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9.2.2 涂胶
在硅片表面涂敷的光刻胶应厚度均匀、附着 性强、没有缺陷。
在涂胶之前，硅片一般需要经过脱水烘焙， 或涂敷能增加光刻胶与硅片表面附着能力的 化合物。六甲基乙硅氮烷 (HMDS)
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涂胶工艺示意图
3000～6000 rpm，0.5~1 mm
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涂胶厚度主要由光刻胶粘度和转速决定 24
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对准曝光
曝光，曝光剂量等于光强与曝光时间的乘积。 曝光过度会导致图形侧墙倾斜；
入射光波长越短，可实现的特征尺寸越小， 图形分辨率越高，但能量越小；
涂胶步骤：
将光刻胶溶液喷射到硅片表面上； 加速旋转托盘； 达到所需的旋转速度后，保持一定时间的旋
转。 甩胶：？？
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9.2.3 前烘
液态光刻胶中，溶剂的成份占65-85％。经 过甩胶之后，虽然液态的光刻胶已经成为固 态的薄膜，但仍含有10-30％的溶剂，容易 玷污灰尘，通过在较高温度下进行烘焙，可 以使溶剂从光刻胶内挥发出来。
工的最小线条尺寸或机器能充分打印出的区域。
分辨率是决定光刻系统最重要的指标，能分辨的线宽 越小，分辨率越高。其由瑞利定律决定：
R
k1
NA
分辨率系数k1=0.6~0.8 数值孔径NA=0.16~0.8
提高分辨率：
NA，，k1
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使用光源缩小
光源
汞灯 汞灯 KrF(激光) ArF (激光) F2 (激光) 等离子体
9.1 概述 9.2 基本光刻工艺流程 9.3 光刻技术中的常见问题
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9.1 概述
光刻(photolithography)就是将掩模版（光刻版） 上的几何图形转移到覆盖在半导体衬底表面的 对光辐照敏感薄膜材料（光刻胶）上去的工艺 过程 。
光刻是微电子工艺中最重要的单项工艺之一。 用光刻图形来确定分立元器件和集成电路中的
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完整的集成电路工艺中通常需要多次光刻才 能完成。
光刻系统的主要指标包括： --分辨率、 --焦深、 --对比度、 --特征线宽控制、 --对准和套刻精度、 --产率以及价格。
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9.1.1 分辨率 R
分辨率是指一个光学系统精确区分目标的能力。 微图形加工的最小分辨率是指光刻系统所能分辨和加
波长(nm) 436 365 248 193 157 13.5
术语 g线 i线 DUV 193DUV VUV EUV
技术节点 >0.5mm 0.5/0.35mm 0.25/0.13mm 90/65…32nm CaF2 lenses Reflective mirrors
光源
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光刻分辨率
光刻分辨率是指光刻工艺得到的光刻胶图形能分辨线条的最小
线宽L，也可以用单位尺寸的线条数表示。光刻分辨率是决定
芯片最小特征尺寸的最主要因素。
LL
分辨率
R=1/2L (mm-1)；
直接用线宽L表示
存在物理极限，由衍射决定：
L≥λ/2, Rmax ≤1/λ
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9.1.3 焦深（DOF）
表示在一定的工艺条件下，能刻出最小线宽的像面 偏离理想焦面的范围。焦深远大，对光刻图形的制 作越有利。
半导体工艺基础
重庆邮电大学 微电子系
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光刻
光刻工艺、光刻技术、刻蚀 在半导体制造技术中，最为关键的是用于电
路图形生成和复制的光刻技术，光刻技术的 研究和开发，在每一代集成电路技术的更新 中扮演着技术先导的作用。 随着集成电路的不断提高，光刻技术也面临 着越来越多的难题。
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IC对光刻技术的要求
前烘方法：热平板传导；红外线辐射；干燥 循环热风。 10～30 min，80～110 C
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9.2.4 曝光
曝光是使光刻掩模版与涂上光刻胶的衬底对 准，用光源经过光刻掩模版照射衬底，使接 受到光照的光刻胶的光学特性发生变化。
曝光中要特别注意曝光光源的选择和对准。
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简单的光学系统曝光图
各个区域、如注入区、接触窗口和压焊区等。
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用光刻工艺确定的光刻胶图并不是最后器件的 构成部分，仅是图形的印模，为了制备出实际 器件的结构图形，还必须再一次把光刻胶图形 转移到光刻胶下面组成器件的材料层上。也就 是使用能够对非掩膜部分进行选择性去除的刻 蚀工艺来实现图形的转移。
光刻工艺的目标是根据电路设计的要求，生成 尺寸精确的特征图形，并且在衬底表面的位置 正确且与其他部件的关联正确。
高分辨率； 高灵敏度的光刻胶； 低缺陷；
精密的套刻精度：误差≤± 10%L；
可对大尺寸硅片进行光刻加工；
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第9章 光刻工艺
光刻（photolithography）就是将掩膜版（光刻版）上的几何图 形转移到覆盖在半导体衬底表面的对光辐照敏感的薄膜材料 （光刻胶）上去的工艺工程。
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第9章 光刻工艺
DO焦深
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焦平面
焦深 光刻胶
IC技术中，焦深只有1mm，甚至更小
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对比度（CON）
对比度：评价成像图形质量的重要指标。对比度 越高，光刻出来的微细图形越好。
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对比度
MTF Imax Imin Imax Imin
一般要求MTF>0.5 与尺寸有关
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9.2 基本光刻工艺流程
一般的光刻工艺要经历底膜处理、涂胶、前烘、曝 光、显影、坚膜、刻蚀、去胶、检验工序。
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9.2.1 底膜处理
底膜处理是光刻工艺的第一步，其主要目的 是对硅衬底表面进行处理，以增强衬底与光 刻胶之间的黏附性。
底膜处理包括以下过程： 1、清洗；2、烘干；3、增粘处理（涂底）。
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曝光光源的选择：紫外光用于光刻胶的曝光是因为光 刻胶与这个特定波长的光反应。波长很重要，因为较 短波长的可以获得光刻胶上较小尺寸的分辨率。
对准：是指光刻掩膜版与光刻机之间的对准，二者均 刻有对准标记，使标记对准即可达到光刻掩膜版与光 刻机的对准。
套准：对准的结果，或者每个连续图形与先前层匹配 的精度，称为套准。
对比度
尺寸控制的要求以高准度和高精度在完整硅片表面 产生器件特征尺寸。首先要在图形转移工具（光刻 掩膜版）上正确的再造出特征尺寸，然后再准确地 在硅片表面刻印出来。
由于光刻应用的特征尺寸非常小，且各层都须精确 匹配，所以需要配合紧密。图形套准精度是衡量被 刻印的图形能否匹配前面刻印图形的一种尺度。