1、芯片圖形的轉移和實現

電路圖形（EDA設計）—（投影和離子束曝光）—掩膜版—（光刻）—光刻膠—（刻蝕/注入）—芯片

2、光刻的基本原理

光刻是通過光化合反應，將掩膜版上的電路圖圖形暫時轉移到覆蓋在半導體芯片上的光刻膠，然后利用光刻膠為掩膜， 對下方材料選擇性加工（刻蝕或注入）， 從而在半導體晶片上獲得相應電路圖形。

1、光刻術語

分辨率：將硅片上兩個相鄰特征圖形區別開來的能力

套準精度：光刻要求硅片表面存在的圖案與掩膜版上的圖形對準，此特性指標就是套準精度

關鍵尺寸：硅片上形成圖形的實際尺寸即特征尺寸，最小的特征尺寸即關鍵尺寸

工藝寬容度：光刻始終如一的處理符合特定要求產品的的能力。追求最大的工藝寬容度

光譜：能量要滿足激活光刻膠并將圖形從掩膜版中轉移到硅片上的要求

2、光刻膠的類型—兩種光刻工藝

又名（光致）抗蝕劑，光阻、photoresist。

4.1 正膠

曝光后溶解性的變化：不溶——可溶顯影后光刻膠上的圖形與掩膜版上圖形一致。

優缺點：分辨率高，對比度高，線條邊緣清晰，在深亞微米（1um）工藝中占主導地位。

CD變化：正膠光刻圖形變化差 0um

4.2 負膠

可溶——不溶，與正膠相反

優缺點：和硅片有良好的粘附性和抗蝕性， 針孔少，感光度高但顯影時會變形 和膨脹，分辨率2um左右。

CD變化：負膠光刻圖形變化差 0.8～1.0um。

3、光刻膠的組分和感光原理

5.1 光刻膠的物理特性：分辨率、對比度、敏感度、粘滯性、粘附性、抗蝕性等。

a.分辨率：形成的關鍵尺寸越小，光刻膠的分辨率越高；

b.對比度：光刻膠從曝光區到非曝光區過渡的陡度；

c.敏感度：在硅片表面光刻膠中形成一個良好圖形所需要的一定波長光的最小能量值；

d.粘滯性：光刻膠的流動特性；

e.粘附性：光刻膠粘附于襯底的強度。

5.2 基本組分：感光劑、增感劑和溶劑。

5.3感光原理

負膠：

典型：KPR(聚乙烯醇肉桂酸脂)。

聚合硬化：線性——網狀。

正膠：

典型：DNQ(重氮萘醌)。

光分解。

6、光刻的基本流程

①前處理

脫水：片架式堅膜烘箱 200 ℃。

OAP（HMDS ）：

兩類：高溫 低溫；

作用：增加黏附力 正膠與負膠的區別；

原理: 有機氯硅烷 六甲基二硅胺烷（HMDS)。

②涂膠

目的：在硅片表面獲得一定厚度且均勻的光刻膠。

方法：旋轉涂膠

涂膠參數

滴膠量：與光刻膠的黏度有關；

厚度：與轉速及膠粘度有關；

均勻性：高的旋轉加速度變化斜率及滴膠位置。

③前烘（軟烘）

目的：通過加熱去處光刻膠中的溶劑，改進其于 硅片表面的粘附性及緩和光刻膠內部應力。

方法：

④曝光

目的：對光刻膠進行選擇性光化學反應，將掩膜版圖形轉移到光刻膠。

方法：

接觸式(PLA501)

設備簡單；70年代中前期；掩膜版和硅片直接接觸， 掩膜版壽命短；圖形缺陷多，顆粒沾污大；分辨率：〉5um；應用：分立器件，SSI。

接近式曝光

距硅片表面2~10um；無直接接觸，無損傷， 沾污少，更長的掩膜壽命；分辨率>3um；應用：分立器件， SSI,MSI。

（掃描）投影式 (MPA500/600)

利用透鏡把掩膜版上的圖形1：1的投影到硅片上；減少了對操作者依賴, 沾污少，無邊緣衍射；分辨率：>1um。

步進重復式(STEPPER)

將掩膜版上的圖形縮小4X,5X,10X倍后投 影到硅片表面的光刻膠上；掩膜圖形更精確和易制作，實現更小圖形；采用投影式掩膜版（ 1或幾個芯片圖形）以 步進方式多次重復曝光；分辨率：大約0.35um。

⑤曝光后烘(PEB)

PEB的作用：提高黏附性并減少駐波。

⑥顯影

目的：顯現圖形

方法：浸沒式、噴淋式、PUDDLE

⑦堅膜（后烘、 Hard Bake ）

目的：

1）蒸發光刻膠中的溶液，固化和穩定光刻膠性質；

2）提高光刻膠的抗蝕能力和抗注入能力；

3）提高光刻膠與硅片表面的粘附性。

方法：同前烘，通常熱板烘烤，溫度略高于前烘 。 (正膠：120℃；負膠：160℃）

⑧顯影檢查

檢查的內容：對準精度、關鍵尺寸（CD）、圖形缺陷等。

方法：聚光燈檢查、顯微鏡檢查五點檢查

⑨光刻的關鍵問題

衍射：光的波粒二象性；Lmin> λ/2,波長越短，分辨率越高。

數值孔徑（NA）：反應透鏡收聚衍射光的能力。

焦深（DOF）：成像時得到最好分辨率的焦距。

硅片表面起伏對分辨率的限制。

下一代光刻技術：

極紫外光（EUV ）λ=10~14n；

電子束光刻 λ=0.04nm；

離子束光刻 λ=0.0001nm；

X-射線 λ=4nm。