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第五章 光刻 光刻基本概念 负性和正性光刻胶差别 光刻的8个基本步骤 光刻光学系统 光刻中对准和曝光的目的 光刻特征参数的定义及计算方法 五代光刻设备 5.1 引言 光刻是把掩膜版上的电路图形超精确地转移到涂覆在硅片上的光刻胶膜上，为后续刻蚀或离子注入提供掩蔽膜，以完成图形的最终转移的工艺过程。 一、光刻技术的特点 产生特征尺寸的关键工艺； 复印图像和化学作用相结合的综合性技术； 光刻与芯片的价格和性能密切相关，光刻成本占整个芯片制造成本的1/3。 二、光刻三个基本条件 掩膜版 光刻胶 光刻机 光刻三个基本条件——光刻胶PR(PhotoResist) 正性光刻胶 ? 硅片上图形与掩膜版一样 ? 曝光区域发生光学分解反应，在显影液中软化溶解而去除掉 ? 未曝光区域显影后保留 负性光刻胶 ? 硅片上图形与掩膜版相反 ? 曝光区域发生光学交联反应硬化，在显影液中不可溶解而保留 ? 未曝光区域显影后溶解 光刻三个基本条件——光刻机 三、光刻技术要求 光源 分辨率，是将硅片上两个相邻的特征尺寸图形区分开的能力。 套准精度，掩膜版上的图形与硅片上的图形的对准程度。按照光刻的要求版上的图形与片上图形要精确对准。 工艺宽容度，工艺发生一定变化时，在规定范围内仍能达到关键尺寸要求的能力。 5.2 光刻工艺步骤及原理 一、气相成底膜 二、旋转涂胶 三、软烘 四、对准和曝光 五、曝光后烘培（PEB） 六、显影 七、坚膜烘培 八、显影检查 一、气相成底膜 工艺目的：增加光刻胶与硅片的粘附性。 工艺过程： 1. 在气相成底膜之前，硅片要进行化学清洗、甩干以保证硅片表面洁净。 2. 用N2携带六甲基二硅胺烷（HMDS）进入具有热板的真空腔中，硅片放在热板上，形成底膜。 二、旋转涂胶 工艺目的：在硅片表面涂上液体光刻胶来得到一层均匀覆盖层。 工艺过程： 1.分滴 2.旋转铺开 3.旋转甩掉 4.溶剂挥发 5.去除边圈 光刻胶作用： 1. 将掩膜版图案转移到硅片表面顶层的光刻胶中； 2. 在后续工艺中，保护下面的材料（例如刻蚀或离子注入阻挡层） 光刻工艺对光刻胶的要求： 1.分辨率高（区分硅片上两个相邻的最小特征尺寸图形的能力强） 2.对比度好（指曝光区和非曝光区过渡的陡度） 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） 4.粘滞性好（表征液体光刻胶流动性的一个指标，即粘度，单位用cps表示） 5.粘附性好（指光刻胶与衬底表面的粘附性好） 6.抗蚀性好（在后续刻蚀工艺中，光刻胶很好地保护衬底表面，胶的这种性质称为抗蚀性） 7.颗粒少 旋转涂胶参数 光刻胶厚度∝1/(rpm)1/2 三、软烘 工艺目的： 1.将光刻胶中溶剂挥发去除 2.改善粘附性、均匀性、抗蚀性 3.优化光刻胶光吸收特性 4.缓和在旋转过程中胶膜内产生的应力 四、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光传递到涂有光刻胶的硅片上, 形成光敏感物质的空间精确分布，从而实现精确的图形转移。 对准标记 1. 投影掩膜版的对位标记(RA) ：在版的左右两侧， RA与步进光刻机上的基准标记对准 2. 整场对准标记(GA):第一次曝光时被光刻在硅片左右两边，用于每个硅片的粗对准 3. 精对准标记(FA)：每个场曝光时被光刻的，用于每个硅片曝光场和投影掩膜版的对准 工艺过程： 1.上掩膜版、硅片传送 2. 掩膜版对准（ RA ）（掩膜版标记与光刻机基准进行激光自动对准） 3. 硅片粗对准（ GA ）（掩膜版与硅片两边的标记进行激光自动对准） 4. 硅片精对准（ FA ）（掩膜版与硅片图形区域的标记进行激光自动对准） 五、曝光后烘培（PEB） 工艺目的：使得曝光后的光敏感物质在光刻胶内部进行一定的扩散，可以有效地防止产生驻波效应。 对DUV深紫外光刻胶，曝光后烘焙提供了酸扩散和放大的热量，烘焙后由于酸致催化显著的化学变化使曝光区域图形呈现。 入射光和反射光发生干涉并引起光刻胶在厚度方向上的不均匀曝光，这种现象称为驻波效应。驻波效应降低了光刻胶成像的分辨率。深紫外光刻胶由于反射严重驻波效应严重。 六、显影 工艺目的：溶解硅片上光刻胶可溶解区域，形成精密的光刻胶图形。 七、坚膜烘培 工艺目的： 使存留的光刻胶溶剂彻底挥发，提高光刻胶的粘附性和抗蚀性。这一步是稳固光刻胶，对下一步的刻蚀或离子注入过程非常重要。 八、显影检查 工艺目的： 1.找出光刻胶有质量问题的硅片 2.描述光刻胶工艺性能以满足规范要求