第二章-1(光学光刻技术)
光刻技术
职大09微电子光刻技术摘要：光刻(photoetching)是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺，在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。
被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的岛状部分。
关键词：光刻胶；曝光；烘焙；显影；前景Abstract: photoetching lithography (is) through a series of steps will produce wafer surface film of certain parts of the process, remove after this, wafer surface will stay with the film structure. The part can be eliminated within the aperture shape is thin film or residual island.Keywords: the photoresist, Exposure; Bake; Enhancement; prospects目录第一章绪论 (2)第二章光刻技术的原理 (3)第三章光刻技术的工艺过程 (4)1基本光刻工艺流程—从表面准备到曝光 (4)1.1光刻十步法 (4)1.2基本的光刻胶化学物理属性 (4)1.2.1组成 (4)1.2.2光刻胶的表现要素 (4)1.2.3正胶和负胶的比较 (5)1.2.4光刻胶的物理属性 (5)1.3光刻工艺剖析 (5)1.3.1表面准备 (5)1.3.2涂光刻胶 (5)1.3.3软烘焙 (6)1.3.4对准和曝光（A&E） (6)2基本光刻工艺流程—从曝光到最终检验 (6)2.1显影 (6)2.1.1负光刻胶显影 (6)2.1.2正光刻胶显影 (7)2.1.3湿法显影 (7)2.1.4干法（或等离子）显影 (7)2.2硬烘焙 (7)2.3显影检验（develop inspect DI） (7)2.3.1检验方法 (8)2.3.2显影检验拒收的原因 (8)2.4刻蚀 (8)2.4.1湿法刻蚀 (8)2.4.2干法刻蚀（dry etching） (9)2.5光刻胶的去除 (10)2.6最终目检 (10)第四章光刻技术的发展与现状 (11)1 .EUV 光刻技术 (11)2 .PREVAIL 光刻技术 (12)3.纳米压印光刻技术 (12)4.展望 (14)参考文献15第一章绪论目前，集成电路已经从2O世纪6O年代的每个芯片上仅几十个器件发展到现在的每个芯片上可包含约1O亿个器件，其增长过程遵从摩尔定律，即集成度每3年提高4倍。
简述光刻技术
简述光刻技术光刻技术是一种半导体加工技术，它被广泛应用于集成电路制造、平板显示器制造、MEMS（微机电系统）制造以及其他微纳米器件的制造中。
通过光刻技术，可以将图案投影到半导体材料表面上，然后使用化学刻蚀等工艺将图案转移到半导体材料上，从而制作出微小而精密的结构。
光刻技术的发展对现代电子工业的发展起到了关键作用，其不断提升的分辨率和精度，为微电子领域的发展提供了强大的支持。
光刻技术的基本原理是利用光学投影系统将图案投射到半导体材料的表面上。
该图案通常由一个硅片上的光刻透镜形成，这个硅片被称为掩膜，通过掩膜和投影光源的组合来形成所需的图案。
投影光源照射到掩模上的图案，然后通过光学投影系统将图案投影到待加工的半导体材料表面上，形成微小的结构。
在现代的光刻技术中，使用的光源通常是紫外线光源，其波长为193nm或者更短的EUV（极紫外光）光源。
这样的光源具有较短的波长，可以实现更高的分辨率，从而可以制作出更小尺寸的微结构。
光刻机的光学镜头和控制系统也在不断地提升，以满足对分辨率和精度的需求。
光刻技术在半导体制造中的应用主要包括两个方面，一是用于制作集成电路中的各种微小结构，例如晶体管的栅极、金属线路、电容等；二是用于制作各种传感器、MEMS等微纳米器件。
在集成电路制造中，光刻技术通常是在硅片上进行的，硅片经过多道工艺，将图案逐渐转移到硅片上，并最终形成完整的芯片。
在平板显示器制造中，光刻技术则是用于制作液晶显示器的像素结构；而在MEMS器件的制造中，光刻技术则是用于制作微机械结构和微流体结构。
光刻技术的发展受到了许多因素的影响，包括光学技术、光源技术、掩膜制备技术、光刻胶技术等。
在光学技术方面，光学投影系统的分辨率和变像畸变都会直接影响到光刻的精度；在光源技术方面，光刻机所使用的光源的波长和功率都会对分辨率和加工速度有直接影响；掩膜制备技术则影响到了掩模的制备精度和稳定性；光刻胶技术则直接影响到了图案的传输和转移过程。
光学光刻
缺点：掩模版与晶片易损伤，成品率低
接近式 优点：掩模版寿命长，成本低 缺点：衍射效应严重，影响分辨率 全反射 优点：无像差，无驻波效应影响 缺点：数值孔径小，分辨率低 优点：数值孔径大，分辨率高， 对硅片平整度要求低， 掩模制造方便 缺点：曝光效率低，设备昂贵
非 接 触 式 投影式
折射
在步进光刻机上通常有自动对准系统。为了提高对准效率，
可以先作一次人工对准。
掩模的热膨胀也会产生对准误差。为避免 8 英寸掩模产生
0.1 m 的膨胀，掩模的温度变化必须控制在 0.75C 左右。
10 小结
限制光学曝光方式的分辨率的主要因素是衍射效应。最早 使用的接触式光刻机，分辨率可到 1 m以下，但容易损伤掩模 和硅片。解决的办法是使用接近式光刻机，但要影响分辨率。 介绍了具有亚微米分辨率的投影曝光系统。为了解决分辨率和
衬底处的光对制版技术提出了新的要求，如相移材料的 选择、制备与加工，制版软件中对相移层图形的设计等。
边缘相移掩模技术
四、光学邻近效应修正技术（OPC） 把掩模设想为一个曝光矩阵 M，由许多 0 和 1 的像素组成，
0 代表透明区，1 代表不透明区。当用这块掩模对硅片曝光后，
NA
式中，k1 是与光刻胶的光强响应特性有关的常数，约为 0.75 。 NA 为镜头的数值孔径，
NA n sin
n 为折射率， 为半接收角。NA 的典型值是 0.16 到 0.8。 增大 NA 可以提高分辨率，但受到焦深的限制。
焦深 代表当硅片沿光路方向移动时能保持良好聚焦的移动 距离。投影式光刻机的焦深由 雷利第二公式 给出，即
最小可分辨的线宽为
Wmin k g g
式中，k 是与光刻胶处理工艺有关的常数，通常接近于 1。
光刻技术的原理和应用
光刻技术的原理和应用1. 光刻技术简介光刻技术是一种半导体制造工艺中的核心技术，它通过使用光刻胶和强光源对半导体材料进行曝光和显影，从而形成精细的图案。
光刻技术广泛应用于集成电路、光学器件、光纤通信等领域，并在现代科技的高速发展中扮演着重要的角色。
2. 光刻技术的原理光刻技术的基本原理是利用紫外线或电子束照射光刻胶，通过光学或电子学的方式将图形投射到硅片表面上。
具体原理如下： - 掩膜制备：首先，根据设计要求，通过计算机辅助设计软件制作掩膜。
掩膜上的图形和模式将决定最终形成的芯片或器件的结构和功能。
掩膜制备完成后，可以进行下一步的光刻工艺。
- 光刻胶涂布：将光刻胶均匀涂布在硅片表面，待其干燥后，形成一层均匀的薄膜。
- 曝光：将掩膜放置在光刻机上，并通过强光源（紫外线或电子束）照射胶层，使胶层中被照射到的部分发生化学反应。
- 显影：将曝光后的光刻胶进行显影处理。
显影液会溶解胶层中未曝光或曝光光强较弱的部分，从而形成所需的图案结构。
- 刻蚀：使用化学腐蚀剂将显影后的光刻胶图案转移到硅片表面。
硅片经过刻蚀后，就可以进行后续的工艺步骤，如沉积材料、蚀刻、退火等。
3. 光刻技术的应用光刻技术作为半导体制造工艺的重要步骤，广泛应用于以下领域：3.1 集成电路制造•制造微电子芯片：光刻技术在集成电路制造中扮演着重要的角色。
它可以将复杂的电路图案转移到硅片上，制造出微米级别的微电子芯片。
光刻技术的精细度和稳定性对于芯片的性能和可靠性有着重要影响。
•多层薄膜的制备：光刻技术还可以用于制备多层薄膜。
通过在每一层上使用不同的掩膜和曝光显影工艺，可以制备出具有特定功能的多层薄膜结构。
这种技术在微电子器件和光学器件制造中得到广泛应用。
3.2 光学器件制造•制造光学透镜：光刻技术可以制造各种光学透镜和光学器件。
通过光刻胶的曝光显影工艺，可以在光学玻璃上形成精细的结构，从而调控光的传播和聚焦性能。
•制备光接头和光波导器件：光刻技术还可以用于制备光接头和光波导器件。
光学光刻技术
光刻技术的原理
集成电路制造中利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。
随着半导体技术的发展，光刻技术传递图形的尺寸限度缩小了2～3个数量级（从毫米级到亚微米级），已从常规光学技术发展到应用电子束、X射线、微离子束、激光等新技术；使用波长已从4000埃扩展到0.1埃数量级范围。
光刻技术成为一种精密的微细加工技术。
光刻技术是在一片平整的硅片上构建半导体MOS管和电路的基础，这其中包含有很多步骤与流程。
首先要在硅片上涂上一层耐腐蚀的光刻胶，随后让强光通过一块刻有电路图案的镂空掩模板（MASK）照射在硅片上。
被照射到的部分(如源区和漏区)光刻胶会发生变质，而构筑栅区的地方不会被照射到，所以光刻胶会仍旧粘连在上面。
接下来就是用腐蚀性液体清洗硅片，变质的光刻胶被除去，露出下面的硅片，而栅区在光刻胶的保护下不会受到影响。
随后就是粒子沉积、掩膜、刻线等操作，直到最后形成成品晶片（WAFER）。
光刻技术是集成电路制造中利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。
随着半导体技术的发展，光刻技术传递图形的尺寸限度缩小了2～3个数量级（从毫米级到亚微米级），已从常规光学技术发展到应用电子束、X射线、微离子束、激光等新技术；使用波长已从4000
埃扩展到0.1埃数量级范围。
光刻技术成为一种精密的微细加工技术。
光刻技术简介
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1
讲解内 容
光刻技术简 光刻的介原理概
光刻胶述-光致抗蚀 光刻的一剂般流
程
光刻技术应用举例
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2
光刻的原理简 介
光刻： 利用照相复制与化学腐蚀相结 合的技术，在工件表面制取精 密、微细和复杂薄层图形的化 学加工方法。多用于半导体器 件与集成电路的制作。
传统方法制作电极的缺陷：
1：PVDF压电薄膜两侧的电极层的尺寸大小和 形状与薄膜不匹配。 2：未经过处理的压电薄膜在电极两侧加上电 压时，会产生放电现象。
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光刻技术在PVDF压电薄膜电极制作中的应 用
第一步： 设计要制作的电极的形状与尺寸
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光刻技术在PVDF压电薄膜电极制作中的应 用
原理：利用光致抗蚀剂(或称光刻胶)感 光后因光化学反应而形成耐蚀性 的特点，将掩模板上的图形刻制 到被加工表面上。
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光刻 胶
光刻胶：也称为光致 抗蚀剂，它是由感光 树脂、增感剂和溶剂 三部分组成的对光敏 感的混合液体。
光刻胶主要用来将 光刻掩模板上的图形 转移到元件上。
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第二步： 对PVDF压电薄膜进行清洗处理。采用 有机溶剂丙酮。
第三步： 涂胶。选用正性光刻胶，采用手工操作 涂到需要保护的电极层上。
第三步： 前烘与曝光。
第四步： 腐蚀。采用湿法刻蚀方法。选取碘和碘化 钾的水溶液（质量比为1:4:40）作为金的 腐蚀溶剂，体积分数为40%的氢氟酸作为 铬层的腐蚀溶剂。
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谢谢大家
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5 显影 6 坚模 7 刻蚀 8 去胶
光刻技术原理全解
光刻技术原理全解光刻技术是一种微电子制造中非常重要的技术方法，常用于半导体器件制造过程中。
它通过使用光刻胶光刻胶（photoresist）和光源光源（light source）制作芯片上各种测量、定义和纳米加工细节的光刻工艺步骤，实现高精度的微纳米尺寸特征的制作。
下面将为您介绍光刻技术的原理。
光刻技术的原理基于光的光的干涉和衍射原理。
首先，需要一个光源，通常使用的是紫外线（UV）光源，因为紫外线具有高能量和短波长，对于制作微小特征具有优势。
光源产生的UV光通过光学系统会聚到准直镜上，进一步聚焦到光刻胶表面。
光刻胶是光刻技术中非常关键的材料。
它是一种光敏树脂，通过特殊的化学处理使其对紫外线光有响应。
在曝光过程中，光刻胶对紫外线光会产生化学反应，发生聚合或降解的变化，被曝光的区域与未曝光区域的物性发生差异，从而形成图案。
在光刻胶的表面上，需要使用掩膜（mask）制作出期望的图案。
掩膜是一个类似于胶片的透明基片，其上涂有几层不同材料构成的图案。
掩膜上的不透明部分会阻挡光的透过，形成尺寸精确的光刻图案。
掩膜的图案是根据芯片设计师所需的结构进行设计和制作的。
当光刻胶在光源的照射下进行曝光时，通过光学系统重新聚焦到光刻胶表面，被曝光的区域会发生化学反应，使光刻胶发生改变。
在光刻胶材料中有两类最常用的光刻胶，一种是正相光刻胶（positive photoresist），另一种是负相光刻胶（negative photoresist）。
正相光刻胶在紫外线照射下，被照射的区域聚合形成硬化的物质，而负相光刻胶则是被照射区域发生降解，形成溶解物。
曝光之后，还需要进行显影（develop）的工艺步骤。
显影是使光刻胶发生物理或化学变化，从而去除未曝光或曝光后不需要的材料的过程。
对于正相光刻胶，未曝光区域显影后会被去除，而曝光区域则会保留下来。
对于负相光刻胶，则是未曝光区域保留，而曝光区域被去除。
经过显影之后，我们得到了期望的图案，其中未被照射的区域通过显影工艺去除的，形成了芯片上的光刻图案。
光刻的基本原理
光刻的基本原理1. 光刻技术概述光刻（photolithography）是一种在微电子制造工艺中广泛应用的技术，用于将电路图案转移至硅片上。
它是一种光影刻蚀技术，通过使用特殊的光刻胶和掩膜来实现。
2. 光刻的基本步骤光刻的基本步骤包括掩膜制备、光刻胶涂布、曝光、显影和刻蚀等步骤。
2.1 掩膜制备掩膜是光刻中的一种重要工具，它由透明光刻胶和不透明掩膜板组成。
掩膜板的图案决定了最终在硅片上形成的电路。
2.2 光刻胶涂布在光刻过程中，需要将光刻胶均匀涂布在硅片上。
涂布需要控制好厚度，并保持均匀性。
2.3 曝光曝光是将掩膜上的图案转移到光刻胶层的过程。
曝光时，光源会将光刻胶层中的敏化剂激活，使其变得可显影。
2.4 显影显影是将曝光后的光刻胶层中未被曝光的部分去除，从而显现出所需图案的过程。
显影液会溶解未暴露于光的区域，使其变为可刻蚀的区域。
2.5 刻蚀刻蚀是将显影后的光刻胶层外的材料去除的过程。
通过刻蚀，可以形成所需的电路图案。
3. 光刻的基本原理光刻的基本原理可以分为光学透射原理和化学反应原理两个方面。
3.1 光学透射原理光学透射原理是光刻的基础，也是光刻胶和掩膜的关键。
光刻胶对于不同波长的光有不同的吸收特性，而掩膜上的图案会通过光刻胶的吸收和透射来形成图案。
当掩膜上的图案被光照射时，光刻胶中的敏化剂会被激活，从而改变光刻胶的溶解性质。
3.2 化学反应原理化学反应原理是光刻胶显影和刻蚀的基础。
在显影过程中，显影液与光刻胶表面的未暴露区域发生化学反应，使其溶解。
而在刻蚀过程中，刻蚀液与未被光刻胶保护的硅片表面或者下一层材料发生化学反应，使其被去除。
4. 光刻的影响因素光刻的效果受到多个因素的影响，主要包括曝光能量、曝光时间、光刻胶厚度、显影液浓度等因素。
4.1 曝光能量和曝光时间曝光能量和曝光时间决定了光刻胶的显影深度，对图案的清晰度和精度有重要影响。
4.2 光刻胶厚度光刻胶厚度会影响曝光和显影的效果，太厚会导致曝光不足，太薄则可能导致显影不均匀。
光学原理在光刻技术中的应用
光学原理在光刻技术中的应用光刻技术是一种常见的微影制造工艺，广泛应用于半导体芯片、平板显示器、光通信器件等领域。
在光刻技术中，光学原理扮演着关键的角色，通过光学原理的应用实现了高分辨率、高精度的微细结构的制造。
本文将介绍光刻技术的基本原理以及光学原理在光刻技术中的关键应用。
一、光刻技术的基本原理光刻技术是一种利用光敏剂对物质进行化学或物理变化的技术。
它的基本原理是利用掩膜对光进行精确的控制，通过光照射将光敏剂上的图案转移至底物上。
光刻技术主要由掩膜制备、曝光暴光、显影和刻蚀等步骤组成。
1.掩膜制备：在光刻技术中，掩膜是一种从掩膜板上通过光刻胶转移图案的透光掩膜。
它的制备过程主要包括光刻胶涂布、预烘烤和曝光暴光等步骤。
2.曝光暴光：曝光暴光是光刻技术中最关键的步骤之一。
曝光暴光过程中，利用光学原理将掩膜上的图案通过透光掩膜传导至底物上。
光学原理中的干涉、衍射和透射等现象为曝光暴光提供了物理基础。
3.显影：显影是将暴光后的底物进行化学反应，将控制曝光后的图案转移至底物上的过程。
光刻胶中存在溶解和凝聚等反应，显影液的选择和显影时间的控制对于显影效果至关重要。
4.刻蚀：刻蚀是将显影后的底物上未被光刻胶保护的区域进行物理或化学蚀刻，将底物中不需要的物质去除的过程。
刻蚀技术中，对光刻胶剩余的控制和刻蚀速率的控制是非常重要的。
二、1.曝光光源选择：在光刻技术中，曝光光源的选择对于最终的曝光质量至关重要。
根据不同曝光要求，可以选择紫外光、深紫外光和电子束光源等。
光学原理中的衍射和干涉等现象为选择合适的光源提供了理论依据。
2.掩膜设计和制备：掩膜是光刻技术中非常重要的组成部分，它的设计和制备直接影响着图案的精度和稳定性。
光学原理中的透射和衍射现象为掩膜图案的设计提供了理论基础，掩膜的制备则需要光刻胶的涂布均匀性和预烘烤参数的控制。
3.显影液配方和显影时间：显影是将控制曝光图案转移至底物的关键步骤，显影液的配方和显影时间的控制对于显影效果至关重要。
光刻技术的发展进程
光刻技术的发展进程1.引言1.1 概述随着科技的飞速发展，光刻技术作为一种重要的微纳制造技术，正在广泛应用于半导体、光电子等领域。
光刻技术通过利用光的干涉、衍射和折射等现象，对光敏材料进行曝光，从而实现微米级甚至纳米级的精确图形转移。
其高解析度、高精度、高可重复性等特点使之成为当今先进制造领域的核心技术之一。
光刻技术的发展得益于半导体工艺的不断进步。
20世纪50年代初，随着集成电路的兴起，光刻技术开始被广泛应用于半导体芯片制造中。
其后，随着半导体工艺的不断演进，光刻技术的发展也日益迅猛。
从最早的传统光刻技术，逐渐发展到投影光刻技术、近场光刻技术等。
这些新技术的出现，使得光刻技术更加精确、高效，并且可应用于更小尺寸的器件制造。
光刻技术的进步对于微电子产业的发展具有重要意义。
现代电子产品对于器件尺寸的要求越来越苛刻，如目前的芯片工艺已经逐渐接近纳米级，而光刻技术则成为了实现这一要求的重要手段。
通过光刻技术，可以在半导体材料表面上精确制造出微小的电路图案，从而实现集成电路中的互连和功能器件的制造。
光刻技术的应用前景广阔。
随着人工智能、物联网、5G通信等技术的快速发展，对于更高性能、更小尺寸、更低功耗的集成电路需求也越来越大。
而光刻技术作为微纳制造的重要工艺之一，将继续发挥其巨大的作用。
预计未来，光刻技术将不断推动半导体工艺的发展，实现器件制造的更高精度和更小尺寸，满足不断升级换代的电子产品需求。
总而言之，光刻技术的发展进程与半导体工艺的演进紧密相连。
其作为一种核心的微纳制造技术，对于现代高性能集成电路和光电子器件的制造起着至关重要的作用。
未来，光刻技术将继续发展，并且在新兴领域的应用中发挥着越来越重要的作用。
1.2 文章结构文章结构:本文将按照以下结构来介绍光刻技术的发展进程。
首先，在引言部分，我们将概述本文的主要内容，介绍文章的结构和目的。
接下来，在正文部分，我们将先给出光刻技术的定义和背景，为读者提供一个整体的认识。
第二章-光学曝光技术PPT课件
其
模
拟
PROLITH（ KLA-Tencor）
模 型
SIGMA-C （ SOLID-C ）
3
SAMPLE（Berkeley）
曝光质量比较
① 模拟的目的是找出最佳的工艺条件和曝光条件，找出最佳的掩模设计方案。 光学曝光质量的比较的标准—Ⅰ：比较光学像;Ⅱ:比较显影后的光刻胶图形。 Ⅰ：比较光学像—光学像的比较主要是比较像分布的对比度和焦深。比较光学像可 排除光刻胶及具体工艺条件的影响，直接对光学系统和掩模系统进行评价。是一种 定性的评价。 Ⅱ:比较显影后的光刻胶图形—对某一种光刻胶比较曝光剂量和散焦对图形关键尺寸 CD的影响。
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2. M2LIGA技术
为了控制微结构的侧壁倾斜度，便于形成具有不 同倾斜度的斜面、锯齿、圆锥或圆台等微结构,日 本科研人员在 1999年提了M2LIGA技术。该技术 用移动掩模X光深度光刻代替了常规的静止掩模X 光深度光刻。 在光刻时X光掩模不是固定不动,而 是沿着与光刻胶基片平行的方向移动或转动。
15
LIGA技术的典型工艺流程图：
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LIGA 技术标准工艺
LIGA技术的四大工艺组成： • LIGA掩模板制造工艺 • X光深层光刻工艺 • 微电铸工艺 • 微复制工艺
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LIGA掩模板制造工艺
• LIGA 技术的第一步是制造LIGA专用的X光 掩模板，LIGA掩模板必须有选择地透过和 阻挡X光。一般的紫外光掩模板不适合做 LIGA掩模板。
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微复制工艺
• 由于同步辐射X光深层光刻代价较高 ，无法进行大批量生产，所以LIGA技术 的产业化只有通过微复制技术来实现。
• 方式：注塑成型和模压成型 • 注塑成型适用于塑料产品的批量生产 • 模压成型适用于金属产品的批量生产
光刻机原理教学课程设计
光刻机原理教学课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生理解光刻机的基本原理，掌握其工作流程中的关键步骤；2. 学生掌握光刻机中光学、机械及电子等基本部件的功能和相互作用；3. 学生了解光刻技术在半导体制造领域的重要性和应用。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析并解释光刻机在芯片制造过程中的作用；2. 学生通过小组合作，设计简单的光刻实验，提高动手操作和团队协作能力；3. 学生能够运用光刻技术的基本原理，对实际生产中的问题进行初步分析。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对光刻技术及相关科学研究的兴趣，激发探索精神；2. 学生认识到科技创新在国家发展中的重要性，增强民族自豪感；3. 学生在学习过程中，培养严谨、细致、合作、探究的学习态度。
课程性质分析：本课程为高年级物理或电子学科相关课程，旨在帮助学生深入理解光刻技术及其在芯片制造领域的作用。
学生特点分析：高年级学生对物理、电子等专业知识有一定的基础，具备较强的逻辑思维能力和动手能力，对新技术和新知识充满好奇。
教学要求：1. 结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力；2. 创设问题情境，引导学生主动探究，培养学生的创新思维；3. 强调团队合作，提高学生的沟通与协作能力。
二、教学内容1. 光刻技术概述：介绍光刻技术的发展历程、应用领域及重要性。
- 教材章节：第二章“光刻技术简介”2. 光刻机原理及其工作流程：详细讲解光刻机的基本原理、工作流程及关键参数。
- 教材章节：第三章“光刻机原理与结构”3. 光刻机主要部件及其功能：分析光刻机中的光学系统、机械系统、电子系统等主要部件的作用及相互关系。
- 教材章节：第四章“光刻机主要部件”4. 光刻工艺流程：介绍光刻工艺的步骤，包括预处理、涂胶、曝光、显影、蚀刻等。
- 教材章节：第五章“光刻工艺流程”5. 光刻技术在半导体制造中的应用：分析光刻技术在芯片制造过程中的具体应用及其影响。
- 教材章节：第六章“光刻技术在半导体制造中的应用”6. 光刻技术发展趋势：探讨光刻技术的发展趋势，如极紫外光刻、纳米光刻等技术。
光刻技术流程
光刻技术流程光刻技术是现代微电子制造中一项重要的工艺技术，用于将电路图案转移到硅片上。
它是一种光学投影技术，通过使用光源和掩模来实现图案的精细转移。
光刻技术流程包括光刻胶涂覆、烘烤预处理、曝光显影、清洗和检查等步骤。
一、光刻胶涂覆光刻胶涂覆是光刻技术流程的第一步，其目的是将光刻胶均匀地涂覆在硅片表面。
首先，将硅片放置在涂覆机的台面上，并将光刻胶倒入涂覆机的涂覆盆中。
然后，涂覆机会将光刻胶从涂覆盆中吸取并均匀涂覆在硅片上。
涂覆完成后，硅片会经过旋转以除去多余的光刻胶。
最后，硅片会被放置在烘烤机中进行烘烤预处理。
二、烘烤预处理烘烤预处理是为了使涂覆在硅片上的光刻胶变得更加坚硬和稳定。
在烘烤过程中，硅片会被放置在烘烤机中，加热一段时间。
烘烤的温度和时间根据所使用的光刻胶的特性而定。
烘烤后，光刻胶会形成一层坚硬的薄膜，以便进行下一步的曝光显影。
三、曝光显影曝光显影是光刻技术流程中的核心步骤，通过使用光源和掩模将电路图案转移到硅片上。
首先，将硅片放置在曝光机的台面上，并将掩模放置在硅片上方。
然后，通过控制曝光机的光源，将光照射到掩模上，形成一个投影的图案。
光线通过掩模的透明部分照射到光刻胶上，使其发生化学反应。
曝光完成后，硅片会被放置在显影机中进行显影。
显影过程中，使用显影液将未曝光的光刻胶部分溶解掉，暴露出硅片表面。
显影液的成分和浓度根据光刻胶的特性而定。
显影时间也需要根据所需的图案精度进行控制。
显影完成后，硅片会被清洗以去除残留的显影液。
四、清洗和检查清洗是为了去除硅片表面的污染物和残留的光刻胶。
清洗过程中，硅片会被浸泡在一系列的清洗液中，以去除表面的污染物。
清洗液的成分和浓度根据具体的清洗要求而定。
清洗后，硅片会被烘干以去除水分。
硅片会经过检查以确保图案转移的质量。
检查会使用显微镜或其他检测设备来观察图案的清晰度和精度。
如果发现问题，需要进行修复或重新进行光刻。
光刻技术流程包括光刻胶涂覆、烘烤预处理、曝光显影、清洗和检查等步骤。
光学光刻技术
光学光刻技术一、光学光刻光学光刻是通过广德照射用投影方法将掩模上的大规模集成电路器件的结构图形画在涂有光刻胶的硅片上，通过光的照射，光刻胶的成分发生化学反应，从而生成电路图。
限制成品所能获得的最小尺寸与光刻系统能获得的分辨率直接相关，而减小照射光源的波长是提高分辨率的最有效途径。
因为这个原因，开发新型短波长光源光刻机一直是各个国家的研究热点。
除此之外，根据光的干涉特性，利用各种波前技术优化工艺参数也是提高分辨率的重要手段。
这些技术是运用电磁理论结合光刻实际对曝光成像进行深入的分析所取得的突破。
其中有移相掩膜、离轴照明技术、邻近效应校正等。
运用这些技术，可在目前的技术水平上获得更高分辨率的光刻图形。
20世纪70—80年代，光刻设备主要采用普通光源和汞灯作为曝光光源，其特征尺寸在微米级以上。
90年代以来，为了适应IC集成度逐步提高的要求，相继出现了g谱线、h谱线、I谱线光源以及KrF、ArF等准分子激光光源。
目前光学光刻技术的发展方向主要表现为缩短曝光光源波长、提高数值孔径和改进曝光方式。
二、移相掩模光刻分辨率取决于照明系统的部分相干性、掩模图形空间频率和衬比及成象系统的数值孔径等。
相移掩模技术的应用有可能用传统的光刻技术和i线光刻机在最佳照明下刻划出尺寸为传统方法之半的图形，而且具有更大的焦深和曝光量范围。
相移掩模方法有可能克服线/间隔图形传统光刻方法的局限性。
随着移相掩模技术的发展,涌现出众多的种类,大体上可分为交替式移相掩膜技术、衰减式移相掩模技术；边缘增强型相移掩模,包括亚分辨率相移掩模和自对准相移掩模；无铬全透明移相掩模及复合移相方式(交替移相+全透明移相+衰减移相+二元铬掩模)几类。
尤其以交替型和全透明移相掩模对分辨率改善最显著,为实现亚波长光刻创造了有利条件。
全透明移相掩模的特点是利用大于某宽度的透明移相器图形边缘光相位突然发生180度变化,在移相器边缘两侧衍射场的干涉效应产生一个形如“刀刃”光强分布,并在移相器所有边界线上形成光强为零的暗区,具有微细线条一分为二的分裂效果,使成像分辨率提高近1倍。
光刻技术的原理与发展
光刻技术的原理与发展光刻技术的基本原理光刻技术是半导体制造中的一项关键技术，它用于在硅片上形成微小的设备结构。
这项技术主要包括所谓的「光刻」过程，这是一个将图形（如晶体管和连线）准确传输到硅片上的过程。
光刻技术包括核心步骤：涂覆光阻、软烘干、对准和曝光、显影、硬烘干以及刻蚀等。
其中，光阻是一种光敏材料，能够在光的照射下发生化学变化。
根据这种光敏反应，我们可以用光刻技术在硅片上形成微小结构。
这种技术将电路图案转移到半导体晶体管的过程中起着关键的角色。
它的操作原理涵盖了若干个步骤。
首先是准备工作，要将硅片清洗干净，并且在硅片上旋涂一层光敏胶。
然后就是光刻机中的照射过程了。
光刻机的主要部分是一个强大的紫外线光源、一个细微的图案罩板（也叫做掩模或者光罩）和一组精密的透镜。
首先，光源发出紫外光照射到光罩上。
光罩上有我们需要的电路图案，被阻挡的地方光无法通过，可以通过的则将光线投向下一步的透镜组。
透镜组将会把这些光线聚集起来，并精确地投影至先前涂上光敏胶的硅片上。
紫外光照射后，光敏胶会发生化学变化。
这些化学变化取决于光敏胶的类型，主要分为两种类型：正性光敏胶和负性光敏胶。
对于正性光敏胶，紫外光照射的部分会变得更薄，更容易溶解；而对于负性光敏胶，紫外光照射的部分会变得更厚且更难溶解。
此后，利用适当的溶剂，也就是显影液，将容易溶解的部分显影出来，再进行冲洗和干燥操作。
准备工作：首先清洗硅片，以去除其表面的灰尘和污渍；然后将硅片放入烘箱中，通过升高温度来移除残留的水分；最后，在硅片表面涂上一层光敏胶。
这层光敏胶的厚度（一般为数微米至数百微米）将影响接下来的刻蚀深度和图案的细度。
涂胶的过程通过旋涂机进行，通常选择的转速为1000-5000转/分钟。
预烘：将涂有光敏胶的硅片放在热板上进行预烘，以使光敏胶固化并均匀地粘附在硅片上。
预烘温度通常在90-100摄氏度之间，这会影响到光敏胶的硬度和光刻的精度。
曝光：此环节是光刻的关键过程。
光学光刻
使阳极高速旋转。
2、等离子体 X 射线源 用聚焦的高能电子束或激光束轰击金属薄膜，使之蒸发成 为等离子体。超热的金属等离子体蒸汽将发射 X 射线，波长为 0.8 ~ 10 nm 。 这种 X 射线源从激光到 X 射线的转换效率约为 10%，光强 比较强，并有非常小的直径，比较适合于光刻。
例：当 0.436 μm (g线), g 20μm 时，Wmin 2.95μm
三 投影式光刻机
一、分辨率与焦深
投影式光刻机的分辨率由 雷利第一公式 给出，即
Wmin k1
NA
式中，k1 是与光刻胶的光强响应特性有关的常数，约为 0.75 。 NA 为镜头的 数值孔径，
NA n sin
制散射投影电子束光刻（Scattering with Angular Limitation Projection Electron-beam Lithorgraphy, SCALPEL），它是
利用散射反差的对比来产生图形。掩模版的透明区用低 Z 材料
制成，不透明区用高 Z 材料制成。不透明区不是吸收电子而是 以足够大的角度散射电子，使之被光阑阻挡。这就允许使用极 高的能量，从而使低 Z 材料区几乎完全透明。 掩模版的透明区通常是富硅的氮化硅，厚约 0.1 m 。不透 明区可采用 W/Cr，厚约 0.05 m 。 在图像质量和生产效率之间存在矛盾。低电子流ns
曲折的步进图形
图形曝光在硅片上是投影 掩膜版上视场的1/5 4 mm × 3 mm, 4 die 每次曝光
Wafer
小结
限制光学曝光方式的分辨率的主要因素是衍射效应。最早 使用的接触式光刻机，分辨率可到 1 m以下，但容易损伤掩模 和硅片。解决的办法是使用接近式光刻机，但要影响分辨率。 介绍了具有亚微米分辨率的投影曝光系统。为了解决分辨率和
《光学光刻》课件
通过光源照射，使光刻胶中的分子 发生化学反应，形成曝光图形。
光学光刻的工艺流程
01
显影
将曝光后的光刻胶进行显影，使曝 光图形得以显现。
腐蚀
将与光刻胶相接触的基片腐蚀掉， 形成电路或器件的结构。
03Βιβλιοθήκη 02坚膜烘焙增强光刻胶的附着力和耐腐蚀性。
去胶
将剩余的光刻胶去除，完成整个工 艺流程。
04
光学光刻的关键技术
挑战
随着制程线宽的不断缩小，光学光刻技术面临着衍射极限、光源波长限制等物理 极限的挑战；同时，高精度对准和转移技术也是亟待解决的问题。
机遇
随着新材料、新工艺和新技术的不断发展，光学光刻技术有望与其他先进技术相 结合，突破物理极限的限制，实现更小制程线宽的制造；同时，光学光刻技术在 柔性电子、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。
光学干涉光刻技术
利用光的干涉现象，实现高精度、大面积的制程 。
光学光刻技术的发展趋势
高分辨率
随着芯片制程的缩小，光学光刻技术需要更高的分辨率。
多功能化
满足不同材料、不同结构、不同制程需求，实现一机多用。
智能化
结合人工智能和机器学习技术，提高制程精度和效率。
光学光刻技术的未来展望
新材料和新技术的应用
微电子封装
在微电子封装领域，光学光刻技术用 于制造高精度、高可靠性的封装结构 ，确保微电子产品的稳定性和可靠性 。
微纳加工领域的应用案例
微纳结构制备
光学光刻技术能够实现微纳级别的结构制备，广泛应用于微纳传感器、微纳执 行器等器件的制造。
生物芯片制备
在生物芯片制备领域，光学光刻技术能够制造高精度、高密度的生物芯片，提 高生物检测和测序的效率。
光学光刻中的离轴照明技术
光学光刻中的离轴照明技术《光学光刻中的离轴照明技术》
嘿，你们知道吗，在那个充满神秘和科技感的光学光刻世界里，有个特别厉害的东西叫离轴照明技术呢！
就说我之前去参观一个科技展馆的时候吧，一进去就被那些高科技玩意儿给吸引住了。
然后我就看到了关于光学光刻的展示区，那里有个讲解员在讲离轴照明技术。
我就凑过去听，哎呀，一开始还真有点懵懵懂懂的。
讲解员说啊，这个离轴照明技术就像是给光刻机打了一束特别的光，让它能更清楚、更准确地在硅片上“画画”。
我当时就想，这可真神奇啊！就好像我们画画的时候，突然有了一束特别亮的光，能让我们把线条画得更精细一样。
我在那盯着那些展示模型看了好久，想象着这小小的技术是怎么在那么复杂的芯片制造过程中发挥大作用的。
看着看着，我都入迷了，感觉自己好像也变成了那束神奇的光，在帮助制造那些超级厉害的芯片呢！
从展馆出来后，我脑子里还一直想着那个离轴照明技术。
真的是太有意思啦！它就像是科技世界里的一个小魔法，虽然我们平时可能不太注意到它，但它却在默默地为我们的高科技生活贡献着力量呢！以后啊，我可得多了解了解这些神奇的科技，说不定哪天我也能搞出个大发明来呢！哈哈！这就是我和离轴照明技术的一次奇妙相遇啦，你们觉得有趣不？。
第二章-1(光学光刻技术)
2
Historical note:lithography’s origins
Lithography [stone (lithos)+write (gráphein)]refer to a process invented in 1796 by Aloys Senefelder. He found that stone when properly inked and treated with chemicals, could transfer a carved image into paper.
underexposed PR molecules Average out standing wave effect Smooth PR sidewall and improve resolution
52
Alignment (套刻对准)
套准精度：对准系统把版图套准到硅 片上图形的能力。
套准容差：要形成的图形层和前一层 图形的最大相对位移。一般而言，套 准容差为特征尺寸的1/3。
16
（3）Mask Aligner (光学光刻机)
Exposure system (maskaligner) consist of a light source, illumination optics, a mask, projection optics, an alignment system and a wafer stage.
4, Step & Repeat Alignment/Exposure
25
26
5，Projection Printer (步进+扫描投影曝光机)
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12
Mask Aligners对准机/光刻机
主要性能标准： 1, 分辨率(即可以曝光出来的最小特征尺寸) 2, 对准(套刻精度的度量) 3, 产量
13
Resolution 分辨率
通常表达为可分辨的且仍能保持一定 尺寸容差的最小特征尺寸。 典型值是取线宽分布三倍标准偏差值 不超过线宽的10％。
14
Need develop light source, PR and equipment Limitation for reducing wavelength UV to DUV, to EUV, and to X-Ray
Reduce k1
Phase shift mask Immersion lithography 34
Reduce k1
Phase-shifting Masks
(移相掩膜技术—以相消干涉原理为基础)
35
36
Reduce k1
Immersion Lithography 浸没式光刻
nair =1.0 nwater=1.4
37
Depth of Focus (焦深)
透镜焦点周围的一个范围，在这个范围内图像连续地保 持清晰，这个范围被称为焦深。
28
Light Diffraction With Lens
29
Projection Printing (投影式曝光)
k1: experimentally determined parameter λ: wavelength of the light NA: numerical aperture of the lens system 30
Liquid films: Spin-on glass, resist Solid films: CVD deposition dioxide Chemical-mechanical polishing (CMP) [oxide, polysilicon, metal]
42
表面反射和驻波对曝光精度的影响
Resolution: 5μm
Today, photolithography, X-ray lithography, chargeparticle lithography, all achieved submicro resolution.
Resolution: ~10-190nm
4
Lithography Overview
投影掩模版的对准标记(RA)在投影掩模版的左 右两侧。它将与安装在步进光刻机机身上的对 准标记对准。 整场对准标记(GA)在第一次曝光时被光刻在硅 片左右两边，它被用于每个硅片的粗对准。 精对准标记(FA)是在每个场曝光时被光刻，它 被用于每个硅片曝光场和投影掩模版的对准调 节。
51
Alignment (套刻对准)
Mask Aligner (光学光刻机)
Exposure system (maskaligner) consist of a light source, illumination optics, a mask, projection optics, an alignment system and a wafer stage.
16
Expusure Light source
•Short wavelength •High intensity •Stable •High pressure mecury lamp •Excimer laser
17
Spectrum of the Mercury Lamp
18
Photolithgraphy Light Sources
Numerical Aperture (数值孔径)
透镜收集衍射光 的能力称为透镜 的数值孔径(NA)
NA=nsinθm
31
通过增加透镜半径,达到增加NA的目的
k=0.75 NA=0.6 λ=365nm R=0.4μm 32
Exercise 1, K1=0.6
0.436 0.365 0.248 0.193
8
9
Cr(铬) Glass(玻璃)
掩模版 (Mask)
dark field
light field 10
Negative and Positive Photoresist
11
Critical Dimension (特征尺寸)
Hale Waihona Puke The absolute size of minimum feature in an IC or a miniature device, whether it involves a line width, spacing, or contact dimension, is called the critical dimension.
DOF =
λ
2( NA)
2
λ =365nm NA=0.4 DOF =2.3μm 38
Exercise 2,
DOF =
λ
2( NA)
2
0.605 0.507 0.344 0.268 39
光刻系统分辨率与焦深的关系
DOF =
λ
2( NA)
2
40
光刻系统分辨率与焦深的关系
41
Planarization (表面平整化)
33
The way to improve resolution
Increase NA
Larger lens, could be too expensive and unpratical Reduce DOF and cause fabrication difficulties
Reduce wavelength
1822, France, Nicéphore Niépce, copy an etch print on oiled paper using bitumen mask---the advent of photography; 1827, France, Lemaître, using strong acid made an engraving of Cardinal d’Amboise (一位红衣 主教的雕像).
47
Alignment (套刻对准)
套准精度：对准系统把版图套准到硅 片上图形的能力。 套准容差：要形成的图形层和前一层 图形的最大相对位移。一般而言，套 准容差为特征尺寸的1/3。
48
Alignment (套刻对准)
49
50
对准标记
对准标记：置于掩模版和硅片上用来 确定它们的位置和方向的定位图形。
2
Historical note:lithography’s origins
Lithography [stone (lithos)+write (gráphein)]refer to a process invented in 1796 by Aloys Senefelder. He found that stone when properly inked and treated with chemicals, could transfer a carved image into paper.
6
光刻胶/光阻 (Photoresist)
光诱导化学反应
7
光刻胶的涂覆
T= ( KCβη γ ) /W1/2
Where K=overall calibration C=polymer concentration in g/100mL solution η=intrinsic viscosity W=rotations per minute (rpm)
19
Exposure Modes (曝光模式)
1,Contact Mode 2, Proximity Mode
Simple equipment Direct contact, pollute, particle Resolution: submicron 20
Complicate system No direct contact, long life Resolution: >3 μm
23
5，Projection Printer (步进+扫描投影曝光机)
Step and repeat
24
Theoretical resolution (曝光精度)
25
Contact Printing (接触式曝光)
26
Proximity Printing (接近式曝光)
27
Light Diffraction Without Lens
15
Factor on the Exposure System Resolution
Resolution mainly limits by: Light source Optical system Mask Diffraction of light Resist sensitivity Alignment of mask to wafer Non-uniformities in wafer or mask flatness Debris between wafer and mask
Resolution: 0.5~1 mm
3
Historical note:lithography developing
130 years later, in 1961, photo-etching process been used to produce a large number of transistor on a thin slice of Si wafer.
第二章第一节：光学光刻 Chapter II: Photo Lithography
主流的微电子制造过程中，光刻是最 复杂、昂贵和关键的工艺。大概占成 本的1/3以上。