实验报告(word文档良心出品)
半导体工艺实验报告（光刻实验）姓名:王冲学号:1211002151小组成员：王洋、刘吉东、范韬、朱腾飞班级:集123地点:工程训练中心老师签名:黄静一．实验目的了解光刻在集成电路工艺中的作用，熟悉光刻工艺的步骤和操作。
二．实验原理光刻是一种复印图象与化学腐蚀相结合的综合性技术，它先采用照像复印的方法，将光刻掩模板上的图形精确地复制在涂有光致抗蚀剂的SiO2层或金属蒸发层上，在适当波长光的照射下，光致抗证剂发生变化，从而提高了强度，不溶于某些有机溶剂中，未受光照射的部分光致抗蚀剂不发生变化，很容易被某些有机溶剂溶解。
然后利用光致抗蚀剂的保护作用，对SiO2层或金属蒸发层进行选择性化学腐蚀，从而在SiO2层或金属层上得到与光刻掩模板相对应的图形。
晶片表面必须有如照相底片般的物质存在，属于可感光的胶质化合物（光刻胶），经与光线作用和化学作用方式处理后，即可将掩膜版上的图形一五一十地转移到晶片上。
因此在光刻成像工艺上，掩膜版、光刻胶、光刻胶涂布显影设备及对准曝光光学系统等，皆为必备的条件。
三、实验药品及设备化学药品：光刻胶（正胶）、显影液：5‰氢氧化钠溶液、甲醇、蒸馏水、丙酮；实验仪器：匀胶台、烘胶台、光刻机、真空泵、气泵。
四．实验步骤1.清洁硅片：去离子水和有机溶液冲洗，边旋转边冲洗，以去除污染物；2.预烘硅片：在烘胶台商烘干硅片，去除硅片上的水蒸气，使光刻胶可以更加牢固的粘结在硅片表面；3.涂胶：开启气泵，吸盘吸住硅片，在硅片上滴加适量的光刻胶；启动转台利用旋转产生的离心力使光刻胶均匀的涂覆在硅片表面；涂胶时间大约为1分钟左右；4.前烘：将硅片放在烘胶台上烘干，促使胶膜内溶剂充分的挥发掉，使胶膜干燥，增加胶膜与硅片之间的黏附性；5.曝光：接触式曝光，在光刻机上依次操作吸版吸片升降-接触密着曝光；曝光时间结束后取出硅片；6.显影：将曝光后的硅片在0.5% NaOH碱溶液中进行显影操作，将为感光部分的光刻胶溶除，以获得所需的图形；显影后的硅片应立即用去离子水冲洗，之后将硅片放在匀胶机上旋转甩干上面的水渍；7.后烘：将甩干后的硅片在烘胶台上烘干再次烘干，使显影后的光刻胶硬化，提高强度；8.观测：在显微镜下观测拍照。
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。
半导体工艺技术 (8)共67页文档
（匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜）
刻蚀 去胶
掺杂 去胶
IC
半导体工艺技术
3
制 造 工 艺 模 块 示 意
第五章 光刻
半导体工艺技术
4
光刻是IC制造业中最为重要的一道工艺
•每三年尺寸减小 0.7X.
•硅片制造工艺中， 光刻占所有成本 的35%
•??所在的地方代 表了roadmap发展 的最大的不确定 性
半导体工艺技术
34
对比度
1 ln(Df /
D0)
Df 即灵敏度
注意：g线和i线胶那样是靠光子一个一个曝光的， DUV胶不是。 DUV胶一旦反应开始，则会在催化作用 下，使反应进行到底。所以DUV胶从未曝光状态到完 全曝光状态的转变更为陡峭，即对比度更大。
一般， g线和i线胶的对比度在2～3，而DUV胶的对比 度为5～10。
影液中具有不溶性。
c)溶剂：芳香族化合物 (aromatic)
第五章 光刻
半导体工艺技术
31
DUV深紫外光刻胶
传统DNQ胶的问题： 12、、对汞于灯在<i线DU波V长波的段光输强出烈光吸强收不如i线和g线，因此化灵学敏增度强不光够刻胶 3、量子效率提高有限（最大为1，一般0.3)
PAG (photo-acid generator) 原理：入射光子与PAG分子反应，产生酸分子，在后续的
第五章 光刻
半导体工艺技术
30
负胶的组成部分：
a) 基底：合成环化橡胶树脂
负胶显影液
(cyclized synthetic rubber risin)
对光照不敏感，但在有机溶剂如甲苯和二甲苯中溶解很快
b) 光敏材料 PAC： 双芳化基 (bis-arylazide) 当光照后，产生交联的三维分子网络，使光刻胶在显
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第五章光刻作业
1、光刻的定义：光刻是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精密表面加工技术。
光刻的目的：
光刻的目的就是在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩膜版完全对应的几何图形从而实现选择性扩散和金属薄膜布线的目的。
2、光刻胶又称光致抗蚀剂，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。
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。
基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型：光聚合型、光分解型、光交联型。
3、负胶特点：
①曝光前可溶，曝光后不可溶
②良好的粘附能力
③良好的阻挡作用
④感光速度快
⑤显影时吸收显影液发生膨胀和变形。
所以只能用于2μm以上的分辨率
4、正胶特点：
①曝光前不可溶，曝光后可溶
②分辨率高
③台阶覆盖好
④对比度好
⑤粘附性差
⑥抗刻蚀能力差
⑦高成本
6、分辨率定义：《半导体制造技术》p312 倒数第二段。
8、光刻工艺中的HMDS是什么？它其什么作用？《半导体制造技术》p320后两段。
13、列出并描述旋涂光刻胶的4个基本步骤。
《半导体制造技术》p330
14、陈述软烘的4个原因。
《半导体制造技术》p333
18、列出并解释两种形式的光波干涉。
《半导体制造技术》p344
19、光刻中使用的两种UV光源是什么？《半导体制造技术》p346
21、哪种激光器用做248nm的光源？193nm的光源是什么？《半导体制造技术》p348
23、驻波效应：光线照射到光刻胶与晶圆的界面上会产生部分反射。
反射光与入射光会叠加形成驻波，形成驻波效应。
驻波效应影响光刻分辨率。
后烘烤后会部分消除驻波效应。
25、画图题：画出并描述光刻的基本工艺流程。