Baking Systems
8.1.1
5-6、对准与曝光

光刻工艺流程
Alignment and Exposure


Most critical process for IC fabrication Most expensive tool (stepper) in an IC fab. Determines the minimum feature size Currently 45nm and pushing to 32 nm
显影液溶解掉光刻胶中软化部分（曝光的正胶或未曝光 的负胶） 从掩膜版转移图形到光刻胶上 三个基本步骤:显影、漂洗、干燥
8.1.1
光刻工艺流程
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√
EBR: Edge bead removal边缘修复
旋转涂胶

Spin Coating

Clean Room净化间


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； 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；

1）对准和曝光设备 --光刻机
接触式曝光机 接近式曝光机 投影式曝光机 步进式曝光机（Stepper）
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） 曝光示意图
8.1.1
2）曝光光源：
光刻工艺流程
光学曝光、X射线曝光、电子束曝光 ①光学曝光－紫外，深紫外 高压汞灯：紫外(UV），300－450nm； i线365nm，h线405nm，g线436nm。 准分子激光：KrF：λ= 248nm； ArF：λ= 193nm； F2激光器： λ= 157nm。
集成电路制造技术
第八章 光刻与刻蚀工艺
西安电子科技大学
微电子学院
戴显英 2013年9月
主要内容



光刻的重要性 光刻工艺流程 光源 光刻胶 分辨率 湿法刻蚀 干法刻蚀
第八章

光刻与刻蚀工艺
芯片的最小特征尺寸 ②占芯片制造时间的40-50%③占制造成本的30% 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。 刻蚀：通过腐蚀，将光刻胶上图形完整地转移到Si片上 光刻三要素：①光刻机②光刻版（掩膜版）③光刻胶 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
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
接触式与投影式光刻机
掩模版
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。 掩膜版尺寸： 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
高压汞灯紫外光谱
8.1.1
②下一代曝光方法
光刻工艺流程
电子束曝光：λ＝几十---100Å ； 优点：分辨率高；不需光刻版 （直写式）； 缺点：产量低（适于制备光刻 版）； X射线曝光：λ＝2---40Å ，软X射 线； X射线曝光的特点：分辨率高， 产量大。 极短紫外光（EUV）：λ＝10—14nm
8.1 光刻工艺 Photolithography Process

光刻工艺的基本步骤
Photoresist coating Exposure Development
• 涂胶 • 曝光 • 显影

光刻工艺的主要步骤
涂胶 前烘 曝光 后烘 显影 坚膜
8.1.1
1)清洗硅片 Wafer Clean
8.1.1
9、坚膜 Hard Bake
光刻工艺流程
10、图形检测
Pattern Inspection
8.1.1
光刻1－清洗

光刻工艺流程
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。
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
8.1.1
5、对准 Alignment
光刻工艺流程
7、后烘 Post Exposure Bake
6、曝光
Exposure
8、显影 Development
圆片放置在涂胶机的真空卡盘上 高速旋转 液态光刻胶滴在圆片中心 光刻胶以离心力向外扩展 均匀涂覆在圆片表面
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
8.1.1
光刻4－前烘Soft Bake
光刻工艺流程
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。 ②影响因素：温度，时间。 烘焙不足（温度太低或时间太短）－显影时易浮胶，图形易变形。 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。 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。
商用X-ray光刻机
8.1.1

光刻工艺流程
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
光刻胶中的驻波效应
8.1.1

光刻工艺流程
光刻8－显影(Development)