光刻过程ppt课件57页PPT
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光刻与刻蚀工艺流程ppt
硅片准备
涂胶种类
根据光刻掩膜版的要求，选择合适的涂胶材料。
涂胶厚度
控制涂胶的厚度，一般要求均匀、无气泡、无杂质。
涂胶
曝光方式
根据光刻掩膜版图形设计要求，选择合适的曝光方式。
曝光时间
控制曝光时间，保证光刻胶充分反应且不过度曝光。
曝光
显影液选择
根据光刻胶的性质，选择合适的显影液。
控制显影时间
显影时间要适当，以充分溶解光刻胶，同时避免损伤硅片表面。
纳米科技领域需要借助光刻和刻蚀技术来制造纳米级结构，从而进一步探索纳米世界的奥秘。
在生物医学工程领域，光刻和刻蚀技术可以制造出复杂的微纳结构，用于药物输送、组织工程等应用。
纳米科技
生物医学工程
建议与展望
06
优化工艺参数
通过严格控制实验参数，如波长、功率、曝光时间等，以提高工艺稳定性和效率。
引入先进设备
xx年xx月xx日
光刻与刻蚀工艺流程ppt
CATALOGUE
目录
光刻和刻蚀工艺简介光刻工艺详细流程刻蚀工艺详细流程光刻和刻蚀工艺的控制因素光刻和刻蚀工艺的未来发展建议与展望
光刻和刻蚀工艺简介
01
1
光刻工艺发展历程
2
3
最早的光刻工艺，分辨率较低，制程技术限制较大。
接触式光刻工艺
改善了分辨率和制程技术限制的问题，但仍然存在接触式光刻工艺的一些缺点。
采用先进的自动控制系统和智能化设备，实现工艺过程的实时监控和精准调控。
改进工艺流程
简化工艺流程，减少重复步骤，降低工艺时间和成本。
提高工艺稳定性与效率的措施
技术交叉融合
加强光刻和刻蚀工艺与材料科学、物理学、化学等学科的交叉融合，引入新技术，如纳米压印、离子束刻蚀等，提高工艺水平和效率。
第八章光刻-PPT精品
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。
8.4.2 光刻胶的表现要素及物理特性
光刻胶的选择的主要决定因素是晶圆表面
对尺寸的要求。
1. 具有产生那些所要求尺寸的能力
2. 在刻蚀过程中阻隔刻蚀的功能，必须保证 一定的厚度，且不能有针孔
3. 必须能和晶圆表面很好地黏合，否则刻蚀 后图形会发生扭曲
• 分辨率：在光刻胶层能产生的最小图形通 常作为对光刻胶的分辨力的参考。产生的 线条越小，分辨力越强。
• 转移到硅片表面的光刻图形的形状完全取决于硅 片层面的结构。图形可能是硅片上的半导体器件， 隔离槽，接触孔，金属互连以及互连金属层的通 孔。
• 光刻掩膜版衬底材料是石英，这种材料始终用在 紫外光刻中。用做掩膜版的石英是最贵的材料并 且有非常低的温度膨胀。低膨胀意味着掩膜版在 温度改变时尺寸是相对稳定的。淀积在掩膜版上 的不透明的材料是一薄层铬，厚度一般小于1000 埃并且是溅射淀积的。
纵横比=T/W
正胶比负胶有更高的纵横比，对于一个给 定的图形尺寸开口，正胶的光刻胶层可以 更厚。
• 黏结性：为了实现刻蚀阻隔作用，光刻胶 层必须与晶圆表面有很好的黏结性，才能 够保证把光刻图形很好的转移到晶圆表面。
负胶比正胶的黏结能力好。
• 粘滞性：对于液体光刻胶来说其流动特性 的定量指标。随着粘滞性增加，光刻胶流 动的趋势变小，在硅片上的厚度增加。低 粘滞性光刻胶流动的倾向性更大，在硅片 表面产生更薄的覆盖层。
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。
8.4.2 光刻胶的表现要素及物理特性
光刻胶的选择的主要决定因素是晶圆表面
对尺寸的要求。
1. 具有产生那些所要求尺寸的能力
2. 在刻蚀过程中阻隔刻蚀的功能，必须保证 一定的厚度，且不能有针孔
3. 必须能和晶圆表面很好地黏合，否则刻蚀 后图形会发生扭曲
• 分辨率：在光刻胶层能产生的最小图形通 常作为对光刻胶的分辨力的参考。产生的 线条越小，分辨力越强。
• 转移到硅片表面的光刻图形的形状完全取决于硅 片层面的结构。图形可能是硅片上的半导体器件， 隔离槽，接触孔，金属互连以及互连金属层的通 孔。
• 光刻掩膜版衬底材料是石英，这种材料始终用在 紫外光刻中。用做掩膜版的石英是最贵的材料并 且有非常低的温度膨胀。低膨胀意味着掩膜版在 温度改变时尺寸是相对稳定的。淀积在掩膜版上 的不透明的材料是一薄层铬，厚度一般小于1000 埃并且是溅射淀积的。
纵横比=T/W
正胶比负胶有更高的纵横比，对于一个给 定的图形尺寸开口，正胶的光刻胶层可以 更厚。
• 黏结性：为了实现刻蚀阻隔作用，光刻胶 层必须与晶圆表面有很好的黏结性，才能 够保证把光刻图形很好的转移到晶圆表面。
负胶比正胶的黏结能力好。
• 粘滞性：对于液体光刻胶来说其流动特性 的定量指标。随着粘滞性增加，光刻胶流 动的趋势变小，在硅片上的厚度增加。低 粘滞性光刻胶流动的倾向性更大，在硅片 表面产生更薄的覆盖层。
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。
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• 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
《光刻技术简介》课件
2 显影
通过化学显影，去除被光 照区域的光刻胶。
3 蚀刻
利用蚀刻液将光刻胶暴露 的硅片上的材料进行蚀刻， 形成所需的结构。
光刻技术的发展历程
1
1 950年代
光刻技术在半导体工业中开始得到应用。
2
1 970年代
投影光刻技术成为主流，取代了逐级光刻技术。
3
1 990年代
应用于生产更小特征尺寸的集成电路，迈向纳米级光刻。
光刻技术的未来展望
随着半导体工艺的进步，光刻技术将继续发展，实现更小尺寸的特征制造以 及更高的生产效率。
《光刻技术简介》PPT课 件
光刻技术是一种在半导体制造中广泛应用的重要工艺，通过将图形模式转移 到硅片上，实现电子元件的精确制作。
光刻技术的定义
光刻技术是一种半导体制造过程，使用光照和光敏物质，将微小的图形模式转移到硅片上，以制作电子元件和 集成电路。
光刻技术的应用领域
芯片制造
光刻技术在半导体芯片制造中是不可或缺的工艺， 用于制作集成电路和微处理器。
光刻技术中常用的设备和材料
光刻机
用于进行光照和显影的设备， 如步进光刻机和直写式光刻 机。
光刻胶
用于光刻模板和硅片之间的 传递图案的光敏物等。
光刻技术的优势和局限性
1 优势
制作精度高、适用于大规模生产、广泛应用于微电子制造等领域。
2 局限性
成本高、对于狭小的图案尺寸限制较大、环境对光刻胶有一定要求。
平板显示
光刻技术用于制造液晶显示器、有机发光二极管 （OLED）等平板显示器件。
光学器件
用于制作光传感器、光纤通信器件以及光学存储 器件等。
微纳加工
光刻技术在微纳加工领域有广泛的应用，用于制 作微机电系统（MEMS）和纳米器件。
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
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。
光学光刻PPT课件
ArF 准分子激光：193 nm
光
源
极紫外光（EUV），10 ~ 15 nm
X 射线，0.2 ~ 4 nm
电子束
离子束
.
3
接触式
有掩模方式
接近式
非接触式
反射
投影式
全场投影
曝
光
折射 步进投影
方
扫描步进投影
式
矢量扫描
无掩模方式
光栅扫描
（聚焦扫描方式） 混合扫描
.
4
7.2 衍射
当一个光学系统中的所有尺寸， 如光源、反射器、透镜、掩模版上的 特征尺寸等，都远大于光源波长时， 可以将光作为在光学元件间直线运动 的粒子来处理。
但是当掩模版上的特征尺寸接近曝光波长时，就应该把光
的传输作为电磁波来处理，必须考虑衍射和干涉。由于衍射的
作用，掩模版透光区下方的光强减弱，非透光区下方的光强增
加，从而影响光刻的分辩率。
.
5
7.3 调制传输函数和光学曝光
光 强
无衍射效应
.
有衍射效应
6
定义图形的 调制传输函数 MTF 为
MTF Imax Imin Imax Imin
.
20
.
21
优点：
1、掩模版寿命长，图形缺陷少； 2、可以使用高数值孔径的透镜来提高分辨率，通过分步 聚焦来解决焦深问题，可以在大晶片上获得高分辨率的图形；
3、由于掩模尺寸远大于芯片尺寸，使掩模制造简单，可 减少掩模上的缺陷对芯片成品率的影响。
Wmin 0.90μ. m, 7.54μm
16
二、1 : 1 扫描反射投影光刻机
优点：
光源
1、掩模寿命长，图形缺陷少。
光刻与刻蚀工艺ppt课件
6.1 概述
光刻技术被用来界定p-n结的几何形状。
在形成SiO2之后。利用高速旋转机，将晶 片表面旋涂一层对紫外光敏感的材料，称 为光刻胶(photo-resist)。将晶片从旋转机 拿下之后[图 (c)]，在80C～100C之间烘烤。 以驱除光刻胶中的溶剂并硬化光刻胶，加 强光刻胶与晶片的附着力。如图 (d)所示， 下一个步骤使用UV光源，通过一有图案的 掩模版对晶片进行曝光。对于被光刻胶覆 盖的晶片在其曝光的区域将依据光刻胶的 型态进行化学反应。而被暴露在光线中的 光刻胶会进行聚合反应，且在刻蚀剂中不 易去除。聚合物区域在晶片放进显影剂 (developer)后仍然存在，而未被曝光区域 (在不透明掩模版区域之下)会溶解并被洗去。
8.2 光刻工艺
正胶和负胶图形转移
光刻胶通常可分为正性胶和负性 胶两类，两者经曝光和显影后得到的 图形正好相反。显影时，正胶的感光 区较易溶解而未感光区不溶解，所形 成的光刻胶图形是掩模版图形的正映 象。负胶的情况正相反，显影时感光 区较难溶解而未感光区溶解，形成的 光刻胶图形是掩模版图形的负映象。
8.2 光刻工艺
光学光刻使用的正胶通常含有三种主要成分：酚醛树脂、感光 剂和有机溶剂。曝光前的光刻胶基本上不溶于显影液。曝光时， 感光剂 — 如 g 线（436 nm）和 i 线（365 nm）光刻时正胶中 的重氮醌（DNQ），因吸收光能而导致化学结构发生变化，在显 影液中的溶解度比曝光前高出很多（约100倍）。显影后，感光 部分光刻胶被溶解去除。
优点：有较高刻 自从80年代后期用多晶硅成功制作旋转式微马达于硅芯片上以来，微机电系统(microelectromechanical systems，MEMS)迅速引起人
们化的学注 方意式光。：等刻离子体(产li生t的h中o性g反r应a物p与h物质y表，面相又互作译用产图生挥形发性曝产物光。 )：使用带有某一层设计几 何图形的掩模版(mask)，通过光化学反应，经过曝光和显影，使光 这种方式使得微机电系统产品类似于集成电路，可整批制造，廉价推广。
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等
检查
如果硅片检查合格பைடு நூலகம்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
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
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。
光刻的基本步骤
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
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)
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
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
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
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
缺点：投影系统光路复杂,对物镜成像能力要求高。
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
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
光刻过程ppt课件
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
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
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
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;
接触式光刻机 接近式光刻机 投影式光刻机 步进式光刻机
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）
光刻胶的成分
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。
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。
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
检查
如果硅片检查合格பைடு நூலகம்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
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
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。
光刻的基本步骤
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
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)
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
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
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
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
缺点：投影系统光路复杂,对物镜成像能力要求高。
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
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
光刻过程ppt课件
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
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
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
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;
接触式光刻机 接近式光刻机 投影式光刻机 步进式光刻机
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）
光刻胶的成分
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。
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。
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