光刻的基本原理
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)。
芯片图形的转移和实现
刻蚀/注入
光刻
电路图形——掩膜版——光刻胶——芯片
EDA设计 投影和离子束曝光
光刻的基本原理
光刻是通过光化 合反应，将掩膜版上 的电路图图形暂时转 移到覆盖在半导体晶 片上的光刻胶，然后 利用光刻胶为掩膜， 对下方材料选择性加 工（刻蚀或注入）， 从而在半导体晶片上 获得相应电路图形
2。基本组分： 感光剂、增感剂和溶剂 3。感光原理 1）负胶： 典型：KPR(聚乙烯醇肉桂酸脂) 聚合硬化：线性——网状 2）正胶： 典型：DNQ(重氮萘醌) 光分解
光刻的基本流程
前处理 1.脱水：片架式坚膜烘箱 200℃ 2.OAP（HMDS）
两类：高温 低温 作用：增加黏附力 正胶与负胶的区别 原理: 有机氯硅烷 六甲基二硅胺烷（HMDS)
作业流程－曝光1
光学曝光方法分类
光 学 曝 光 方 式 接 触 式 硬接触 软接触 1:1DSW 1:1投影曝光 缩小投影曝光 透镜光学系统 反射镜光学系统 1/2 1/5 1/10 真空压紧 喷气压紧
投 影 式
作业流程－曝光2
接触式曝光：PLA501 曝光的氮气氛围，保持较高的留膜率 优点： 缺点：均匀性 光刻版 作业圆片图形 不适合正胶作业 分辨率
下一代光刻技术 极紫外光（EUV ）λ=10~14nm 电子束光刻 λ=0.04nm 离子束光刻 λ=0.0001nm X-射线 λ=4nm
谢 谢 ！
结 束
光刻工艺培训
设备 原理 工艺
1、生产线的分布及组成部分
4 寸 线 5 寸 线
前 处 理
匀 胶
曝 光
显 影
检 查
2、工艺分类
负胶光刻工艺 正胶光刻工艺 正胶、负胶工艺的选择
负性光刻 正性光刻
光刻术语 1.分辨率：将硅片上两个相邻特征图形区别 开来的能力 2.套准精度：光刻要求硅片表面存在的图案 与掩膜版上的图形对准，此特性指标就是 套准精度 3.关键尺寸：硅片上形成图形的实际尺寸即 特征尺寸，最小的特征尺寸即关键尺寸
4.工艺宽容度：光刻始终如一的处理符合特 定要求产品的的能力。追求最大的工艺宽 容度 5.光谱：能量要满足激活光刻胶并将图形从 掩膜版中转移到硅片上的要求。 紫外光源（uv） 汞灯
负 胶
CD变化
负胶光刻图形变化差 0.8～1.0um 正胶光刻图形变化差 0um
光刻胶的组分和感光原理
1。光刻胶的物理特性 分辨率、对比度、敏感度、粘滞性、粘附性、抗蚀 性等 a.分辨率：形成的关键尺寸越小，光刻胶的分辨率 越高 b.对比度：光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度 c.敏感度：在硅片表面光刻胶中形成一个良好图形所 需要的 一定波长光的最小能量值 d.粘滞性：光刻胶的流动特性 e.粘附性：光刻胶粘附于衬底的强度。
C O A T E R
上 百度文库 架
Soft bake
下 料 架
作业流程－匀胶2
45/60 ETN6000 SVG88series结构区 别及影响 涂布因素 转速 加速度 滴胶状态 回吸 排风 EBR（T&B) CUPRINSE 因素的影响
作业流程－匀胶3
曝光前烘 作用：溶剂挥发、胶膜干燥 温度与时间的选择
2.1 CD变化差
负胶光刻图形变化差 0.8～1.0um 正胶光刻图形变化差 0um
2.1区别
作业流程－前处理1
氧化膜的三种类型
作业流程－前处理2
前处理：片架式坚膜烘箱 OAP（HMDS）
两类：高温 低温 作用：增加黏附力 原理: 有机氯硅烷 六甲苯二硅氧烷
作业流程－匀胶1
涂布原理：离心力作用 涂布结构：
利用透镜把掩膜版上的 图形1：1的投影到硅片 上 减少了对操作者依赖, 沾污少，无边缘衍射 分辨率：>1um
4。步进重复式(STEPPER)
将掩膜版上的图形缩小4X,5X,10X倍后投 影到硅片表面的光刻胶上。 掩膜图形更精确和易制作，实现更小图形 采用投影式掩膜版（1或几个芯片图形）以 步进方式多次重复曝光 分辨率：大约0.35um
设备简单 70年代中前期 掩膜版和硅片直接接触， 掩膜版寿命短 图形缺陷多，颗粒沾污大 分辨率：〉5um 应用：分立器件，SSI
2。接近式曝光
距硅片表面2~10um 无直接接触，无损伤， 沾污少，更长的掩膜寿 命 分辨率>3um 应用：分立器件， SSI,MSI
3。（扫描）投影式 (MPA500/600)
光刻胶的类型与光刻工艺
光刻胶的类型—两种光刻工艺
又名（光致）抗蚀剂，光阻、photoresist
曝光后溶解性的变化 正 胶 不溶——可溶 显影后光刻胶上的图形 与掩膜版上图形一致 可溶——不溶 …..相反
优缺点 分辨率高，对比度高，线条边缘清 晰，在深亚微米（1um）工艺中占 主导地位 和硅片有良好的粘附性和抗蚀性， 针孔少，感光度高但显影时会变形 和膨胀，分辨率2um左右。
涂胶
目的：在硅片表面获得一定厚度且均匀的光刻 胶。 方法：旋转涂胶
涂胶参数 滴胶量：与光刻胶的黏度有关 厚度：与转速及胶粘度有关 均匀性：高的旋转加速度变化斜率及滴胶 位置
前烘（软烘）
目的：通过加热去处光刻胶中的溶剂，改进其于 硅片表面的粘附性及缓和光刻胶内部应力。 方法
曝光
目的：对光刻胶进行选择性光化学反应，将掩膜 版图形转移到光刻胶。 方法： 1。接触式(PLA501)
曝光后烘(PEB)
PEB的作用 提高黏附性并减少驻波 PEB与软烘的关系
显影 目的：显现图形
方法：浸没式、喷淋式、PUDDLE 浸没－正胶显影台 喷淋－ETN6000、SSI超声波、AIO PUDDLE－SVG series、AIO
显影参数 温度：23±0.1℃ 时间 液量 浓度：正胶2.38% 清洗 排风
显影检查
检查的内容：对准精度、关键尺寸 （CD）、图形缺陷等 不合格的硅片将去胶重新返工：
光刻胶上的图形式临时的；
方法：聚光灯检查、显微镜检查 五点检查
光刻的关键问题
1。衍射 光的波粒二象性 Lmin>λ/2,波长越短，分辨 率越高 2。数值孔径（NA） 反应透镜收聚衍射光的能力 3。焦深（DOF） 成像时得到最好分辨率的焦 距 4。硅片表面起伏对分辨率的 限制
作业流程－曝光3
1:1投影式曝光：MPA500/600 负胶留膜受氧的影响降低 缺点：负胶光刻胶厚 分辨率低 优点：正胶分辨率高 节省光刻版 均匀性 圆片表面 最佳套刻精度
作业流程－曝光4
5:1步进式曝光：ASML STEPPER 最佳套刻精度
作业流程－显影1
显影原理： 4－甲基氢氧化铵 2.38％ 显影结构：
作业流程－聚酰亚胺
作用：电介质隔离 平坦化 材料：光敏性－HTR100、HTR50 非光敏性－PI （K60）
显影检查
5点检查规则 表面状态 图形情况 曝光图形线宽控制 检查的作用
上 料 架 P E B D E V E L O P Hard Bake
23±0.1℃
下 料 架
作业流程－显影2
显影方式： 浸没－正胶显影台 喷淋－ETN6000、SSI超声波 PUDDLE－SVG series
作业流程－显影3
PUDDLE显影方式的注意点： 液温 浸润 背面吹氮 背清 冲水甩干 PEB的作用 消除驻波效应 Soft Bake 与PEB的关系 Hard Bake
PUDDLE显影 PUDDLE显影方式的注意点： 液温 浸润 背面吹氮 背清 冲水甩干
坚膜（后烘、 Hard Bake ） 目的： 1）蒸发光刻胶中的溶液，固化和稳定光 刻胶性质； 2）提高光刻胶的抗蚀能力和抗注入能 力； 3）提高光刻胶与硅片表面的粘附性； 方法：同前烘，通常热板烘烤，温度略高 于前烘。(正胶：120℃；负胶：160℃）
刻蚀/注入
光刻
电路图形——掩膜版——光刻胶——芯片
EDA设计 投影和离子束曝光
光刻的基本原理
光刻是通过光化 合反应，将掩膜版上 的电路图图形暂时转 移到覆盖在半导体晶 片上的光刻胶，然后 利用光刻胶为掩膜， 对下方材料选择性加 工（刻蚀或注入）， 从而在半导体晶片上 获得相应电路图形
2。基本组分： 感光剂、增感剂和溶剂 3。感光原理 1）负胶： 典型：KPR(聚乙烯醇肉桂酸脂) 聚合硬化：线性——网状 2）正胶： 典型：DNQ(重氮萘醌) 光分解
光刻的基本流程
前处理 1.脱水：片架式坚膜烘箱 200℃ 2.OAP（HMDS）
两类：高温 低温 作用：增加黏附力 正胶与负胶的区别 原理: 有机氯硅烷 六甲基二硅胺烷（HMDS)
作业流程－曝光1
光学曝光方法分类
光 学 曝 光 方 式 接 触 式 硬接触 软接触 1:1DSW 1:1投影曝光 缩小投影曝光 透镜光学系统 反射镜光学系统 1/2 1/5 1/10 真空压紧 喷气压紧
投 影 式
作业流程－曝光2
接触式曝光：PLA501 曝光的氮气氛围，保持较高的留膜率 优点： 缺点：均匀性 光刻版 作业圆片图形 不适合正胶作业 分辨率
下一代光刻技术 极紫外光（EUV ）λ=10~14nm 电子束光刻 λ=0.04nm 离子束光刻 λ=0.0001nm X-射线 λ=4nm
谢 谢 ！
结 束
光刻工艺培训
设备 原理 工艺
1、生产线的分布及组成部分
4 寸 线 5 寸 线
前 处 理
匀 胶
曝 光
显 影
检 查
2、工艺分类
负胶光刻工艺 正胶光刻工艺 正胶、负胶工艺的选择
负性光刻 正性光刻
光刻术语 1.分辨率：将硅片上两个相邻特征图形区别 开来的能力 2.套准精度：光刻要求硅片表面存在的图案 与掩膜版上的图形对准，此特性指标就是 套准精度 3.关键尺寸：硅片上形成图形的实际尺寸即 特征尺寸，最小的特征尺寸即关键尺寸
4.工艺宽容度：光刻始终如一的处理符合特 定要求产品的的能力。追求最大的工艺宽 容度 5.光谱：能量要满足激活光刻胶并将图形从 掩膜版中转移到硅片上的要求。 紫外光源（uv） 汞灯
负 胶
CD变化
负胶光刻图形变化差 0.8～1.0um 正胶光刻图形变化差 0um
光刻胶的组分和感光原理
1。光刻胶的物理特性 分辨率、对比度、敏感度、粘滞性、粘附性、抗蚀 性等 a.分辨率：形成的关键尺寸越小，光刻胶的分辨率 越高 b.对比度：光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度 c.敏感度：在硅片表面光刻胶中形成一个良好图形所 需要的 一定波长光的最小能量值 d.粘滞性：光刻胶的流动特性 e.粘附性：光刻胶粘附于衬底的强度。
C O A T E R
上 百度文库 架
Soft bake
下 料 架
作业流程－匀胶2
45/60 ETN6000 SVG88series结构区 别及影响 涂布因素 转速 加速度 滴胶状态 回吸 排风 EBR（T&B) CUPRINSE 因素的影响
作业流程－匀胶3
曝光前烘 作用：溶剂挥发、胶膜干燥 温度与时间的选择
2.1 CD变化差
负胶光刻图形变化差 0.8～1.0um 正胶光刻图形变化差 0um
2.1区别
作业流程－前处理1
氧化膜的三种类型
作业流程－前处理2
前处理：片架式坚膜烘箱 OAP（HMDS）
两类：高温 低温 作用：增加黏附力 原理: 有机氯硅烷 六甲苯二硅氧烷
作业流程－匀胶1
涂布原理：离心力作用 涂布结构：
利用透镜把掩膜版上的 图形1：1的投影到硅片 上 减少了对操作者依赖, 沾污少，无边缘衍射 分辨率：>1um
4。步进重复式(STEPPER)
将掩膜版上的图形缩小4X,5X,10X倍后投 影到硅片表面的光刻胶上。 掩膜图形更精确和易制作，实现更小图形 采用投影式掩膜版（1或几个芯片图形）以 步进方式多次重复曝光 分辨率：大约0.35um
设备简单 70年代中前期 掩膜版和硅片直接接触， 掩膜版寿命短 图形缺陷多，颗粒沾污大 分辨率：〉5um 应用：分立器件，SSI
2。接近式曝光
距硅片表面2~10um 无直接接触，无损伤， 沾污少，更长的掩膜寿 命 分辨率>3um 应用：分立器件， SSI,MSI
3。（扫描）投影式 (MPA500/600)
光刻胶的类型与光刻工艺
光刻胶的类型—两种光刻工艺
又名（光致）抗蚀剂，光阻、photoresist
曝光后溶解性的变化 正 胶 不溶——可溶 显影后光刻胶上的图形 与掩膜版上图形一致 可溶——不溶 …..相反
优缺点 分辨率高，对比度高，线条边缘清 晰，在深亚微米（1um）工艺中占 主导地位 和硅片有良好的粘附性和抗蚀性， 针孔少，感光度高但显影时会变形 和膨胀，分辨率2um左右。
涂胶
目的：在硅片表面获得一定厚度且均匀的光刻 胶。 方法：旋转涂胶
涂胶参数 滴胶量：与光刻胶的黏度有关 厚度：与转速及胶粘度有关 均匀性：高的旋转加速度变化斜率及滴胶 位置
前烘（软烘）
目的：通过加热去处光刻胶中的溶剂，改进其于 硅片表面的粘附性及缓和光刻胶内部应力。 方法
曝光
目的：对光刻胶进行选择性光化学反应，将掩膜 版图形转移到光刻胶。 方法： 1。接触式(PLA501)
曝光后烘(PEB)
PEB的作用 提高黏附性并减少驻波 PEB与软烘的关系
显影 目的：显现图形
方法：浸没式、喷淋式、PUDDLE 浸没－正胶显影台 喷淋－ETN6000、SSI超声波、AIO PUDDLE－SVG series、AIO
显影参数 温度：23±0.1℃ 时间 液量 浓度：正胶2.38% 清洗 排风
显影检查
检查的内容：对准精度、关键尺寸 （CD）、图形缺陷等 不合格的硅片将去胶重新返工：
光刻胶上的图形式临时的；
方法：聚光灯检查、显微镜检查 五点检查
光刻的关键问题
1。衍射 光的波粒二象性 Lmin>λ/2,波长越短，分辨 率越高 2。数值孔径（NA） 反应透镜收聚衍射光的能力 3。焦深（DOF） 成像时得到最好分辨率的焦 距 4。硅片表面起伏对分辨率的 限制
作业流程－曝光3
1:1投影式曝光：MPA500/600 负胶留膜受氧的影响降低 缺点：负胶光刻胶厚 分辨率低 优点：正胶分辨率高 节省光刻版 均匀性 圆片表面 最佳套刻精度
作业流程－曝光4
5:1步进式曝光：ASML STEPPER 最佳套刻精度
作业流程－显影1
显影原理： 4－甲基氢氧化铵 2.38％ 显影结构：
作业流程－聚酰亚胺
作用：电介质隔离 平坦化 材料：光敏性－HTR100、HTR50 非光敏性－PI （K60）
显影检查
5点检查规则 表面状态 图形情况 曝光图形线宽控制 检查的作用
上 料 架 P E B D E V E L O P Hard Bake
23±0.1℃
下 料 架
作业流程－显影2
显影方式： 浸没－正胶显影台 喷淋－ETN6000、SSI超声波 PUDDLE－SVG series
作业流程－显影3
PUDDLE显影方式的注意点： 液温 浸润 背面吹氮 背清 冲水甩干 PEB的作用 消除驻波效应 Soft Bake 与PEB的关系 Hard Bake
PUDDLE显影 PUDDLE显影方式的注意点： 液温 浸润 背面吹氮 背清 冲水甩干
坚膜（后烘、 Hard Bake ） 目的： 1）蒸发光刻胶中的溶液，固化和稳定光 刻胶性质； 2）提高光刻胶的抗蚀能力和抗注入能 力； 3）提高光刻胶与硅片表面的粘附性； 方法：同前烘，通常热板烘烤，温度略高 于前烘。(正胶：120℃；负胶：160℃）