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1、光刻机；光刻版（掩模版）;光刻胶。光刻机是IC晶圆中最昂贵的设备，也决定了集成电路最小的特征尺寸。光刻机的种类有接触式光刻机、接近式光刻机、投影式光刻机和步进式光刻机。接触式光刻机设备简单,0年代中期前使用，分辨率只有微米级,掩模板和硅片直接接触,使得掩膜版寿命短。接近式光刻机距硅片表面约10微米,掩膜版拥有更长的寿命,分辨率大于3m投影光刻机类似于投影仪,掩模与硅片之间增加一透镜，掩模与硅片1：,分辨率大约在微米左右。步进光刻机在C中是最流行的，它具有高分辨率（25微米或以下）,掩膜图形尺寸5:1X能够得到更好的分辨率,但他的曝光时间是5X的四倍;步进光刻机的价格是最昂贵的。掩模版包含了对于

2、整个硅片来说确定一工艺层所需的完整管芯阵列。其中的光刻胶主要由基体（树脂）、感光剂（聚乙烯醇肉桂酸脂）、溶剂（环己酮）、增感剂（5-硝基苊）等不同的材料按一定比例配制而成。其中树脂是粘合剂（inde），感光剂是一种光活性（Potctviy）极强的化合物，它在光刻胶内的含量与树脂相当,两者同时溶解在溶剂中,以液态形式保存，以便于使用。光刻胶分为正胶和负胶；正胶在显影时,感光部分溶解，未感光部分不溶解；负胶显影时感光部分不溶解,不感光部分溶解。正胶的光敏度和抗腐蚀能力都大于负胶。而光刻胶的作用是在刻蚀（腐蚀）或离子注入过程中,保护被光刻胶覆盖的材料。高分辨率,高灵敏的光刻胶,低缺陷和精密的套刻对准

3、是UL对光刻的要求。要达到这样的要求就必须在光刻的每一个流程都严格把关，这里分别简单讲讲光刻工艺的各个流程。.涂胶（Phtoreist Coati） 涂胶的目的是在硅片表面形成厚度均匀,附着性强,并且没有缺陷的光刻胶薄膜。涂胶作为光刻工艺的第一步,涂胶的好坏直接决定了之后光刻能否正常进行。涂胶前的Si片是需要处理的以便于光刻胶能更好的附着在上面。由于光刻胶的疏水性,所以片首先需要脱水烘培去除水分。然后使用HMS（六甲基乙硅氮烷）或TSDE（三甲基甲硅烷基二乙胺）作增粘处理。对涂胶的要求：粘附良好，均匀,薄厚适当。若胶膜太薄,则会导致针孔多,抗腐蚀性差；若太厚,则分辨率低。涂胶的方式有:浸涂,喷

4、涂，旋涂。其中旋胶工艺步骤：将光刻胶溶液喷洒到硅片表面上；加速旋转托盘（硅片），直至达到需要的旋转速度;达到所需的旋转速度后,保持一定时间的旋转（甩胶）。光刻工艺中一般采用旋胶，旋转涂胶工艺的示意图如下:2.前烘（Sof bake） 由于在液态的光刻胶溶剂的成份占65%85%,甩胶后光刻胶变成固态薄膜但仍含有0%0%的溶剂，容易粘污灰尘。所以涂胶以后的硅片,需要在一定的温度下进行烘烤，一步骤称为前烘。而前烘的目的是促进胶膜内溶剂充分挥发，使胶膜干燥;增加胶膜与SO2（膜等）的粘附性及耐磨性。另外光刻胶的显影速度受光刻胶中溶剂含量的影响。如果溶剂含量过高，显影时光刻胶的溶解速度就比较快,容易导致

5、浮胶,图形也易变形；但是,并不是要去除光刻胶中的所有溶剂,光刻胶中需要剩余一定的溶剂，以便于使感光剂重氮醌转变为羧酸。这就要求前烘的时间和温度都需要严格地控制。如果前烘温度太低，或时间过短,除了光刻胶层与硅片表面的黏附性变差之外,曝光的精确度也会因为光刻胶中的溶剂的含量过高而变差。另外,显影时也易浮胶，图形易变形。如果温度过高，时间过长,光刻胶层黏附性也会因为光刻胶变脆而降低。而且，过高的烘培温度会使光刻胶中的感光剂发反应,这会使光刻胶在曝光时的敏感度变差,增感剂挥发，导致显不出图形。前烘的方式一般有：烘箱对流加热,红外线辐射加热,热板传导加热。在ULS工艺中,常用的前烘方法是真空热平板烘烤。

6、这种方法方便控制温度，还可以保证加热均匀。平板烘烤还可以解决光刻胶表面粗糙的问题。.曝光（xpou）光刻胶在经过前烘之后，原来为液态的光刻胶在硅片表面上固化,这样就可以进行曝光。曝光方式有接触式，接近式和投影式。接触式硅片与光刻版紧密接触,光衍射效应小，分辨率高,但对准困难，易摩擦,是光刻版图形变形，光刻版寿命短且成品率低。接近式硅片与光刻版保持5m间距,光刻版不易损坏,光衍射效应严重,分辨率低,线宽大于3m。投影式曝光利用光学系统，将光刻版的图形投影在硅片上，光刻版不受损伤，对准精度也高，但光学系统复杂,对物镜成像要求高，一般用于3m以下光刻。目前常见的曝光有光学曝光（紫外、深紫外），X射线

7、曝光,电子束直写式曝光。 投影式曝光分类：扫描投影曝光（Scaing rotion exposure）,7年代末80年代初,大于1m工艺；掩膜版1:1全尺寸。步进重复投影曝光（Stpi-reeain projection exposur），8年代末90年代,0.35025（UV）。掩膜版缩小比例（4：1）,棱镜系统的制作难度增加。扫描步进投影曝光（Scanning steper jection eposue）,0年代末至今,用于小于0.8工艺,增大了每次曝光的视场,提供硅片表面不平整的补偿,提高了整个硅片的尺寸均匀性;但同时需要反向运动,增加了机械系统的精度要求。需要注意的是在进行曝光时会发生

8、驻波效应，导致曝光的线宽发生变化。为了减弱驻波效应往往在光刻工艺中使用抗反射涂层（A）工艺。利用ARC吸收折射进入ARC的光线,以及根据曝光所使用的波长使AC与折射进入RC的光波相匹配,可以降低RC反射到光刻胶中的光线强度。ARC的制作方法一般有物理气相淀积（PVD）和化学气相淀积（VD）.4.显影（Developmen） 曝光之后需要进行后烘,短时间的后烘可以促进光刻胶的关键化学反应，提高光刻胶的粘附性并减少驻波，然后就可以进行显影。显影是将未感光的负胶或感光的正胶溶解去除，显现出所需的图形。正胶显影液是含水的碱性显影液,如KOH、TAH（四甲基氢氧化胺水溶液）等。负胶显影液是一种有机溶剂，

9、如丙酮、甲苯等。进行显影的方式有很多种,如：浸入式显影,混凝显影,喷洒显影等。目前应用最广泛的是喷洒方法。这种显影可分为三步:硅片被置于旋转台上，并且在硅片表面上喷洒显影液;然后硅片将在静止的状态下进行显影;显影完成后,需要经过漂洗,之后在旋干。漂洗和旋干是为了去除残留在硅片上的显影液。喷洒显影的优点是它可以满足工艺流水线的要求,提高生产效率。显影之后，一般要通过光学显微镜,扫描电子显微镜或者激光系统来进行显影检验;目的是区分哪些有很低可能性通过最终掩膜检验的晶圆，提供工艺性能和工艺控制数据,以及分拣出需要重做的晶圆。而影响显影效果的因素主要有：曝光时间,前烘的温度与时间,胶膜的厚度，显影液的

10、浓度以及显影液的温度等。显影时间太短,可能留下光刻胶薄膜层,从而阻挡腐蚀二氧化硅或金属，形成氧化层“小岛”。时间太短，光刻胶软化、膨胀、钻溶、浮胶,导致图形边缘破坏。5.坚膜（Had ke） 硅片在经过显影之后,需要经历一个高温处理过程,简称坚膜。坚膜的主要作用是去除光刻胶中剩余的溶剂，增强光刻胶对硅片表面的附着力,同时提高光刻胶在刻蚀和离子注入过程中的抗蚀性和保护能力。通常坚膜的温度要高于前烘和曝光后烘烤温度,也称为光刻胶的玻璃态转变温度。坚膜的方法有:（）恒温烘箱法（18020,0in左右）；（2）红外灯照射（照射10min，距离6c）。如果坚膜不足，则腐蚀时易浮胶,易侧蚀；如果坚膜过度,

11、则胶膜热膨胀导致翘曲，剥落，腐蚀时易浮胶或钻蚀。若温度超过30,则光刻胶分解，失去抗腐蚀能力。在坚膜之后还需要对光刻胶进行光学稳定，光刻胶的光学稳定是通过紫外光辐照和加热来完成的。通过光学稳定,使光刻胶在干法刻蚀过程中的抗腐蚀性得到增强,进而提高刻蚀工艺的选择性;而且还可以减少在注入过程中从光刻胶中逸出的气体，防止在光刻胶层中形成气泡。6.刻蚀（Etci） 在微电子制造工艺中,光刻图形必须最终转移到光刻胶下面组成器件的各薄膜层上,这种图形的转移是采用刻蚀工艺完成的，经过刻蚀的图形就永久留在晶圆的表层。刻蚀工艺分为两大类:湿法和干法刻蚀。无论哪一种方法，其目的都是将光刻掩模版上的图形精确地转移到

12、晶圆表面。同时要求一致性、边缘轮廓控制、选择性、洁净度都符合要求。 湿法刻蚀具有各向同性腐蚀的特点,工艺简单,腐蚀选择性好;但钻蚀严重（各向异性差），难于获得精细图形,且刻蚀以上的线条,所以现在一般不采用湿法刻蚀。Si的湿法刻蚀:Si+NO3+HFH2iF6+NO2+H2O+H2 现代光刻技术最常用的刻蚀工艺为干法刻蚀，其各向异性腐蚀强,分辨率高,能刻蚀3m以下线条。干法刻蚀有三种类型，分别为：（1）等离子体刻蚀：化学性刻蚀；刻蚀气体经辉光放电后，成为具有强化学活性的离子及游离基等离子体。等离子体活性基团与被刻蚀材料发生化学反应。选择性好,各向异性差。所用的刻蚀气体有：C4、BC、CCl4、C

13、HCl、SF6等。（2）溅射刻蚀:纯物理刻蚀；等离子体轰击被刻蚀的材料，使其被撞原子飞溅出来，形成刻蚀。其各向异性好，选择性差；刻蚀气体为惰性气体。（3）反应离子刻蚀（RI）:结合（）、（）;各向异性和选择性兼顾；刻蚀气体与等离子体刻蚀相同。Si的干法刻蚀:Si+SiF4iO的干法刻蚀：SiOFSiF4+O F3+SOSiF4+CO+COSiN4的干法刻蚀:N4+FSiF4+N27.去胶（StripPhotoresst） 经过刻蚀或离子注入之后,已经不再需要光刻胶做保护层,因此可以将光刻胶从硅表面除去,这一步骤称为去胶。去胶的方法包括湿法去胶和干法去胶。在湿法去胶中又分为有机溶液去胶和无机溶液

14、去胶。有机溶液去胶是使用与光刻胶互溶的丙酮和芳香族的有机溶剂,达到去胶目的。无极溶液去胶的原理是利用光刻胶本身也是有机物的特点,通过可以把光刻胶从硅片的表面除去。不过由于无机溶液会腐蚀Al,因此去除A上的光刻胶必须使用有机溶剂。干法去胶则是用等离子体将光刻胶去除。相对而言，干法去胶的效果要好于湿法去胶,但干法去胶存在反应残留物的玷污问题,因此干法、湿法去胶经常搭配使用。光刻是通过化学反应,将光刻版上的图形转移到光刻胶上，在经刻蚀将光刻胶上的图形转移到硅表面的薄膜上。光刻要求硅片表面上存在的图案与掩膜版上的图形准确对准。随着芯片集成度的提高，对光刻技术提出了越来越高的要求,即对光刻工艺流程的每一步都有更高的要求。每一个流程的进步都对光刻技术有很大影响。参考文献【】关旭东.硅集成电路工艺基础.北京大学出版社,200【2】刘红侠，戴显英，毛维.集成电路制造技术PPT【】庄同曾.集成电路制造工艺北京:电子工业出版社,2005【】庄同曾集成电路制造技术原理与实践.北京：电子工业出版社，1992【】XX文库.光刻与刻蚀工艺PPT,.011 【6】XX文库.光刻过程图片解说PT,06210【】王瑗 . 刻蚀工艺与设备培训DF，0.0