光刻版的设计原则(英文版)
第七章 光刻刻蚀
正胶：曝光前不可溶，曝光后 负胶：曝光前
可溶
可溶，曝光后不可溶
光刻胶对大部分可见光敏感，对黄光不敏感。 因此光刻通常在黄光室（Yellow Room））内进行。
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正光阻
負光阻
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负胶
正胶
IC主导
正胶分辨率高于负胶
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光刻胶的组成材料
光刻胶由4种成分组成： 树脂（聚合物材料） 感光剂 溶剂 添加剂（备选）
7.2 光刻工艺
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1 气相成底膜处理
为确保光刻胶能和晶园表面很好粘结，必须 进行表面处理，包括三个阶段：微粒清除、 脱水和涂底胶。
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第一步:微粒清除 目的：清除掉晶圆在存储、装载和卸载到片匣过程中吸
附到的一些颗粒状污染物。
清除方法：
1）高压氮气吹除 2）化学湿法清洗：酸清洗和烘干。
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正胶和负胶的显影
负光刻胶（Negative PR）显影 1）显影剂（developer solution）：二甲苯 2）冲洗化学品（rinse）：n-丁基醋酸盐 作用：快速稀释显影液，冲洗光刻胶 正光刻胶（Positive PR）显影 1）显影剂：碱水溶液，氢氧化钠或氢氧化钾； 2）冲洗剂：水 正胶的显影工艺更加敏感，分辨率更高。
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图形检查
• 不合格的硅片将被去除光刻胶返工 – 光刻胶的图形是临时性的 – 刻蚀和注入后的图形是永久的. • 光刻是可以返工的 • 刻蚀和注入后不能返工
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光刻机
光刻技术的主体是光刻机（曝光机、对准机），它是 将掩模版上的图形与前道工序中已刻在硅片上的图形 对准后，再对硅片表面的光刻胶进行曝光实现图形复 制的设备。 光刻机的三个主要性能指标: 1.分辨率：是可以曝光出来的最小特征尺寸。通常指 能分辨的并能保持一定尺寸容差的最小特征尺寸物理 上的极限分辨率为λ/2。 2.套刻精度：是层间图形对准偏差的统计性度量，主 要取决于光刻系统的图形定位和（掩模版和硅片的） 支撑平台的移动控制精度。要求套刻精度的上限不超 过分辨率的1/5~1/3。 3.产率：指每小时可加工的硅片数，是判断光刻系统 性能的一个重要的指标，直接决定了集成电路芯片的 制造成本。
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
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。
光刻和刻蚀工艺PPT培训课件
图形曝光与刻蚀
刻蚀
由图形曝光所形成的抗蚀剂图案，并不是电路 器件的最终部分，而只是电路图形的印模。为 了产生电路图形，这些抗蚀剂图案必须再次转 移至下层的器件层上。
这种图案转移（pattern transfer）是利用腐 蚀（etching）工艺，选择性地将未被抗蚀剂 掩蔽的区域去除。
光阻上
目的：
确定图案的精确形状和尺寸 完成顺序两次光刻图案的准确套制
曝光后烘焙（PEB）
驻波效应
定义：入射光与反射光间的相长和相消干涉造 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
4、显影（Development）
低 过高的温度会使光刻胶中的感光剂发生反应，使光刻
胶在曝光时的敏感度变差
3、曝光（Exposure）
紫外光 掩模版
（3）曝光
光刻胶 SiO2
Si
3、曝光（Exposure）
曝光
光通过掩模版照射，使照射到的光刻胶起光化学反应 感光与未感光的光刻胶对碱性溶液的溶解度不同 掩模版上的图案，完整地传递(Transfer)到晶片表面的
光刻工艺过程
涂胶 coating 前烘 prebaking 曝光 exposure 显影 development 坚膜 postbake 刻蚀 etch 去胶 strip 检验 inspection
1、涂胶
SiO2
Si （1）氧化、清洗
光刻胶 SiO2
Si （2）涂胶、前烘
1、涂胶
光刻胶 SiO2
Si （4）显影、坚膜
4、显影（Development）
第四章 光刻
§4.2 光刻工艺
四、对准与曝光
1. 目的：对光刻胶进行曝光，使其某些
区域被光照，某些区域不被光照，发 生不同的化学反应，在其中出现隐形 的图形，为显影做准备。
UV Light Source
Mask 2. 具体工艺
对准：将掩膜版与涂了胶的晶片上的
正确位臵对准；
曝光：对掩膜版和晶片进行曝光，把 掩膜版图形转移到涂胶的晶片上； 曝光后烘焙：在100℃加热板上进行 曝光后烘焙10min，降低光刻胶中的 驻波效应。
前言1um光刻是采用照相复印的方法将事先制好的光刻版上的图形精确地重复地印在涂有感光胶的光刻是采用照相复印的方法将事先制好的光刻版上的图形精确地重复地印在涂有感光胶的sio2层或金属层上然后利用光刻胶的硅掩膜版感光胶氧化层前言属层上然后利用光刻胶的选择性保护作用对sio2层或金属层进行选择性化学腐蚀从而在层或金属层进行选择性化学腐蚀从而在sio2层或金属层刻出与光刻版相应的图形
粒状污染物。
清除方法：
高压氮气吹除 化学湿法清洗：酸清洗 旋转刷洗 高压水流喷洗
§4.2 光刻工艺
第二步:脱水烘焙
目的：干燥晶片表面，使基底表面由亲水性变为疏水性，增加表面粘
附性。
脱水烘焙的三个温度范围：
150℃-200℃，低温蒸发水分；
400℃，中温烘烤；
750℃，高温烘干。
§4.2 光刻工艺
三、前烘
1. 目的
① 在较高温度下进行烘焙，可以使溶剂从光刻胶中挥发出来（光刻胶胶膜未经 前烘含有10-30%的溶剂，前烘后则降至5%左右）。
降低灰尘的沾污；
避免溶剂吸收光干扰曝光中化合物的化学反应； 蒸发溶剂增强光刻胶和晶片的粘附力。
(完整版)光刻与刻蚀工艺
光刻工艺过程
❖涂胶 coating ❖前烘 prebaking ❖曝光 exposure ❖显影 development ❖坚膜 postbake ❖刻蚀 etch ❖去胶 strip ❖检验 inspection
1、涂胶
SiO2
Si （1）氧化、清洗
光刻胶 SiO2
Si （2）涂胶、前烘
1、涂胶
❖ 在图形曝光的工 作区域，则需要等级 10或1的洁净室。
lithography
❖Introduction
❖ 光刻 ▪ 洁净室 ▪ 工艺流程 ▪ 光刻机 ▪ 光刻胶 ▪ 掩膜版
光刻原理（1）
❖ 掩膜版图形转移到光刻胶
▪ 在光刻过程中，光刻胶受到光辐射之后发生光 化学反应，其内部分子结构发生变化，在显影 液中光刻胶感光部分与未感光部分的溶解速度 相差非常大。
❖涂胶目的
▪ 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。
❖怎样才能让光刻胶粘的牢一些？
可以开始涂胶了……
❖ 怎么涂？
▪ 旋转涂胶法：把胶滴在硅片，然后使硅片高速旋转， 液态胶在旋转中因离心力作用由轴心沿径向（移动） 飞溅出去，但粘附在硅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 一层均匀的胶膜
▪ （2）等级为M3.5的洁净室（公制），直径大 于或等于0.5um的尘埃粒子总数不超过103.5 （约3500个/m3)
❖ 100个/ft3= 3500个/m3
▪ 一个英制等级100的洁净室相当于公制等级 M3.5的洁净室。
洁净室（4）
❖ 对一般的IC制造 区域，需要等级100 的洁净室，约比一般 室内空气低4个数量 级。
Resist coat (wafer track)
第八章光刻与刻蚀工艺PPT课件
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8.6.6 投影式曝光
优点：光刻版不受损伤， 对准精度高。
缺点：光学系统复杂， 对物镜成像要求高。
用于3μm以下光刻。
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分步重复投影光刻机--Stepper
采用折射式光学系统和4X~5X的缩小透镜。 光刻版： 4X~5X； 曝光场：一次曝光只有硅片的一部分； 采用了分步对准聚焦技术。
KrF：λ= 248nm；
ArF：λ= 193nm；
F2激光器： λ= 157nm。
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8.1 光刻工艺流程
高压汞灯紫外光谱
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8.1 光刻工艺流程
ⅱ）曝光方式（曝光机） a.接触式：硅片与光刻版紧密接触。 b.接近式：硅片与光刻版保持5-50μm间距。 c.投影式：利用光学系统，将光刻版的图形投影在硅片上
光照时发生化学分解或聚合反应通过曝光转移设计图形到光刻胶上类似于照相机胶片上涂覆的光敏材料negativephotoresist负性光刻胶positivephotoresist正性光刻胶曝光后不可溶解曝光后可溶解显影时未曝光的被溶解显影时曝光的被溶解便宜高分辨率35负胶negativehotoresists
正胶的S大于负胶
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8.3 光刻胶的基本属性
4） 光刻胶抗蚀能力 表征光刻胶耐酸碱（或等离子体）腐蚀的程度。 对湿法腐蚀：抗蚀能力较强；
干法腐蚀：抗蚀能力较差。 负胶抗蚀能力大于正胶； 抗蚀性与分辨率的矛盾：分辨率越高，抗蚀性越差；
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8.6 紫外光曝光
光源： 紫外（UV）、深紫外（DUV）；
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接触式曝光示意图 步进-重复（Stepper）曝光示意图20
8.1 光刻工艺流程
下一代曝光方法
第5章光刻工艺
投影曝光机
STEPPER的对准曝光示意图
5.3 影响光刻质量的因素
5.3.1 硅片表面状况对光刻工艺的影响
硅片的表面状况对光刻工艺的影响有三个 方面：
表面清洁度
表面粘附性
表面平面度
5.3.2 硅片平面度对光刻工艺的影响
描述平面度的方法之一是用 “峰谷间 距（PV）”来表示，即：圆片表面上最高 点与最低点之间的高度差。为了保证分辨 率，曝光时必须要保证衬底上所有各点都 处于成像透镜的焦深范围之内。
前烘的方式有烘箱烘烤、红外线加 热和热板烘烤。
匀胶、前烘一体机
5.1.5 曝光
曝光就是把掩模版上的图形成像到硅片上
接触式光刻机掩模版
硅圆片
1:1曝光
投影（缩小）曝光
投影式光刻机掩模版
硅圆片
5.1.6 显影和坚膜
显影是把曝光后的硅片放在显影液里进行 处理。对于负胶，未曝光部分被溶解在显影液 里；对于正胶，曝光部分被溶解在显影液里。 要正确地控制曝光量和合适的显影条件（温度、 浓度、时间），既不能曝光、显影不足，也不 能曝光、显影过度。
真空接触
硬接触
软接触
20 μm 接近式 20 μm 接近式（胶中加了 增强对比度材料）
接触式曝光机
接近式曝光机
间隙 调整杆
接近式曝光机原理
掩膜版 硅片
正面图形对准
图形
掩膜版 硅片
背面图形对准
图形 有些工艺需要在没有对准记号的硅片背面 进行加工，这就需要利用正面图像上的对准记 号进行对准，对背面的光刻胶曝光。
涨性好； ● 去胶容易，不留残渣；
光刻胶的留膜率
光刻胶的留膜率是光刻胶的重要指标之一。 从理论上讲，正胶的未曝光部分（负胶则是曝 光部分）是不溶于显影液的（以下统称为“非 溶性胶膜”） ，实际上也被显影液溶解，只是 困难些。所以光刻胶的“留膜率”就是曝光显影 后非溶性胶膜厚度（如正胶的未曝光部分）与 曝光前胶膜厚度之比。要求光刻胶具有较高的 留膜率。
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Design Rules for Drawing Masks using AutoCAD
Artwork Conversion Software,IncAppendix II - 2Drawing Design Rules for AutoCAD
Table of ContentsSetting up the AutoCAD Drawing Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-3Getting started on the right foot.Introduction & Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-3 Units and Grid Snap, Data Origin, Construction Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-4UCSand VPOINT, Layer Names, No Hatching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-5
Drawing Boundaries using the Polyline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-5The polyline is your best friend.Use him properly andall of your masks will come out correct the first time.Closed, Number of Vertices, No Hatching, Q&A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-5Polylines w/ Width, Solids, Lines and Arcs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-5
The Re-entrant Polyline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-6This special case of a boundary folds back on itself and creates an empty internal area.Use it wisely.
200 Vertex Limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-6The old GDSIIspec restricted you to 200 vertices per boundary.But you may exceed this limit sometimes...
Drawing Paths using Polylines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-7The polyline with width is nice to use but make sureyou know what is goin on at the ends.As tempting as it may be, Don’t close a polyline with width to form a frame.Characteristics of Paths, Drawing in AutoCAD & Path Mitering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-7
Drawing Islands and Isolated Areas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-7Don’t draw a polygon inside a polygon - how to use “paint and scratch”to handle those complex masks.Two mating boundaries & Re-entrant Boundary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-7
Text . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-8What Works, What Doesn’t A mask making machine is not a laser printer - there’s no support for Postscript or True Type fonts...Supported/Unsupported Text Functions & Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-8
Defining and Inserting Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-8Blocks make repetitive data easy to handle..but please don’t rotate them and watch the scale factor.Scale, Insertion Layer & Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-8Block Names & Attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-9
MINSERTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-9AutoCAD’s multiple insertion of blocks...Rules & Reasons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-9
Circles and Arcs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-9Mask making machines don’t do arcs - they get broken down into segments.What you should know...Arc Resolution, Arc Sag, & Combining the two . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-9
Creating the DXF File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-10Purge your drawing of unecessary stuff....then DXFout.Make sure enough places of accuracy are used.Purge the Database, DXFOUT Command &Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-10