光刻胶和光刻的基本流程

1、芯片图形的转移和实现

电路图形（EDA设计）—（投影和离子束曝光）—掩膜版—（光刻）—光刻胶—（刻蚀/注入）—芯片

2、光刻的基本原理

光刻是通过光化合反应，将掩膜版上的电路图图形暂时转移到覆盖在半导体芯片上的光刻胶，然后利用光刻胶为掩膜， 对下方材料选择性加工（刻蚀或注入）， 从而在半导体晶片上获得相应电路图形。

1、光刻术语

分辨率：将硅片上两个相邻特征图形区别开来的能力

套准精度：光刻要求硅片表面存在的图案与掩膜版上的图形对准，此特性指标就是套准精度

关键尺寸：硅片上形成图形的实际尺寸即特征尺寸，最小的特征尺寸即关键尺寸

工艺宽容度：光刻始终如一的处理符合特定要求产品的的能力。追求最大的工艺宽容度

光谱：能量要满足激活光刻胶并将图形从掩膜版中转移到硅片上的要求

2、光刻胶的类型—两种光刻工艺

又名（光致）抗蚀剂，光阻、photoresist。

4.1 正胶

曝光后溶解性的变化：不溶——可溶显影后光刻胶上的图形与掩膜版上图形一致。

优缺点：分辨率高，对比度高，线条边缘清晰，在深亚微米（1um）工艺中占主导地位。

CD变化：正胶光刻图形变化差 0um

4.2 负胶

可溶——不溶，与正胶相反

优缺点：和硅片有良好的粘附性和抗蚀性， 针孔少，感光度高但显影时会变形 和膨胀，分辨率2um左右。

CD变化：负胶光刻图形变化差 0.8～1.0um。

3、光刻胶的组分和感光原理

5.1 光刻胶的物理特性：分辨率、对比度、敏感度、粘滞性、粘附性、抗蚀性等。

a.分辨率：形成的关键尺寸越小，光刻胶的分辨率越高；

b.对比度：光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度；

c.敏感度：在硅片表面光刻胶中形成一个良好图形所需要的一定波长光的最小能量值；

d.粘滞性：光刻胶的流动特性；

e.粘附性：光刻胶粘附于衬底的强度。

5.2 基本组分：感光剂、增感剂和溶剂。

5.3感光原理

负胶：

典型：KPR(聚乙烯醇肉桂酸脂)。

聚合硬化：线性——网状。

正胶：

典型：DNQ(重氮萘醌)。

光分解。

6、光刻的基本流程

①前处理

脱水：片架式坚膜烘箱 200 ℃。

OAP（HMDS ）：

两类：高温 低温；

作用：增加黏附力 正胶与负胶的区别；

原理: 有机氯硅烷 六甲基二硅胺烷（HMDS)。

②涂胶

目的：在硅片表面获得一定厚度且均匀的光刻胶。

方法：旋转涂胶

涂胶参数

滴胶量：与光刻胶的黏度有关；

厚度：与转速及胶粘度有关；

均匀性：高的旋转加速度变化斜率及滴胶位置。

③前烘（软烘）

目的：通过加热去处光刻胶中的溶剂，改进其于 硅片表面的粘附性及缓和光刻胶内部应力。

方法：

④曝光

目的：对光刻胶进行选择性光化学反应，将掩膜版图形转移到光刻胶。

方法：

接触式(PLA501)

设备简单；70年代中前期；掩膜版和硅片直接接触， 掩膜版寿命短；图形缺陷多，颗粒沾污大；分辨率：〉5um；应用：分立器件，SSI。

接近式曝光

距硅片表面2~10um；无直接接触，无损伤， 沾污少，更长的掩膜寿命；分辨率>3um；应用：分立器件， SSI,MSI。

（扫描）投影式 (MPA500/600)

利用透镜把掩膜版上的图形1：1的投影到硅片上；减少了对操作者依赖, 沾污少，无边缘衍射；分辨率：>1um。

步进重复式(STEPPER)

将掩膜版上的图形缩小4X,5X,10X倍后投 影到硅片表面的光刻胶上；掩膜图形更精确和易制作，实现更小图形；采用投影式掩膜版（ 1或几个芯片图形）以 步进方式多次重复曝光；分辨率：大约0.35um。

⑤曝光后烘(PEB)

PEB的作用：提高黏附性并减少驻波。

⑥显影

目的：显现图形

方法：浸没式、喷淋式、PUDDLE

⑦坚膜（后烘、 Hard Bake ）

目的：

1）蒸发光刻胶中的溶液，固化和稳定光刻胶性质；

2）提高光刻胶的抗蚀能力和抗注入能力；

3）提高光刻胶与硅片表面的粘附性。

方法：同前烘，通常热板烘烤，温度略高于前烘 。 (正胶：120℃；负胶：160℃）

⑧显影检查

检查的内容：对准精度、关键尺寸（CD）、图形缺陷等。

方法：聚光灯检查、显微镜检查五点检查

⑨光刻的关键问题

衍射：光的波粒二象性；Lmin> λ/2,波长越短，分辨率越高。

数值孔径（NA）：反应透镜收聚衍射光的能力。

焦深（DOF）：成像时得到最好分辨率的焦距。

硅片表面起伏对分辨率的限制。

下一代光刻技术：

极紫外光（EUV ）λ=10~14n；

电子束光刻 λ=0.04nm；

离子束光刻 λ=0.0001nm；

X-射线 λ=4nm。