n 深亚微米器件（尘埃尺寸为0.1μm） 10级：≤350，光刻、制版； 1级：≤ 35，光刻、制版；
第八章光刻与刻蚀工艺
8.1 光刻工艺 Photolithography Process
光刻工艺的基本步骤
➢• 涂胶 Photoresist coating ➢• 曝光 Exposure ➢• 显影 Development
8.1.1 光刻工艺流程
光刻1－清洗
RCA标准清洗
光刻2－预烘和打底膜
SiO2:亲水性；光刻胶：疏水性； 预烘：去除Si片水汽，增强光刻
胶与表面的黏附性；大约1000C； 打底膜：涂HMDS（六甲基乙硅氮
烷），去掉SiO2表面的-OH，增强 光刻胶与表面的黏附性。
第八章光刻与刻蚀工艺
8.1.1 光刻工艺流程
光刻工艺的主要步骤
✓涂胶 ✓前烘 ✓曝光 ✓后烘 ✓显影 ✓坚膜
第八章光刻与刻蚀工艺
1)清洗硅片 Wafer Clean
8.1.1 光刻工艺流程
3、涂胶 Photoresist Coating
2)预烘和打底胶 Pre-bake and Primer Vapor
4、前烘 Soft Bake
第八章光刻与刻蚀工艺
n 光刻：通过光化学反应，将光刻版（mask）上的图形转 移到光刻胶上。
n 刻蚀：通过腐蚀，将光刻胶上图形完整地转移到Si片上 n 光刻三要素：①光刻机②光刻版（掩膜版）③光刻胶 n ULSI对光刻的要求：高分辨率；高灵敏的光刻胶；
低缺陷；精密的套刻对准；
第八章光刻与刻蚀工艺
第八章 光刻与刻蚀工艺
8.1.1 光刻工艺流程
5、对准 Alignment
7、后烘 Post Exposure Bake
6、曝光 Exposure
8、显影 Development
第八章光刻与刻蚀工艺
8.1.1 光刻工艺流程
9、坚膜 Hard Bake
10、图形检测 Pattern Inspection
第八章光刻与刻蚀工艺
光刻3－涂胶 Spin Coating
①要求：粘附良好，均匀，薄厚适当 胶膜太薄－针孔多，抗蚀性差； 胶膜太厚－分辨率低（分辨率是膜厚
的5－8倍） ②涂胶方法：浸涂，喷涂，旋涂√
旋转涂胶 Spin Coating
n 圆片放置在涂胶机的真空卡盘上 n 高速旋转 n 液态光刻胶滴在圆片中心 n 光刻胶以离心力向外扩展 n 均匀涂覆在圆片表面
光刻7－曝光后烘焙（后烘，PEB）
烘焙温度高于光刻胶玻璃化转变温度（Tg） 光刻胶分子发生热运动 过曝光和欠曝光的光刻胶分子发生重分布 平衡驻波效应，平滑光刻胶侧墙， 目的：提高分辨率
电子束曝光：λ＝几十---100Å ； n 优点：分辨率高；不需光刻版
（直写式）；
n 缺点：产量低（适于制备光刻 版）；
X射线曝光：λ＝2---40Å ，软X射 线；
n X射线曝光的特点：分辨率高， 产量大。
极短紫外光（EUV）：λ＝10—14nm
商用X-ray光刻机
第八章光刻与刻蚀工艺
8.1.1 光刻工艺流程
第八章光刻与刻蚀工艺
2020/12/12
第八章光刻与刻蚀工艺
主要内容
n 光刻的重要性 n 光刻工艺流程 n 光源 n 光刻胶 n 分辨率 n 湿法刻蚀 n 干法刻蚀
第八章光刻与刻蚀工艺
第八章 光刻与刻蚀工艺
n IC制造中最重要的工艺：①决定着芯片的最小特征尺寸 ②占芯片制造时间的40-50%③占制造曝光机 投影式曝光机 步进式曝光机（Stepper）
第八章光刻与刻蚀工艺
接触式曝光示意图
接近式曝光示意图
投影式曝光示意图
步进-重复（Stepper） 曝第八光章光示刻与意刻蚀图工艺
8.1.1 光刻工艺流程
2）曝光光源：
光学曝光、X射线曝光、电子束曝光
②影响因素：温度，时间。 n 烘焙不足（温度太低或时间太短）－显影时易浮胶，图形易变形。 n 烘焙时间过长－增感剂挥发，导致曝光时间增长，甚至显不出图形。 n 烘焙温度过高－感光剂反应（胶膜硬化），不易溶于显影液，导致显
影不干净。
Baking Systems
第八章光刻与刻蚀工艺
8.1.1 光刻工艺流程
特征尺寸与栅长的摩尔定律 与特征尺寸相应的光源
第八章光刻与刻蚀工艺
第八章 光刻与刻蚀工艺
接触式与投影式光刻机
第八章光刻与刻蚀工艺
掩模版
n 掩膜版的质量要求 若每块掩膜版上图形成品率＝90％，则 6块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）6＝53％； 10块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）10＝35％； 15块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）15＝21％； 最后的管芯成品率当然比其图形成品率还要低。 n 掩膜版尺寸：
①光学曝光－紫外，深紫外
n 高压汞灯：紫外(UV），300－450nm；
i线365nm，h线405nm，g线436nm。
n 准分子激光：KrF：λ= 248nm；
ArF：λ= 193nm；
n F2激光器：
λ= 157nm。
第八章高光刻压与汞刻蚀灯工艺紫外光谱
8.1.1 光刻工艺流程
②下一代曝光方法
EBR: Edge bead removal边缘修复
第八章光刻与刻蚀工艺
光刻胶厚度与旋转速率和粘性的关系
与涂胶旋转速率成反比 与光刻胶粘性成正比
第八章光刻与刻蚀工艺
8.1.1 光刻工艺流程
光刻4－前烘Soft Bake
①作用：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。
①接触式接近式和投影式曝光机：1∶1 ②分步重复投影光刻机（Stepper）：4∶1；5∶1；
10∶1
第八章光刻与刻蚀工艺
Clean Room净化间
n 洁净等级：尘埃数/m3； （尘埃尺寸为0.5μm） 10万级：≤350万，单晶制备； 1万级：≤35万，封装、测试； 1000级：≤35000，扩散、CVD； 100级：≤3500，光刻、制版；
5-6、对准与曝光 Alignment and Exposure
n Most critical process for IC fabrication n Most expensive tool (stepper) in an IC fab. n Determines the minimum feature size n Currently 45nm and pushing to 32 nm