集成电路图形印制到硅片上的精密表面加工技术。
光源
光阑 快门 掩膜 光刻胶 硅片 一个简单的光刻曝光系统示意图
像纸上的感光材料 光刻胶 胶卷（底片） 掩膜版 曝光系统（印像机） 光刻机 暗室（小红灯） 光刻间（黄灯） 显影液 定影液
2、工序：
(1) 利用旋转涂敷法在硅片表面上制备一层光刻胶; (2) 将一束光通过掩膜版对光刻胶进行选择性曝光; (3) 对光刻胶显影从而将掩膜版上的图形转移到硅片上。
3、 图形转移技术：光刻与刻蚀
光刻工艺
■ � 概述 ■ � 掩膜版 ■ � 光刻机 ■ 光刻胶 ■ � 典型的光刻工艺流程
参考资料： 《微电子制造科学原理与工程技术》第7、8章 （电子讲稿中出现的图号是该书中的图号）
一、概述
（光刻、工序及说明）
1、光刻： 是指通过曝光和选择性化学腐蚀等工序将掩膜版上的
前面工艺的遗留问题
1、 氧化、扩散、离子注入、外延、CVD等一系列工艺都是 对整个硅园片进行处理，不涉及任何图形。
2、 在同一集成电路制造流程中,经历了一系列加工工艺后： a. 如何在一片硅片上定义、区分和制造出不同类型、 不同结构和尺寸的元件? b. 如何把这些数以亿计的元件集成在一起获得我们 所要求的电路功能? c. 如何在同一硅片上制造出具有不同功能的集成电路。
b. 制版工艺： 可分光学制版和电子束制版。 光学制版主要用于3 µm以上图形的制造。
4、掩模版的基本结构
(1) 掩膜材料：主要是铬、氧化铬或氧化铁等金属或金属氧化 物薄膜。
a. 作用：有选择的遮挡照射到硅片表面光刻胶膜上的光。 厚度几十～几百纳米。
b.要求：与玻璃粘附力强，针孔小，易加工成图形，机械 强度与化学稳定性好,分辨率高。
7.1 7.2 7.3 7.4
等等
接触孔尺寸（固定） 最小接触孔间距 最小有源区对接触孔覆盖 最小接触孔与栅间距 最大接触孔与栅间距 对于标准器件性能文件
1.0m × 1.0m 1.2m 1.2m 0.8m 1.5m
一组典型的设计规则的例子
3、制版程序：
(1) 绘制版图
将电路设计数据转化为物理图形的装置
3、说明：
(1) 三要素：光刻胶、掩膜版和曝光系统（光刻机）。 (2) 目的：就是在二氧化硅、氮化硅、多晶硅和金属等薄膜
表面的光刻胶上形成与掩膜版完全对应的几何图形。这 样光刻胶就可以用作刻蚀下面薄膜时的掩蔽膜或用作离 子掺杂注入的掩蔽膜。
二、掩膜版 （概念、版图设计、制版程序、基本结构）
1、基本概念
(1) 掩膜版： 包含着预制造集成电路特定层图形信息的模板. (2) 掩膜版的作用：
a. 是IC设计与IC制造之间的接口与桥梁。 b. 决定了组成集成电路芯片每一层的横向结构与尺寸。 c. 掩膜版的数量决定了工艺流程中所需的最少光刻次数。 (3) 掩膜版的版图。所谓版图就是根据电路器件的几何形状 与尺寸，依据集成电路工艺的设计规则，利用计算机辅 助设计（CAD）软件所设计出的掩膜图案。
2、版图设计规则主要解决两个问题：
(1) 同一层几何图形之间的关系； (2) 不同层之间的相互关系。
说明
■ 对于每一层版图，版图设计规则规定：允许的最小特征尺 寸、最小间隔、该层图形与其它层图形的最小覆盖，与它 下面层图形的最小间隔等。
层次索引
接触孔（#14） 第一层金属（#15） 有源区（#3） 栅（#10）
2、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。通常指能分辩的 并能保持一定尺寸容差的最小特征尺寸。极限分辨率为λ/2。
(2) 对准和套刻精度:是描述光刻机加工图形重复性能的一个指 标，是层间套刻精度的度量，主要取决于掩模版和硅片的支撑 平台图形对准和移动控制精度性能。 套刻精度约为分辨率的1/3。
(2) 数据转换成图形发生器的专用文件（CIF文件、PG
文件等） (3) 驱动和控制图形发生器，以一定的间距和布局，将
掩膜图形印制于掩膜材料上，进而制备出批量生产
用的掩膜版。
说明ห้องสมุดไป่ตู้
a. 根据使用的光刻机，掩膜可以与最后完成的芯片上的图形 有同样的尺寸或是该尺寸的整数倍，后者在曝光时掩膜上 的图形被缩小。通常缩小倍数为 4 和 5。
掩膜版上形成图形后，图形可 通过与数据库对比检查进行 确认。任何不希望有的铬可 用激光烧化剥离。铬层的针孔 可用额外的淀积来修理。
三、光刻机
1、光刻技术的主体： 光刻机（曝光机 + 对准机）
它是将掩膜版上的图形与前次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。
(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。
补充
影响工艺效果的一些参数
■ 对于指定的光刻机，分辨率、对准和套刻精度、产量
都不是一个固定值。
表7.2 某些光刻胶参数对工艺效果的影响
分 辨 率 对 准 片间的控制
批间的控制
产量
曝光系统 衬底 掩膜 光刻胶 显影机 润湿剂 工艺 操作员
XX
XX
X
X
X
XX
X
X
—
XX
X
XX
X
—
XX
—
—
XX
X
X
XX
X
XX
XX
XX
XX
X
X
X
X
XX
XX
XX
X
X
—
XX
XX
X
XX
XX表示强烈影响，－表示微小影响，操作员针对手动光刻机。
3、光刻机的主要组成：
曝光光源、光学系统和支撑定位平台 1）曝光光源 a. 曝光光源的波长是光刻工艺的关键参数，其它条件相同，
(2) 基版材料：玻璃、石英。
要求：在曝光波长下的透光度高，热膨胀系数 与掩膜材料匹配、表面平坦且精细抛光。
(3) 对掩膜版的质量要求 a. 图形尺寸准确，符合设计要求； b. 整套掩膜版中的各块版应能依次套准，套准误差应尽可能小； c. 图形黑白区域之间的反差要高； d. 图形边缘要光滑陡直，过渡区小； e. 图形及整个版面上无针孔、小岛、划痕等缺陷； f. 坚固耐用，不易变形。
波长越短，可曝光的特征尺寸越小。λ/2 b. 曝光要求有一定的能量，且必须均匀的加在硅片上。为了
保持合适的曝光时间，曝光波长下的光源必须足够亮。 c. 常见的曝光光源 I) 汞灯光源在可见光和近紫外波长是有效的辐照源 II) 曝光光源从最初的紫外光波段的多波长汞灯光源，发展到
g线光源、90年代中期，采用ｉ线的光刻机成为主流机型。