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8 光刻工艺原理 光刻的基本概念 光刻的本质：光刻处于硅片加工过程的中心，光刻常被认为是IC制造中最关键的步骤。光刻的本质就是把临时电路结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。这些结构首先以图形的形式制作在名为掩膜版的石英膜版上。紫外光透过掩膜版把图形转移到硅片表面的光敏薄膜上。即使用光敏光刻胶材料和可控制的曝光在硅片表面形成三维图形。 硅片的制造流程 套准精度：光刻要求硅片表面上存在的图案与掩模版上的图形准确对准，这种特性指标就是套准精度。对准十分关键是因为掩模版上的图形要准确地转移到硅片上。 分辨率：指将硅片上特征图形区分开来的能力。 两个邻近的特征尺寸：硅片上形成图形的实际尺寸就是特征尺寸。 关键尺寸：最小的特征尺寸就是关键尺寸。对于关键尺寸来说，分辨率很重要。 光刻技术的基本要求 1、高分辨率 随着集成电路集成度的提高，特征尺寸越来越小要求实现掩模图形高水平转移的光学系统分辨率必须越高。 2、高灵敏度的光刻胶 指光刻胶的感光速度，希望光刻工序的周期越短越好，减小曝光所需的时间就必须使用高灵敏度的光刻胶。 3、低缺陷密度 如果在器件上产生一个缺陷，即使缺陷很小，也可能使芯片失效。 4、套刻对准精度 在电路制造过程中要进行多次的光刻，每次光刻都要进行严格的套刻。 5、大尺寸硅片的加工 为了提高经济效益和硅片的利用率。 光刻工艺 光刻工艺包括两种基本的工艺类型：负性光刻和正性光刻。这两种基本工艺的主要区别在于所使用的光刻胶的类型不同。 负性光刻：所使用的是负性光刻胶，当曝光后，光刻胶会因为交联而变得不可溶解，并会硬化，一旦硬化，交联的光刻胶就不能在溶济中被洗掉，因为光刻胶上的图形与投影掩膜版上的图形相反因此这种光刻胶被称为负性光刻胶。 正性光刻：与负性光刻相反 负性光刻 正性光刻 掩膜版与光刻胶之间的关系 光刻的八个步骤 1：气相成底膜处理 光刻的第一步是清洗:要成功地制造集成电路，硅片在所有的工艺步骤中都要仔细地清洗。在各个工艺步骤间的保存和传送硅片时不可避免地要引入沾污，所以清洗步骤非常必要。硅片清洗是为了增强硅片和光刻胶之间的粘附性，硅片的清洗包括湿法清洗和去离子水冲洗以去除沾污物. 成底膜技术 烘焙后硅片马上要用六甲基二胺烷(HMDS)成底膜,它起到提高粘附力的作用.HMDS影响硅片表面使之疏离水分子,同时形成对光刻胶的结合力.它的本质是作为硅片和光刻胶的连接剂,所以这些材料具有化学相容性. 硅片成底膜处理的一个重要方面在于成底膜后要尽快涂胶,使潮气问题最小化. 成底膜技术: HMDS可以用浸泡,喷雾和气相方法来涂. HMDS滴浸润液和旋转 2：旋转涂胶 光刻胶涂胶方法 旋转涂胶的四个基本步骤 1 分滴:当硅片静止或旋转的非常缓慢时,光刻胶被分滴在硅片上; 2 旋转铺开:快速加速硅片的旋转到一高的转速(rpm)使光刻胶伸展到整个硅片表面; 3 旋转甩掉:甩去多余的光刻胶,在硅片上得到均匀的光刻胶胶膜覆盖层; 4 以固定的转速继续旋转已涂胶的硅片,直至溶剂挥发,光刻胶胶膜几乎干燥. 光刻胶旋转涂胶的两个目的是: 1.在硅片表面得到均匀的胶膜的覆盖; 2.在长时间内得到硅片间可重复的胶厚; 旋转涂布光刻胶的4个步骤 旋转涂胶 硅片上光刻胶的厚度和均匀性是非常重要的质量参数。厚度并不是由淀积的光刻胶的量来控制的，因为绝大部分光刻胶都飞离了硅片。对于光刻胶厚度最关键的参数是转速和光刻胶粘度。粘度越高转速越低，光刻胶就越厚。不同的参数会影响光刻胶的厚度和均匀性。 去除边圈：在硅片旋转过程中，由于离心力光刻胶向硅片边缘流动并流到背面。光刻胶在硅片边缘和背面的隆起叫边圈。当干燥时，光刻胶剥落并产生颗粒。这些颗粒可能落在电路有源区，硅片传送系统和工艺设备里面，导致硅片上缺陷密度增加，甚至硅片背面的光刻胶可能会因为它粘附在硅片托盘上而导致故障。因此要去除边圈。 涂胶设备 光刻胶 光刻胶是一种有机化合物,它受紫外曝光后,在显影溶液中的溶解度会发生变化.硅片制造中所用的光刻胶以液态涂在硅片表面,而后被干燥成膜.硅片制造中光刻胶的目的是: 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); 随着器件电路密度持续几代缩小了关键尺寸,为了将亚微米线宽图形转移到硅片表面,光刻技术得到了改善,这些改善包括: 1.更好的图形清晰度(分辨率); 2.对半导体硅片表面更好的粘附性; 3.更好的均匀性; 4.增加了工艺宽容度(对工艺可变量敏感度降低) 光刻胶的种类及对比 正性光刻胶和负性光刻胶，基于光刻胶材料是如何响应曝光光源的。 正性光刻胶：曝光区域变得易溶解于显影液中，得到和掩膜版相同