–光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、 基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体
–光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化 学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中 的溶解特性改变
正胶
凡是在能量束（光束、电子束、离子束等） 的照射下，以降解反应为主的光刻胶称为正性光 刻胶，简称 正胶。 ⑴PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)光刻胶 ⑵由重氮醌酯（DQ）和酚酫树酯（N）两部分组 成的DNQ。 分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只 采用正胶
负胶
凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射 下，以交联反应为主的光刻胶称为负性光刻胶，简称负胶。 • ⑴两种组成部份的芳基氮化物橡胶光刻胶 • ⑵Kodak KTFR（敏感氮化聚慔戌二烯橡胶）
• 分辨率差，适于加工线宽≥3m的线条；这类光刻胶粘附 力强，耐腐蚀，容易使用和价格便宜，是常用的光刻胶。
离子束光刻
• 离子束光刻分为聚焦离子束曝光(FIB)、掩模离子 束光刻(MIB)和离子束溅射光刻（BfP)。离于束光 刻利用离子源进行曝光。 • 其原理是通过加热使附在一根金、钨或钽的针尖端 的镓或金硅合金熔化，在外加电场作用下使液态金 属表面产生场致离子发射。其发射面积极小，可以 较容易地利用离子光学系统将发射离子聚焦成微细 离子束，进行高分辨率离子束曝光。
光刻工艺的发展
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电子束光刻 离子束光刻 X射线光刻 微立体光刻成型技术
电子束光刻
• 电子束光刻与传统意义的光刻(区域曝光)不同， 是用束线刻蚀进行图形的加工。在电子束光刻机 中，电子束被电磁场聚集成微细束照到电子抗蚀 剂(感光胶)上，由于电子束可以方便地由电磁场 进行偏转扫描，复杂的图形可以直接写到感光胶 上而无需使用掩模版。
去胶
• 溶剂去胶：含氯的烃化物做去胶剂。
• 氧化去胶：强氧化剂，如浓硫酸，双氧水和氨水混合液
• 等离子体去胶 • 剥离工艺
剥离工艺（Lift-Off）
• 在光刻工艺中，有一种代替刻蚀方法的工艺，我 们称之为剥离工艺（Lift-Off）。 • 在剥离工艺中，首先形成光刻图形，然后沉积薄 膜，最后用化学试剂去除光刻胶，此时连同不需 要的薄膜一同除去，这个过程正好与刻蚀过程相 反。
投影式
反射
折射
矢量扫描 光栅扫描 混合扫描
（聚焦扫描方式）
接触式光刻机
优点：设备简单；分辨率比较高，约 0.5 m。 缺点：容易造成掩膜版和光刻胶膜的损伤，掩模版寿命短（10 ~ 20 次），硅 片上图形缺陷多，光刻成品率低。
接近式光刻机
优点：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙(10～25m)，可以大大减小掩 膜版的损伤，掩模寿命长（可提高 10 倍以上），图形缺陷少。 缺点：衍射效应严重，使分辨率下降。
正胶：曝光后可溶
负胶：曝光后不可 溶
光刻胶的性能指标
(1)分辨率：分辨率是指用某种光刻胶光刻时 所能得到的最小尺寸 (2)灵敏度：光刻胶的感光灵敏度反映了光刻 胶感光所必须的照射量 (3)粘附性：光刻胶与衬底之间粘附的牢固程 度
•(4)抗腐蚀性：光刻工艺要求光刻胶在坚膜后，能够
较长时间不被腐蚀 •(5)稳定性：光刻工艺要求光刻胶在室温和避光情况 下加入了增感剂也不发生暗反应，在烘干燥时，不发 生热交联 •(6)针孔密度：单位面积上的针孔数 •(7)留膜率：指曝光显影后的非溶性胶膜厚度于曝光 前胶膜厚度之比
紫外光（UV）
g 线：436 nm i 线：365 nm KrF 准分子激光：248 nm 深紫外光（DUV） 光 源
ArF 准分子激光：193 nm
极紫外光（EUV），10 ~ 15 nm X 射线，0.2 ~ 4 nm 电子束 离子束
有掩模方式 曝 光 方 式 无掩模方式
接触式
非接触式
接近式
光源系统
对光源系统的要求
1、有适当的波长。波长越短，曝光的特征尺寸就越小；
2、有足够的能量。能量越大，曝光时间就越短； 3、曝光能量必须均匀地分布在曝光区。
常用的 紫外光 光源是高压弧光灯（高压汞灯）。高压汞灯有许 多尖锐的光谱线，经过滤光后使用其中的 g 线（436 nm）或 （365 nm）。 i 线
X射线光刻
• 优点 –速度快 –高分辨率 0.5 µm –解决深度问题 –高深宽比 • 缺点 –需要较高的X射线源 –需要高分辨率的光刻胶 –X射线的掩模版制造困难
微立体光刻成型技术
• 紫外光通过光闸，透镜以 及与Z工作台固连的透明 玻璃板聚焦到液态紫外聚 合物上形成片状单元，随 着xy工作台的移动可固化 一层又一层的片状单元， 直到形成最终聚合物三维 结构。整个加工过程都是 由计算机控制的。
坚膜
• 除去显影时胶膜吸收的显影液和水 分，改善粘附性，增强胶膜抗腐蚀 能力。 • 坚膜的温度和时间要适当 • 坚膜时间短，抗蚀性差，容易掉胶； 坚膜时间过长，掩膜难以去除，或 开裂。 • 腐蚀时间长的可以采取中途多次坚 膜
腐蚀
• 用适当的腐蚀剂对显影后暴露的表面进行腐蚀，获得光刻 图形 • 干法腐蚀和湿法腐蚀 • SiO2：HF，BHF • Al：磷酸（70~90 C，加乙醇或超声去气泡）；高锰酸钾 （ 40~50 C）
后立即甩胶。
•氧化、蒸发后可立即甩胶，不必清洗。
清洗设备
兆声清洗设备
超临界干燥
硅片甩干机
甩胶
• 设备：甩胶台。 • 在硅片表面涂覆一层粘附性好，厚度适当， 厚薄均匀的光刻胶。 • 一般采用旋转法，针对不同的光刻胶黏度 和厚度要求，选择不同的转速。 • 可分辨线宽是胶膜厚度的5~8倍。
前烘
• 前烘就是在一定温度下，使胶膜里的溶剂缓慢 地挥发出来，使胶膜干燥，并增加其粘附性和 耐磨性。 • 前烘的温度和时间随胶的种类和膜厚不同而有 所差别。 • 方法：80C下10－15分钟。
MEMS—光刻技术
任课老师：李爱农 汇 报 人：邹 旺
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光刻胶
光刻机 光刻流程
光刻工艺发展
微细加工技术中的加工方法种类繁多，可以按 现代加工技术的一般分类方法将其分为四大类： 1）去除加工——将材料的某一部分分离出去的加 工方式，如光刻、化学刻蚀、电解抛光等； 2）增材加工——同种或不同材料的附和加工或相 互结合加工，如化学镀、电镀、溅射沉积、离子镀 膜等； 3）变形加工——使材料形状发生改变的加工方式， 如微细离子流抛光（研磨、压光）、热流动表面加 工（气体高温、高频电流、热射线、电子束、激光） 等； 4）整体处理及表面改性等。
电子束光刻
• 与其他光刻技术相比，电子束光 捌的优点非常明显： • 首先，电子束光刻分辨率高，可 达0.1um，如直接进行刻蚀可达 到几个纳米。 • 其次，电子束光刻不需要掩模版， 非常灵活，很适合小批量、特殊 器件的生产。 • 目前，电子束光刻主要用于制作 光学光刻的掩模。其发展方向是 尽可能提高曝光速度，以适应大 批生产
• 烘箱烘烤、红外光照射、热板处理
对准和曝光
• 设备：光刻机 • 对准：使掩膜的图形和硅片上的图形精确套合。 • 曝光：对光刻胶进行选择性光化学反应，使光刻胶 改变在显影液中的溶解性。 • 通常采用紫外接触曝光法
显影(Development)
• 正胶去曝光部分，负胶去未曝光 部分 • 部分光刻胶需要超声显影 • 显影时间根据光刻胶种类、膜厚、 显影液种类、显影温度和操作方 法确定。 • 显影后检查光刻质量，不合格的 返工。
光刻是加工制造集成电路图形结构以及微结构 的关键工艺之一。 光刻工艺就是利用光敏的抗蚀涂层发生光化学 反应，结合腐蚀方法在各种薄膜或硅上制备出合乎 要求的图形，以实现制作各种电路元件、选择掺杂、 形成金属电极和布线或表面钝化的目的。
光 刻 的 整 个 生 产 过 程
• 光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机
投影光刻机
利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影到衬底上
光源光源
硅片
掩模
聚光透镜
反射凸镜
掩模
投影器 反射凹镜
硅片
全反射 投影式 折射
优点：无像差，无驻波效应影响 缺点：数值孔径小，分辨率低
优点：数值孔径大，分辨率高， 对硅片平整度要求低， 掩模制造方便
缺点：曝光效率低，设备昂贵
光刻工艺介绍
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晶片清洗 脱水和烘干 甩胶 前烘 曝光 显影 坚膜 腐蚀 去胶
清洗和烘干
• 作用：保证硅片表面无灰尘、油脂、水，保证粘附 性和光刻质量。 清洗不好，会造成脱胶、表面灰尘导致粘版、部 分图形不感光等光刻缺陷。
•表面不干燥，会造成脱胶 •如果硅片搁置较久或返工，应重新清洗烘干，烘干
湿法腐蚀：
湿法化学刻蚀在半导体工艺中有着 广泛应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀。 优点：选择性好、重复性好、生产效率 高、设备简单、成本低 缺点：钻蚀严重、对图形的控制性较差
干法刻蚀
• 溅射与离子束铣蚀：通过高能惰性气体离子的物理轰击 作用刻蚀，各向异性性好，但选择性较差。 • 等离子刻蚀(Plasma Etching)：利用放电产生的游离基 与材料发生化学反应，形成挥发物，实现刻蚀。选择性 好、对衬底损伤较小，但各向异性较差。 • 反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，简称为RIE)：通 过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀。 具有溅射刻蚀和等离子刻蚀两者的优点，同时兼有各向 异性和选择性好的优点。
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