4.4向襯底材料的圖形轉(zhuǎn)換——光刻圖形轉(zhuǎn)換：將設(shè)計(jì)在掩膜版（類似于照相底片）上的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體晶片上圖形轉(zhuǎn)換：光刻技術(shù)光刻工藝流程

典型的光學(xué)光刻工藝通常包括一下步驟：襯底準(zhǔn)備、涂膠、曝光前烘干（前烘）、曝光、顯影、顯影后烘干（堅(jiān)膜）以及去膠。光刻是IC制造中最為重要的一道工藝硅片制造工藝中，光刻占所有成本的35%通?？捎霉饪檀螖?shù)及所需掩膜的個(gè)數(shù)來(lái)表示某生產(chǎn)工藝的難易程度。一個(gè)典型的硅集成電路工藝包括15—20掩膜版

集成電路的特征尺寸是否能夠進(jìn)一步減小，也與光刻技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展有密切關(guān)系。

通常人們用特征尺寸來(lái)評(píng)價(jià)集成電路生產(chǎn)線的技術(shù)水平。

所謂特征尺寸（CD:characteristicdimension）是指設(shè)計(jì)的多晶硅柵長(zhǎng)，它標(biāo)志了器件工藝的總體水平，是設(shè)計(jì)規(guī)則的主要部分。

通常我們所說(shuō)的0.13μm，0.09μm就是指的光刻工藝所能達(dá)到最小線條的工藝。光刻的定義：光刻是一種圖形復(fù)印和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的精密表面加工技術(shù)。光刻的目的：光刻的目的就是在二氧化硅或金屬薄膜上面刻蝕出與掩膜版完全對(duì)應(yīng)的幾何圖形，把掩膜版的圖形轉(zhuǎn)換成晶圓上的器件結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)選擇性擴(kuò)散和金屬薄膜布線的目的。光刻的要求對(duì)光刻的要求（1）高分辨率（2）高靈敏度（3）精密的套刻對(duì)準(zhǔn)（4）大尺寸硅片上的加工（5）低缺陷1.高分辨率分辨率是將硅片上兩個(gè)鄰近的特征圖形區(qū)分開(kāi)來(lái)的能力，即對(duì)光刻工藝中可以達(dá)到的最小光刻圖形尺寸的一種描述，是光刻精度和清晰度的標(biāo)志之一。隨著集成電路的集成度提高，加工的線條越來(lái)越細(xì)，對(duì)分辨率的要求也越來(lái)越高。2.高靈敏度靈敏度是指光刻膠感光的速度。為了提高產(chǎn)量要求曝光時(shí)間越短越好，也就要求高靈敏度。3.精密的套刻對(duì)準(zhǔn)集成電路制作需要十多次甚至幾十次光刻，每次光刻都要相互套準(zhǔn)。由于圖形的特征尺寸在亞微米數(shù)量級(jí)上，因此對(duì)套刻要求很高。要求套刻誤差在特征尺寸的10%左右。4.大尺寸硅片的加工隨著晶圓尺寸增大，周圍環(huán)境會(huì)引起晶圓片的膨脹和收縮。因此對(duì)周圍環(huán)境的溫度控制要求十分嚴(yán)格，否則會(huì)影響光刻質(zhì)量。5.低缺陷缺陷會(huì)使電路失效，因此應(yīng)該盡量減少缺陷。5.2光刻膠的組成材料及感光原理光刻膠是光刻工藝的核心，光刻過(guò)程中的所有操作都會(huì)根據(jù)特定的光刻膠性質(zhì)和想達(dá)到的預(yù)期結(jié)果而進(jìn)行微調(diào)。光刻膠的選擇和光刻工藝的研發(fā)是一個(gè)非常漫長(zhǎng)的過(guò)程。光刻膠種類光刻膠又稱光致抗蝕劑（Photo-Resist）,根據(jù)光刻膠在曝光前后溶解特性的變化，有正光刻膠（Positiveopticalresist）負(fù)光刻膠（Negativeopticalresist）Resistsareorganicpolymersthatarespunontowafersandprebakedtoproduceafilm≈0.5-1μmthick.正性光刻膠—PositiveOpticalResist正膠的光化學(xué)性質(zhì)是從抗溶解到可溶性。正膠曝光后顯影時(shí)感光的膠層溶解了?，F(xiàn)有VLSI工藝都采用正膠P.R.負(fù)性光刻膠NegativeOpticalResist負(fù)膠的光化學(xué)性質(zhì)是從可溶性到不可溶解。負(fù)膠在曝光后發(fā)生交鏈作用形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在顯影液中很少被溶解，而未被曝光的部分充分溶解。小結(jié)：正性和負(fù)性光刻膠

正性光刻膠受光或紫外線照射后感光的部分發(fā)生光分解反應(yīng)，可溶于顯影液，未感光的部分顯影后仍然留在晶圓的表面。

負(fù)性光刻膠的未感光部分溶于顯影液中，而感光部分顯影后仍然留在基片表面。正膠：曝光前不可溶，曝光后可溶負(fù)膠：曝光前可溶，曝光后不可溶光刻膠對(duì)大部分可見(jiàn)光敏感，對(duì)黃光不敏感。因此光刻通常在黃光室（YellowRoom）內(nèi)進(jìn)行。正膠和負(fù)膠的比較正膠分辨率高小于1μm抗干法刻蝕能力強(qiáng)較好的熱穩(wěn)定性負(fù)膠對(duì)某些襯底表面粘附性好曝光時(shí)間短、產(chǎn)量高工藝寬容度較高（顯影液稀釋度、溫度等）價(jià)格較低（約正膠的三分之一）光刻膠種類負(fù)膠曝光后變?yōu)椴豢扇茱@影時(shí)未曝光的部分溶解于顯影液圖形與掩膜版相反分辨率較低含二甲苯，對(duì)環(huán)境、身體有害正膠曝光后變?yōu)榭扇茱@影時(shí)曝光的部分溶解于顯影液圖形與掩膜版相同更小的聚合物尺寸，有更高的分辨率大量應(yīng)用于ICfabs光刻膠材料參數(shù)分辨率（Resolution）敏感度（Sensitivity）對(duì)比度（Contrast）粘滯性粘附性抗蝕性1.光刻膠的分辨率（Resolution）在光刻膠層能夠產(chǎn)生的最小圖形通常被作為對(duì)光刻膠的分辨率。產(chǎn)生的線條越小，分辨率越高。分辨率不僅與光刻膠本身的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)有關(guān)，還與特定的工藝有關(guān)，比如：曝光光源、顯影工藝等。正膠的分辨率較負(fù)膠好，一般2μm以下工藝用正膠2.靈敏度S（Sensitivity）h為比例常數(shù)；I為照射光強(qiáng)度，t為曝光時(shí)間靈敏度反應(yīng)了需要多少光來(lái)使光刻膠曝光，即光刻膠感光所必須的照射量。曝光時(shí)間越短，S越高。波長(zhǎng)越短的光源（射線）能量越高。在短波長(zhǎng)光曝光，光刻膠有較高的靈敏度。3.對(duì)比度（Contrast）衡量光刻膠辨別亮（light）/暗(dark)區(qū)域的能力測(cè)量的方法：對(duì)一定厚度的光刻膠，改變曝光劑量，在固定時(shí)間內(nèi)顯影，看顯影后留下的光刻膠厚度對(duì)比度高的光刻膠造成更好的分辨率Df：完全溶解光刻膠所需的曝光劑量D0：溶解光刻膠所需的閥值曝光劑量4.粘附性指的是對(duì)于液體光刻膠來(lái)說(shuō)其流動(dòng)特性的定量指標(biāo)。與時(shí)間有關(guān)，因?yàn)樗鼤?huì)在使用中隨著光刻膠中溶劑的揮發(fā)增加。5.粘附性描述光刻膠粘附于襯底的強(qiáng)度。光刻膠與襯底膜層（SiO2、AL等）的粘結(jié)能力直接影響光刻的質(zhì)量。不同的襯底表面，光刻膠的粘結(jié)能力是不同的。負(fù)性膠通常比正性膠有更強(qiáng)的粘結(jié)能力。要求光刻膠能夠粘附在不同類型的表面，例如硅，多晶硅，氮化硅，二氧化硅和金屬等。必須能夠經(jīng)受住曝光、顯影和后續(xù)的刻蝕，離子注入等工藝。6.抗蝕性光刻膠膠膜必須保持它的粘附性，并在后續(xù)的濕刻和干刻中保持襯底表面，這種性質(zhì)被稱為抗蝕性。4.對(duì)準(zhǔn)和曝光（AlignmentAndExposure）對(duì)準(zhǔn)是將掩膜版與涂了膠的硅片上的正確位置對(duì)準(zhǔn)。曝光是對(duì)準(zhǔn)以后，將掩膜版和硅片曝光，把掩膜版圖形轉(zhuǎn)移到涂膠的硅片上。對(duì)準(zhǔn)和曝光包括兩個(gè)系統(tǒng)：一個(gè)是要把圖形在晶圓表面上準(zhǔn)確定位的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)（不同的對(duì)準(zhǔn)機(jī)類型的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)各不相同）；另一個(gè)是曝光系統(tǒng)（包括一個(gè)曝光光源和一個(gè)將輻射光線導(dǎo)向到晶圓表面上的機(jī)械裝置）。對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)：對(duì)準(zhǔn)機(jī)的性能指標(biāo)分辨率：機(jī)器產(chǎn)生特定尺寸的能力，分辨率越高越好，機(jī)器的性能越好套準(zhǔn)能力：圖形準(zhǔn)確定位的能力曝光系統(tǒng)

最初曝光設(shè)備是接觸式光刻機(jī)和接近式光刻機(jī)，現(xiàn)在基本上不再使用。而今，光刻機(jī)已發(fā)展成兩大類型，即光學(xué)光刻機(jī)和非光學(xué)光刻機(jī)。如圖所示，光學(xué)光刻機(jī)采用紫外線作為光源，而非光學(xué)光刻機(jī)的光源則來(lái)自電磁光譜的其他成分。光刻機(jī)的種類光學(xué)非光學(xué)接觸式接近式投影式步進(jìn)式X射線電子束曝光光源一般要求：短波長(zhǎng)、高強(qiáng)度、高穩(wěn)定性光源的產(chǎn)生：高壓汞燈準(zhǔn)分子激光器普通光源光的波長(zhǎng)范圍大，圖形邊緣衍射現(xiàn)象嚴(yán)重，滿足不了特征尺寸的要求。所以作為晶圓生產(chǎn)用的曝光光源必須是某一單一波長(zhǎng)的光源。最廣泛使用的曝光光源是高壓汞燈，它所產(chǎn)生的光為紫外線（UV），為獲得更高的清晰度，光刻膠被設(shè)計(jì)成只與汞燈光譜中很窄一段波長(zhǎng)的光（稱為深紫外區(qū)或DUV）反應(yīng)。

除自之外，現(xiàn)今用的光源還有：準(zhǔn)分子激光器、X射線和電子束。下一代光源超UV（EUV：extremeultraviolet）光刻X-Ray光刻電子束（E-beam）光刻離子束（lon-beam）曝光方法由于曝光光源的不同，曝光分為光學(xué)曝光，X射線曝光，電子束曝光和離子束曝光在光學(xué)曝光中，由于掩膜版的位置不同，又分為接觸式曝光，接近式曝光和投影式曝光曝光方式：一類是光源發(fā)出的光線通過(guò)掩膜版把圖案轉(zhuǎn)移到光刻膠膜上，如投影式曝光另一類是把光源聚集成很細(xì)的射束，直接在光刻膠上掃描出圖案（可以不用掩膜版），如電子束曝光

光學(xué)曝光方式:接觸式曝光Contactprinting光學(xué)接近式曝光Opticalproximityprinting掃描投影曝光Scanningprojectionprinting接觸式曝光Contactprinting由于掩膜版與硅片相接觸磨損，使得掩膜版的壽命降低-Fresneldiffraction菲涅爾衍射MaskImage:ResistImage=1:1，設(shè)備簡(jiǎn)單，分辨率高，可達(dá)到0.5μm。主要用于SSI和MSI電路中必須加壓力，會(huì)使膠膜剝離；易玷污，掩膜版易損壞，成品率下降。目前在生產(chǎn)中很少使用由于光刻膠頂層平面不平，所以該曝光方式中間隔并不嚴(yán)格為0接近式曝光-

proximityprinting最小寬帶：Wm=（dλ）?d:間隔；λ：光源波長(zhǎng)分辨率取決于間隙的大小，一般分辨率較差，為2-4μm，d=10μm，I-line（365nm）→W≈2μm優(yōu)點(diǎn)：接近式曝光是以犧牲分辨率來(lái)延長(zhǎng)了掩膜版的壽命，掩膜壽命長(zhǎng)（刻提高10倍以上），圖形缺陷少。缺點(diǎn)：分辨率低，圖形模糊，操作比較復(fù)雜投影式曝光—projectionprinting現(xiàn)在的工藝普遍采用投影式光刻機(jī)，投影式光刻具有下列特點(diǎn)利用透鏡或反射鏡將掩膜版上的圖形投影到襯底上的曝光方法避免了掩膜版硅片表面的摩擦，延長(zhǎng)了掩膜版的壽命掩膜版的尺寸可以比實(shí)際尺寸大得多，克服了小圖形制版的困難消除了由于掩膜版圖形線寬過(guò)小而產(chǎn)生的光衍射效應(yīng)，以及掩膜版與硅片表面接觸不平整而產(chǎn)生的光散射現(xiàn)象。為了提高分辨率，減少圖形畸變，一次曝光的象場(chǎng)較小，采用掃描式曝光。Fraunhoferdiffraction夫瑯禾費(fèi)衍射投影式曝光雖有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于光刻設(shè)備中許多鏡頭需要特制設(shè)備復(fù)雜光學(xué)曝光的各種曝光方式及其利弊接觸式優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，分辨率高。缺點(diǎn)：掩膜版與晶片易損傷，成品率低。非接觸式接近式優(yōu)點(diǎn)：掩膜版壽命長(zhǎng)，成本低。缺點(diǎn)：衍射效應(yīng)嚴(yán)重，影響分辨率。投影式全反射折射優(yōu)點(diǎn)：無(wú)像差，無(wú)駐波效應(yīng)影響。缺點(diǎn)：光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)準(zhǔn)困難。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)片子平整度要求低，可采用較大孔徑的透鏡