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光刻工艺培训教程光刻工艺培训教程一. 总纲1. 什么是光刻？对光刻总的质量要求是什么？光刻就是将掩膜版上的几何图形转移到涂有一层光刻胶的硅片表面的工艺过程对光刻总的质量要求为：①条宽符合指标要求②套刻精度符合指标要求③胶厚符合指标要求④无缺陷⑤胶图形具有较好的抗腐蚀能力2. 在我们生产线的工艺中，一般有那些光刻工序层次？其中那些是关键层，为什么称之为关键层？对不同的工艺流程，光刻的层次可能会有所不同，一个典型的 1.0微米单多晶双铝工艺一般需要有如下的光刻层次：阱，有源区，场注，多晶，N-LDD，N+S/D，P+S/D，接触孔，孔注，金属-1，通孔，金属-2，钝化孔其中，有源区，多晶，接触孔，金属-1，通孔，金属-2 我们称之为关键层之所以称之为关键层，是因为这些层次的光刻：①直接影响器件的电学性能或对最终成品率有重大影响②条宽要求最严格③套刻精度要求最严格3. 典型的光刻流程一个典型的光刻全过程为：硅片表面预处理→涂胶（去边）→前烘→（对位）曝光→PEB 烘→显影→后烘→显检（测量）二. 涂胶前处理1. 涂胶前为什么要进行增粘处理？一般可利用亲水/疏水理论对其进行解释由于衬底表面吸水存在氢氧基团，使疏水的光刻胶无法与亲水的硅片表面结合良好。

通常的方法是使用 hydroxy getter 化学方法去除表面的 OH 基团，一般采用 alkylsilane compounds,如 HMDS.2. 使用烘箱进行 HMDS 增粘处理要注意那些问题？使用烘箱进行 HMDS 增粘处理的注意事项：① 预处理完的硅片应在一定的时间内尽快涂胶，以免表面吸附空气中的水分，降低增粘效果但同时也要充分冷却，因硅片的温度对胶厚有很大的影响② 反复预处理反而会降低增粘效果③ HMDS 的瓶盖打开后，其寿命有限，一定要尽快用完三. 涂胶1. 对涂胶总的质量要求是什么？对涂胶总的质量要求为：① 胶厚符合指标要求② 均匀性符合指标要求③ 缺陷少④ 去边整齐⑤ 硅片背面沾污小2. 涂胶的典型过程涂胶的典型过程为：接片对中→稳定转速→滴胶→慢速匀胶→快速匀胶→硅片底部清洗→硅片顶部去边→快速甩干3. 影响胶厚的因素有那些？影响胶厚的因素有：① 硅片的温度② 胶的温度③ 环境温度和湿度④ 排风量⑤ 涂胶程序（预匀的转速和时间，快速匀胶的速度，加速度等）⑥ 胶本身的黏度⑦ 胶量前烘的温度时间及方式4. 为什么要去边？去边分为两步，为底部去边和顶部去边由于快速甩胶时，整个涂胶腔体内弥漫着溶剂和光刻胶的微粒，一部分光刻胶微粒会黏附在硅片的底部，在随后的工艺过程中会对其它设备造成沾污，所以利用位于硅片底部的一个喷嘴，对硅片底部进行清洗。

在快速甩胶结束后，整个硅片上分布的是均匀厚度的光刻胶，但在硅片表面的最外缘一圈，由于气流的影响，胶层特别厚，因在随后的工艺（如腐蚀或注入等）处理中，为了传输或固定，一些设备中的某些机构会接触到硅片表面的边缘，摩擦会使边缘的胶脱落，对设备造成颗粒沾污5. 前烘的作用是什么？前烘是在涂胶结束后进行,它的作用有以下几个方面:① 驱赶胶中的溶剂② 提高胶对衬底的黏附性③ 提高胶的抗腐蚀能力④ 优化胶的光学吸收特性⑤ 提高涂胶的均匀性⑥ 提高条宽控制能力四. 对位曝光1. 曝光的典型过程曝光的典型过程为：装片 → 预对位（找平边）→ 装片上工作台 → 硅片整体找平 → 整体对位 → 精确对位 → 单场聚焦 → 曝光 → 重复步进聚焦和曝光 → 卸片2. GCA 光刻机 SETUP 的作用是什么？GCA 光刻机一般每个班次运行一次 SETUP，SETUP 是设备的一个自动校正程序，用来对光刻机的以下参数进行调整：① 对投影镜头的焦距进行测量并记录，供曝光时补偿使用② 对投影镜头的场内特性（如倍率，版旋转和梯形形变等）进行测量并校正对位传感器与投影镜头之间的基线长度进行测量记录，供曝光时补偿使用3. 一般光刻机的系统组成。

对现代的步进投影光刻机来说，一般由以下部分组成：1 缩小投影光学系统2 照明光学系统3 自动版遮光系统4 版对位系统5 自动装版系统6 硅片对位系统7 自动聚焦系统8 自动找平系统9 高精度的硅片工作台10 自动装片系统11 环境控制系统12 计算机控制处理系统对一个光刻机来说，最重要的参数为：曝光波长，数值孔径，套刻精度4. 光刻机工作文件起的是什么作用？光刻机中的文件，主要是设定进行曝光所需的一些参数，主要有：1 X 和 Y 方向的步进距离2 曝光的阵列3 所需要的光刻版名，及遮光光阑的大小设定4 对位的方式，及对位标记的坐标5 曝光的时间6 焦距设置7 一些校正量的设置五. 显影1. 什么是 PEB？它的作用是什么？PEB 是 post exposure bake 的缩写，它是在曝光后和显影前对硅片进行的一次焙烘它主要有如下作用：①消除曝光中驻波效应的影响，提高工艺容宽②进一步去除胶中的残留溶剂，提高胶对衬底的黏附性2. 显影的一般过程不同的显影方式有不同的显影过程，以 SVG 显影程序为例，它的显影过程为：显影液喷洒，使显影液覆盖整个硅片表面 → 静置显影 → 冲水清洗3. 影响显影速率的因素有那些？影响显影速率的主要因素有：① 显影液的温度② 硅片的温度③ 显影液的当量浓度④ 显影方式4. 后烘的作用。

后烘是在硅片显影结束后进行的一次焙烘，它的主要作用是去除残留的溶剂和水，提高 胶结构的热稳定性，提高胶对衬底的黏附性六. 显检1. 显检的内容显影检查内容:1. 对照流程单,检查光刻机和版是否使用正确.2. 目视检查硅片的涂胶和去边情况,同时目视检查硅片上是否有局部发花的现象(特别是 1.5 微米及 1.5 微米以下电路的有源区,多晶等关键层次).3. 显微镜检查套刻是否符合要求(检查硅片上五点)4. 显影是否正常,有没有显不干净或显影过度的地方.5. 必须检查一个完整的视场,以确认版上没有固定缺陷.6. 检查胶中有无大量凝结的胶块或其它杂物.7. 暗场检查有无大量的颗粒.8. 检查有无其它异常情况.9. 核对片数是否正确.七. 操作1. 接片操作前要做那些事情？接片操作应按如下顺序进行：① 首先核对流程单上的批号是否与盒内片架上的批号一致② 核对流程单上的片数是否与实际的片数一致③ 认真阅读流程单，检查上道工序是否确实完成，流程单填写是否完整④ 认真阅读流程单，认清光刻层次，并注意是否有特殊要求（如胶厚，版次等）⑤ 上片操作前要确认涂胶和显影的程序（包括各热板程序）是否完全正确2. 操作结束后要做那些事情？操作结束后应将处理完的硅片放回原片盒，及时填写流程单上的对应项。

3. 交接班时的注意事项交接班时应做如下内容：① 对在制品情况进行交接② 交代设备的工作状况及其它注意事项③ 检查胶瓶中的胶量，显影液罐中的显影液量，去边剂的量，废胶罐是否已满④ 检查工作现场是否整洁八. 其它1. 颗粒沾污对光刻工艺质量的影响颗粒沾污对光刻的影响是多方面的：① 涂胶前硅片上若落有较大的颗粒，会影响局部胶的均匀性，若该颗粒落在曝光区，会造成电路的连条，若落在非曝光区，显影时易被冲掉，形成胶中的针孔② 若在曝光时，硅片的底部存在较大的颗粒，会影响光刻机的自动聚焦性能，使成像质量变差③ 掩摸版上若落有颗粒，会使每个场都存在缺陷，严重影响成品率④ 显影后的硅片上若落有颗粒，会妨碍下面的腐蚀工艺，可能会造成连条2. 光刻一般用到的试剂种类及作用光刻一般用到的试剂有：① 光刻胶：3 种S9912-L：用于多晶光刻S6818-H：用于金属光刻S6812：用于除多晶和金属外的其它光刻层次（包括平坦化涂胶）② 去边剂：用于涂胶后的去边③ HMDS：用于涂胶前的硅片增粘处理④ 显影液：MF-319⑤ 丙酮：用于清洁，可溶解光刻胶⑥ 乙醇：用于清洁，擦拭设备，桌面等3. 光刻胶的一般组成及保管方法一般光刻胶有以下三种成分：① 基础树脂② 感光剂③ 溶剂有的胶为了增强对光的吸收，抑制驻波效应，加入了一定量的染色剂。

如 S9912-L 和 S6818-H光刻胶的保管方法：光刻胶对光和热敏感，应保保存在低温，黑暗和干燥的地方4. 影响光刻条宽的因素有那些？影响光刻条宽的因素有如下几个方面：① 光刻胶型号及厚度② 光刻胶的整个热处理过程③ 曝光量④ 曝光时的焦距⑤ 显影液的当量浓度，显影液的温度，显影时间，显影时的硅片温度5. 光刻胶的去除方法光刻返工时要涉及到去胶的问题，一般有如下方法：① 利用 SVG 轨道上的 2 号程序，用去边剂去胶，它的好处是处理零星返工的片子快，但缺点是去胶的质量不是很可靠，特别是对于SiN 衬底的片子（有源区光刻）去不干净② 送腐蚀湿法去胶，利用硫酸加双氧水，使光刻胶分解，这是通常使用的去胶方法，但若硅片上已存在金属，不能使用该种方法，因其会与铝发生反应③ 送腐蚀干法去胶，对于金属层的返工，只能使用干法去胶6. 造成光刻返工的原因有那些？涂胶: 1. 用错涂胶程序(包括 HMDS,涂胶和前烘的程序)2. 胶面发花,均匀性差.3. 回溅严重,胶面上有很多圆形或彗星状斑点.4. 胶被打空,片子表面未涂上胶.5. 未做去边(去边剂压力罐的压力未加)6. 胶中有大量的杂质.7. 换错胶.曝光: 1. 用错掩模版.2. 曝光量不正确,造成片子显不干净或条宽超标.3. 对位不好,套刻精度超标.4. 光刻机的硅片承片台颗粒沾污严重,造成显影后的硅片局部发花.显影:1. 用错程序(包括热板和显影程序)2. 显影液喷洒时在硅片上造成大的气泡,使局部显不干净.3. 显影液用光未及时加,或纯水中断.其它:1. 由于设备故障或操作不慎使硅片滑出片架.2. 硅片表面的胶被大面积划伤.3. 查出版上有固定的致命缺陷.4. HMDS 处理不好,造成浮胶.。