光刻过程图片解说
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光刻工艺步骤介绍课件PPT
圆片低速渐静止或静止
喷显影液
圆片轻转（依靠圆片表面张力显影液在圆片表面停留一段时间）
较高速旋转（甩去圆片表面的显影液）
喷水旋转
加速旋转（甩干）
停止旋转并取片
显影后烘（坚膜）
圆片送回片架显影工艺完成
显影方式
显影方式 静态浸渍显影 圆片静止显影液喷在圆片表面，依靠圆片表面张
力使显影液停留在圆片上，圆片轻轻的转动，让显影液在圆片表 面充分浸润，一段时间后，高速旋转将显影液甩掉。如：SVG、 DNS、TEL设备。 旋转喷雾显影 圆片旋转由高压氮气将流经喷嘴的显影液打成微小 的液珠喷射在圆片表面，数秒钟显影液就能均匀地覆盖在整个圆 片表面。如：以前5寸SVG设备。 影响显影质量因素 显影时间 影响条宽控制精度 显影液的温度 影响显影的速率
曝光工艺流程 蚀工序就能将图形留在圆片上。
光刻工艺步骤实例-N-WELL的形成
高精度光刻图形与曝光光源有着直接的关系。
红其外中线 对 圆辐光片射刻加胶从热感片光起架主中要作取用出是波长为435. 预对位（找平边）
如：SVG、DNS、TEL设备。
圆片由机械手臂传输到载 片台（Stage）上
1光刻机自身的定位精度包括光学、机械、电子等系统的设计精度和热效应；
热板传导加热
基本原理：光刻工艺中最关键的工序它直接关系到光刻分辨率、留膜率、条宽控 制等。
2 硅片的加工精度和硅片在热加工氧化、扩散、注入、烘片等过程中的形变；
静态浸渍显影 圆片静止显影液喷在圆片表面，依靠圆片表面张力使显影液停留在圆片上，圆片轻轻的转动，让显影液在圆片表面充
分浸润，一段时间后，高速旋转将显影液甩掉。
基8n本m（原g理线：）光、刻3工65艺n流中m（最程i关线单键）的、上工24的序8n它批m直（号接DU关：V系远到紫光外刻线分）辨等率光、谱留线膜。率、条宽控 制等。
光刻过程图片解说优秀课件
光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光刻工艺 5、新技术简介
光刻过程图片解说优秀课件
光刻基本介绍
在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻 胶上的过程
将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。 光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。 光刻占40%到50%的流片时间。 决定最小特征尺寸。
光刻过程图片解说优秀课件
光刻胶的成分
聚合物 溶剂 感光剂 添加剂
光刻过程图片解说优秀课件
聚合物
固体有机材料（胶膜的主体） 转移图形到硅片上 UV曝光后发生光化学反应，溶解性质发
生改变.
光刻过程图片解说优秀课件
溶剂
溶解聚合物 经过旋转涂布可得到薄光刻胶膜.
感光剂
控制和或改变光化学反应 决定曝光时间和强度
二甲苯(负胶溶剂和显影液):易 燃易爆
HMDS(前处理):易燃易爆 TMAH（正胶显影溶剂):有毒，
有腐蚀性
汞(Hg,UV lamp)蒸气 –高毒性;
氯(Cl2,受激准分子激光器) –有毒，有腐蚀性
氟(F2,受激准分子激光器) –有毒，有腐蚀性
机械安全 活动部件 热表面 高压灯 电安全 高压供电源 掉电 地面静电荷 标注清晰和锁紧 放射性安全 UV光可破坏化学键 有机分子有长化学键结构 更易因UV引起损伤 UV光通常用于消毒杀菌 如果直视UV光源会伤害眼睛 有时需要戴防UV护目镜
高温会加速化学反应引起过显影 光刻胶CD变小
光刻过程图片解说优秀课件
显影
显影液溶解部分光刻胶 正胶显影液通常使用弱碱性的溶剂 最常用的是四甲基氢铵 将掩膜上的图形转移到光刻胶上 三个基本步骤:显影－清洗－干燥
光刻过程图片解说优秀课件
光刻过程图片解说优秀课件
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光刻工艺 5、新技术简介
光刻过程图片解说优秀课件
光刻基本介绍
在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻 胶上的过程
将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。 光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。 光刻占40%到50%的流片时间。 决定最小特征尺寸。
光刻过程图片解说优秀课件
光刻胶的成分
聚合物 溶剂 感光剂 添加剂
光刻过程图片解说优秀课件
聚合物
固体有机材料（胶膜的主体） 转移图形到硅片上 UV曝光后发生光化学反应，溶解性质发
生改变.
光刻过程图片解说优秀课件
溶剂
溶解聚合物 经过旋转涂布可得到薄光刻胶膜.
感光剂
控制和或改变光化学反应 决定曝光时间和强度
二甲苯(负胶溶剂和显影液):易 燃易爆
HMDS(前处理):易燃易爆 TMAH（正胶显影溶剂):有毒，
有腐蚀性
汞(Hg,UV lamp)蒸气 –高毒性;
氯(Cl2,受激准分子激光器) –有毒，有腐蚀性
氟(F2,受激准分子激光器) –有毒，有腐蚀性
机械安全 活动部件 热表面 高压灯 电安全 高压供电源 掉电 地面静电荷 标注清晰和锁紧 放射性安全 UV光可破坏化学键 有机分子有长化学键结构 更易因UV引起损伤 UV光通常用于消毒杀菌 如果直视UV光源会伤害眼睛 有时需要戴防UV护目镜
高温会加速化学反应引起过显影 光刻胶CD变小
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显影
显影液溶解部分光刻胶 正胶显影液通常使用弱碱性的溶剂 最常用的是四甲基氢铵 将掩膜上的图形转移到光刻胶上 三个基本步骤:显影－清洗－干燥
光刻过程图片解说优秀课件
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光刻与刻蚀工艺流程-PPT课件
光刻胶涂布-辊涂法
辊涂法主要是利用圆筒滚动的方法来转移光刻胶，如图所示，利用辊筒1和辊筒2 的转动将光刻胶转移在刻有精细凹槽的辊筒2上，再通过辊筒2和辊筒3之间的挤 压将辊筒2上凹槽里的光刻胶转移至基片上。这种方法的最大优点是可以实现流 水线式运作，自动化程度高，生产效率也比较高。但是转移光刻胶均匀性不好， 辊涂后的基片上也容易留下辊筒凹槽的痕迹，而且仪器清洗困难，辊筒也容易损 坏，设备的购买成本和维护成本比较高 ；
详细光刻工序
•基板清洗、烘干
目的：去除污染物、颗粒； 减少针孔和其它缺陷；提高光刻胶黏附性；
•PR涂布
小尺寸：旋涂； 中大尺寸：丝网印刷&滚轮
•预烘
110 °C ；
•Mask制作、曝光
auto CAD / Corel-draw； 小型曝光机：中型曝光机
•坚膜 •退胶
135 °C ； NaOH ；
高分辨率 High Resolution； 高光敏性 High PR Sensitivity 精确对准 Precision Alignment
+PR & -PR
Negative Photo-resist 负性光刻胶－负胶 曝光后不可溶解 显影时未曝光的被溶解 便宜 Positive Photo-resist 正性光刻胶－正胶 曝光后可溶解 显影时曝光的被溶解 高分辨率
光刻胶涂布-丝网印刷法
丝网印刷的基本原理是：利用丝网印版图文部分的网孔渗透油墨，非图文部分的 网孔不渗透油墨的基本原理进行印刷。印刷时在丝网印版一端上倒入油墨，用刮 印刮板在丝网印版上的油墨部位施加一定压力，同时朝丝网印版另一端移动，油 墨在移动中被刮板从图文部分的网孔中挤压到承印物上，如图所示。印刷过程中 刮板始终与丝网印版和基片呈线接触，一般接触角为30-60度。这种制作方法操 作简单、成本低、易实现大面积制作等优点。
8 基本光刻工艺PPT课件
图形转移通过两步完成。首先，图形被转 移到光刻胶层。光刻胶经过曝光后自身性质和 结构发生变化（由原来的可溶性物质变为非可 溶性物质，或者相反）。再通过化学溶剂（显 影剂）把可以溶解的部分去掉，在光刻层下就 会留下一个孔，而这个孔就是和掩膜版不透光 的部分相对应。
4
工艺步骤 目的
对准和曝光
在掩膜版和图形在晶圆上 的精确对准和光刻胶的曝 光。负胶是聚合物
光刻胶中的感光剂是用来产生或者控制聚 合物的特定反应。如果聚合物中不添加感光剂， 那么它对光的敏感性差，而且光谱范围较宽， 添加特定的感光剂后，可以增加感光灵敏度， 而且限制反应光的光谱范围，或者把反应光限 制在某一波长的光。
15
• 添加剂 光刻胶中的添加剂主要在光刻胶薄膜中用
来吸收和控制光线，可以阻止光刻胶没有被曝 光的部分在显影过程中被溶解。 8.5 光刻胶的表现要素
从晶圆上去除光刻 胶层
氧化层 晶圆
6
如果掩膜版的图形 是由不透光的区域决 定的，称其为亮场掩 膜版；而在一个暗场 掩膜版中，掩膜版上 的图形是用相反的方 式编码的，如果按照 同样的步骤，就会在 晶园表面留下凸起的 图形。
暗场掩膜版主要 用来制作反刻金属互 联线。
亮场 暗场
7
刚才介绍了对光有负效应的光刻胶，称为负 性胶。同样还有对光有正效应的光刻胶，称为正 胶。用正性胶和亮场掩膜版在晶园表面建立凸起 图形的情况如图8.7所示。
对光刻胶的要求包括一下几个方面： • 分辨率
在光刻胶层能够产生的最小图形通常被作 为对光刻胶的分辨率。产生的线条越小，分辨 率越高。分辨率不仅与光刻胶本身的结构、性 质有关，还与特定的工艺有关，比如：曝光光 源、显影工艺等。
稀化光刻胶，通过旋转 形成薄膜
4
工艺步骤 目的
对准和曝光
在掩膜版和图形在晶圆上 的精确对准和光刻胶的曝 光。负胶是聚合物
光刻胶中的感光剂是用来产生或者控制聚 合物的特定反应。如果聚合物中不添加感光剂， 那么它对光的敏感性差，而且光谱范围较宽， 添加特定的感光剂后，可以增加感光灵敏度， 而且限制反应光的光谱范围，或者把反应光限 制在某一波长的光。
15
• 添加剂 光刻胶中的添加剂主要在光刻胶薄膜中用
来吸收和控制光线，可以阻止光刻胶没有被曝 光的部分在显影过程中被溶解。 8.5 光刻胶的表现要素
从晶圆上去除光刻 胶层
氧化层 晶圆
6
如果掩膜版的图形 是由不透光的区域决 定的，称其为亮场掩 膜版；而在一个暗场 掩膜版中，掩膜版上 的图形是用相反的方 式编码的，如果按照 同样的步骤，就会在 晶园表面留下凸起的 图形。
暗场掩膜版主要 用来制作反刻金属互 联线。
亮场 暗场
7
刚才介绍了对光有负效应的光刻胶，称为负 性胶。同样还有对光有正效应的光刻胶，称为正 胶。用正性胶和亮场掩膜版在晶园表面建立凸起 图形的情况如图8.7所示。
对光刻胶的要求包括一下几个方面： • 分辨率
在光刻胶层能够产生的最小图形通常被作 为对光刻胶的分辨率。产生的线条越小，分辨 率越高。分辨率不仅与光刻胶本身的结构、性 质有关，还与特定的工艺有关，比如：曝光光 源、显影工艺等。
稀化光刻胶，通过旋转 形成薄膜
第四章-光刻PPT课件
68
Hot Plates
Widely used in the industry Back side heating, no surface “crust” In-line track system
2021
69
Wafer Cooling
Need to cool down to ambient temperature
圆片放置在真空卡盘上
高速旋转
液态光刻胶滴在圆片中心
光刻胶以离心力向外扩展
均匀涂覆在圆片表面
2021
46
粘性 Viscosity
Fluids stick on the solid surface Affect PR thickness in spin coating Related to PR type and temperature 旋转速率越高，涂覆越均匀
Water-cooled chill plate
Silicon thermal expansion rate: 2.5x106/°C
For 8 inch (200 mm) wafer, 1 °C change
2021
70
Alignment and Exposure
IC制造的最关键过程Most critical process for IC fabrication
－Ion implantation blocking
2021
24
光刻工艺 Photolithography Process
光刻基本步骤
• 涂胶 Photoresist coating • 对准和曝光 Alignment and exposure • 显影 Development
2021
看懂光刻机-光刻工艺流程详解
看懂光刻机:光刻工艺流程详解半导体芯片生产主要分为IC 设计、IC 制造、IC 封测三大环节。
IC 设计主要根据芯片的设计目的进行逻辑设计和规则制定，并根据设计图制作掩模以供后续光刻步骤使用。
IC 制造实现芯片电路图从掩模上转移至硅片上，并实现预定的芯片功能，包括光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、化学机械研磨等步骤。
IC 封测完成对芯片的封装和性能、功能测试，是产品交付前的最后工序。
芯片制造核心工艺主要设备全景图光刻是半导体芯片生产流程中最复杂、最关键的工艺步骤，耗时长、成本高。
半导体芯片生产的难点和关键点在于将电路图从掩模上转移至硅片上，这一过程通过光刻来实现，光刻的工艺水平直接决定芯片的制程水平和性能水平。
芯片在生产中需要进行20-30 次的光刻，耗时占到IC 生产环节的50%左右，占芯片生产成本的1/3。
光刻工艺流程详解光刻的原理是在硅片表面覆盖一层具有高度光敏感性光刻胶，再用光线（一般是紫外光、深紫外光、极紫外光）透过掩模照射在硅片表面，被光线照射到的光刻胶会发生反应。
此后用特定溶剂洗去被照射/未被照射的光刻胶，就实现了电路图从掩模到硅片的转移。
光刻完成后对没有光刻胶保护的硅片部分进行刻蚀，最后洗去剩余光刻胶，就实现了半导体器件在硅片表面的构建过程。
光刻分为正性光刻和负性光刻两种基本工艺，区别在于两者使用的光刻胶的类型不同。
负性光刻使用的光刻胶在曝光后会因为交联而变得不可溶解，并会硬化，不会被溶剂洗掉，从而该部分硅片不会在后续流程中被腐蚀掉，负性光刻光刻胶上的图形与掩模版上图形相反。
在硅片表面构建半导体器件的过程正性光刻与负性光刻相反，曝光部分的光刻胶会被破坏从而被溶剂洗掉，该部分的硅片没。
光刻工艺介绍1PPT课件
目的： • 去除残余的显影液、水、有机溶剂 • 提高粘附性 • 预防刻蚀时胶形貌变形 方法：接近式热板 控制关键点是温度和时间
的工艺条件为：112 °C/60s
2021
PR/HMDS影响
❖ PR厚度，粘性系数；HMDS 处理是否恰当、温度设置、 HMDS原料等，都是影响显影缺陷的因素
2021
解决PR/HMDS造成的显影缺陷的措施：
2021
Auto Leveling
Max.: 20mm Φ: 19mm
限制：圆片边缘12.5mm无法进行AL。
2021
Auto Leveling
2021
Auto Leveling
2021
Auto Leveling(III)
2021
常见聚焦不良
STAGE颗粒/圆片背面颗粒导致聚焦不良
AL 层次溅射
• LSA (Laser Step Alignment) • FIA (Field Image Alignment)
2021photoresistfilmdepthfocuscenterfocuscenterfocuslensdepthfocus2021idofudofindependenceuseable2021imagedefocus2021defocuseffectbestfocus04um06um08um10um02um10um08um06um04um02um2021focusexposurematrix焦点和曝光量在光阻线条上的效应焦点和曝光量在光阻线条上的效应固定固定cdcd对焦点和曝光量的等高图对焦点和曝光量的等高图对应于可接受的外部极限的两条对应于可接受的外部极限的两条cdcd曲线曲线cdcd规格规格在线宽形貌和胶的损失量三个规格基在线宽形貌和胶的损失量三个规格基础上构建的焦点曝光量工艺窗口础上构建的焦点曝光量工艺窗口2021各层次各层次matrixstepmatrixstep参考条件参考条件2021defocus产生的原因autofocusautoleveling2021边缘效应2021边缘效应autofocusautolevelingng
的工艺条件为：112 °C/60s
2021
PR/HMDS影响
❖ PR厚度，粘性系数；HMDS 处理是否恰当、温度设置、 HMDS原料等，都是影响显影缺陷的因素
2021
解决PR/HMDS造成的显影缺陷的措施：
2021
Auto Leveling
Max.: 20mm Φ: 19mm
限制：圆片边缘12.5mm无法进行AL。
2021
Auto Leveling
2021
Auto Leveling
2021
Auto Leveling(III)
2021
常见聚焦不良
STAGE颗粒/圆片背面颗粒导致聚焦不良
AL 层次溅射
• LSA (Laser Step Alignment) • FIA (Field Image Alignment)
2021photoresistfilmdepthfocuscenterfocuscenterfocuslensdepthfocus2021idofudofindependenceuseable2021imagedefocus2021defocuseffectbestfocus04um06um08um10um02um10um08um06um04um02um2021focusexposurematrix焦点和曝光量在光阻线条上的效应焦点和曝光量在光阻线条上的效应固定固定cdcd对焦点和曝光量的等高图对焦点和曝光量的等高图对应于可接受的外部极限的两条对应于可接受的外部极限的两条cdcd曲线曲线cdcd规格规格在线宽形貌和胶的损失量三个规格基在线宽形貌和胶的损失量三个规格基础上构建的焦点曝光量工艺窗口础上构建的焦点曝光量工艺窗口2021各层次各层次matrixstepmatrixstep参考条件参考条件2021defocus产生的原因autofocusautoleveling2021边缘效应2021边缘效应autofocusautolevelingng
光刻与刻蚀演示幻灯片
EUV = extreme ultraviolet
下一代光刻技术 EPL = electron projection lithography
ML2 = maskless lithography
+PSM +OPC+OAI 64×103
157nm F2
16×103
IPL = ion projection lithography
1
log10(Dc
/
D0)
负胶：
rn
1 log10(Dg0
/ Dgi )
❖ 对比度越高，侧面越陡，线宽更准确 ❖ 对比度高，减少刻蚀过程中的钻蚀效应，提高分辨率
55
其他特性
❖ 光敏度 ❖ 膨胀性 ❖ 抗刻蚀能力和热稳定性 ❖ 黏着力 ❖ 溶解度和黏滞度 ❖ 微粒含量和金属含量 ❖ 储存寿命
理想的曝光图形
68
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
69
ASM 2500/5000 投影光刻机
70
分辨率增强技术使光学光刻不断突破分辨率极限
1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016
光学M曝EF光光区学光刻技术潜力挖掘区 光刻工艺特征尺寸19805接485321000触6........n50000383式m5uuuuuuuummmmmmmm光EM线掩刻a模4接s-3k-精触61En0度r式murmo控光Gr4投制F线3刻a影6技cn1t光m术o0r-刻G23投.线06u影5mn2光m.0-刻I-2线04.850nu.1小年比0预远m0m9.188于光较测抛微K-0-年1刻乐都在0r米F微.2左技观被后（08米.右术的光头u5保；m-曾将长刻。-守10经9走期技.的1183G有9到预术预u年m人尽测神计曾预头：话为经言2；般0有0.：501的1预7微96光年9进言4米G刻年线步：）线也宽的22到，6156541宽曾达步146646××1这××××××9不经到伐119些111111007能有远000000991996692
光刻与刻蚀工艺流程课件
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
02
刻蚀工艺简介
刻蚀工艺的定义
刻蚀工艺：是指利用物理或化学方法，将材料表面的一部分 去除，以达到形成图案或结构的目的。
在半导体制造中，刻蚀工艺是关键的步骤之一，用于形成电 路、器件和其它微结构。
刻蚀工艺的原理
物理刻蚀
利用物理能量，如高能粒子或等 离子体，轰击材料表面，使其原 子或分子从表面溅射出来。
总结词
胶的均匀涂布是光刻工艺中的重要环节，直接影响到光刻胶的覆盖质量和均匀 性。
详细描述
在涂胶过程中，要确保胶液的均匀分布，避免出现胶层厚薄不均、气泡等问题 。可以采用匀胶机进行涂布，控制好涂布速度和温度，以保证胶的均匀性。
曝光能量控制问题
总结词
曝光能量是光刻工艺中的关键参数， 直接影响到曝光质量和光刻胶的溶解 度。
预烘
预烘
使光刻胶中的溶剂挥发， 增强光刻胶与硅片之间的 黏附力。
预烘温度和时间
根据光刻胶类型和特性而 定。
预烘作用
提高光刻胶的黏附性和稳 定性。
曝光
曝光
通过掩膜版将所需图案投影到光 刻胶上，使光刻胶发生化学反应
。
曝光方式
接触式曝光、接近式曝光、扫描 式曝光等。
曝光剂量
影响光刻胶的溶解性和分辨率。
坚膜温度的控制问题
总结词
坚膜温度是光刻工艺中的重要参数，直接影响到光刻胶的硬度和附着力。
详细描述
要选择合适的坚膜温度，以保证光刻胶的硬度和附着力。坚膜温度过高会导致光刻胶变脆，而坚膜温度过低会导 致光刻胶附着力下降，影响光刻效果。
腐蚀深度的问题
总结词
第八章光刻-PPT精品
通常用于深紫外光刻胶的准分子激光器是波长 248nm氟化氪（KrF）激光器。
半导体光刻中使用的准分子激光器
• 工艺宽容度：对于光刻，高的工艺宽容度 意味着即使遇到所有工艺发生变化，在规 定范围内也能达到关键尺寸。
工艺宽容度越宽，在晶圆表面达到所需尺 寸的可能性就越大。
• 针孔：是光刻胶层尺寸非常小的空穴，是 有害的。可能是在涂胶工艺中由于环境中 的微粒污染物造成的，也可以是由光刻胶 层结构上的空穴造成。
它是表征光刻精度的标志之一，与光刻本 身和光刻工艺条件及操作技术有关。
越细的线宽需要越薄的光刻胶膜来产生。 然而光刻胶膜需要足够厚度来实现阻隔刻 蚀的作用，并且保证不能有针孔，所以选 择需要权衡。
改变工艺参数可以改变固有的分辨力。
纵横比用来衡量光刻胶的分辨力和光刻胶 厚度之间的关系。是光刻胶厚度与图形打 开尺寸的比值。
第八章 光刻
8.1 简介 • 定义：光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面
层上所 规定的特定区域的基本操作。
• 本质是把电路结构复制到以后要进行刻蚀 和离子注入的硅片上。这些结构以图形形 式制作在掩膜版上，紫外光透过掩膜版把 图形转移到硅片表面的光敏薄膜上然后用 一种刻蚀的工艺把薄膜图形成像在下面的 硅片上。
正胶来说，聚合和非聚合区域的可溶性区 别较小，显影液需要仔细调制，并且在显 影过程中需要进行温度的控制，加入溶解 阻止系统，控制显影过程中的图形尺寸。
• 光刻胶的去除，正胶比负胶容易，可以用 受环境影响小的化学品去除。
• 生产先进的工艺会选择正胶，对于图形尺 寸大于2微米的工艺还在用负胶。
8.5 表面准备 为确保光刻胶能和晶圆表面很好黏贴，必 须进行表面准备。由三个阶段来完成：
• 脱水烘焙的三种温度范围
半导体光刻中使用的准分子激光器
• 工艺宽容度：对于光刻，高的工艺宽容度 意味着即使遇到所有工艺发生变化，在规 定范围内也能达到关键尺寸。
工艺宽容度越宽，在晶圆表面达到所需尺 寸的可能性就越大。
• 针孔：是光刻胶层尺寸非常小的空穴，是 有害的。可能是在涂胶工艺中由于环境中 的微粒污染物造成的，也可以是由光刻胶 层结构上的空穴造成。
它是表征光刻精度的标志之一，与光刻本 身和光刻工艺条件及操作技术有关。
越细的线宽需要越薄的光刻胶膜来产生。 然而光刻胶膜需要足够厚度来实现阻隔刻 蚀的作用，并且保证不能有针孔，所以选 择需要权衡。
改变工艺参数可以改变固有的分辨力。
纵横比用来衡量光刻胶的分辨力和光刻胶 厚度之间的关系。是光刻胶厚度与图形打 开尺寸的比值。
第八章 光刻
8.1 简介 • 定义：光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面
层上所 规定的特定区域的基本操作。
• 本质是把电路结构复制到以后要进行刻蚀 和离子注入的硅片上。这些结构以图形形 式制作在掩膜版上，紫外光透过掩膜版把 图形转移到硅片表面的光敏薄膜上然后用 一种刻蚀的工艺把薄膜图形成像在下面的 硅片上。
正胶来说，聚合和非聚合区域的可溶性区 别较小，显影液需要仔细调制，并且在显 影过程中需要进行温度的控制，加入溶解 阻止系统，控制显影过程中的图形尺寸。
• 光刻胶的去除，正胶比负胶容易，可以用 受环境影响小的化学品去除。
• 生产先进的工艺会选择正胶，对于图形尺 寸大于2微米的工艺还在用负胶。
8.5 表面准备 为确保光刻胶能和晶圆表面很好黏贴，必 须进行表面准备。由三个阶段来完成：
• 脱水烘焙的三种温度范围
最新第八章-基本光刻工艺.PPT课件
保持憎水性表面通常通过下面两种方法：
一是保持室内温度在50℃以下，并且在晶园完
成前一步工艺之后尽可能快的进行涂胶。
.
25
亲水 性 表面
憎水 性 表面
另一种方法是把晶园存储在用干燥并且干 净的氮气净化过的干燥器中。
除此之外，一个加热的操作也可以使晶园表面 恢复到憎水表面。有三种温度范围：
150～200℃（低温），此时晶园表面会被蒸发
首先把光刻胶通过管道堆积在晶园的中心， 堆积量由晶园大小和光刻胶的类型决定，堆积 量非常关键，量少了会导致涂胶不均匀，量大 了会导致晶园边缘光刻胶的堆积甚至流到背面， 如图所示。
.
28
涂胶
铺展
旋转
高转 速
真空
静态旋转工艺
光刻胶膜的最终厚度是由光刻胶的粘度、 旋转速度、表面张力和国光刻胶的干燥性来决 定的。
更高
黏结力
更好
曝光速度
更快
针孔数量
更少
阶梯覆盖度
更好
成本 显影液
有机溶剂
更高 水溶性溶剂
光刻胶去除剂
氧化工步 金属工步
酸
酸
氯化溶剂化合物
普通酸溶剂
.
23
8.8 光刻工艺
这一节将介绍基本的光刻工艺10步法，包 括每一步的目的、技术考虑、选项和工艺控制 方法等。
8.9 表面准备
为确保光刻胶能和晶园表面很好粘结，必 须进行表面处理，包括三个阶段：微粒清除、 脱水和涂底胶。
低转 速
真空
.
高转 速
31
• 自动旋转器
自动系统如图所示，包含了晶园表面处理、
.
26
到了400℃（中温）时，与晶园表面结合较松 的水分子会离开。当超过750℃（高温）时， 晶园表面从化学性质上讲恢复到了憎水性条件。 通常采用低温烘焙，原因是操作简单。
光刻工艺介绍1ppt课件
– 来片衬底必须是干净和干燥的 – HMDS处理后应及时涂胶 – HMDS处理不能过度 – 安全使用HMDS
7
涂胶（Coating）
• 涂胶就是采用旋转涂敷的方法，在圆片衬底上均 匀的涂上一层一定厚度的光刻胶。
• 旋转涂敷主要受到以下几个因素的影响，它们彼 此作用，或相互增强或相互减弱结果
– 光刻胶的流动性 – 光刻胶中树脂成份中分子间的束缚力 – 旋转离心力 – 光刻胶溶剂的挥发力
DI Water
Develop
Hard bake
显检
(Inspect)
条宽
(Critical Dimension)
后工序
2
材料 设备
涂胶/显影概况
光刻胶 显影液 其他
SPR6812 IX925G-14CP XHRIC-11 SPR513 Durimide7510 MIR701-29CP MIR701-49CP AZ 6130 SPR660-1.0 AZ AQUATAR AR3-600 UV135 CD26: 5 MF503: 10 HRD-2: 7
25
Stepper Introduce
Tool sets Retile size
NIKON EX14-DUV
1
6 inch
CANON 2000i 3
5 inch
NIKON G6/G7
4/0
5 inch
Field size
22mm
20mm
15mm
Wave length
248nm
365nm
486nm
Resolution
12
显影基本流 程
DNS 显影系统图：
Post Exposure Bake Developer
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涂胶（Coating）
• 涂胶就是采用旋转涂敷的方法，在圆片衬底上均 匀的涂上一层一定厚度的光刻胶。
• 旋转涂敷主要受到以下几个因素的影响，它们彼 此作用，或相互增强或相互减弱结果
– 光刻胶的流动性 – 光刻胶中树脂成份中分子间的束缚力 – 旋转离心力 – 光刻胶溶剂的挥发力
DI Water
Develop
Hard bake
显检
(Inspect)
条宽
(Critical Dimension)
后工序
2
材料 设备
涂胶/显影概况
光刻胶 显影液 其他
SPR6812 IX925G-14CP XHRIC-11 SPR513 Durimide7510 MIR701-29CP MIR701-49CP AZ 6130 SPR660-1.0 AZ AQUATAR AR3-600 UV135 CD26: 5 MF503: 10 HRD-2: 7
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Stepper Introduce
Tool sets Retile size
NIKON EX14-DUV
1
6 inch
CANON 2000i 3
5 inch
NIKON G6/G7
4/0
5 inch
Field size
22mm
20mm
15mm
Wave length
248nm
365nm
486nm
Resolution
12
显影基本流 程
DNS 显影系统图：
Post Exposure Bake Developer
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浸没式实现方法
喷淋vs浸泡 主要的光刻机生产商的主要研发方向都是 喷淋系统 在透镜和硅片之间有水 大约1 mm的间距 大约100 mm的直径
此外，目前正在研究的还有X-ray光刻、电 子束光刻（EBL）、离子束（IBL）光刻。
安全
化学制品安全 湿法清洗 –硫酸(H2SO4）:强腐蚀性 –双氧水(H2O2):强氧化剂 二甲苯(负胶溶剂和显影液):易 燃易爆 HMDS(前处理):易燃易爆 TMAH（正胶显影溶剂):有毒， 有腐蚀性 汞(Hg,UV lamp)蒸气 –高毒性; 氯(Cl2,受激准分子激光器) –有毒，有腐蚀性 氟(F2,受激准分子激光器) –有毒，有腐蚀性
刻的基本步骤
硅片清洗
去除沾污 去除微粒 减少针孔和其他缺陷 提高光刻胶黏附性
硅片清洗工艺
光刻工艺－前烘
去水烘干 去除硅片表面的水份 提高光刻胶与表面的黏附性 通常在100°C 与前处理同时进行
光刻工艺－前处理
防止显影时光刻胶脱离硅片表面 通常和前烘一起进行 匀胶前硅片要冷却
接触式光刻机
设备简单 70年代中期前使 用 分辨率:有微米 级的能力 掩膜版和硅片直 接接触,掩膜版 寿命短
接触式光刻机
接近式光刻机
距硅片表面 10微米 无直接接触 更长的掩膜 寿命 分辨率:>3μm
接近式光刻机
投影光刻机（扫描型）
步进光刻机
先进的IC 中最流行的光刻设备 高分辨率 0.25微米或以下 非常昂贵 掩膜图形尺寸5X：10X能够得到更好的分 辨率，但是，它的曝光时间是5X的四倍。 曝光时间和分辨率折中的结果。
硅片冷却
匀胶前硅片需冷却 硅片在冷却平板上冷却 温度会影响光刻胶的黏度 –影响光刻胶的厚度
匀胶
硅片吸附在真空卡盘上 液态的光刻胶滴在硅片的中心 卡盘旋转，离心力的作用下光刻胶扩散开 高速旋转，光刻胶均匀地覆盖硅片表面 先低速旋转~500 rpm 再上升到~3000-7000 rpm
检查
对准精度 –放大,缩小,掩膜旋转,硅片旋转, X方向漂移,Y方向漂移 关键尺寸(CD) 表面缺陷如，刮痕，针孔，污点，污染物 等
检查
如果硅片检查合格，将会流出光刻模块， 进入下一道工艺 刻蚀或离子注入
目前新技术
相移掩膜 浸没式光刻
浸没式光刻
是目前领域最有趣的问题 非常有前景 193 nm浸没式光刻技术已在2006年投入使 用 利用水提高分辨率
机械安全 活动部件 热表面 高压灯 电安全 高压供电源 掉电 地面静电荷 标注清晰和锁紧 放射性安全 UV光可破坏化学键 有机分子有长化学键结构 更易因UV引起损伤 UV光通常用于消毒杀菌 如果直视UV光源会伤害眼睛 有时需要戴防UV护目镜
小结
光刻:形成暂时性图形的模块 IC制程中最重要的模块 要求:高分辨率,低缺陷密度 光刻胶：正胶和负胶 步骤:前烘和前处理,匀胶,匀胶后烘,曝光,曝光后烘, 显影,显影后烘,检查 用于65,45,and 32 nm的浸没式光刻,可达到22 nm NGL:离子束光刻和电子束光刻.
光刻的一般要求
图形的分辨率高 光刻胶敏感度高 层间对准精密高 缺陷密度低
光刻胶
开始于印刷电路 1950年起应用于半导体工业 是图形工艺的关键 有正胶和负胶两种 光敏材料 均匀涂布在硅片表面 用曝光的方法转移设计图形到光刻胶上 类似于光敏材料涂布在照相用的底片上
光刻胶的成分
集成电路工艺之光刻
光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光刻工艺 5、新技术简介
光刻基本介绍
在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻 胶上的过程 将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。 光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。 光刻占40%到50%的流片时间。 决定最小特征尺寸。 IC制程中最重要的模块,是集成电路中关键的工艺技术最 早的构想来源于印刷技术中的照相制版。光刻技术最早于 1958年开始应用，并实现了平面晶体管的制作。
光刻胶的要求
高分辨率 –光刻胶越薄，分辨率越高 –光刻胶越薄，抗刻蚀和离子注入能力越低 高抗刻蚀性（要求厚膜） 好的黏附性 注入屏蔽能力强和针孔少（要求厚膜） 宽工艺窗口 –能适应工艺的变更
光刻胶的种类
光刻机
IC制造中最关键的步骤 IC 晶圆中最昂贵的设备 最有挑战性的技术 决定最小特征尺寸 接触式光刻机 接近式光刻机 投影式光刻机 步进式光刻机
曝光后烘
玻璃转化温度Tg 烘烤温度大于Tg 光刻胶分子热迁移 过曝光和曝光不足的光刻胶分子重排 平衡驻波效应, 平滑光刻胶侧壁提高分辨率
硅片冷却
PEB后，显影前，硅片放置在冷却板上冷 却至环境温度 高温会加速化学反应引起过显影 光刻胶CD变小
显影
显影液溶解部分光刻胶 正胶显影液通常使用弱碱性的溶剂 最常用的是四甲基氢铵 将掩膜上的图形转移到光刻胶上 三个基本步骤:显影－清洗－干燥
硅片冷却
需要冷却到环境温度 硅片在冷却板上冷却 硅的热膨胀率:2.5×10-6/°C 对于8英寸硅片,改变1°C引起0.5微米的直 径差
对准和曝光
接触式曝光：分辨率较高，但是容易造成掩膜版和光刻 胶膜的损伤。 接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙 (10～25m)，可以大大减小掩膜版的损伤，分辨率较低 投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影 到衬底上，优点：掩模版与晶片不接触，掩模不受损伤； 对准是观察掩模平面上的反射图像，不存在景深问题；掩 模版上的图形是通过光学技影的方法缩小，并聚焦于感光 胶膜上，掩模版上可以有比实际尺寸大得多的图像(通常 掩模图形的尺寸是实际尺寸的1～10倍)，提高了对准精度， 避免了微细图形制作的困难，也减弱了灰尘微粒的影响。 缺点：投影系统光路复杂,对物镜成像能力要求高。
硅片自动输送轨道系统；真空卡盘吸住硅片；胶 盘 排气系统；可控旋转马达；给胶管和给胶泵 边缘清洗（去边）
去边(EBR)
光刻胶扩散到硅片的边缘和背面 在机械搬送过程中光刻胶可能回剥落成为 微粒 正面和背面去边EBR 正面光学去边EBR
匀胶后烘
使光刻胶中的大部分溶剂蒸发。 溶剂帮助得到薄的光刻胶膜但是吸收光且 影响黏附性 曝光后烘时间和温度取决于工艺条件 过烘:聚合,光敏性降低 后烘不足:影响黏附性和曝光
聚合物 溶剂 感光剂 添加剂
聚合物
固体有机材料（胶膜的主体） 转移图形到硅片上 UV曝光后发生光化学反应，溶解性质发 生改变.
溶剂
溶解聚合物 经过旋转涂布可得到薄光刻胶膜.
感光剂
控制和或改变光化学反应 决定曝光时间和强度
添加剂
为达到不同的工艺结果而添加多种不同的化 学物质，如添加染色剂以减少反射。
显影后烘
使光刻胶中的溶剂蒸发 提高抗刻蚀和抗离子注入性 提高光刻胶和硅片表面的黏附性 聚合化并稳定光刻胶 光刻胶流动填平针孔
图形检查
不合格的硅片将被去除光刻胶返工 –光刻胶的图形是临时性的 –刻蚀和注入后的图形是永久的. 光刻是可以返工的 刻蚀和注入后不能返工 光学显微镜 扫描电子显微镜(SEM)