光刻
光刻技术
光刻机总体结构
照明系统 掩模台系统 环境控制系统 掩模传输系统 投影物镜系 统
自动对准系 统
调平调焦测 量系统 框架减振系 统
硅片传输系 统
工件台系统
整机控制系统
整机软件系统
图为CPU内部SEM图像
图为硅芯片集成电路放大图像
图为在硅片上进行的光刻图样
图为Intel 45nm高K金属栅晶体 管结构
SU-8交联示意图
正胶与负胶性能对比
正胶 缺点 （DQN） 特征 优点 优点 分辨率高、对比度好 粘附性差、抗刻蚀能力差、高成本 近紫外，365、405、435nm的波长曝 光可采用 良好的粘附能力、抗蚀能力、感光能 力以及较好的热稳定性。可得到垂直 侧壁外形和高深宽比的厚膜图形 显影时发生溶胀现象，分辨率差 对电子束、近紫外线及350-400nm紫 外线敏感
投影式印刷：在投影式印刷中，
用镜头和反光镜使得像聚焦到硅平 面上，其硅片和掩模版分得很开。
三种方法的比较
接触曝光：光的衍射效应较小，因而分辨率高；但易损
坏掩模图形，同时由于尘埃和基片表面不平等，常常存 在不同程度的曝光缝隙而影响成品率。
接近式曝光：延长了掩模版的使用寿命，但光的衍射效
应更为严重，因而分辨率只能达到2—4um 左右。
坚膜也是一个热处
理步骤。 除去显影时胶膜 吸收的显影液和水分， 改善粘附性，增强胶 膜抗腐蚀能力。 时间和温度要适 当。 时间短，抗蚀性 差，容易掉胶；时间 过长，容易开裂。
刻蚀就是将涂胶前所
沉积的薄膜中没有被 光刻胶覆盖和保护的 那部分去除掉，达到 将光刻胶上的图形转 移到其下层材料上的 目的。
等离子体去胶，氧气在强电场作用下电离产生的活性氧， 使光刻胶氧化而成为可挥发的CO2、H2O 及其他气体而被 带走。
光刻的四条技术路线
光刻的四条技术路线
1. 接触式光刻（Contact Lithography）：此技术路线将掩模直接与光刻胶接触，通过紫外光照射来传导图案。
接触式光刻具有高分辨率和高精度的特点，但会产生掩模和光刻胶之间的化学反应。
2. 脱接触式光刻（Proximity Lithography）：在脱接触式光刻中，光刻胶和掩模之间仅存在微小的距离，而不接触彼此。
当紫外光照射时，通过距离短暂拉近并拉开来传递图案。
脱接触式光刻比接触式光刻更容易控制化学反应，但相对于接触式光刻的分辨率和精度较低。
3. 投影式光刻（Projection Lithography）：这是最常用的光刻技术路线之一。
先通过光学方式将掩模上的图案投射到光刻胶的表面上。
投影式光刻的特点是具有高分辨率和高通量，但需要复杂的光学系统。
4. 电子束光刻（Electron Beam Lithography，EBL）：电子束光刻是一种高分辨率光刻技术，利用聚焦的电子束直接写入图案。
电子束光刻具有非常高的分辨率，但速度较慢，适用于制造高级芯片和小批量生产。
这些光刻技术路线在微电子器件制造中起着重要的作用，根据不同的需求和应用领域选择合适的技术路线。
光刻的概念
光刻的概念
光刻是一种用于精密制造微电子芯片的关键工艺。
它是将光源通过掩膜形成的图案，映射在光刻胶层上的过程。
光刻是半导体工艺中最重要的步骤之一，常用于制造芯片、平板显示器和其他微加工领域。
光刻的过程主要包括光源、掩膜、光刻机和光刻胶四个部分。
首先，光源产生高能紫外光，并通过光学系统聚焦到掩膜上。
掩膜是一张玻璃板上刻有芯片设计图案的薄膜，它将设计图案投影到光刻胶层上。
当紫外光通过掩膜时，它会被掩膜上的图案部分阻挡，只有透过空白区域的光能够通过。
这样，光刻胶层上的光敏物质会发生化学反应，使得光刻胶在暴露部分变得溶解性，而未暴露的部分保持不变。
下一步是将光刻胶进行显影，即将光刻胶层中溶解的部分去除，只保留需要的图案。
然后，在光刻胶层的图案上进行材料的蚀刻或沉积，从而形成芯片所需的结构。
最后，去除剩余的光刻胶，留下清晰的图案，完成光刻。
光刻技术的精度和分辨率决定了芯片的制造质量。
目前，随着微电子技术的不断发展，光刻技术也得到了不断的改进。
例如，通过使用更高分辨率的掩膜和更强的光源，可以实现更小的芯片特征尺寸，提高芯片的集成度和性能。
总而言之，光刻是微电子制造中至关重要的工艺，它通过将光源的图案映射到光刻胶层上，实现微芯片的精确加工。
它在信息技术、通信、医疗设备等领域都发挥着重要的作用，并为我们带来了丰富的科技创新与发展。
光刻的工作原理
光刻的工作原理光刻技术是一种用于制造集成电路的重要工艺，其工作原理是利用光的作用将图案投射到硅片上，形成微小的电路结构。
本文将从光刻的原理、设备和应用等方面进行详细介绍。
一、光刻的原理光刻技术是利用光的干涉、衍射和透射等特性实现的。
首先，需要将待制作的电路图案转化为光学遮罩，通常使用光刻胶涂覆在硅片上，然后通过光刻机将光学遮罩上的图案投射到光刻胶上。
光刻胶在光的照射下会发生化学反应，形成光刻胶图案。
接下来，通过将光刻胶暴露在特定的化学溶液中，去除未曝光的光刻胶，得到所需的光刻胶图案。
最后，通过将硅片进行化学腐蚀或沉积等工艺步骤，形成微小的电路结构。
二、光刻的设备光刻机是光刻技术中最关键的设备之一。
光刻机主要由光源、光学系统、对准系统和运动控制系统等部分组成。
光源是产生紫外光的装置，通常使用汞灯或氙灯等。
光学系统由透镜、反射镜和光刻胶图案的投射系统等组成，用于将光学遮罩上的图案投射到光刻胶上。
对准系统是用于确保光刻胶图案和硅片之间的对准精度，通常采用显微镜和自动对准算法等。
运动控制系统是用于控制硅片在光刻机中的移动和旋转等。
三、光刻的应用光刻技术在集成电路制造中有着广泛的应用。
首先，光刻技术是制造集成电路中最关键的工艺之一，可以实现微米甚至纳米级别的电路结构。
其次，光刻技术还可以制作光学元件，如光纤、激光器等。
此外，光刻技术还被应用于平面显示器、传感器、光学存储器等领域。
四、光刻技术的发展趋势随着集成电路制造工艺的不断发展，光刻技术也在不断进步和改进。
首先，光刻机的分辨率越来越高，可以实现更小尺寸的电路结构。
其次，光刻胶的性能也在不断提高，可以实现更高的对比度和较低的残留污染。
此外，光刻技术还在朝着多层光刻、次波长光刻和非接触式光刻等方向发展。
光刻技术是一种利用光的特性制造微小电路结构的重要工艺。
光刻技术的原理是利用光的干涉、衍射和透射等特性实现的，通过光刻机将光学遮罩上的图案投射到光刻胶上，最终形成所需的电路结构。
第四章光刻技术
二,光刻版(掩膜版)
基版材料:玻璃,石英. 要求:在曝光波长下的透光度高,热膨胀系数 与掩膜材料匹配,表面平坦且精细抛光.
二,光刻版(掩膜版)
掩膜版的质量要求 若每块掩膜版上图形成品率=90%,则 6块光刻版,其管芯图形成品率=(90%)6=53% 10块光刻版,其管芯图形成品率=(90%)10=35% 15块光刻版,其管芯图形成品率=(90%)15=21% 最后的管芯成品率当然比其图形成品率还要低 ①图形尺寸准确,符合设计要求; ②整套掩膜版中的各块版应能依次套准,套准误差应尽可能小; ③图形黑白区域之间的反差要高; ④图形边缘要光滑陡直,过渡区小; ⑤图形及整个版面上无针孔,小岛,划痕等缺陷; ⑥固耐用,不易变形.
三,光刻机(曝光方式)
④1:1扫描投影光刻机(美国Canon公司)
三,光刻机(曝光方式)
⑤分步重复投影光刻机--Stepper DSW:direct-step-on-wafer ⅰ)原理: 采用折射式光学系统和4X~5X的缩小透镜. 曝光场:一次曝光只有硅片的一部分,可以大大 提高NA(0.7),并避免了许多与高NA有关的聚 焦深度问题,加大了大直径硅片生产可行性. 采用了分步对准聚焦技术.
一,光刻胶
4.感光机理 ①负胶
聚乙烯醇肉桂酸脂-103B,KPR
一,光刻胶
双叠氮系(环化橡胶)-302胶,KTFR
一,光刻胶
②正胶 邻-叠氮萘醌系-701胶,AZ-1350胶
二,光刻版(掩膜版)
掩膜版在集成电路制造中占据非常重要的地位,因为 它包含着欲制造的集成电路特定层的图形信息,决定 了组成集成电路芯片每一层的横向结构与尺寸. 所用掩膜版的数量决定了制造工艺流程中所需的最少 光刻次数. 制作掩膜版首先必须有版图.所谓版图就是根据电路 ,器件参数所需要的几何形状与尺寸,依据生产集成 电路的工艺所确定的设计规则,利用计算机辅助设计 (CAD)通过人机交互的方式设计出的生产上所要求 的掩膜图案.
光刻的应用领域
光刻的应用领域
1. 半导体芯片制造：光刻技术是制造集成电路（IC）的关键步骤之一。
通过将芯片设计投影到硅片上，利用光刻技术进行图形转移，形成微米级的电路结构和器件。
2. 平面显示器制造：光刻技术用于制造液晶显示器（LCD）、有机发光二极管显示器（OLED）等平面显示器。
通过光刻技术，在基板上制造导线、电极、像素点等微细结构。
3. 光子学：光刻技术被广泛应用于制造光学器件和光纤通信设备。
通过光刻技术制造微光学结构，如分光器、光栅、微透镜等。
4. 生物芯片制造：光刻技术可用于制造生物芯片和实验室微芯片。
通过光刻技术制造微细通道、微阀门等微流控结构，实现对微小液滴和生物分子的控制和分析。
5. 微机电系统（MEMS）制造：光刻技术在MEMS制造中起到关键作用。
通过光刻技术制造微米级的机械结构、传感器和执行器，实现微小机械和电子的集成。
6. 光刻制造设备：光刻技术的应用也推动了光刻设备的发展。
光刻机是一种关键的制造设备，能够将光刻胶的图形转移到硅片或其他基板上，并具备高分辨率、高精度和高速度等特性。
LED芯片制造之光刻简介
02
光刻技术简介
光刻技术原理
01
光刻技术原理是将设计好的图案 通过光刻机投影到光敏材料上， 利用光的能量将图案转移到光敏 材料上，形成电路图样。
02
光刻技术利用光的干涉和衍射原 理，通过精确控制曝光时间和角 度，实现高精度、高分辨率的图 案转移。
光刻技术的应用领域
光刻技术广泛应用于集成电路、微电 子器件、平板显示等领域，是制造 LED芯片、集成电路、微电子器件等 的关键技术之一。
合小批量、高精度制造。
速度
电子束曝光技术的制造速度相对 较慢，而光刻技术具有较高的生
产效率。
光刻技术与离子束曝光技术的比较
分辨率
离子束曝光技术具有更 高的分辨率，因为它使 用离子束而非光学波束 进行曝光。
适用范围
离子束曝光技术适用于 制造高精度、高附加值 的微纳器件，而光刻技 术在LED芯片制造等领 域应用广泛。
05
02
表面处理技术
对外延片表面进行处理，可以提高表面质量， 减少缺陷和杂质，提高LED芯片的发光效率。
04
刻蚀与剥离技术
刻蚀和剥离技术是制造LED芯片的重 要环节，需要精确控制刻蚀深度和剥 离方向。
06
切割与研磨技术
将LED芯片从衬底上切割下来并进行研磨和抛 光处理，可以提高芯片表面的平整度和光洁度。
镀透明电极层
在LED外延片的表面上镀 一层透明导电膜，作为电 极的接触层。
LED芯片制造流程
刻蚀与剥离
镀膜与蒸镀
切割与研磨
将LED外延片进行刻蚀 和剥离，形成器件结构。
在LED芯片表面镀上金 属膜和介质膜，并进行 金属和透明电极的蒸镀。
将LED芯片从衬底上切 割下来，并进行研磨和
MEMS工艺-光刻技术
控制尺寸和形状
通过调整光刻参数，如波长、曝光时 间和焦距等，可以精确控制微结构的 尺寸和形状，以满足MEMS器件的性 能要求。
光刻技术能够将设计好的微结构高精 度地复制到光敏材料上，确保批量生 产的稳定性和一致性。
光刻技术在mems工艺中的优势
01
02
03
高精度
光刻技术能够实现高精度 的微结构复制，有利于提 高MEMS器件的性能和稳 定性。
重要性
光刻技术是微电子制造中的关键环节，其精度和效率直接决定了集成电路或 MEMS器件的性能和成本。随着MEMS器件尺寸的不断减小，光刻技术的重要 性越来越突出。
02
mems工艺简介
mems工艺的定义和特点
定义
MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）工艺是一种制造微小机械和电子系 统的技术，其尺寸通常在微米或纳米级别。
电子束光刻技术
电子束光刻技术具有极高的空间分辨 率和制程能力，能够制造出高精度的 微结构，但制程效率相对较低。
mems工艺中的光刻技术发展趋势
极紫外光刻技术
极紫外光刻技术具有更高的分辨率和制程能力，是下一代 光刻技术的发展方向之一，将为MEMS工艺带来更大的 发展空间。
纳米压印光刻技术
纳米压印光刻技术是一种新型的光刻技术，具有较高的制 程效率和较低的成本，是未来MEMS工艺中制造高精度 微结构的重要手段之一。
02
03
光刻技术的不断进步将推动 MEMS工艺的发展，实现更高精 度、更高性能的MEMS器件制造。
随着人工智能、物联网等新兴领 域的发展，MEMS器件的应用需 求将不断增长，光刻技术将发挥 更加重要的作用。
光刻技术的未来发展将更加注重 环保和可持续发展，推动绿色制 造的进程。
(10)光刻技术剖析
使用光刻胶的目的： 将掩膜版图案转移到硅片表面顶层的光刻胶中； 在后续工艺中，保护下面的材料；
随着尺寸的越来越小，需要注意和改进的几个点： 更好的图形清晰度、黏附性、均匀性、增加工艺容度。
30
10.2 光刻胶
1、组成
聚合物材料：聚合物在广德照射下不发生化学反应，其 主要作用是保证光刻胶薄膜的附着性和抗腐蚀性；使胶 具有一定的粘度，能均匀涂覆；
40
3 正、负胶比较
正胶，显影容易，图形边缘齐，无溶涨现象，光刻的 分辨率高，去胶也较容易。
负胶显影后保留区的胶膜是交联高分子，在显影时， 吸收显影液而溶涨，另外，交联反应是局部的，边界 不齐，所以图形分辨率下降。光刻后硬化的胶膜也较 难去除。但负胶比正胶相抗蚀性强。
41
正胶和负胶进行图形转移示意图
②透射率：在360nm以上的波长范围内，透射率在 90%以上。
③化学稳定性：掩模版在使用和储存过程中，很难绝 对避免与酸、碱、水和其它气氛接触。它们对玻璃都有不同 程度的溶解力。
④选择方法：表面光泽，无突起点、凹陷、划痕和气 泡，版面平整。厚度适中、均匀。对于接触式曝光，为能承 受接触复印压力，厚度应在3mm以上。
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通过移相层后光波与正常光波产生的相位差可用 下式表达：
Q2d(n1)
式中 d——移相器厚度； n——移相器介质的折射率； λ——光波波长。
46
附加材料造成 光学路迳差异， 达到反相
47
10.3.1 移相掩模技术
移相掩模的主要类型有： 交替式PSM 衰减型PSM 边缘增强型PSM 无铬PSM 混合PSM
18
10.1.3 铬版的制备技术
空白铬版制作工艺流程
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1、玻璃基板的选择与制备
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。
光刻工艺的三要素
光刻工艺的三要素
1. 光源：光刻工艺需要使用一定波长的紫外线光源来照射光刻胶。
常用的光源包括汞灯、氘灯和氙灯等。
光源的稳定性和强度直接影响着光刻胶的曝光结果。
2. 掩膜：掩膜是用于制作芯片器件图案的模具，通过掩膜上的透明区域将光源发出的光线投射到光刻胶上形成图案。
掩膜的制作需要使用高分辨率的光刻技术，并且透明区域需要具备良好的精确度和对比度。
3. 光刻胶：光刻胶是光刻工艺中的关键材料，它在曝光后会发生化学反应，形成特定的图案。
光刻胶的光敏剂和增感剂决定了其对特定波长光的敏感程度和曝光速度，而胶厚度、粘度和耐化学性等属性则对图案的质量和光刻的可重复性产生影响。
通过光源的照射，掩膜上的图案在光刻胶上形成，然后通过显影、蚀刻等步骤，制作出所需的芯片器件结构。
这三要素的优化和控制是确保光刻过程准确、稳定和高效的关键因素。
光刻的基本工艺流程
光刻的基本工艺流程光刻是半导体制造中非常重要的工艺之一，它可以将芯片上的电路图案转移到硅片上，是制造芯片的关键步骤之一。
下面我将详细介绍光刻的基本工艺流程。
一、准备工作在进行光刻之前，需要进行一些准备工作。
首先，需要将硅片进行清洗，以去除表面的杂质和污垢。
其次，需要在硅片表面涂上一层光刻胶，通常使用的是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或光刻胶SU-8。
光刻胶的厚度和性质会影响到光刻的精度和质量。
二、曝光曝光是光刻的核心步骤，它将芯片上的电路图案转移到光刻胶上。
曝光需要使用光刻机，将光源照射到芯片上，通过控制光源的强度和时间来控制曝光的剂量。
曝光时，会使用掩膜将光源的光线限制在需要曝光的区域，以保证曝光的精度和准确性。
三、显影显影是将曝光后的光刻胶进行化学反应，去除未曝光的部分，从而形成芯片上的电路图案。
显影需要使用显影液，常用的显影液有氢氧化钠（NaOH）和异丙醇（IPA）等。
显影液会溶解掉未曝光的光刻胶，从而形成芯片上的电路图案。
四、清洗清洗是将显影后的芯片进行清洗，去除显影液和未固化的光刻胶。
清洗需要使用去离子水和化学清洗剂，以保证芯片表面的干净和光滑。
五、后处理在完成光刻之后，需要进行一些后处理工作。
首先，需要检查光刻的质量和精度，以保证芯片的正常工作。
其次，需要进行后续的工艺步骤，如蚀刻、金属沉积等，以完成芯片的制造。
总之，光刻是制造芯片的重要工艺之一，它需要经过准备工作、曝光、显影、清洗和后处理等步骤，才能完成芯片的制造。
光刻的精度和质量对芯片的性能和可靠性有着重要影响，因此需要严格控制每个步骤的质量和精度。
光刻5种曝光模式的原理、区别与缺点
光刻5种曝光模式的原理、区别与缺点摘要：一、光刻曝光模式概述二、五种光刻曝光模式的原理及特点1.接触曝光模式2.投影曝光模式3.透镜曝光模式4.步进曝光模式5.扫描曝光模式三、五种光刻曝光模式的区别四、五种光刻曝光模式的缺点五、总结与应用场景正文：一、光刻曝光模式概述光刻是半导体制造中至关重要的一个步骤，它决定了集成度的提高和芯片性能的提升。
曝光是光刻过程中的关键环节，通过曝光，光刻胶会在紫外光的照射下产生化学变化，进而实现对芯片图案的转移。
本文将介绍五种常见的光刻曝光模式，分析它们的原理、特点及应用场景。
二、五种光刻曝光模式的原理及特点1.接触曝光模式：接触曝光模式是光刻过程中最早采用的一种方式。
其原理是将光刻胶覆盖在芯片表面，然后通过光源与光刻胶直接接触，使光刻胶感光产生变化。
这种曝光模式的特点是操作简单，但曝光效果受限于光源强度和光刻胶的感光度，分辨率较低。
2.投影曝光模式：投影曝光模式通过光学投影系统将掩模上的图案投影到光刻胶上，实现高分辨率图案的转移。
其特点是分辨率高，但设备成本较高，对操作环境要求严格。
3.透镜曝光模式：透镜曝光模式利用透镜聚焦光源，将掩模上的图案精确地投影到光刻胶上。
其优点是曝光效果稳定，分辨率较高，但设备成本较高。
4.步进曝光模式：步进曝光模式通过逐行、逐列地对光刻胶进行曝光，实现整个芯片图案的转移。
其特点是曝光速度快，效率高，但可能出现边缘效应，影响图案精度。
5.扫描曝光模式：扫描曝光模式是将光源扫描掩模与光刻胶之间的区域，实现图案的转移。
其优点是曝光精度高，边缘效应较小，但设备成本较高。
三、五种光刻曝光模式的区别五种光刻曝光模式在曝光原理、分辨率、成本和操作难度等方面存在一定的区别。
接触曝光模式和投影曝光模式较为成熟，适用于低分辨率场景；透镜曝光模式和步进曝光模式在分辨率、速度和精度方面有优势，但成本较高；扫描曝光模式兼具高分辨率和良好边缘效应，但成本较高。
四、五种光刻曝光模式的缺点1.接触曝光模式：分辨率较低，受光源强度和光刻胶感光度限制。
光刻的原理
光刻的原理
光刻是一种将图案转移到光刻胶上的工艺，是微电子制造中最重要的工艺之一。
它的原理是利用紫外光在光刻胶上形成化学反应，从而形成所需的图案。
下面将详细介绍光刻的原理。
光刻的原理主要分为三个步骤：曝光、显影和退火。
首先，在曝光的过程中，将待加工的芯片或晶圆放置在光刻机上，通过光刻胶层让光线照射到芯片表面。
其中，胶层的光敏化过程是利用光刻胶中的光敏剂吸收光子来完成的，这些光子会激发光敏剂中的化学反应，使光刻胶产生化学性变化。
而这种化学性变化会使得胶层变得更加耐蚀和硬化。
接下来是显影步骤，将光刻胶进行显影处理，以便刻蚀出图案。
在这个过程中，光刻胶被暴露在显影液中，显影液会溶解掉没有暴露在光线之下的胶层。
这个过程中的化学反应，使得光线照射的区域和显影液接触的区域产生了不同的化学性变化。
最后是退火步骤，这个过程是通过高温处理来提高芯片或晶圆的结构稳定性。
这个步骤能够使得芯片的线路更加牢固和稳定，从而提高芯片的性能和可靠性。
总之，光刻是一种非常关键的微电子制造工艺，它的原理是通过曝光、显影和退火三个步骤来实现芯片制造中的图案转移。
在整个过程中，光刻胶的光敏化、显影液的化学反应和高温处理都是非常重要的步骤，它们可以使得芯片的制造更加精确、高效和可靠。
- 1 -。
光刻的分类
光刻的分类光刻是半导体制造中不可或缺的工艺步骤之一，用于将电路图案转移到硅片或其他基板上。
根据不同的光刻技术和使用的光刻胶材料，可以将光刻分为几个不同的分类。
1. 接触式光刻接触式光刻是最早使用的光刻技术之一，它通过将掩膜与光刻胶直接接触并暴露在紫外线下，将图案转移到基板上。
接触式光刻的特点是成本较低、分辨率相对较低，适用于一些较大尺寸的电路图案制作。
2. 断裂式光刻断裂式光刻是一种高分辨率的光刻技术，它通过使用高能电子束（e-beam）或离子束（ion-beam）来曝光光刻胶。
断裂式光刻具有非常高的分辨率和精度，适用于制作微细结构和高密度电路。
3. 深紫外光刻深紫外光刻是目前半导体制造中使用最广泛的光刻技术之一。
它使用波长较短的紫外光（通常为248 nm或193 nm）来曝光光刻胶，以实现更高的分辨率和更小的特征尺寸。
深紫外光刻技术适用于制作高集成度的微电子器件和芯片。
4. 双重曝光光刻双重曝光光刻是一种组合了两次曝光的光刻技术。
它通过将两个不同的图案在同一个光刻层上进行叠加曝光，从而实现更高分辨率和更复杂的电路设计。
双重曝光光刻技术在微电子制造中得到了广泛应用。
5. 多层光刻多层光刻是一种用于制作多层电路结构的光刻技术。
它通过多次光刻步骤，将不同的电路层次逐层叠加在基板上。
多层光刻技术可实现更高的集成度和更复杂的电路设计。
总结：光刻是半导体制造过程中至关重要的一步，根据不同的技术和材料，可以将光刻分为接触式光刻、断裂式光刻、深紫外光刻、双重曝光光刻和多层光刻等分类。
每种光刻技术都有其适用的场景和特点，选择合适的光刻技术对于半导体制造具有重要意义。
光刻的原理
光刻的原理光刻技术是一种重要的微电子制造工艺，广泛应用于芯片、集成电路、液晶显示器等微电子领域。
其原理是利用光的干涉、衍射和化学反应等作用，将芯片设计图案转移到光刻胶上，然后通过化学腐蚀和蚀刻等步骤，将芯片上的电路图案形成。
光刻技术的核心是光刻胶，它是一种特殊的化学物质，具有光敏性质。
当光照射到光刻胶上时，它会发生化学反应，使得光刻胶的物理性质发生变化，形成可控的图案。
因此，光刻技术的工艺流程通常包括以下几个步骤：1.基片清洗：将芯片基片进行清洗，去除表面的杂质和污染物，以便后续工艺的进行。
2.涂覆光刻胶：将光刻胶沉积在基片上，并利用旋涂机将光刻胶均匀地涂布在基片表面上，形成一层薄膜。
3.预烘烤：将光刻胶暴露在高温下，使其变得更加坚硬和稳定，以便进行后续的光刻。
4.曝光：将芯片设计图案照射在光刻胶表面上，利用光刻机器对光进行精确的控制和调节，形成可控的图案。
5.显影：将光刻胶进行显影处理，去除不需要的部分，以便后续的化学腐蚀和蚀刻。
6.腐蚀和蚀刻：根据芯片设计图案的要求，进行化学腐蚀和蚀刻处理，将芯片上的电路形成。
光刻技术的精度和稳定性是微电子制造的关键因素之一。
在光刻胶的制备和光刻机器的调节上，需要精细的控制和调整，以保证芯片上的电路图案精度和一致性。
此外，光刻技术还需要考虑光源的波长和光强度、光刻胶的选择和配方、显影液的选择和浓度等因素，以实现最佳的光刻效果。
随着微电子制造技术的不断发展和进步，光刻技术也在不断地演变和改进。
例如，使用更高分辨率的光刻机器和更先进的光刻胶，能够实现更小尺寸和更高精度的芯片设计图案。
同时，利用多重曝光、多层光刻等技术，也能够实现更加复杂和精细的芯片电路图案。
光刻技术是微电子制造的重要工艺之一，其原理和流程十分复杂和精细。
只有通过精细的控制和调节，才能够实现高精度和高稳定性的芯片设计图案。
随着技术的不断发展和进步，相信光刻技术将会越来越成熟和完善，为微电子制造带来更多的发展机遇。
光刻工艺简介 - 复制
遮蔽式（shadow）曝光
➢ 接触式：1μm左右的分辨率，尘埃或硅渣嵌入光刻胶的问 题；
➢ 接近式：（10-50μm的间隙），2-5μm分辨率，掩膜图形边 缘光学衍射，光进入阴影区。
临界尺寸（critical dimension，CD）
➢ 灵敏度
✓ 正胶的灵敏度：感光区变得完全可溶时所需的能量，因 此E T对应于灵敏度，是衡量曝光速度的指标（mJ/cm 2）； ✓ 负胶的灵敏度：曝光区内的原始光刻胶厚度保留50%所 需的能量；
➢ 对比度
✓ 对比度（反差比）——直接影响光刻胶的分辨率；曝 光响应曲线斜率越大，对比度越大； ✓ γ较大表示曝光能量有一增量，光刻胶的可溶性就有较 大增加，结果图像边缘就比较陡。
（2）
➢ 式（1）说明分辨率的改善（即较小的lm），可以通过缩短 光源波长与增加数值孔径NA达到；
➢ 式（2）指出，聚焦深度会因NA的增加而衰减，而且增加 DA值比缩短光源波长λ对聚焦深度DOF衰减影响更快；
➢结论：缩短光源波长是光学图形曝光的必然 趋势。
➢ 高压汞灯（mercury-arc lamp） 具有较高的光强度与稳定度，故 被广泛用作曝光光源； ➢ 汞灯光谱的几个峰值： G-线：436nm H-线：405nm I-线：365nm
光刻胶主要参数
➢ 灵敏度 ➢ 对比度 ➢ 衍射影响 ➢ 抗刻蚀比
➢ 分辨能力 ➢ 曝光宽容度 ➢ 工艺宽容度 ➢ 其他
曝光响应曲线
下图为正、负胶曝光反应曲线和显影后图形截面 ➢ 光刻胶即使没有曝光，在显影液中也有一定的可溶性； ➢ 随着曝光剂量的增加，可溶性逐渐增加； ➢ 达到阈值E T后光刻胶完全可溶——对应于灵敏度。
简述光刻的原理及应用方法
简述光刻的原理及应用方法1. 光刻的原理光刻是一种微影技术，通过光、影、化学反应的相互作用，在光敏材料上形成精细的图案。
其原理主要包括以下几个步骤：1.掩膜制备：首先，根据设计要求，制备一个光学透明的模板，即掩膜。
掩膜上的图案将会被复制到光敏材料上。
2.底材涂覆：在需要进行图案复制的底材表面涂覆一层光敏材料。
这层材料将承载掩膜上的图案。
3.掩膜对位：将掩膜放置在光敏材料表面，并通过对位仪器对其进行调整，使得掩膜上的图案与底材上的期望位置对齐。
4.曝光：通过将掩膜暴露在特定波长的光源下，光经过掩膜的透光部分，形成投影在光敏材料上的图案。
掩膜上的透光区域对应于光敏材料上所需形成的图案。
5.显影：将光敏材料浸入显影液中，在显影液的作用下，未曝光的光敏材料将被去除，而曝光的部分将保留下来。
显影过程中，光敏材料会发生化学反应，使得图案得以呈现。
6.清洗：清洗光刻后的光敏材料，去除显影液残留的部分，保证光刻图案表面的纯净度。
2. 光刻的应用方法光刻技术在半导体制造、光学器件制造、微电子器件制造等领域有着广泛的应用，下面列举几种常见的应用方法：•半导体制造：光刻技术在半导体工艺中起到了关键的作用。
通过光学镜头将掩膜上的图案投影到硅片上，形成各种微小结构，如晶体管和电容器等，从而实现集成电路中的电子元器件的制造。
•平板显示制造：光刻技术在平板显示器制造中也扮演重要的角色。
通过光刻技术，可以在液晶面板上形成微小的像素点，从而实现高分辨率的显示效果。
常见的液晶电视、手机屏幕等产品都离不开光刻技术的应用。
•微电子器件制造：光刻技术被广泛应用于微电子器件的制造过程中。
例如，制备微处理器、传感器和MEMS（微机电系统）等微电子器件，都需要使用光刻技术来定义器件的结构和形状。
•光学器件制造：光学器件是利用光的性质进行信息处理和传输的重要组成部分。
光刻技术在光学器件的制造中起到了至关重要的作用。
例如，光刻技术可以制备光纤、光波导器件、光栅和透镜等光学器件。
光刻的工艺
光刻的工艺
光刻工艺是一种重要的微细加工技术，通常用于制造集成电路和微纳米器件。
下面是光刻工艺的一般步骤：
1. 接收光刻图案设计：根据需要制造的器件，设计图案，并将其转化为数字格式。
2. 芯片表面处理：对芯片表面进行预处理，例如清洗、去除杂质等，以确保光刻的质量。
3. 底片涂覆：将光刻底片（通常为玻璃或石英材料）涂覆在芯片表面，形成光刻胶层。
4. 软对准：使用专用设备将光刻底片和芯片对准，确保图案正确布局。
5. 曝光：使用光刻机器将光刻底片上的图案投射到光刻胶层上。
这通常通过使用紫外线光源，通过掩模和透镜将光照射到芯片的特定区域。
6. 显影：将芯片浸泡在特定的化学液中，将未暴露于光的光刻胶溶解掉，从而形成所需的图案。
这需要控制显影时间和温度以确保正确的图案转移。
7. 清洗：将芯片浸泡在去离子水或其他清洗剂中，去除显影过程中产生的任何
残留物。
8. 检验：检查芯片上的图案是否按照设计要求制造，并进行必要的测量和质量控制。
以上是光刻工艺的一般步骤，具体的工艺参数和步骤可能因应用和芯片制造技术的不同而有所变化。
光刻工艺的优化和控制是集成电路制造中的关键技术之一，对于实现高精度、高性能的微纳米器件具有重要意义。
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光 刻 (1)
Semiconductor Manufacturing Basic
光刻
● 光刻的原理／roadmap ● 分辨率增强技术
照明方法、掩膜
● 光刻胶
阻碍溶解型光刻胶、化学增幅型光刻胶
● 光刻胶处理
抗反射工艺
● 未来的光刻
浸入式光刻、EUV光刻、双掩膜工艺
81
● 在光罩遮光部形成相位移相器 （控制折射率、透过率）
106
LEVENSON相位位移光罩 的作用原理
光罩
光罩上的 振幅
180°相位移相器
晶圆上的 振幅
晶圆上的 光强度
普通光罩
Levenson相位位移光罩
107
相位位移光罩的分类
原理 二层构造
空间频率调制 Levenson 型
强调边界
辅助图形型
自我整合型
振幅 强度
102
关于σ
高NA→分辨率提高 高NA→窄间距的焦深提高 小NA→宽间距的焦深提高
大σ→分辨率、焦深提高
σ（空间耦合因子）：有效光源的大小
小← σ →大
垂直入射成分多
倾斜入射成分多
σ=0→完全耦合照明
103
104
18 《半导体制造》
Semiconductor Manufacturing Basic
强度
强度
大圆片
强度
大圆片
强度
掩膜版尺寸偏小时不会成像 （不产生干涉条纹）
101
分辨率、NA、σ(传统曝光)
光刻 (1)
曝光方式的变迁
接触式曝光
接近式式曝光
缩小投影式曝光
100
分辨率增强技术
斜入射（环形）照明 变形照明法 强度
透过掩膜版后，光的相位反转 相位移 强度
大圆片
强度
大圆片
２光束干涉，提高分辨率和焦深
Semiconductor Manufacturing Basic
光源的波长与分辨率的关系
等倍接近
缩小投影 (反射光学系)
光刻
分辨率的提高
分辨率
光刻 (1)
NA的增大
分辨率（nm）
尺寸或精度(nm)
缩小投影 (折射、反射 折射光学系)
波长（nm） RET (Resolution Enhancement Technology)： 分辨率增强技术
投影式曝光：在掩膜版遮光部产生漏光
96
步进式曝光(步进式＆重复式)的原理
步进＆重复式和步进＆扫描
步进＆重复式
×５(×４) 折射镜头
22 mm 静止曝光
类型 光刻胶
镜头
圆片
倍率 光学系 露光面 曝光
步进＆扫描式
×４ 折射镜头或反射光学系
26×33mm 光刻胶、圆片的扫描曝光
扫描：镜头小(低象差、低成本)、曝光面积大
逻辑 栅CD控制
孤立线
微细接触孔
存储器 单元缩小化
密集线
微细接触孔
93
光学光刻的进展
Design rule 接触式
掩膜版 接近式
g线 步进&扫描
掩膜版
大圆片 低缺陷
掩膜版 硅片
低缺陷
高分辨
接近式
掩膜版
硅片
i线 步进&扫描
掩膜版
高分辨
硅片
硅片
接触式曝光→接近式曝光→步进式、扫描式
95
94
曝光方式不同，对比度不同
光刻 (1)
掩膜版成本（相对值）
微细化导致掩膜版成本上升
运行 直接使用材料 工艺 设备
设计规则
123
CMP技术与光刻
CMP(Chemical Mechanical Polishing：化学机械抛光)
CMP技术弥补光刻焦深不足
有段差的基板
CMP处理后平坦化的基板
焦深不足 远紫外光
基板 光刻胶
焦深充足 远紫外光
97
98
17 《半导体制造》
Semiconductor Manufacturing Basic
对曝光设备的要求
照明 短波长 灵活的孔径 ● 环状 annular
● 4重（4层） 高输出 高均匀性
掩膜版
投影镜头 高(灵活性)NA
象差小
圆片载物台 高速 高精度（x,y,z轴）
99
常用照明方法
３光束干涉
（375nm厚）
138
化学放大型负性光刻胶
曝光后 烘烤
水性冲洗 显影
六甲氧烷基三聚酰胺 (Hexamethoxymethylmelamine) 作为交联剂
利用酸/加热的交联反应
丙烯 聚合物
含有脂环 基的压克 力聚合物
环烯烃 聚合物 (COP)
139
24 《半导体制造》
ArF光刻胶
ArF光刻胶 - 低吸收 @193nm - 聚合物：碳酸酯 - 耐干刻 - 高敏感度以避免透镜损坏 丙烯聚合物← 透射率 + 脂环基 ← 耐刻蚀 环烯烃聚合物 ← 透射率＋耐刻蚀
未曝光部分难于溶解的原因分析: 偶氮耦合
聚合高分子，导致溶解受到抑制
129
由G、I线向KrF光刻胶发展
G、I线光刻胶 溶解抑制型光刻胶
重氮基萘醌 PAC (感光化合物)
- 光活性 - 溶解性变化
可溶于碱 高吸收@248nm
线型酚醛树脂 基体聚合物
KrF光刻胶 化学放大型光刻胶
酸性发生剂
光酸发生
不溶于碱
环状照明的效果
光刻 (1)
相位位移光罩的效果
线＆空间 环状比越大→焦深越大
105
(1)普通光罩
(2)Levenson光罩 (3)辅助图形光罩 (4)中间色光罩 (5)透过型光罩
光振幅的叠加 反向光振幅的叠加 →降低对比度 →提高对比度
(a)光罩构造 (b)光振幅 (c)光强度(圆片上)
● 在光罩的开口部形成合适折射率的 薄膜图形（相位移相器） ● 光罩开口部（石英）的掘进 (依掘进量的大小相位发生反转）
140
Semiconductor Manufacturing Basic
聚合物构造和耐干刻蚀性的关系 大西模型
大西参数 刻蚀速率 ∝ ---N-T---
NC - NO
NT : 全部原子数 NC : 碳原子数 NO : 氧原子数
着眼于碳密度的关系
大西参数： 有效刻蚀的碳密度
衬底 不需要有机抗反膜涂层
83
使用2.38wt％(0.26N)水溶液
84
新型试剂保管系统：NOWPAK
曝光的原理
分辨率
短波长光源 短λ(波长)
焦深
低K1（分辨率提高技术）
变形照明 相位位移掩膜，光接近效果补正
光刻胶 涂胶工艺
85
15 《半导体制造》
镜头瞳孔滤光器 NA=SINθ 缩小投影镜头的孔径
86
113
1. 环形＋中间色光罩 → 孤立生产线、密集生产线
2. 中间色光罩 → 接触孔 3. Levenson PSM → (1)缩小栅长
(2)存储单元
114
光学临近效应修正 OPC (Optical Proximity Correction)
设计
掩膜版
硅片
光学临近效应修正
伴随图形的微细化，更容易受到临近图形 影响，光学图形变得不能再现掩膜版图 形，为此而采取的修正方法就是“光学临 近效应修正”。
列
感光材料 重氮基萘醌 （溶解抑制剂）
酸发生剂
125
正性胶的组成和 重氮基萘醌的光化学反应
(Indene carbon acid) 正性胶的组成
DNQ
ICA (Indene carbon acid)
126
正性光刻胶图形形成的原理
未曝光部分
曝光部分
线型酚醛 树脂
线型酚醛 树脂
线型酚醛 树脂
溶解抑制型正性光刻胶的反应
光刻胶 基板
CMP：减小波长、增大NA可减小λ/(NA)2值
124
曝光光源与光刻胶材料的关系
设计规则 0.30μm以上 0.30～0.13μm 0.13μm以下
曝光光源
UV（G,I线）
DUV（KrF, ArF 准分子激光)
EB, X线
光刻胶 反应形态
溶解抑制
化学放大
聚合物
聚乙烯基苯酚系 线型酚醛树脂、 线型酚醛树脂 列、聚(丙烯酸)系 聚乙烯基苯酚系列
131
化学放大型光刻胶的反应
未曝光部分
不溶于碱 248nm时透明性良好
曝光部分
溶于碱 248nm时透明性良好
曝光部分、未曝光部分极性差异形成图形→高反差
132
化学放大型光刻胶的特征
● 针对碱性水溶液的溶解性变化大 （极性变化大） → 提高分辨率
● 利用酸致催化反应 → 提高敏感度
光酸产生剂 Photoacid Generators
设计与套刻图形差异的原因 ● 光学影响（low k1） ● 胶(光反应试剂的扩散、显影时图形的变动) ● 干法刻蚀
115
20 《半导体制造》
116
Semiconductor Manufacturing Basic
栅CD控制OPC的效果(1D)
曝光：KrF步进式 光刻胶：ARC上化学放大型 正性光刻胶
1-乙氧乙烷基
三甲硅烷基 （低活性化能量：易于酸脱离）
135
接近1/2波长的KrF光刻图形
光刻 (1)
KrF光刻的180nm图形
线条和间距
孤立线条
孤立间距（沟槽）
膜厚：300nm
136
KrF光刻的160nm接触孔图形
0.15μm线条和间距
0.125μm 线条和间距