4.4向襯底材料的圖形轉換——光刻圖形轉換：將設計在掩膜版（類似于照相底片）上的圖形轉移到半導體晶片上圖形轉換：光刻技術光刻工藝流程

典型的光學光刻工藝通常包括一下步驟：襯底準備、涂膠、曝光前烘干（前烘）、曝光、顯影、顯影后烘干（堅膜）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%通常可用光刻次數及所需掩膜的個數來表示某生產工藝的難易程度。一個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一步減小，也與光刻技術的進一步發展有密切關系。

通常人們用特征尺寸來評價集成電路生產線的技術水平。

所謂特征尺寸（CD:characteristicdimension）是指設計的多晶硅柵長，它標志了器件工藝的總體水平，是設計規則的主要部分。

通常我們所說的0.13μm，0.09μm就是指的光刻工藝所能達到最小線條的工藝。光刻的定義：光刻是一種圖形復印和化學腐蝕相結合的精密表面加工技術。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應的幾何圖形，把掩膜版的圖形轉換成晶圓上的器件結構，從而實現選擇性擴散和金屬薄膜布線的目的。光刻的要求對光刻的要求（1）高分辨率（2）高靈敏度（3）精密的套刻對準（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鄰近的特征圖形區分開來的能力，即對光刻工藝中可以達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志之一。隨著集成電路的集成度提高，加工的線條越來越細，對分辨率的要求也越來越高。2.高靈敏度靈敏度是指光刻膠感光的速度。為了提高產量要求曝光時間越短越好，也就要求高靈敏度。3.精密的套刻對準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。由于圖形的特征尺寸在亞微米數量級上，因此對套刻要求很高。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，周圍環境會引起晶圓片的膨脹和收縮。因此對周圍環境的溫度控制要求十分嚴格，否則會影響光刻質量。5.低缺陷缺陷會使電路失效，因此應該盡量減少缺陷。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，光刻過程中的所有操作都會根據特定的光刻膠性質和想達到的預期結果而進行微調。光刻膠的選擇和光刻工藝的研發是一個非常漫長的過程。光刻膠種類光刻膠又稱光致抗蝕劑（Photo-Resist）,根據光刻膠在曝光前后溶解特性的變化，有正光刻膠（Positiveopticalresist）負光刻膠（Negativeopticalresist）Resistsareorganicpolymersthatarespunontowafersandprebakedtoproduceafilm≈0.5-1μmthick.正性光刻膠—PositiveOpticalResist正膠的光化學性質是從抗溶解到可溶性。正膠曝光后顯影時感光的膠層溶解了。現有VLSI工藝都采用正膠P.R.負性光刻膠NegativeOpticalResist負膠的光化學性質是從可溶性到不可溶解。負膠在曝光后發生交鏈作用形成網絡結構，在顯影液中很少被溶解，而未被曝光的部分充分溶解。小結：正性和負性光刻膠

正性光刻膠受光或紫外線照射后感光的部分發生光分解反應，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，曝光后可溶負膠：曝光前可溶，曝光后不可溶光刻膠對大部分可見光敏感，對黃光不敏感。因此光刻通常在黃光室（YellowRoom）內進行。正膠和負膠的比較正膠分辨率高小于1μm抗干法刻蝕能力強較好的熱穩定性負膠對某些襯底表面粘附性好曝光時間短、產量高工藝寬容度較高（顯影液稀釋度、溫度等）價格較低（約正膠的三分之一）光刻膠種類負膠曝光后變為不可溶顯影時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，對環境、身體有害正膠曝光后變為可溶顯影時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用于ICfabs光刻膠材料參數分辨率（Resolution）敏感度（Sensitivity）對比度（Contrast）粘滯性粘附性抗蝕性1.光刻膠的分辨率（Resolution）在光刻膠層能夠產生的最小圖形通常被作為對光刻膠的分辨率。產生的線條越小，分辨率越高。分辨率不僅與光刻膠本身的結構、性質有關，還與特定的工藝有關，比如：曝光光源、顯影工藝等。正膠的分辨率較負膠好，一般2μm以下工藝用正膠2.靈敏度S（Sensitivity）h為比例常數；I為照射光強度，t為曝光時間靈敏度反應了需要多少光來使光刻膠曝光，即光刻膠感光所必須的照射量。曝光時間越短，S越高。波長越短的光源（射線）能量越高。在短波長光曝光，光刻膠有較高的靈敏度。3.對比度（Contrast）衡量光刻膠辨別亮（light）/暗(dark)區域的能力測量的方法：對一定厚度的光刻膠，改變曝光劑量，在固定時間內顯影，看顯影后留下的光刻膠厚度對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.粘附性指的是對于液體光刻膠來說其流動特性的定量指標。與時間有關，因為它會在使用中隨著光刻膠中溶劑的揮發增加。5.粘附性描述光刻膠粘附于襯底的強度。光刻膠與襯底膜層（SiO2、AL等）的粘結能力直接影響光刻的質量。不同的襯底表面，光刻膠的粘結能力是不同的。負性膠通常比正性膠有更強的粘結能力。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。必須能夠經受住曝光、顯影和后續的刻蝕，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，并在后續的濕刻和干刻中保持襯底表面，這種性質被稱為抗蝕性。4.對準和曝光（AlignmentAndExposure）對準是將掩膜版與涂了膠的硅片上的正確位置對準。曝光是對準以后，將掩膜版和硅片曝光，把掩膜版圖形轉移到涂膠的硅片上。對準和曝光包括兩個系統：一個是要把圖形在晶圓表面上準確定位的對準系統（不同的對準機類型的對準系統各不相同）；另一個是曝光系統（包括一個曝光光源和一個將輻射光線導向到晶圓表面上的機械裝置）。對準系統：對準機的性能指標分辨率：機器產生特定尺寸的能力，分辨率越高越好，機器的性能越好套準能力：圖形準確定位的能力曝光系統

最初曝光設備是接觸式光刻機和接近式光刻機，現在基本上不再使用。而今，光刻機已發展成兩大類型，即光學光刻機和非光學光刻機。如圖所示，光學光刻機采用紫外線作為光源，而非光學光刻機的光源則來自電磁光譜的其他成分。光刻機的種類光學非光學接觸式接近式投影式步進式X射線電子束曝光光源一般要求：短波長、高強度、高穩定性光源的產生：高壓汞燈準分子激光器普通光源光的波長范圍大，圖形邊緣衍射現象嚴重，滿足不了特征尺寸的要求。所以作為晶圓生產用的曝光光源必須是某一單一波長的光源。最廣泛使用的曝光光源是高壓汞燈，它所產生的光為紫外線（UV），為獲得更高的清晰度，光刻膠被設計成只與汞燈光譜中很窄一段波長的光（稱為深紫外區或DUV）反應。

除自之外，現今用的光源還有：準分子激光器、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，曝光分為光學曝光，X射線曝光，電子束曝光和離子束曝光在光學曝光中，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：一類是光源發出的光線通過掩膜版把圖案轉移到光刻膠膜上，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

光學曝光方式:接觸式曝光Contactprinting光學接近式曝光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，設備簡單，分辨率高，可達到0.5μm。主要用于SSI和MSI電路中必須加壓力，會使膠膜剝離；易玷污，掩膜版易損壞，成品率下降。目前在生產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格為0接近式曝光-

proximityprinting最小寬帶：Wm=（dλ）?d:間隔；λ：光源波長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優點：接近式曝光是以犧牲分辨率來延長了掩膜版的壽命，掩膜壽命長（刻提高10倍以上），圖形缺陷少。缺點：分辨率低，圖形模糊，操作比較復雜投影式曝光—projectionprinting現在的工藝普遍采用投影式光刻機，投影式光刻具有下列特點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，延長了掩膜版的壽命掩膜版的尺寸可以比實際尺寸大得多，克服了小圖形制版的困難消除了由于掩膜版圖形線寬過小而產生的光衍射效應，以及掩膜版與硅片表面接觸不平整而產生的光散射現象。為了提高分辨率，減少圖形畸變，一次曝光的象場較小，采用掃描式曝光。Fraunhoferdiffraction夫瑯禾費衍射投影式曝光雖有很多優點，但由于光刻設備中許多鏡頭需要特制設備復雜光學曝光的各種曝光方式及其利弊接觸式優點：設備簡單，分辨率高。缺點：掩膜版與晶片易損傷，成品率低。非接觸式接近式優點：掩膜版壽命長，成本低。缺點：衍射效應嚴重，影響分辨率。投影式全反射折射優點：無像差，無駐波效應影響。缺點：光學系統復雜，對準困難。優點：對片子平整度要求低，可采用較大孔徑的透鏡