众文网1.光刻工艺的原理是什么
光刻工艺是利用类似照相制版的原理，在半导体晶片表面的掩膜层上面刻蚀精细图形的表面加工技术。也就是使用可见光和紫外光线把电路图案投影“印刷”到覆有感光材料的硅晶片表面，再经过蚀刻工艺去除无用部分，所剩就是电路本身了。光刻工艺的流程中有制版、硅片氧化、涂胶、曝光、显影、腐蚀、去胶等。
光刻是制作半导体器件和集成电路的关键工艺。自20世纪60年代以来，都是用带有图形的掩膜覆盖在被加工的半导体芯片表面，制作出半导体器件的不同工作区。随着集成电路所包含的器件越来越多，要求单个器件尺寸及其间隔越来越小，所以常以光刻所能分辨的最小线条宽度来标志集成电路的工艺水平。国际上较先进的集成电路生产线是1微米线，即光刻的分辨线宽为1微米。日本两家公司成功地应用加速器所产生的同步辐射X射线进行投影式光刻，制成了线宽为0.1微米的微细布线，使光刻技术达到新的水平。
2.光刻工艺
光刻是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺（图4。
7）。在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。
被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的岛状部分。 光刻工艺也被称为大家熟知的Photomasking, masking, photolithography， 或microlithography。
在晶圆的制造过程中，晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成。这些部件是每次在一个掩膜层上生成的，并且结合生成薄膜及去除特定部分，通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留特征图形的部分。
光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件（parts）的关联正确。 光刻是所有四个基本工艺中最关键的。
光刻确定了器件的关键尺寸。光刻过程中的错误可造成图形歪曲或套准不好，最终可转化为对器件的电特性产生影响。
图形的错位也会导致类似的不良结果。光刻工艺中的另一个问题是缺陷。
光刻是高科技版本的照相术，只不过是在难以置信的微小尺寸下完成。 在制程中的污染物会造成缺陷。
事实上由于光刻在晶圆生产过程中要完成5层至20层或更多，所以污染问题将会放大。 。
3.光刻技术的工艺流程
常规光刻技术是采用波长为2000~4500埃的紫外光作为图像信息载体，以光致抗蚀剂为中间（图像记录）媒介实现图形的变换、转移和处理，最终把图像信息传递到晶片（主要指硅片）或介质层上的一种工艺（图1）。在广义上，它包括光复印和刻蚀工艺两个主要方面。
①光复印工艺：经曝光系统将预制在掩模版上的器件或电路图形按所要求的位置，精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致抗蚀剂薄层上。
②刻蚀工艺：利用化学或物理方法，将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质层除去，从而在晶片表面或介质层上获得与抗蚀剂薄层图形完全一致的图形。集成电路各功能层是立体重叠的，因而光刻工艺总是多次反复进行。例如，大规模集成电路要经过约10次光刻才能完成各层图形的全部传递。在狭义上，光刻工艺仅指光复印工艺，即图1中从④到⑤或从③到⑤的工艺过程。 常用的曝光方式分类如下：
接触式曝光和非接触式曝光的区别，在于曝光时掩模与晶片间相对关系是贴紧还是分开。接触式曝光具有分辨率高、复印面积大、复印精度好、曝光设备简单、操作方便和生产效率高等特点。但容易损伤和沾污掩模版和晶片上的感光胶涂层，影响成品率和掩模版寿命，对准精度的提高也受到较多的限制。一般认为，接触式曝光只适于分立元件和中、小规模集成电路的生产。
非接触式曝光主要指投影曝光。在投影曝光系统中，掩膜图形经光学系统成像在感光层上，掩模与晶片上的感光胶层不接触，不会引起损伤和沾污，成品率较高，对准精度也高，能满足高集成度器件和电路生产的要求。但投影曝光设备复杂，技术难度高，因而不适于低档产品的生产。现代应用最广的是 1:1倍的全反射扫描曝光系统和x:1倍的在硅片上直接分步重复曝光系统。 直接分步重复曝光系统 （DSW） 超大规模集成电路需要有高分辨率、高套刻精度和大直径晶片加工。直接分步重复曝光系统是为适应这些相互制约的要求而发展起来的光学曝光系统。主要技术特点是：①采用像面分割原理，以覆盖最大芯片面积的单次曝光区作为最小成像单元，从而为获得高分辨率的光学系统创造条件。②采用精密的定位控制技术和自动对准技术进行重复曝光，以组合方式实现大面积图像传递，从而满足晶片直径不断增大的实际要求。③缩短图像传递链，减少工艺上造成的缺陷和误差，可获得很高的成品率。④采用精密自动调焦技术，避免高温工艺引起的晶片变形对成像质量的影响。⑤采用原版自动选择机构（版库），不但有利于成品率的提高，而且成为能灵活生产多电路组合的常规曝光系统。这种系统属于精密复杂的光、机、电综合系统。它在光学系统上分为两类。一类是全折射式成像系统，多采用1/5~1/10的缩小倍率，技术较成熟；一类是1:1倍的折射-反射系统，光路简单，对使用条件要求较低。
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5.光刻工艺应用于哪些行业
晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成。
光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形 光刻是所有四个基本工艺中最关键的。
光刻确定了器件的关键尺寸。光刻过程中的错误可造成图形歪曲或套准不好，最终可转化为对器件的电特性产生影响。
图形的错位也会导致类似的不良结果。光刻工艺中的另一个问题是缺陷。
光刻是高科技版本的照相术，只不过是在难以置信的微小尺寸下完成。在制程中的污染物会造成缺陷。
事实上由于光刻在晶圆生产过程中要完成5层至20层或更多，所以污染问题将会放大。
6.为什么说光刻是集成电路制造最重要的工艺
光刻是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺（图4.7）。在此之后，晶圆表面会留下带有微
图形
结构的薄膜。被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的岛状部分。
光刻工艺也被称为大家熟知的Photomasking, masking, photolithography， 或microlithography。在晶圆的制造过程中，晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成。这些部件是每次在一个掩膜层上生成的，并且结合生成薄膜及去除特定部分，通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留特征图形的部分。光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件（parts）的关联正确。
光刻是所有四个基本工艺中最关键的。光刻确定了器件的关键尺寸。光刻过程中的错误可造成图形歪曲或套准不好，最终可转化为对器件的电特性产生影响。图形的错位也会导致类似的不良结果。光刻工艺中的另一个问题是缺陷。光刻是高科技版本的照相术，只不过是在难以置信的微小尺寸下完成。在制程中的污染物会造成缺陷。事实上由于光刻在晶圆生产过程中要完成5层至20层或更多，所以污染问题将会放大。
7.光刻的工序
一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。
硅片清洗烘干1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking）方法：湿法清洗+去离子水冲洗+脱水烘焙（热板150~250C,1~2分钟，氮气保护）目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，使基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。涂底2、涂底（Priming）方法：a、气相成底膜的热板涂底。
HMDS蒸气淀积，200~250C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS用量大。
目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。旋转涂胶3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating）方法：a、静态涂胶（Static）。
硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65~85%，旋涂后约占10~20%）;b、动态（Dynamic）。低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。
决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄；影响光刻胶均匀性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时间点有关。一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关（因为不同级别的曝光波长对应不同的光刻胶种类和分辨率）：I-line最厚，约0.7~3μm;KrF的厚度约0.4~0.9μm;ArF的厚度约0.2~0.5μm。
软烘4、软烘（Soft Baking）方法：真空热板，85~120C,30~60秒；目的：除去溶剂（4~7%）；增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶玷污设备；边缘光刻胶的去除5、边缘光刻胶的去除（EBR,Edge Bead Removal）。光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。
边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离（Peeling）而影响其它部分的图形。所以需要去除。
方法：a、化学的方法（Chemical EBR）。软烘后，用PGMEA或EGMEA去边溶剂，喷出少量在正反面边缘处，并小心控制不要到达光刻胶有效区域；b、光学方法（Optical EBR）。
即硅片边缘曝光（WEE,Wafer Edge Exposure）。在完成图形的曝光后，用激光曝光硅片边缘，然后在显影或特殊溶剂中溶解；对准6、对准（Alignment）对准方法：a、预对准，通过硅片上的notch或者flat进行激光自动对准；b、通过对准标志（Align Mark），位于切割槽（Scribe Line）上。
另外层间对准，即套刻精度（Overlay），保证图形与硅片上已经存在的图形之间的对准。曝光7、曝光（Exposure）曝光中最重要的两个参数是：曝光能量（Energy）和焦距（Focus）。
如果能量和焦距调整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的图形。表现为图形的关键尺寸超出要求的范围。
曝光方法：a、接触式曝光（Contact Printing）。掩膜板直接与光刻胶层接触。
曝光出来的图形与掩膜板上的图形分辨率相当，设备简单。缺点：光刻胶污染掩膜板；掩膜板的磨损，寿命很低（只能使用5~25次）；1970前使用，分辨率〉0.5μm。
b、接近式曝光（Proximity Printing）。掩膜板与光刻胶层的略微分开，大约为10~50μm。
可以避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤。但是同时引入了衍射效应，降低了分辨率。
1970后适用，但是其最大分辨率仅为2~4μm。c、投影式曝光（Projection Printing）。
在掩膜板与光刻胶之间使用透镜聚集光实现曝光。一般掩膜板的尺寸会以需要转移图形的4倍制作。
优点：提高了分辨率；掩膜板的制作更加容易；掩膜板上的缺陷影响减小。投影式曝光分类：扫描投影曝光（Scanning Project Printing）。
70年代末~80年代初，〉1μm工艺；掩膜板1:1，全尺寸；步进重复投影曝光（Stepping-repeating Project Printing或称作Stepper）。80年代末~90年代，0.35μm(I line)~0.25μm(DUV)。
掩膜板缩小比例（4:1），曝光区域（Exposure Field）22*22mm（一次曝光所能覆盖的区域）。增加了棱镜系统的制作难度。
扫描步进投影曝光（Scanning-Stepping Project Printing）。90年代末~至今，用于≤0.18μm工艺。
采用6英寸的掩膜板按照4:1的比例曝光，曝光区域（Exposure Field）26*33mm。优点：增大了每次曝光的视场；提供硅片表面不平整的补偿；提高整个硅片的尺寸均匀性。
但是，同时因为需要反向运动，增加了机械系统的精度要求。在曝光过程中，需要对不同的参数和可能缺陷进行跟踪和控制，会用到检测控制芯片/控片（Monitor Chip）。
根据不同的检测控制对象，可以分为以下几种：a、颗粒控片（Particle MC）：用于芯片上微小颗粒的监控，使用前其颗粒数应小于10颗；b、卡盘颗粒控片（Chuck Particle MC）：测试光刻机上的卡盘平坦度的专用芯片，其平坦度要求非常高；c、焦距控片（Focus MC）：作为光刻机监控焦距监控；d、关键尺寸控片（Critical Dimension MC）：用于光刻区关键尺寸稳定性的监控；e、光刻胶厚度控片（PhotoResist Thickness MC）：光刻胶厚。
8.光刻技术的原理是什么
光刻技术的原理集成电路制造中利用光学- 化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。
随着半导体技术的发展，光刻技术传递图形的尺寸限度缩小了2~3个数量级（从毫米级到亚微米级），已从常规光学技术发展到应用电子束、X射线、微离子束、激光等新技术；使用波长已从4000埃扩展到 0.1埃数量级范围。光刻技术成为一种精密的微细加工技术。
光刻技术是在一片平整的硅片上构建半导体MOS管和电路的基础，这其中包含有很多步骤与流程。首先要在硅片上涂上一层耐腐蚀的光刻胶，随后让强光通过一块刻有电路图案的镂空掩模板（MASK）照射在硅片上。
被照射到的部分（如源区和漏区）光刻胶会发生变质，而构筑栅区的地方不会被照射到，所以光刻胶会仍旧粘连在上面。接下来就是用腐蚀性液体清洗硅片，变质的光刻胶被除去，露出下面的硅片，而栅区在光刻胶的保护下不会受到影响。
随后就是粒子沉积、掩膜、刻线等操作，直到最后形成成品晶片（WAFER）。