微光刻与微纳米加工技术109页PPT
合集下载
微细和纳米加工技术 光学曝光技术2.1 引言 2.2光学曝光方式与原理.ppt
图2.2 接触式、接近式与投影式3种曝光方式的示意
4
图
2.2.1掩模对准式曝光
★掩模对准式曝光可以真实地再现掩模图形，但是它要求掩模必 须与光刻胶表面完全接触。
★掩模对准式曝光又可分为接触式曝光和接近式曝光（非接触式 光学曝光）。
掩模对准式曝光
5
1．接触式曝光
★接触式曝光又可分为 ①硬接触与②软接触 曝光。
参数。
★由式可见，若要曝光成像与掩模设计图形尽可能一致，只有 减小间隙和缩短照明波长。
10
2.2.2投影式曝光
★投影式曝光既有接触式曝光的高分辨率，而又避免了接触式 曝光容易产生缺陷的弊端。
★光学投影成像曝光技术是用光学投影的方法将掩模版图形的 影像(以等倍方式或缩小的方式)投影在半导体基片表面上，这 时掩模版作为光学成像系统的物方，基片表面上的光致抗蚀 剂层为像方。
λ ：照明光波长； NA：光学透镜的数值孔径； K2：一个与具体的曝光系统及光刻胶工艺特性
有关的常数。
★由上式可见，焦深与数值孔径的平方成反比。
★单纯地追求分辨率会使焦深大大减低。
R k1 NA
21
焦深甚至比分辨率更为重要
★大规模集成电路的硅晶圆直径都是在6～8in，甚至是12in。大的晶圆本 身就不可能做到绝对的平整，加之每一道曝光工序都是在前面已经加工 过的晶圆上进行，前道工序已在晶圆表面形成了高低起伏的电路结构形 貌。如果曝光系统的焦深很小，则掩模成像只能在很小的高度起伏范围 内才能保证聚焦，超出这一范围就散焦了。散焦的结果，使得分辨率下 降。
★投影式曝光的光学分辨率(R)取决于照明光波长(λ)、光学透 镜的数值孔径(NA)和工艺条件，如下式所示：
R k1 NA
微纳加工PPT
1、晶圆处理工序
• 本工序的主要工作是在晶圆上制作电路及 电子元件（如晶体管、电容、逻辑开关 等），其处理程序通常与产品种类和所使 用的技术有关，但一般基本步骤是先将晶 圆适当清洗，再在其表面进行氧化及化学 气相沉积，然后进行涂膜、曝光、显影、 蚀刻、离子植入、金属溅镀等反复步骤， 最终在晶圆上完成数层电路及元件加工与 制作。
微纳技术的重要地位
• 微纳技术是继IT、生物之后。21世纪最具 发展潜力的高新技术，是未来十年高增长 的新兴产业。也是高新技术产业发展新的 增长点，同样也是当今高科技发展的重要 领域之一。
数码相机的镜头， 数码相机的镜头，镜片生产方式
• 一、光学冷加工（传统的生产方式） • 二、以冲压形式生产
冲压式生产时的模床控制与加工精 度
• 冲压式生产的设备都是特制的，控制采用 开放式工业级计算机架构，外接普通笔记 本电脑，应用VB编程实现对马达与盛物台 的控制。马达基本控制采用omoron变频器 实现转速控制。马达是气动的，采用压缩 空气做支撑与驱动，当然采用别的形式也 行。马达转速要求20000+—1每分。冲压采 用机器人自动冲压，真空加热炉中采用类 似于磁控管方式实现急热，冷却时使用氮 气。
硬盘加工
• 硬盘作为计算机数据存储的主要部件，其 磁存储密度不断上升，磁头与磁盘磁介质 之间的距离进一步减小，对磁盘表面质量 的要求也越来越高。
• 一方面，当硬盘表面具有波度时，磁头就 会随着高速旋转的存储器硬盘的波动上下 运动，当波度超过一定的高度时，磁头就 不再能随着波度运动，它就会与磁盘基片 表面碰撞，发生所谓的“磁头压碎”导致 磁盘设备发生故障或读写信息的错误。
3、构装工序
• 就是将单个的晶粒固定在塑胶或陶瓷制的 芯片基座上，并把晶粒上蚀刻出的一些引 接线端与基座底部伸出的插脚连接，以作 为与外界电路板连接之用，最后盖上塑胶 盖板，用胶水封死。其目的是用以保护晶 粒避免受到机械刮伤或高温破坏。到此才 算制成了一块集成电路芯片（即我们在电 脑里可以看到的那些黑色或褐色，两边或 四边带有许多插脚或引线的矩形小块）。
微光刻与微纳米加工技术
7.69 * 10 14≤紫外线≤3*10 17Hz 10 2
10 16≤
光微 区纳 加
工
X-射线≤
10
10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8
10-9
埃 10-10
10-4
10-5 10-6 10-7 10-8 10-9
10-12 10-15
5*10 19Hz ≤
γ - 射线
射光 线刻 区光
7
Hz 频率
10 4 10 5 10 6 10 7
Hz 频率 波长 m
10 15
10 12 10 9 10 6 10 3
微光刻技术既伟大也很微小
当今世界各行各业都离不开信息科学 信息科学离不开计算机技术 计算机 技术的发展离不开微电子技术 微电 子技术工艺基础是微光刻技术 微光刻技术一次又一次突破 分辨率极限，使微电子技术得以创造 了如此伟大的人间奇迹
细细回味： 几十年来微光刻技 术把微细加工尺寸从微米级推 进到纳米级，与在人类从宇宙太空到原子世界的整个研究 探索领域相比，也只是微小的一段。
人类探索太空 最长的尺度
艾米 10 18 m 拍米 10 15 m 太米 10 12 m 吉米 10 9 m 兆米 10 6 m
hm Hectometre dam Decametre
dm decimetre cm centimetre
自然界的尺度与微光刻技术—长度
物理学研究对象的空间尺度跨越60多个长度尺寸的数量级 秒差距 最近恒星距离 10 18 m 银河系 10 21m Em Exametre 天体物理 3.0857＊10 16 m 光年 Pm Petametre 0.94605＊10 16 m 宏观太空 太阳系 10 12m 天文单位 Tm Terametre (垓) 探索领域 1.4959787 ＊10 11 m Gm Gigametr (京) 大气物理 地球直径 地球物理 1.275628＊10 7m Mm Megametre 中观人类 Km Kilometre 活动制造 人类以人体尺度为 领域 m metre 长度基本单位 经典物理 毛发尺度10 -4m µm micrometre 细胞 / 分子尺度 生物物理 微光刻技术加工尺度 nm nanometre (纤) 原子尺度 核物理 Å Angstrom pm picometre (沙) 核外电子分布半径10 -10 m
《微纳加工技术》课件
聚焦离子束技术
特点：精度高、可控性好、 可加工复杂结构
原理：利用高能量的离子束 轰击材料表面，形成微纳结 构
应用：微纳电子、微纳光学、 微纳机械等领域
发展趋势：与光刻技术相结 合，提高加工精度和效率
化学气相沉积技术
原理：通过化学反应在气相中形成 薄膜
应用：广泛应用于微电子、光电子 等领域
添加标题
热管理：微纳加工 技术用于制造高性 能的热管理设备， 如热交换器、散热 器等
06
微纳加工技术的挑战与 展望
微纳加工技术的挑战
精度要求高：需要达到纳 米级精度
材料选择困难：需要选择 适合微纳加工的材料
工艺复杂：需要掌握多种 微纳加工工艺
成本高昂：微纳加工设备 的研发和制造成本高
微纳加工技术的发展趋势
2004年，美国科学家查尔斯·利伯发明 纳米碳管，为纳米材料研究提供新方向
2010年，美国科学家乔治·怀特塞兹发 明石墨烯，为纳米电子学研究提供新领 域
03
微纳加工技术的基本原 理
微纳加工技术的物理基础
微纳加工技术的基本原理： 利用物理或化学方法，在微 米或纳米尺度上对材料进行 加工
物理基础：包括光学、电学、 磁学、热学等物理原理
微纳加工技术在生物医学 领域的应用
微纳加工技术在生物医学 领域的优势
微纳加工技术在生物医学 领域的挑战
微纳加工技术在生物医学 领域的未来发展趋势
能源领域的微纳加工技术应用
太阳能电池：微纳 加工技术用于提高 太阳能电池的效率 和稳定性
燃料电池：微纳加 工技术用于制造高 性能的燃料电池电 极
储能设备：微纳加 工技术用于制造高 性能的储能设备， 如超级电容器、锂 离子电池等
微纳加工技术培训资料
• 材料合成是研究新材料的制备和合成的化学分支，它涉及到无机、有机和高分 子材料等的合成和制备技术。在微纳加工技术中，材料合成有助于探索新的纳 米材料和加工技术，提高产品质量和降低生产成本。
微纳加工技术的工艺流程
光刻是微纳加工技术中的关键步骤之一，它利用光刻 胶作为掩模，通过曝光和显影等步骤将设计好的图形 转移到衬底上。光刻的分辨率和精度直接决定了加工 出来的微纳结构的尺寸和形状。
高精度、高集成度、高效率、低 成本等。
微纳加工技术的应用领域
半导体制造
微纳加工技术在半导体 制造领域应用广泛，如 集成电路、微电子机械
系统等。
生物医疗
在生物医疗领域，微纳 加工技术可用于制造微 型医疗器械、生物芯片
等。
航空航天
在航空航天领域，微纳 加工技术可用于制造微 型卫星、微型传感器等。
新能源
光电子器件的制造
光电子器件是光通信、光传感 等领域的重要元件，其制造需 要高精度、高稳定性的加工技 术。
微纳加工技术可以用于制造各 种光电子器件，如激光器、光 探测器、光调制器等。
微纳加工技术在光电子器件制 造中的应用，可以提高器件的 性能和稳定性，促进光电子技 术的发展。
纳米机器人的设计与制造
在新能源领域，微纳加 工技术可用于制造微型 太阳能电池、微型燃料
电池等。
微纳加工技术的发展趋势
纳米级制造
3D打印技术
随着科技的发展，微纳加工技术正向着纳 米级别发展，制造更小尺寸的器件和系统 。
3D打印技术与微纳加工技术结合，可以实 现更复杂结构的制造。
智能制造
跨学科应用
智能制造是未来制造业的发展方向，微纳 加工技术将与智能制造技术相结合，实现 高效、高精度的制造。
微纳加工技术的工艺流程
光刻是微纳加工技术中的关键步骤之一，它利用光刻 胶作为掩模，通过曝光和显影等步骤将设计好的图形 转移到衬底上。光刻的分辨率和精度直接决定了加工 出来的微纳结构的尺寸和形状。
高精度、高集成度、高效率、低 成本等。
微纳加工技术的应用领域
半导体制造
微纳加工技术在半导体 制造领域应用广泛，如 集成电路、微电子机械
系统等。
生物医疗
在生物医疗领域，微纳 加工技术可用于制造微 型医疗器械、生物芯片
等。
航空航天
在航空航天领域，微纳 加工技术可用于制造微 型卫星、微型传感器等。
新能源
光电子器件的制造
光电子器件是光通信、光传感 等领域的重要元件，其制造需 要高精度、高稳定性的加工技 术。
微纳加工技术可以用于制造各 种光电子器件，如激光器、光 探测器、光调制器等。
微纳加工技术在光电子器件制 造中的应用，可以提高器件的 性能和稳定性，促进光电子技 术的发展。
纳米机器人的设计与制造
在新能源领域，微纳加 工技术可用于制造微型 太阳能电池、微型燃料
电池等。
微纳加工技术的发展趋势
纳米级制造
3D打印技术
随着科技的发展，微纳加工技术正向着纳 米级别发展，制造更小尺寸的器件和系统 。
3D打印技术与微纳加工技术结合，可以实 现更复杂结构的制造。
智能制造
跨学科应用
智能制造是未来制造业的发展方向，微纳 加工技术将与智能制造技术相结合，实现 高效、高精度的制造。
纳米加工技术ppt课件
❖ 微观操作
❖ 引发化学反应
❖ STM在场发射模式时，针尖与样品仍相 当接近，此时用不很高的外加电压（最低可 到10V左右）就可产生足够高的电场，电子 在其作用下将穿越针尖的势垒向空间发射。 这些电子具有一定的束流和能量，由于它们 在空间运动的距离极小，至样品处来不及发 散，故束径很小，一般为毫微米量级，所以 可能在毫微米尺度上引起化学键断裂，发生 化学反应。
纳米加工分类
❖ 包括切削加工（精密切削等）、化学腐蚀(电 化学等）、能量束加工（电子束、离子束 等）、复合加工、扫描隧道显微技术加工等 多种方法
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
纳米加工关键技术
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
国外纳米技术进展
❖ 朗讯公司和牛津大学: 纳米镊子 ❖ 碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量 ❖ 称量单个原子重量的“纳米秤”
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
❖ 纳米压印技术 于20世纪90年代中叶诞生的纳米压印
(naIloimprim limography，NIL)技术，最近被 国外称为 “将改变世界的十大新兴技术”之 一。NIL技术的概念 可说是源自于我们日常 生活中盖印章的行为，此动作可 将原来在印 章上的图形压印到另外一件物体表面上。
❖ 引发化学反应
❖ STM在场发射模式时，针尖与样品仍相 当接近，此时用不很高的外加电压（最低可 到10V左右）就可产生足够高的电场，电子 在其作用下将穿越针尖的势垒向空间发射。 这些电子具有一定的束流和能量，由于它们 在空间运动的距离极小，至样品处来不及发 散，故束径很小，一般为毫微米量级，所以 可能在毫微米尺度上引起化学键断裂，发生 化学反应。
纳米加工分类
❖ 包括切削加工（精密切削等）、化学腐蚀(电 化学等）、能量束加工（电子束、离子束 等）、复合加工、扫描隧道显微技术加工等 多种方法
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
纳米加工关键技术
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
国外纳米技术进展
❖ 朗讯公司和牛津大学: 纳米镊子 ❖ 碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量 ❖ 称量单个原子重量的“纳米秤”
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
❖ 纳米压印技术 于20世纪90年代中叶诞生的纳米压印
(naIloimprim limography，NIL)技术，最近被 国外称为 “将改变世界的十大新兴技术”之 一。NIL技术的概念 可说是源自于我们日常 生活中盖印章的行为，此动作可 将原来在印 章上的图形压印到另外一件物体表面上。
微纳光刻加工
微纳光刻加工
微纳光刻加工是一种制造技术，可用来精确地处理大小不等的物体。
它的物理原理是利用光把一种跟型的物料写在其他物料上，以达到精准的外形加工效果。
微纳光刻在先进的电子和机械装备制造、新材料、新技术的发展趋势中有着重要的作用：它的处理精度和处理速度十分优越，而且操作简捷，可进行动态跟踪，用来替代传统的光刻工艺。
由于微纳光刻加工用于制造复杂的微米技术和射频芯片，有很多企业都不断投入大量资金进行研发。
微纳米加工技术
1.涂胶 1.1清洗硅片 1.2旋转匀胶 1.3 匀胶后烘 2.曝光 2.1对准和曝光 2.2曝光后烘 3.显影 3.1显影 3.2图形检查
4.刻蚀
（湿法、干法）
5.除胶
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
1958年开始应用，并实现了平面晶体管的制作。
如何在硅片上制作微结构？
1.涂胶
1.1清洗硅片 1.2旋转匀胶 1.3 匀胶后烘
2.曝光
2.1对准和曝光 2.2曝光后烘
3.显影
3.1显影 3.2图形检查
4.刻蚀 5.除胶
1.涂胶
1.1清洗硅片
1.2旋转匀胶
1.3 匀胶后
烘
2.曝光 2.1对准和曝光 2.2曝光后烘 3.显影 3.1显影 3.2图形检查 4.刻蚀 5.除胶
其他加工方法
扫描隧道显微镜（STM）
电子/离子束加工
自组装纳米制造技术
与胶体化学联系
微纳米加工 胶体化学—— 具有特殊结构的
胶粒，赋予胶体特殊功能
胶体化学 微纳米加工——在微纳米加工中引
入胶体相关技术
物理、化学性质联系 微米/纳米级 胶体粒子 检测投影式
曝光光源选择 新型曝光技术
X射线，电子束，离子束
1.涂胶 1.1清洗硅片 1.2旋转匀胶 1.3 匀胶后烘 2.曝光 2.1对准和曝光 2.2曝光后烘
微电子工艺——光刻技术.ppt
例：转速 5000 r/min，时间 30 sec，膜厚 1.0 m 。 4、前烘（软烘） 目的是去除光刻胶中的大部分溶剂和稳定胶的感光特性。
5、曝光
6、显影
将曝光后的硅片放到显影液中。对于负胶，显影液将溶解 掉未曝光区的胶膜；对于正胶，显影液将溶解曝光区的胶膜。 几乎所有的正胶都使用碱性显影液，如 KOH 水溶液。
oxide
基本工艺
• Step 5: 去除光刻胶:
– Step 5A: 去胶
• S胶iO时2、碳S被iN还、原多析晶出硅，等微非小金的属碳材粒料会一污般染采衬用底浓表硫面酸，去因胶而。必由须于在浓浓硫硫酸酸去 中 3:加1 入H2O2等强氧化剂，使碳被氧化为CO2溢出。浓硫酸与H2O2的比值为
• 酸性腐蚀液对铝、铬等金属具有较强的腐蚀作用，因此金属衬底的去 胶需要专门的有机去胶剂。通常这类去胶剂中加入了三氯乙烯作为涨 泡剂，因此去胶后要用三氯乙烯和甲醇进行中间清洗，由于去胶液和 三氯乙烯都是有毒物质，处理比较困难
涂胶设备
• 动态移动臂分配 （ Dynamic Moving Arm Dispense ）
涂胶设备
Resist Dispenser
– 光刻胶厚度的控制:
• 光刻胶黏度
• 旋涂速度
• 温度 • 湿度
Vacuum Chuck
• 废气流
Hollow Shaft
To House Vacuum
涂胶的问题
1985 年以前，几乎所有光刻机都采用 g 线 (436 nm) 光源， 当时的最小线宽为 1 m 以上。1985 年以后开始出现少量 i 线 (365 nm) 光刻机，相应的最小线宽为 0.5 m 左右。从 1990 年开 始出现 DUV 光刻机，相应的最小线宽为 0.25 m 左右。从1992 年起 i 线光刻机的数量开始超过 g 线光刻机。截止到 1998 年 ， g 线、i 线和 DUV 光刻机的销售台数比例约为 1：4：2。
相关主题