《光刻过程图片解说》PPT课件

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1、集成电路工艺之光刻光刻1、基本描述和过程2、光刻胶3、光刻机4、光刻工艺5、新技术简介光刻基本介绍在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。光刻占40%到50%的流片时间。决定最小特征尺寸。IC制程中最重要的模块,是集成电路中关键的工艺技术最早的构想来源于印刷技术中的照相制版。光刻技术最早于1958年开始应用，并实现了平面晶体管的制作。光刻的一般要求图形的分辨率高光刻胶敏感度高层间对准精密高缺陷密度低光刻胶开始于印刷电

2、路1950年起应用于半导体工业是图形工艺的关键有正胶和负胶两种光敏材料均匀涂布在硅片表面用曝光的方法转移设计图形到光刻胶上类似于光敏材料涂布在照相用的底片上光刻胶的成分聚合物溶剂感光剂添加剂聚合物固体有机材料（胶膜的主体）转移图形到硅片上UV曝光后发生光化学反应，溶解性质发生改变.溶剂溶解聚合物经过旋转涂布可得到薄光刻胶膜.感光剂控制和或改变光化学反应决定曝光时间和强度添加剂为达到不同的工艺结果而添加多种不同的化学物质，如添加染色剂以减少反射。光刻胶的要求高分辨率–光刻胶越薄，分辨率越高–光刻胶越薄，抗刻蚀和离子

3、注入能力越低高抗刻蚀性（要求厚膜）好的黏附性注入屏蔽能力强和针孔少（要求厚膜）宽工艺窗口–能适应工艺的变更光刻胶的种类光刻机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接近式光刻机投影式光刻机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:有微米级的能力掩膜版和硅片直接接触,掩膜版寿命短接触式光刻机接近式光刻机距硅片表面10微米无直接接触更长的掩膜寿命分辨率:>3μm接近式光刻机投影光刻机（扫描型）步进光刻机先进的IC中最流行的光刻设备高分辨率0.25微米或以

4、下非常昂贵掩膜图形尺寸5X：10X能够得到更好的分辨率，但是，它的曝光时间是5X的四倍。曝光时间和分辨率折中的结果。光刻的基本步骤硅片清洗去除沾污去除微粒减少针孔和其他缺陷提高光刻胶黏附性硅片清洗工艺光刻工艺－前烘去水烘干去除硅片表面的水份提高光刻胶与表面的黏附性通常在100°C与前处理同时进行光刻工艺－前处理防止显影时光刻胶脱离硅片表面通常和前烘一起进行匀胶前硅片要冷却硅片冷却匀胶前硅片需冷却硅片在冷却平板上冷却温度会影响光刻胶的黏度–影响光刻胶的厚度匀胶硅片吸附在真空卡盘上液态的光刻胶滴在硅片的中心卡盘旋转，

5、离心力的作用下光刻胶扩散开高速旋转，光刻胶均匀地覆盖硅片表面先低速旋转~500rpm再上升到~3000-7000rpm硅片自动输送轨道系统；真空卡盘吸住硅片；胶盘排气系统；可控旋转马达；给胶管和给胶泵边缘清洗（去边）去边(EBR)光刻胶扩散到硅片的边缘和背面在机械搬送过程中光刻胶可能回剥落成为微粒正面和背面去边EBR正面光学去边EBR匀胶后烘使光刻胶中的大部分溶剂蒸发。溶剂帮助得到薄的光刻胶膜但是吸收光且影响黏附性曝光后烘时间和温度取决于工艺条件过烘:聚合,光敏性降低后烘不足:影响黏附性和曝光硅片冷却需要冷却到环

6、境温度硅片在冷却板上冷却硅的热膨胀率:2.5×10-6/°C对于8英寸硅片,改变1°C引起0.5微米的直径差对准和曝光接触式曝光：分辨率较高，但是容易造成掩膜版和光刻胶膜的损伤。接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙(10～25m)，可以大大减小掩膜版的损伤，分辨率较低投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影到衬底上，优点：掩模版与晶片不接触，掩模不受损伤；对准是观察掩模平面上的反射图像，不存在景深问题；掩模版上的图形是通过光学技影的方法缩小，并聚焦于感光胶膜上，掩模版上可以有比实际尺寸大得多的

7、图像(通常掩模图形的尺寸是实际尺寸的1～10倍)，提高了对准精度，避免了微细图形制作的困难，也减弱了灰尘微粒的影响。缺点：投影系统光路复杂,对物镜成像能力要求高。曝光后烘玻璃转化温度Tg烘烤温度大于Tg光刻胶分子热迁移过曝光和曝光不足的光刻胶分子重排平衡驻波效应,平滑光刻胶侧壁提高分辨率硅片冷却PEB后，显影前，硅片放置在冷却板上冷却至环境温度高温会加速化学反应引起过显影光刻胶CD变小显影显影液溶解部分光刻胶正胶显影液通常使用弱碱性的溶剂最常用的是四甲基氢铵将掩膜上的图形转移到光刻胶上三个基本步骤:显影－清洗－干

8、燥显影后烘使光刻胶中的溶剂蒸发提高抗刻蚀和抗离子注入性提高光刻胶和硅片表面的黏附性聚合化并稳定光刻胶光刻胶流动填平针孔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光学显微镜扫描电子显微镜(SEM)检查对准精度–放大,缩小,掩膜旋转,硅片旋转,X方向漂移,Y方向漂移关键尺寸(CD)表面缺陷如