光刻工艺介绍
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
晶元生产曝光光源
最广泛使用的是高压汞灯，产生的光为紫外（UV）
电子束
X射线
离子束
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
Leabharlann Baidu
光刻三要素
光刻工艺简介
目录
➢光刻工艺原理 ➢光刻工艺过程 ➢光刻三要素
光刻工艺原理
制造光罩（原版）
设计了决定半导体芯片功能和性 能的电子电路。电路图被转移到 几十块玻璃板上
晶元的准备
制备圆形晶片，作为半导体芯片的 基片。将晶片加热，在其表面形成 氧化膜，然后涂上光敏剂（光刻胶， 抗蚀剂）
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
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
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
光刻机
光刻机主要指标
分辨率： 确定传输到晶圆（通过曝光）的电
路图案可以有多精细
叠加精度： 每片晶圆需曝光多次。叠加精度表
示晶片和光罩电路图案在移动后的覆盖精 度。
产出： 描述电路模式曝光的速度。这是大
规模生产半导体芯片的一个重要因素。
光刻三要素
光刻机——曝光光源
光刻机按照光源可分为两大 类：光学和非光学光刻机，如 右图所示
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。
光刻三要素
光刻胶
光刻胶又叫抗蚀剂，它是由光敏化合物，基本 树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体
光刻胶受特定波长光线的作用后导致其化学结 构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解 特性改变 光刻胶主要有两种 正胶：曝光后显影时曝光部分被溶解，而没有曝光的 部分被留下来——邻叠氮醌类
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
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
曝光后烘焙
驻波效应
定义：入射光与反射光的相长与相消干涉造成的效应 影响：曝光过程中，在曝光区与非曝光区边界将会出现驻 波效应，影响显影后所形成的图形尺寸和分辨率 改善措施：曝光后烘焙
光刻工艺过程
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
显影Development
原理与显影过程 显影时曝光区与非曝光区不同程度的溶解 把已曝光的晶元浸入显影液当中，通过溶解 部分光刻胶的方法使胶膜中的潜影显现出来 显影留下的图形将在后续的刻蚀及离子注入 工艺中做掩膜
光刻工艺过程
坚膜
显影后进一步增强光刻胶粘附力
光刻三要素
光刻胶 掩膜版（光罩） 光刻机
脱水烘焙：经过清洁处理的晶元表面 可能会含有一定的水分（亲水性表 面），所以必须脱水烘焙，使其达到 清洁干燥（憎水性表面），以便增加 光刻胶与晶元表面的附着力。
旋转涂胶法：把胶滴在晶元上，然后使晶元高速旋 转，液态胶在离心力的作用下，由轴心沿径向飞溅 出去，粘附在晶元表面的胶受粘附力的作用而留下。 在旋转过程中胶所含的溶剂不断挥发，故可得到一 层均匀的膜。
三条发射线
I线（365nm）
H线（405nm）
G线（436nm）
光刻三要素
光刻机——曝光光源
晶元生产曝光光源 在深紫外（DUV）（180~330nm）波段范围内，目前 准分子激光是最亮光源
氟化氪（KrF）（248nm）
氟化氩（ArF）（192nm）
超细线条光刻技术 极紫外（EUV）（13.4nm）
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
晶元生产曝光光源
最广泛使用的是高压汞灯，产生的光为紫外（UV）
电子束
X射线
离子束
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
Leabharlann Baidu
光刻三要素
光刻工艺简介
目录
➢光刻工艺原理 ➢光刻工艺过程 ➢光刻三要素
光刻工艺原理
制造光罩（原版）
设计了决定半导体芯片功能和性 能的电子电路。电路图被转移到 几十块玻璃板上
晶元的准备
制备圆形晶片，作为半导体芯片的 基片。将晶片加热，在其表面形成 氧化膜，然后涂上光敏剂（光刻胶， 抗蚀剂）
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
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
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
光刻机
光刻机主要指标
分辨率： 确定传输到晶圆（通过曝光）的电
路图案可以有多精细
叠加精度： 每片晶圆需曝光多次。叠加精度表
示晶片和光罩电路图案在移动后的覆盖精 度。
产出： 描述电路模式曝光的速度。这是大
规模生产半导体芯片的一个重要因素。
光刻三要素
光刻机——曝光光源
光刻机按照光源可分为两大 类：光学和非光学光刻机，如 右图所示
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。
光刻三要素
光刻胶
光刻胶又叫抗蚀剂，它是由光敏化合物，基本 树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体
光刻胶受特定波长光线的作用后导致其化学结 构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解 特性改变 光刻胶主要有两种 正胶：曝光后显影时曝光部分被溶解，而没有曝光的 部分被留下来——邻叠氮醌类
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
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
曝光后烘焙
驻波效应
定义：入射光与反射光的相长与相消干涉造成的效应 影响：曝光过程中，在曝光区与非曝光区边界将会出现驻 波效应，影响显影后所形成的图形尺寸和分辨率 改善措施：曝光后烘焙
光刻工艺过程
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
显影Development
原理与显影过程 显影时曝光区与非曝光区不同程度的溶解 把已曝光的晶元浸入显影液当中，通过溶解 部分光刻胶的方法使胶膜中的潜影显现出来 显影留下的图形将在后续的刻蚀及离子注入 工艺中做掩膜
光刻工艺过程
坚膜
显影后进一步增强光刻胶粘附力
光刻三要素
光刻胶 掩膜版（光罩） 光刻机
脱水烘焙：经过清洁处理的晶元表面 可能会含有一定的水分（亲水性表 面），所以必须脱水烘焙，使其达到 清洁干燥（憎水性表面），以便增加 光刻胶与晶元表面的附着力。
旋转涂胶法：把胶滴在晶元上，然后使晶元高速旋 转，液态胶在离心力的作用下，由轴心沿径向飞溅 出去，粘附在晶元表面的胶受粘附力的作用而留下。 在旋转过程中胶所含的溶剂不断挥发，故可得到一 层均匀的膜。
三条发射线
I线（365nm）
H线（405nm）
G线（436nm）
光刻三要素
光刻机——曝光光源
晶元生产曝光光源 在深紫外（DUV）（180~330nm）波段范围内，目前 准分子激光是最亮光源
氟化氪（KrF）（248nm）
氟化氩（ArF）（192nm）
超细线条光刻技术 极紫外（EUV）（13.4nm）