中职教育一年级上学期电子与信息《光刻》教学课件

项目三芯片流片过程工艺3.2光刻微电子技术与器件制造主讲人：宋衍赐3.2光刻引言

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INTRODUCTION

本项目从涂胶工艺任务入手，先让读者对光刻工艺有一个初步了解；然后详细介绍涂胶、曝光和显影等专业技能。通过曝光和显影工艺的任务实施，让读者进一步了解光刻工艺。PART01

认识光刻工艺PART02认识涂胶工艺PART03认识曝光工艺PART04认识显影工艺目录3.2光刻3.2光刻知识目标了解光刻工艺及流程3.2.1认识光刻工艺3.2.1认识光刻工艺光刻工艺光刻（photolithography）工艺是利用曝光和显影，在光刻胶层上刻画出几何图形结构，然后通过刻蚀工艺将掩膜版上的图形转移到所在衬底上。在一般情况下，光刻工艺有预处理、涂胶、软烘、对准和曝光、曝光后烘焙、显影、坚膜烘焙、显影检查等8个工序。光刻工艺基本流程，如下图所示。光刻工艺流程3.2.1认识光刻工艺1．预处理在涂胶（即涂抹光刻胶）之前，晶圆一般需要进行预处理3.2.1认识光刻工艺2．涂胶目前涂胶的方法，一般采用旋转涂胶法。旋转涂胶法的工艺过程主要有滴胶、加速旋转、甩掉多余的胶、溶剂挥发等4个工序，如下图所示。旋转涂胶法的工艺过程3.2.1认识光刻工艺3．软烘在完成涂胶之后，需要进行软烘（即软烘干）操作，这一步骤也被称为前烘。3.2.1认识光刻工艺4．对准和曝光对准和曝光的操作过程是：先将掩膜版的图形与晶圆上的图形严格对准；然后通过曝光灯或其他辐射源，将掩膜版的图形转移到晶圆的光刻胶图层上。

3.2.1认识光刻工艺曝光后的晶圆，从曝光系统转移到晶圆轨道系统后，需要进行短时间的曝光后烘焙。为促进光刻胶的化学反应，需要对光刻胶进行烘焙，其目的是提高光刻胶的粘附性并减小驻波反应。5．曝光后烘焙3.2.1认识光刻工艺6．显影显影就是利用显影液，溶解掉晶圆上不需要的光刻胶。3.2.1认识光刻工艺7．坚膜烘焙在显影后，需要进行坚膜烘焙，也称为热烘焙。坚膜烘焙的目的是蒸发掉光刻胶剩余的溶剂，改善胶膜与晶圆的黏附性，增强胶膜的抗蚀能力。3.2.1认识光刻工艺8．显影检查光刻胶在晶圆表面形成图形后，需要检查所形成的光刻胶图形的质量。主要是检查光刻胶是否有缺陷，以及光刻胶的工艺性能是否满足规范要求。3.2.1认识光刻工艺知识总结1.预处理2.涂胶3.软烘4.对准和曝光5.曝光后烘焙6.显影7.坚膜烘焙8.显影检查1.光刻工艺的流程：3.2光刻知识目标了解涂胶工艺及作用3.2.2认识涂胶工艺3.2.2认识涂胶工艺1．涂胶的作用涂胶的目的是在晶圆表面覆盖一层光刻胶，为光掩模版的图形转移到晶圆表面光刻胶上打好基础；另外还可以在后续工艺中，保护光刻胶层下面的材料。3.2.2认识涂胶工艺2．原材料在涂胶工序中，使用的主要原材料是光刻胶。光刻胶是一种有机化合物，当被紫外光曝光后，在显影溶液中的溶解度会发生变化。光刻胶的技术复杂，品种较多，根据光刻胶在曝光前后溶解性变化的不同，可以把光刻胶分为正性胶和负性胶2大类，简称正胶和负胶。3.2.2认识涂胶工艺（1）正性胶在经过紫外光曝光后的正性胶，变成了可溶物质，即可被溶解；而未被紫外光曝光的正性胶，还是一个不可溶物质，即不可被溶解（被保留）。正性胶的原理，如图（a）所示。3.2.2认识涂胶工艺（2）负性胶负性胶则与正性胶相反，在经过紫外光曝光后的负性胶，变成了不可溶物质，即不可被溶解（被保留）；而未被紫外光曝光的负性胶，还是一个可溶物质，即可被溶解。负性胶的原理，如图（b）所示。3.2.2认识涂胶工艺3．涂胶的质量要求在晶圆表面上，需要涂有一层均匀的、且无缺陷的光刻胶，合格的光刻胶层应满足以下要求：（1）涂胶均匀、覆盖完全且满足厚度要求；（2）胶层表面光洁、无气泡、无针孔；（3）烘烤适当，无脱胶现象。3.2.2认识涂胶工艺知识总结1.涂胶的作用涂胶的目的是在晶圆表面覆盖一层光刻胶，为光掩模版的图形转移到晶圆表面光刻胶上打好基础；另外还可以在后续工艺中，保护光刻胶层下面的材料。3.2光刻知识目标了解曝光工艺、及曝光作用3.2.3认识曝光工艺3.2.3认识曝光工艺3.2.3认识曝光工艺曝光的作用在曝光作业时，紫外光透过光刻掩膜版照射到晶圆表面的光刻胶上，被照射的光刻胶的溶解性改变。3.2.3认识曝光工艺

曝光的目的是把光刻掩膜版上的电路图形投影到光刻胶上，并引起光化学反应，最常规的光刻光源便是紫外光，还有X射线、电子束和离子束。3.2.3认识曝光工艺2．原材料光刻掩膜版（又称光罩，英文为MaskReticle），简称掩膜版，是光刻工艺中所用的图形母版，每次光刻都必须有一块掩膜版。光刻掩膜版的外观，如下图所示。光刻掩膜版3.2.3认识曝光工艺掩膜版上的缺陷一般来自2个方面，一个是掩膜版自身的缺陷，如针孔、黑点、黑区（即遮光区）突出、白区（即透光区）突出、边缘不均匀、划伤等，这些都是在掩膜版的制造过程中产生的，可通过目检以及同原版进行比较而筛选掉；光刻掩膜版3.2.3认识曝光工艺曝光后烘焙：方法：热板加热，温度110-130℃，时间1-2分钟。3.2.3认识曝光工艺3．曝光的质量要求合格的曝光应满足以下要求：（1）曝光位置准确，曝光时需要对准标记，保证图形位置符合要求；（2）图形准确，光刻胶不可溶的部分是要保留的部分；（3）图形完整，无缺失或多余部分；（4）表面洁净，无沾污。3.2.3认识曝光工艺知识总结曝光的目的是把光刻掩膜版上的电路图形投影到光刻胶上，并引起光化学反应，最常规的光刻光源便是紫外光，还有X射线、电子束和离子束。1.曝光的作用3.2光刻知识目标了解显影工艺及作用3.2.4认识显影工艺3.2.4认识显影工艺显影是将经过曝光后的可溶性光刻胶，使用一定的化学试剂溶解掉，从而在光刻胶上准确的显示出与掩膜版对应的图形。1．显影的作用3.2.4认识显影工艺2．原材料在显影过程中需要使用显影液，其是溶解不需要的光刻胶的化学溶剂。晶圆在真空吸盘上旋转时，显影液被喷涂到光刻胶上。正性胶与负性胶在显影前后的变化示意图，如下图所示。（a）正性光刻胶显影（b）负性光刻胶显影显影前后变化示意图3.2.4认识显影工艺3．显影方式显影最原始的方式是沉浸显影，但其存在问题较多，现在不常使用。（1）用连续喷雾显影时，显影液以雾的形式喷洒，当一个或多个喷嘴喷洒显影液到晶圆表面时，真空吸盘上的单个晶圆以很慢的速度旋转。3.2.4认识显影工艺（2）用旋覆浸没显影时，显影液以液体的形式喷射，喷到晶圆上的少量显影液形成了水坑形状。为在整个晶圆表面形成一个似水坑的弯月面，需要足够的显影液。同时要避免过量的显影液，以最小化晶圆背面的湿度。旋覆浸没显影的工艺过程，如下图所示。（a）旋覆浸没式（b）甩掉去除的胶（c）DI超纯水，即去离子水清洗（d）甩干旋覆浸没显影的工艺过程3.2.4认识显影工艺在显影过程中，需要控制显影温度、显影时间、显影液量、晶圆吸盘、用量浓度、清洗、排风等关键参数。4．显影工艺控制