光刻工艺介绍ppt课件
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光刻工艺原理培训课件PPT(共 90张)
小分子力引起小 大分子力引起大 的表面张力 的表面张力
传统负胶的缺点
1、在显影时曝光区域由溶剂引起的泡涨。这种泡涨使硅片表面的光刻胶图形变形,对于具有微米和亚微米关键尺寸的极细小图形线条来说是不能接受的。 2、曝光时光刻胶可与氮气反应从而抑止其交联。
PAG
H+
PAG
PAG
PAG
H+
H+
PAG
PAG
光刻胶的物理特性
1、分辨率:是区别硅片表面上两个或更多的邻近特征图形的能力.一种解释分辨率的实际方法是通过硅片上形成符合质量规范要求的最小特征图形.形成的关键尺寸越小,光刻胶的分辨能力和光刻系统就越好.
线宽和间距的尺寸必须相等。随着特征尺寸减小，要将特征图形彼此分开更困难
软烘的目的: 光刻胶中溶剂部分挥发 改善粘附性 改善均匀性 改善抗蚀性 改善线宽控制 优化光刻胶的光吸收特性
热板
硅片
溶剂 排出
腔盖
如果光刻胶胶膜在涂胶后没软烘将出现的问题
1.光刻胶膜发黏并易受颗粒沾污： 2.光刻胶膜来自于旋转涂胶的内在应力将导致粘附性问题; 3.由于溶剂含量过高导致在显影时由于溶解差异,而很难区分曝光和未曝光的光刻胶; 4.光刻胶散发的气体(由于曝光时的热量)可能沾污光学系统的透镜;
8 光刻工艺原理
光刻的基本概念
光刻的本质：光刻处于硅片加工过程的中心，光刻常被认为是IC制造中最关键的步骤。光刻的本质就是把临时电路结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。这些结构首先以图形的形式制作在名为掩膜版的石英膜版上。紫外光透过掩膜版把图形转移到硅片表面的光敏薄膜上。即使用光敏光刻胶材料和可控制的曝光在硅片表面形成三维图形。
在曝光过程中,从光源发出的光通过对准的掩膜版.版上有不透明和透明的区域,这些区域形成了转移到硅片表面的图形.曝光的目的就是把版上图形精确地复制成光刻胶上的最终图像。曝光的另一方面是,在所有其它条件相同时,曝光光线波长越短能曝出的特征尺寸就越小.事实上它是缩小硅片特征尺寸的驱动。此外,曝光的光线产生一定的能量,这对光刻胶产生化学反应是必可少的，光刻须均匀地分配到曝光区域.光学光刻需要在短波长下进行强曝光以获得当今精细光刻的关键尺寸。
传统负胶的缺点
1、在显影时曝光区域由溶剂引起的泡涨。这种泡涨使硅片表面的光刻胶图形变形,对于具有微米和亚微米关键尺寸的极细小图形线条来说是不能接受的。 2、曝光时光刻胶可与氮气反应从而抑止其交联。
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光刻胶的物理特性
1、分辨率:是区别硅片表面上两个或更多的邻近特征图形的能力.一种解释分辨率的实际方法是通过硅片上形成符合质量规范要求的最小特征图形.形成的关键尺寸越小,光刻胶的分辨能力和光刻系统就越好.
线宽和间距的尺寸必须相等。随着特征尺寸减小，要将特征图形彼此分开更困难
软烘的目的: 光刻胶中溶剂部分挥发 改善粘附性 改善均匀性 改善抗蚀性 改善线宽控制 优化光刻胶的光吸收特性
热板
硅片
溶剂 排出
腔盖
如果光刻胶胶膜在涂胶后没软烘将出现的问题
1.光刻胶膜发黏并易受颗粒沾污： 2.光刻胶膜来自于旋转涂胶的内在应力将导致粘附性问题; 3.由于溶剂含量过高导致在显影时由于溶解差异,而很难区分曝光和未曝光的光刻胶; 4.光刻胶散发的气体(由于曝光时的热量)可能沾污光学系统的透镜;
8 光刻工艺原理
光刻的基本概念
光刻的本质：光刻处于硅片加工过程的中心，光刻常被认为是IC制造中最关键的步骤。光刻的本质就是把临时电路结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。这些结构首先以图形的形式制作在名为掩膜版的石英膜版上。紫外光透过掩膜版把图形转移到硅片表面的光敏薄膜上。即使用光敏光刻胶材料和可控制的曝光在硅片表面形成三维图形。
在曝光过程中,从光源发出的光通过对准的掩膜版.版上有不透明和透明的区域,这些区域形成了转移到硅片表面的图形.曝光的目的就是把版上图形精确地复制成光刻胶上的最终图像。曝光的另一方面是,在所有其它条件相同时,曝光光线波长越短能曝出的特征尺寸就越小.事实上它是缩小硅片特征尺寸的驱动。此外,曝光的光线产生一定的能量,这对光刻胶产生化学反应是必可少的，光刻须均匀地分配到曝光区域.光学光刻需要在短波长下进行强曝光以获得当今精细光刻的关键尺寸。
光刻工艺介绍
当暴露在光下时，光刻胶会 发生变化，并且使用显影溶 液去除暴露部分，这样电路 图案就转移到了晶元上
光刻工艺过程
涂胶coating 前烘prebaking 曝光exposure 显影development 坚膜postbake
光刻工艺过程
涂胶
氧化，清洗
涂胶，前烘
涂胶目的： 在晶元表面形成厚度均匀，附着性强， 没有缺陷的光刻胶薄膜
光刻胶对大部分可见光敏感，但对黄光不敏感
光刻三要素
光刻胶主要成分
1.树脂(聚合物)：光照不发生反应，保证光刻胶的附着性和抗腐 蚀性，决定光刻胶薄膜的膜厚，弹性和热稳定性。
2.光敏剂(PAC)：受光辐照后发生化学反应，如果聚合物中不添 加光敏剂，那么他对光的敏感性差，而且光谱范围较宽，添加特 定的光敏剂后，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特定的波长。
转速与膜厚：膜厚与旋转速度的平方根成反比
光刻工艺过程
前烘probake
目的
去除胶内的溶剂，提高胶的表面粘附力 提高胶的抗机械摩擦能力 减小高速旋转形成的薄膜应力
条件
温度：90 to 120℃ 时间：60 to 120s
光刻工艺过程
前烘probake
前烘不足
光刻胶与晶元粘附性变差 因光刻胶中溶剂含量过高致使曝光的精度下降
前烘过量
延长时间，产量下降 过高的温度使光刻胶变脆，粘附性下降 过高的温度会使光刻胶的感光剂发生反应，使 光刻胶在曝光时的敏感度下降
光刻工艺过程 曝光Exposure
光刻工艺过程
曝光Exposure
将电路图案转移到晶元上 为了将电路图案转移到晶片上，将光罩暴露在光下。 通过使用缩小透镜聚焦光，甚至可以转移更精细的 电路图案。电路图中的线越窄，可传输的半导体元 件数量越多，因此芯片的性能和功能也就越高
光刻工艺过程
涂胶coating 前烘prebaking 曝光exposure 显影development 坚膜postbake
光刻工艺过程
涂胶
氧化，清洗
涂胶，前烘
涂胶目的： 在晶元表面形成厚度均匀，附着性强， 没有缺陷的光刻胶薄膜
光刻胶对大部分可见光敏感，但对黄光不敏感
光刻三要素
光刻胶主要成分
1.树脂(聚合物)：光照不发生反应，保证光刻胶的附着性和抗腐 蚀性，决定光刻胶薄膜的膜厚，弹性和热稳定性。
2.光敏剂(PAC)：受光辐照后发生化学反应，如果聚合物中不添 加光敏剂，那么他对光的敏感性差，而且光谱范围较宽，添加特 定的光敏剂后，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特定的波长。
转速与膜厚：膜厚与旋转速度的平方根成反比
光刻工艺过程
前烘probake
目的
去除胶内的溶剂，提高胶的表面粘附力 提高胶的抗机械摩擦能力 减小高速旋转形成的薄膜应力
条件
温度：90 to 120℃ 时间：60 to 120s
光刻工艺过程
前烘probake
前烘不足
光刻胶与晶元粘附性变差 因光刻胶中溶剂含量过高致使曝光的精度下降
前烘过量
延长时间，产量下降 过高的温度使光刻胶变脆，粘附性下降 过高的温度会使光刻胶的感光剂发生反应，使 光刻胶在曝光时的敏感度下降
光刻工艺过程 曝光Exposure
光刻工艺过程
曝光Exposure
将电路图案转移到晶元上 为了将电路图案转移到晶片上，将光罩暴露在光下。 通过使用缩小透镜聚焦光，甚至可以转移更精细的 电路图案。电路图中的线越窄，可传输的半导体元 件数量越多，因此芯片的性能和功能也就越高
(第五章)光刻工艺
第五章 光刻
学习目标：
光刻基本概念 负性和正性光刻胶差别 光刻的8个基本步骤 光刻光学系统 光刻中对准和曝光的目的 光刻特征参数的定义及计算方法 五代光刻设备
5.1 引言
光刻是把掩膜版上的电路图形超精确地转移到涂 覆在硅片上的光刻胶膜上，为后续刻蚀或离子注 入提供掩蔽膜，以完成图形的最终转移的工艺过 程。
光刻是集成电路制造的关键工艺
一、光刻技术的特点
产生特征尺寸的关键工艺； 复印图像和化学作用相结合的综合性技术； 光刻与芯片的价格和性能密切相关，光刻成本占
整个芯片制造成本的1/3。
二、光刻三个基本条件
掩膜版 光刻胶 光刻机
掩膜版（Reticle或Mask）的材质有玻璃 版和石英版，亚微米技术都用石英版，是 因为石英版的透光性好、热膨胀系数低。 版上不透光的图形是金属铬膜。
7.颗粒少
旋转涂胶参数 光刻胶厚度∝1/(rpm)1/2
传统正性I线光刻胶
1. 树脂是悬浮于溶剂中的酚醛甲醛聚合物 2. 感光剂化合物作为强的溶解抑制剂（不溶解于显影液）被加到线性酚 醛树脂中 3. 在曝光过程中，感光剂（通常为DNQ）发生光化学分解产生羟酸 4. 羟酸提高光刻胶曝光区域的线性酚醛树脂的溶解度
光刻胶成分：
1. 树脂（是一种有机聚合物材料，提供光刻 胶的机械和化学特性） 2. 感光剂（光刻胶材料的光敏成分） 3. 溶剂（使光刻胶具有流动性） 4. 添加剂（控制光刻胶特殊方面的化学物质， 备选）
光刻工艺对光刻胶的要求：
1.分辨率高（区分硅片上两个相邻的最小特征尺 寸图形的能力强）
2.对比度好（指曝光区和非曝光区过渡的陡度）
工艺宽容度，工艺发生一定变化时，在规定范 围内仍能达到关键尺寸要求的能力。
学习目标：
光刻基本概念 负性和正性光刻胶差别 光刻的8个基本步骤 光刻光学系统 光刻中对准和曝光的目的 光刻特征参数的定义及计算方法 五代光刻设备
5.1 引言
光刻是把掩膜版上的电路图形超精确地转移到涂 覆在硅片上的光刻胶膜上，为后续刻蚀或离子注 入提供掩蔽膜，以完成图形的最终转移的工艺过 程。
光刻是集成电路制造的关键工艺
一、光刻技术的特点
产生特征尺寸的关键工艺； 复印图像和化学作用相结合的综合性技术； 光刻与芯片的价格和性能密切相关，光刻成本占
整个芯片制造成本的1/3。
二、光刻三个基本条件
掩膜版 光刻胶 光刻机
掩膜版（Reticle或Mask）的材质有玻璃 版和石英版，亚微米技术都用石英版，是 因为石英版的透光性好、热膨胀系数低。 版上不透光的图形是金属铬膜。
7.颗粒少
旋转涂胶参数 光刻胶厚度∝1/(rpm)1/2
传统正性I线光刻胶
1. 树脂是悬浮于溶剂中的酚醛甲醛聚合物 2. 感光剂化合物作为强的溶解抑制剂（不溶解于显影液）被加到线性酚 醛树脂中 3. 在曝光过程中，感光剂（通常为DNQ）发生光化学分解产生羟酸 4. 羟酸提高光刻胶曝光区域的线性酚醛树脂的溶解度
光刻胶成分：
1. 树脂（是一种有机聚合物材料，提供光刻 胶的机械和化学特性） 2. 感光剂（光刻胶材料的光敏成分） 3. 溶剂（使光刻胶具有流动性） 4. 添加剂（控制光刻胶特殊方面的化学物质， 备选）
光刻工艺对光刻胶的要求：
1.分辨率高（区分硅片上两个相邻的最小特征尺 寸图形的能力强）
2.对比度好（指曝光区和非曝光区过渡的陡度）
工艺宽容度，工艺发生一定变化时，在规定范 围内仍能达到关键尺寸要求的能力。
光刻工艺.pptx
21
一、接触式曝光
由于掩膜版与硅片相接触磨损，是掩膜 版的寿命降低。
22
二、接近式曝光
接近式曝光是以牺牲分辨率来延长 了掩膜版的寿命 大尺寸和小尺寸器件上同时保持线 宽容限还有困难。另外，与接触式 曝光相比，接近式曝光的操作比较 复杂。
23
三、投影式曝光
避免了掩膜版与硅片表面的摩擦，延长 了掩膜版的寿命。
34
几种实用的光刻胶配方。 PMMA对210nm到260nm的紫外光有感光性， 感光性最佳的紫外光光谱约为220nm； PMIK的紫外光感光光谱为220nm到330nm， 峰值光谱约为190nm和285nm。
35
AZ240系列光刻胶的感光光谱为240nm到 310nm，峰值光谱约为248nm、300nm、 315nm。 ODVR系列光刻胶的感光光谱为200nm到 315nm，峰值光谱为230nm、280nm、 300nm。
3
打底膜（六甲基二硅亚胺HMDS）
六甲基二硅亚胺HMDS反应机理
OH
SiO2 ＋(CH3) 3SiNHSi(CH3)
3
OH
O-Si(CH3) 3
SiO2
+NH
O-Si(CH3) 33
4
5
6
曝光方法
曝光有多种方法：光学曝光就可分为接 触式、接近式、投影式、直接分步重复 曝光。此外，还有电子束曝光和X射线曝 光等。曝光时间、氮气释放、氧气、驻 波和光线平行度都是影响曝光质量
掩膜版的尺寸可以比实际尺寸大得多， 克服了小图形制版的困难。
消除了由于掩膜版图形线宽过小而产生 的光衍射效应，以及掩膜版与硅片表面接 触不平整而产生的光散射现象。
24
投影式曝光虽 有很多优点， 但由于光刻设 备中许多镜头 需要特制，设 备复杂
一、接触式曝光
由于掩膜版与硅片相接触磨损，是掩膜 版的寿命降低。
22
二、接近式曝光
接近式曝光是以牺牲分辨率来延长 了掩膜版的寿命 大尺寸和小尺寸器件上同时保持线 宽容限还有困难。另外，与接触式 曝光相比，接近式曝光的操作比较 复杂。
23
三、投影式曝光
避免了掩膜版与硅片表面的摩擦，延长 了掩膜版的寿命。
34
几种实用的光刻胶配方。 PMMA对210nm到260nm的紫外光有感光性， 感光性最佳的紫外光光谱约为220nm； PMIK的紫外光感光光谱为220nm到330nm， 峰值光谱约为190nm和285nm。
35
AZ240系列光刻胶的感光光谱为240nm到 310nm，峰值光谱约为248nm、300nm、 315nm。 ODVR系列光刻胶的感光光谱为200nm到 315nm，峰值光谱为230nm、280nm、 300nm。
3
打底膜（六甲基二硅亚胺HMDS）
六甲基二硅亚胺HMDS反应机理
OH
SiO2 ＋(CH3) 3SiNHSi(CH3)
3
OH
O-Si(CH3) 3
SiO2
+NH
O-Si(CH3) 33
4
5
6
曝光方法
曝光有多种方法：光学曝光就可分为接 触式、接近式、投影式、直接分步重复 曝光。此外，还有电子束曝光和X射线曝 光等。曝光时间、氮气释放、氧气、驻 波和光线平行度都是影响曝光质量
掩膜版的尺寸可以比实际尺寸大得多， 克服了小图形制版的困难。
消除了由于掩膜版图形线宽过小而产生 的光衍射效应，以及掩膜版与硅片表面接 触不平整而产生的光散射现象。
24
投影式曝光虽 有很多优点， 但由于光刻设 备中许多镜头 需要特制，设 备复杂
《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。
光刻工艺介绍
光刻工艺原理
将电路图案转移到晶元上 为了将电路图案转移到晶片上，将光罩暴露在光 下。通过使用缩小透镜聚焦光，甚至可以转移更 精细的电路图案。电路图中的线越窄，可传输的 半导体元件数量越多，因此芯片的性能和功能也 就越高
当暴露在光下时，光刻胶会 发生变化，并且使用显影溶 液去除暴露部分，这样电路 图案就转移到了晶元上
负胶：曝光后显影时没有曝光部分被溶解，而曝光的 部分被留下来——聚乙烯醇肉桂酸酯和聚乙烯氧乙基肉 桂酸酯
光刻胶对大部分可见光敏感，但对黄光不敏感
光刻三要素
光刻胶主要成分
1.树脂(聚合物)：光照不发生反应，保证光刻胶的附着性和抗腐 蚀性，决定光刻胶薄膜的膜厚，弹性和热稳定性。
2.光敏剂(PAC)：受光辐照后发生化学反应，如果聚合物中不添 加光敏剂，那么他对光的敏感性差，而且光谱范围较宽，添加特 定的光敏剂后，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特定的波长。
3.溶剂：使光刻胶在涂到晶元表面之前保持液态，添加溶剂的目 的是使光刻胶处于液态，以便光刻胶能够通过旋转的方式涂在晶 元表面
光刻三要素 掩膜版（光罩）
掩膜版上的图形代表一层IC设计，将 综合的布局图按照工艺分成各层掩膜
版，如隔离区为一层，栅极区为另一 层等，这些掩膜版的组合就是一组IC 工艺流程
光刻三要素
普通光源
波长范围大，图形边缘衍射现象严 重，满足不了特征尺寸的要求
晶元生产曝光光源
光刻机种类
光学
接触式 投影式
非光学
X射线 电子束
短波长（波长越短可曝光的特征尺寸越小）
高强度（为了保持合适的曝光时间）
高稳定性
光刻三要素
光刻机——曝光光源
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
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
《光刻工艺A》课件
4 接触问题和剥离问题
解释显影不良的可能原因，并给出解决该 问题的建议和方法。
讨论在光刻过程中可能发生的接触和剥离 问题，并提供解决方案。
光领域的最新技术 创新和发展趋势。
可持续发展
探讨光刻工艺在可持续发展方 面的前景和应用。
自动化和智能化
讨论光刻工艺自动化和智能化 的发展，提升生产效率和质量。
详细介绍光罩的制备过程，包括设计、 制造和检验。
曝光和显影
说明曝光机的原理和显影剂的使用， 在光罩模板上形成图案。
常见光刻工艺问题和解决方案
1 反射和折射问题
2 曝光不均匀问题
探讨光刻过程中可能遇到的反射和折射问 题，并提供相应的解决方案。
介绍曝光不均匀的原因和影响，提供解决 此问题的有效策略。
3 显影不良问题
《光刻工艺A》PPT课件
欢迎来到《光刻工艺A》PPT课件！在本课程中，我们将介绍光刻工艺的概念、 基本原理和步骤，解决常见问题，并讨论光刻工艺的发展趋势。
引言和目的
在本节中，我们将讨论光刻工艺的引言和目的。了解光刻工艺的背景和目标，为后续内容打下基础。
光刻工艺概述
什么是光刻工艺
介绍光刻工艺的定义，涵 盖其在制造过程中的重要 作用。
光刻工艺的应用领域
探讨光刻工艺在半导体、 微电子和光学等领域中的 广泛应用。
光刻工艺的重要性
说明光刻工艺在现代科技 发展中的关键地位和影响。
基本原理和步骤
1
涂覆和预烘烤
2
解释光刻胶的涂覆和预烘烤过程，确
保合适的薄膜厚度和均匀性。
3
清洗和后处理
4
讨论清洗步骤和后处理过程，确保成 品的质量和可靠性。
光罩制备
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。
光刻工艺介绍ppt课件
HMDS EBR 7030
DNS
TEL
DUV
3
涂胶菜单
4
注：⑴.关键层指：TO、GT、PC、BN+、ROM、W1、VIA、METAL、TU、BC、SGE、SN（MG）、GW（MG）。 ⑵.非关键层指：除关键层次和PAD之外的其他层次。
涂胶基本流 程
DNS 涂胶系统图：
前处理（PRIMING） 涂胶（APPLY）
30photoresistfilmdepthfocuscenterfocuscenterfocuslensdepthfocus31idofudofindependenceuseable32imagedefocus33defocuseffectbestfocus04um06um08um10um02um10um08um06um04um02um34focusexposurematrix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35各层次各层次matrixstepmatrixstep参考条件参考条件36defocus产生的原因autofocusautoleveling37边缘效应38边缘效应autofocusautolevelingng
涂胶去边规范：AL、CP层次2-3mm 其他层次1-2mm
8
涂胶（Coating）
☆涂胶的关键在于控制膜厚及其均匀性
影响光刻胶厚度和均匀性的主要参数：[括号内的值为 实际工艺参数设置] • 环境温度（23°C) • 环境湿度(40%) • 排风净压力(5 mmaq) • 光刻胶温度(23°C+/-0.5） • 光刻胶量（1.2-1.5cc) • 旋转马达的精度和重复性 • 回吸量 • 预旋转速度 预旋转时间 最终旋转速度 最终旋转时间 最终旋转加速度
DNS
TEL
DUV
3
涂胶菜单
4
注：⑴.关键层指：TO、GT、PC、BN+、ROM、W1、VIA、METAL、TU、BC、SGE、SN（MG）、GW（MG）。 ⑵.非关键层指：除关键层次和PAD之外的其他层次。
涂胶基本流 程
DNS 涂胶系统图：
前处理（PRIMING） 涂胶（APPLY）
30photoresistfilmdepthfocuscenterfocuscenterfocuslensdepthfocus31idofudofindependenceuseable32imagedefocus33defocuseffectbestfocus04um06um08um10um02um10um08um06um04um02um34focusexposurematrix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35各层次各层次matrixstepmatrixstep参考条件参考条件36defocus产生的原因autofocusautoleveling37边缘效应38边缘效应autofocusautolevelingng
涂胶去边规范：AL、CP层次2-3mm 其他层次1-2mm
8
涂胶（Coating）
☆涂胶的关键在于控制膜厚及其均匀性
影响光刻胶厚度和均匀性的主要参数：[括号内的值为 实际工艺参数设置] • 环境温度（23°C) • 环境湿度(40%) • 排风净压力(5 mmaq) • 光刻胶温度(23°C+/-0.5） • 光刻胶量（1.2-1.5cc) • 旋转马达的精度和重复性 • 回吸量 • 预旋转速度 预旋转时间 最终旋转速度 最终旋转时间 最终旋转加速度
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IND AH AC SC HP IND
5
涂胶前处理（Priming）
HMDS 处理
去水烘烤
6
HMDS
• 目的：增加圆片衬底与光刻胶的粘附性 • 原理：将圆片表面状态由亲水性转变为疏水性(亲油性) • 化学试剂：HMDS (六甲基二硅胺) • 气相涂布方法：高温低真空下的HMDS单片处理模块 • 确认HMDS的效果用接触角计测量，一般要求大于65度 • 前处理注意事项：
涂胶去边规范：AL、CP层次2-3mm 其他层次1-2mm
8
涂胶（Coating）
☆涂胶的关键在于控制膜厚及其均匀性
影响光刻胶厚度和均匀性的主要参数：[括号内的值为 实际工艺参数设置] • 环境温度（23°C) • 环境湿度(40%) • 排风净压力(5 mmaq) • 光刻胶温度(23°C+/-0.5） • 光刻胶量（1.2-1.5cc) • 旋转马达的精度和重复性 • 回吸量 • 预旋转速度 预旋转时间 最终旋转速度 最终旋转时间 最终旋转加速度
HP/HP HP/HP AH/AC AH/AC
SC
IND4
TR
IND3 IND2
SC
IND1
软烘（SB）
HP：HOT PLATE IND：INDEXER AC：ADHESION CHAMBER WITH CP
AH：ADHESION CHAMBER WITH HP
SC：SPIN COATER
TR：TRANSFER UNIT
9
涂胶——均匀性的影响因素(1)
10
涂胶——均匀性的影响因素(2)
11
软烘（Soft Bake）
软烘目的： • 去除光刻胶中的溶剂 • 增加粘附性 • 提高E0的稳定性 • 减少表面张力 软烘方法： • 热对流烘箱 • 红外线辐射 • 接触式（接近式）热板 软烘的关键控制点是温度和时间(90℃/60s)
光刻工艺介绍1
1
General Photolithography
前工序
Process
涂胶
(Coating)
HMDS
Resist coating
Soft bake
Soft bake
TARC coating
曝光
(Exposure)
显影
(Developing)
套刻
(Overlay)
Post exposure bake
– 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
IND HP CP SDP HP IND
13
显影菜单（DNS 5#）介绍
FLOW DATA：
F-STEP
BASIC FLOW
NO.
STNO.U-NO. U-NAME
1
S1
1
INDEX-A
2
1
5
HP
3
1
7
CP
4
1
3
POSI-DEV
5
1
8
HP
6
E1
1
INDEX-A
J-NO.
6 9 4 10
PARALLEL FLOW U-NAME J-NO. U-NAME
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
19
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
20
解决PR/HMDS造成的显影缺陷的措施：
✓检查HMDS的流量是否正常，温度是否设置恰当，必要时，可以考虑试用不同厂家的 HMDS
17
显影（Develop）
目的： • 简单的说就是去除已曝光部分的光刻胶 显影方法： • 浸润显影（TANK） • 喷雾显影（SPRAY） • 静态显影（PUDDLE） 影响显影的因素： • 显影液成份、显影液温度 • 环境温度、环境湿度 • 显影液量、显影方式、程序
18
坚膜（Hard Bake）
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
HMDS EBR 7030
DNS
TEL
DUV
3
涂胶菜单
4
注：⑴.关键层指：TO、GT、PC、BN+、ROM、W1、VIA、METAL、TU、BC、SGE、SN（MG）、GW（MG）。 ⑵.非关键层指：除关键层次和PAD之外的其他层次。
涂胶基本流 程
DNS 涂胶系统图：
前处理（PRIMING） 涂胶（APPLY）
12
显影基本流 程
DNS 显影系统图：
Post Exposure Bake Developer
HP/HP HP/CP HP/CP HP/HP
SDP
IND4
TR
IND3 IND2
SDP
IND1
Hard Bake
HP：HOT PLATE CP：COOLING PLATE IND：INDEXER SDP：SPIN DEVELPER TR：TRANSFER UNIT
15
驻波效应（Standing Wave）
驻波效应原理： • 由于入射光与反射光产生干
涉使沿胶厚的方向的光强形 成波峰和波谷产生的
降低或消除驻波效应的方法： • PEB • 加抗反射层：用有机(TARC/BARC)&无机材料(TIN) • 染色剂
NO PEB
PEB
16
Footing and Undercut
HP CP POSI-DEV HP
J-NO. U-NAME
1
5/6HP
ห้องสมุดไป่ตู้
7/9CP
2
3
8/10HP
3/4 DEV
4
14
显影前烘焙（Post Exposure Bake）
• 目的：降低或消除驻波效应 • PEB温度一般要求比软烘高15-20°C • PEB一般采接近式热板烘焙 • PEB的关键控制点是温度与时间 • 的工艺条件为：112℃/60s