光刻过程图片解说PPT
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光刻工艺步骤介绍课件PPT
圆片低速渐静止或静止
喷显影液
圆片轻转（依靠圆片表面张力显影液在圆片表面停留一段时间）
较高速旋转（甩去圆片表面的显影液）
喷水旋转
加速旋转（甩干）
停止旋转并取片
显影后烘（坚膜）
圆片送回片架显影工艺完成
显影方式
显影方式 静态浸渍显影 圆片静止显影液喷在圆片表面，依靠圆片表面张
力使显影液停留在圆片上，圆片轻轻的转动，让显影液在圆片表 面充分浸润，一段时间后，高速旋转将显影液甩掉。如：SVG、 DNS、TEL设备。 旋转喷雾显影 圆片旋转由高压氮气将流经喷嘴的显影液打成微小 的液珠喷射在圆片表面，数秒钟显影液就能均匀地覆盖在整个圆 片表面。如：以前5寸SVG设备。 影响显影质量因素 显影时间 影响条宽控制精度 显影液的温度 影响显影的速率
曝光工艺流程 蚀工序就能将图形留在圆片上。
光刻工艺步骤实例-N-WELL的形成
高精度光刻图形与曝光光源有着直接的关系。
红其外中线 对 圆辐光片射刻加胶从热感片光起架主中要作取用出是波长为435. 预对位（找平边）
如：SVG、DNS、TEL设备。
圆片由机械手臂传输到载 片台（Stage）上
1光刻机自身的定位精度包括光学、机械、电子等系统的设计精度和热效应；
热板传导加热
基本原理：光刻工艺中最关键的工序它直接关系到光刻分辨率、留膜率、条宽控 制等。
2 硅片的加工精度和硅片在热加工氧化、扩散、注入、烘片等过程中的形变；
静态浸渍显影 圆片静止显影液喷在圆片表面，依靠圆片表面张力使显影液停留在圆片上，圆片轻轻的转动，让显影液在圆片表面充
分浸润，一段时间后，高速旋转将显影液甩掉。
基8n本m（原g理线：）光、刻3工65艺n流中m（最程i关线单键）的、上工24的序8n它批m直（号接DU关：V系远到紫光外刻线分）辨等率光、谱留线膜。率、条宽控 制等。
《光刻过程图片解说》PPT课件
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10
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11
光刻机
IC制造中最关键的步骤 IC 晶圆中最昂贵的设备 最有挑战性的技术 决定最小特征尺寸
接触式光刻机 接近式光刻机 投影式光刻机 步进式光刻机
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12
接触式光刻机
设备简单 70年代中期前使
用 分辨率:有微米
级的能力 掩膜版和硅片直
接接触,掩膜版 寿命短
等
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45
检查
如果硅片检查合格，将会流出光刻模块， 进入下一道工艺
刻蚀或离子注入
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46
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47
目前新技术
相移掩膜 浸没式光刻
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48
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49
浸没式光刻
是目前领域最有趣的问题 非常有前景 193 nm浸没式光刻技术已在2006年投入使
用 利用水提高分辨率
IC制程中最重要的模块,是集成电路中关键的工艺技术最 早的构想来源于印刷技术中的照相制版。光刻技术最早于
1958年开始应用，并实现了平面晶体管的制作。
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3
光刻的一般要求
图形的分辨率高 光刻胶敏感度高 层间对准精密高 缺陷密度低
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4
光刻胶
开始于印刷电路 1950年起应用于半导体工业 是图形工艺的关键 有正胶和负胶两种 光敏材料 均匀涂布在硅片表面 用曝光的方法转移设计图形到光刻胶上 类似于光敏材料涂布在照相用的底片上
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23
光刻工艺－前处理
防止显影时光刻胶脱离硅片表面 通常和前烘一起进行 匀胶前硅片要冷却
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片冷却
匀胶前硅片需冷却 硅片在冷却平板上冷却 温度会影响光刻胶的黏度
光刻机简单介绍PPT(共 36张)
RSET θ
RETICLE ALIGNMENT ALIGNMENT CHECK Y
ALIGNMENT CHECKθ
RETICLE计算
RSET X LSA SET Y
FIA SETY ALIGNMENT CHECK X
LSA SET X FIA SET X WGA SET Y
WGA SET θ
NG
ROTATION
光学基础知识
• i线：波长=365nm • g线：波长=436nm • 波长越长频率越低
i＞g
光刻机整体构造
Uv lamp
ＨＥＰA filter
reticle
lens wafer
Wafer stage
送风机
Heater
压缩机 风
进风口
光学系构造
RA
C F R1 R2 M1
S I MF、SF B
掩膜版对准系统（一）
➢以shutter反射的E线光源作为对准光源，将 掩膜版对准MARK与工作台上基准MARK进 行对准。
➢对准过程复杂，精度要求高。 ➢对准的后期进行LSA、FIA激光校正，为
WAFER对准作准备。
掩膜版对准系统（二）
对准顺序
LOOP1
START RETICLE SEARCH
RSET X RSET Y
•
5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。
•
6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。
•
7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认。
•
8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。
RETICLE ALIGNMENT ALIGNMENT CHECK Y
ALIGNMENT CHECKθ
RETICLE计算
RSET X LSA SET Y
FIA SETY ALIGNMENT CHECK X
LSA SET X FIA SET X WGA SET Y
WGA SET θ
NG
ROTATION
光学基础知识
• i线：波长=365nm • g线：波长=436nm • 波长越长频率越低
i＞g
光刻机整体构造
Uv lamp
ＨＥＰA filter
reticle
lens wafer
Wafer stage
送风机
Heater
压缩机 风
进风口
光学系构造
RA
C F R1 R2 M1
S I MF、SF B
掩膜版对准系统（一）
➢以shutter反射的E线光源作为对准光源，将 掩膜版对准MARK与工作台上基准MARK进 行对准。
➢对准过程复杂，精度要求高。 ➢对准的后期进行LSA、FIA激光校正，为
WAFER对准作准备。
掩膜版对准系统（二）
对准顺序
LOOP1
START RETICLE SEARCH
RSET X RSET Y
•
5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。
•
6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。
•
7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认。
•
8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。
光刻与刻蚀工艺流程 PPT
高压汞灯 受激准分子激光器
驻波效应
入射光与反射光干涉 周期性过曝光和欠曝光 影响光刻分辨率
光刻胶中的驻波效应
光刻7－曝光后烘焙（后烘，PEB）
机理：光刻胶分子发生热运动，过曝光 和欠曝光的光刻胶分子发生重分布；
作用：平衡驻波效应，提高分辨率。
PEB减小驻波效应
光刻8－显影(Development)
光刻胶热流动填充针孔
坚膜（Hard Bake）
热板最为常用 检测后可在烘箱中坚膜 坚膜温度: 100 到130 °C 坚膜时间：1 到2 分钟 坚膜温度通常高于前烘温度
坚膜的控制
坚膜不足
－光刻胶不能充分聚合 －造成较高的光刻胶刻蚀速率 －黏附性变差
过坚膜
－光刻胶流动造成分辨率变差
光刻基本步骤
• 涂胶 Photoresist coating • 对准和曝光 Alignment and exposure • 显影 Development
光刻工序
1、清洗硅片 Wafer Clean
2、预烘和底膜涂覆 Pre-bake and Primer Vapor
3、光刻胶涂覆 Photoresist Coating
基本步骤 – 化学清洗 – 漂洗 – 烘干
光刻2－预烘
脱水烘焙--去除圆片表面的潮气 增强光刻胶与表面的黏附性 通常大约100 °C 与底胶涂覆合并进行 底胶广泛使用: Hexamethyldisilazane (HMDS，六甲基
乙硅氮烷) HMDS的作用：去除SiO2表面的-OH基。
离子注入Ion Implantation
快速热退火Rapid Thermal Annealing
刻蚀术语
驻波效应
入射光与反射光干涉 周期性过曝光和欠曝光 影响光刻分辨率
光刻胶中的驻波效应
光刻7－曝光后烘焙（后烘，PEB）
机理：光刻胶分子发生热运动，过曝光 和欠曝光的光刻胶分子发生重分布；
作用：平衡驻波效应，提高分辨率。
PEB减小驻波效应
光刻8－显影(Development)
光刻胶热流动填充针孔
坚膜（Hard Bake）
热板最为常用 检测后可在烘箱中坚膜 坚膜温度: 100 到130 °C 坚膜时间：1 到2 分钟 坚膜温度通常高于前烘温度
坚膜的控制
坚膜不足
－光刻胶不能充分聚合 －造成较高的光刻胶刻蚀速率 －黏附性变差
过坚膜
－光刻胶流动造成分辨率变差
光刻基本步骤
• 涂胶 Photoresist coating • 对准和曝光 Alignment and exposure • 显影 Development
光刻工序
1、清洗硅片 Wafer Clean
2、预烘和底膜涂覆 Pre-bake and Primer Vapor
3、光刻胶涂覆 Photoresist Coating
基本步骤 – 化学清洗 – 漂洗 – 烘干
光刻2－预烘
脱水烘焙--去除圆片表面的潮气 增强光刻胶与表面的黏附性 通常大约100 °C 与底胶涂覆合并进行 底胶广泛使用: Hexamethyldisilazane (HMDS，六甲基
乙硅氮烷) HMDS的作用：去除SiO2表面的-OH基。
离子注入Ion Implantation
快速热退火Rapid Thermal Annealing
刻蚀术语
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。
8 基本光刻工艺PPT课件
图形转移通过两步完成。首先，图形被转 移到光刻胶层。光刻胶经过曝光后自身性质和 结构发生变化（由原来的可溶性物质变为非可 溶性物质，或者相反）。再通过化学溶剂（显 影剂）把可以溶解的部分去掉，在光刻层下就 会留下一个孔，而这个孔就是和掩膜版不透光 的部分相对应。
4
工艺步骤 目的
对准和曝光
在掩膜版和图形在晶圆上 的精确对准和光刻胶的曝 光。负胶是聚合物
光刻胶中的感光剂是用来产生或者控制聚 合物的特定反应。如果聚合物中不添加感光剂， 那么它对光的敏感性差，而且光谱范围较宽， 添加特定的感光剂后，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 制在某一波长的光。
15
• 添加剂 光刻胶中的添加剂主要在光刻胶薄膜中用
来吸收和控制光线，可以阻止光刻胶没有被曝 光的部分在显影过程中被溶解。 8.5 光刻胶的表现要素
从晶圆上去除光刻 胶层
氧化层 晶圆
6
如果掩膜版的图形 是由不透光的区域决 定的，称其为亮场掩 膜版；而在一个暗场 掩膜版中，掩膜版上 的图形是用相反的方 式编码的，如果按照 同样的步骤，就会在 晶园表面留下凸起的 图形。
暗场掩膜版主要 用来制作反刻金属互 联线。
亮场 暗场
7
刚才介绍了对光有负效应的光刻胶，称为负 性胶。同样还有对光有正效应的光刻胶，称为正 胶。用正性胶和亮场掩膜版在晶园表面建立凸起 图形的情况如图8.7所示。
对光刻胶的要求包括一下几个方面： • 分辨率
在光刻胶层能够产生的最小图形通常被作 为对光刻胶的分辨率。产生的线条越小，分辨 率越高。分辨率不仅与光刻胶本身的结构、性 质有关，还与特定的工艺有关，比如：曝光光 源、显影工艺等。
稀化光刻胶，通过旋转 形成薄膜
4
工艺步骤 目的
对准和曝光
在掩膜版和图形在晶圆上 的精确对准和光刻胶的曝 光。负胶是聚合物
光刻胶中的感光剂是用来产生或者控制聚 合物的特定反应。如果聚合物中不添加感光剂， 那么它对光的敏感性差，而且光谱范围较宽， 添加特定的感光剂后，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 制在某一波长的光。
15
• 添加剂 光刻胶中的添加剂主要在光刻胶薄膜中用
来吸收和控制光线，可以阻止光刻胶没有被曝 光的部分在显影过程中被溶解。 8.5 光刻胶的表现要素
从晶圆上去除光刻 胶层
氧化层 晶圆
6
如果掩膜版的图形 是由不透光的区域决 定的，称其为亮场掩 膜版；而在一个暗场 掩膜版中，掩膜版上 的图形是用相反的方 式编码的，如果按照 同样的步骤，就会在 晶园表面留下凸起的 图形。
暗场掩膜版主要 用来制作反刻金属互 联线。
亮场 暗场
7
刚才介绍了对光有负效应的光刻胶，称为负 性胶。同样还有对光有正效应的光刻胶，称为正 胶。用正性胶和亮场掩膜版在晶园表面建立凸起 图形的情况如图8.7所示。
对光刻胶的要求包括一下几个方面： • 分辨率
在光刻胶层能够产生的最小图形通常被作 为对光刻胶的分辨率。产生的线条越小，分辨 率越高。分辨率不仅与光刻胶本身的结构、性 质有关，还与特定的工艺有关，比如：曝光光 源、显影工艺等。
稀化光刻胶，通过旋转 形成薄膜
第四章-光刻PPT课件
68
Hot Plates
Widely used in the industry Back side heating, no surface “crust” In-line track system
2021
69
Wafer Cooling
Need to cool down to ambient temperature
圆片放置在真空卡盘上
高速旋转
液态光刻胶滴在圆片中心
光刻胶以离心力向外扩展
均匀涂覆在圆片表面
2021
46
粘性 Viscosity
Fluids stick on the solid surface Affect PR thickness in spin coating Related to PR type and temperature 旋转速率越高，涂覆越均匀
Water-cooled chill plate
Silicon thermal expansion rate: 2.5x106/°C
For 8 inch (200 mm) wafer, 1 °C change
2021
70
Alignment and Exposure
IC制造的最关键过程Most critical process for IC fabrication
－Ion implantation blocking
2021
24
光刻工艺 Photolithography Process
光刻基本步骤
• 涂胶 Photoresist coating • 对准和曝光 Alignment and exposure • 显影 Development
2021
光刻工艺介绍1PPT课件
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
2021
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
2021
解决PR/HMDS造成的显影缺陷的措施：
2021
Auto Leveling
Max.: 20mm Φ: 19mm
限制：圆片边缘12.5mm无法进行AL。
2021
Auto Leveling
2021
Auto Leveling
2021
Auto Leveling(III)
2021
常见聚焦不良
STAGE颗粒/圆片背面颗粒导致聚焦不良
AL 层次溅射
• LSA (Laser Step Alignment) • FIA (Field Image Alignment)
2021photoresistfilmdepthfocuscenterfocuscenterfocuslensdepthfocus2021idofudofindependenceuseable2021imagedefocus2021defocuseffectbestfocus04um06um08um10um02um10um08um06um04um02um2021focusexposurematrix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2021各层次各层次matrixstepmatrixstep参考条件参考条件2021defocus产生的原因autofocusautoleveling2021边缘效应2021边缘效应autofocusautolevelingng
的工艺条件为：112 °C/60s
2021
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
2021
解决PR/HMDS造成的显影缺陷的措施：
2021
Auto Leveling
Max.: 20mm Φ: 19mm
限制：圆片边缘12.5mm无法进行AL。
2021
Auto Leveling
2021
Auto Leveling
2021
Auto Leveling(III)
2021
常见聚焦不良
STAGE颗粒/圆片背面颗粒导致聚焦不良
AL 层次溅射
• LSA (Laser Step Alignment) • FIA (Field Image Alignment)
2021photoresistfilmdepthfocuscenterfocuscenterfocuslensdepthfocus2021idofudofindependenceuseable2021imagedefocus2021defocuseffectbestfocus04um06um08um10um02um10um08um06um04um02um2021focusexposurematrix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2021各层次各层次matrixstepmatrixstep参考条件参考条件2021defocus产生的原因autofocusautoleveling2021边缘效应2021边缘效应autofocusautolevelingng
《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。
光刻与刻蚀演示幻灯片
EUV = extreme ultraviolet
下一代光刻技术 EPL = electron projection lithography
ML2 = maskless lithography
+PSM +OPC+OAI 64×103
157nm F2
16×103
IPL = ion projection lithography
1
log10(Dc
/
D0)
负胶：
rn
1 log10(Dg0
/ Dgi )
❖ 对比度越高，侧面越陡，线宽更准确 ❖ 对比度高，减少刻蚀过程中的钻蚀效应，提高分辨率
55
其他特性
❖ 光敏度 ❖ 膨胀性 ❖ 抗刻蚀能力和热稳定性 ❖ 黏着力 ❖ 溶解度和黏滞度 ❖ 微粒含量和金属含量 ❖ 储存寿命
理想的曝光图形
68
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
69
ASM 2500/5000 投影光刻机
70
分辨率增强技术使光学光刻不断突破分辨率极限
1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016
光学M曝EF光光区学光刻技术潜力挖掘区 光刻工艺特征尺寸19805接485321000触6........n50000383式m5uuuuuuuummmmmmmm光EM线掩刻a模4接s-3k-精触61En0度r式murmo控光Gr4投制F线3刻a影6技cn1t光m术o0r-刻G23投.线06u影5mn2光m.0-刻I-2线04.850nu.1小年比0预远m0m9.188于光较测抛微K-0-年1刻乐都在0r米F微.2左技观被后（08米.右术的光头u5保；m-曾将长刻。-守10经9走期技.的1183G有9到预术预u年m人尽测神计曾预头：话为经言2；般0有0.：501的1预7微96光年9进言4米G刻年线步：）线也宽的22到，6156541宽曾达步146646××1这××××××9不经到伐119些111111007能有远000000991996692
最新第八章-基本光刻工艺.PPT课件
保持憎水性表面通常通过下面两种方法：
一是保持室内温度在50℃以下，并且在晶园完
成前一步工艺之后尽可能快的进行涂胶。
.
25
亲水 性 表面
憎水 性 表面
另一种方法是把晶园存储在用干燥并且干 净的氮气净化过的干燥器中。
除此之外，一个加热的操作也可以使晶园表面 恢复到憎水表面。有三种温度范围：
150～200℃（低温），此时晶园表面会被蒸发
首先把光刻胶通过管道堆积在晶园的中心， 堆积量由晶园大小和光刻胶的类型决定，堆积 量非常关键，量少了会导致涂胶不均匀，量大 了会导致晶园边缘光刻胶的堆积甚至流到背面， 如图所示。
.
28
涂胶
铺展
旋转
高转 速
真空
静态旋转工艺
光刻胶膜的最终厚度是由光刻胶的粘度、 旋转速度、表面张力和国光刻胶的干燥性来决 定的。
更高
黏结力
更好
曝光速度
更快
针孔数量
更少
阶梯覆盖度
更好
成本 显影液
有机溶剂
更高 水溶性溶剂
光刻胶去除剂
氧化工步 金属工步
酸
酸
氯化溶剂化合物
普通酸溶剂
.
23
8.8 光刻工艺
这一节将介绍基本的光刻工艺10步法，包 括每一步的目的、技术考虑、选项和工艺控制 方法等。
8.9 表面准备
为确保光刻胶能和晶园表面很好粘结，必 须进行表面处理，包括三个阶段：微粒清除、 脱水和涂底胶。
低转 速
真空
.
高转 速
31
• 自动旋转器
自动系统如图所示，包含了晶园表面处理、
.
26
到了400℃（中温）时，与晶园表面结合较松 的水分子会离开。当超过750℃（高温）时， 晶园表面从化学性质上讲恢复到了憎水性条件。 通常采用低温烘焙，原因是操作简单。
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。
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集成电路工艺之光刻
1
光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光刻工艺 5、新技术简介
2
光刻基本介绍
在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻 胶上的过程
将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。 光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。 光刻占40%到50%的流片时间。 决定最小特征尺寸。
投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影到 衬底上，优点：掩模版与晶片不接触，掩模不受损伤；对 准是观察掩模平面上的反射图像，不存在景深问题；掩模 版上的图形是通过光学技影的方法缩小，并聚焦于感光胶 膜上，掩模版上可以有比实际尺寸大得多的图像(通常掩 模图形的尺寸是实际尺寸的1～10倍)，提高了对准精度， 避免了微细图形制作的困难，也减弱了灰尘微粒的影响。
8
光刻胶的要求
高分辨率 –光刻胶越薄，分辨率越高 –光刻胶越薄，抗刻蚀和离子注入能力越低
高抗刻蚀性（要求厚膜） 好的黏附性 注入屏蔽能力强和针孔少（要求厚膜） 宽工艺窗口
–能适应工艺的变更
9
光刻胶的种类
10
11
光刻机
IC制造中最关键的步骤 IC 晶圆中最昂贵的设备 最有挑战性的技术 决定最小特征尺寸
37
显影
显影液溶解部分光刻胶 正胶显影液通常使用弱碱性的溶剂 最常用的是四甲基氢铵 将掩膜上的图形转移到光刻胶上 三个基本步骤:显影－清洗－干燥
38
39
40
41
42
显影后烘
使光刻胶中的溶剂蒸发 提高抗刻蚀和抗离子注入性 提高光刻胶和硅片表面的黏附性 聚合化并稳定光刻胶 光刻胶流动填平针孔
32
33
硅片冷却
需要冷却到环境温度 硅片在冷却板上冷却 硅的热膨胀率:2.5×10-6/°C 对于8英寸硅片,改变1°C引起0.5微米的直
径差
34
对准和曝光
接触式曝光：分辨率较高，但是容易造成掩膜版和光刻胶 膜的损伤。
接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙 (10～25m)，可以大大减小掩膜版的损伤，分辨率较低
边缘清洗（去边）
28
29
去边(EBR)
光刻胶扩散到硅片的边缘和背面 在机械搬送过程中光刻胶可能回剥落成为
微粒 正面和背面去边EBR 正面光学去边EBR
30
31
匀胶后烘
使光刻胶中的大部分溶剂蒸发。 溶剂帮助得到薄的光刻胶膜但是吸收光且
影响黏附性 曝光后烘时间和温度取决于工艺条件 过烘:聚合,光敏性降低 后烘不足:影响黏附性和曝光
投影光刻机（扫描型）
17
18
步进光刻机
先进的IC 中最流行的光刻设备 高分辨率 0.25微米或以下 非常昂贵 掩膜图形尺寸5X：10X能够得到更好的分
辨率，但是，它的曝光时间是5X的四倍。 曝光时间和分辨率折中的结果。
19
光刻的基本步骤
20
硅片清洗
去除沾污 去除微粒 减少针孔和其他缺陷 提高光刻胶黏附性
43
图形检查
不合格的硅片将被去除光刻胶返工 –光刻胶的图形是临时性的 –刻蚀和注入后的图形是永久的. 光刻是可以返工的 刻蚀和注入后不能返工 光学显微镜 扫描电子显微镜(SEM)
44பைடு நூலகம்
检查
对准精度 –放大,缩小,掩膜旋转,硅片旋转, X方向漂移,Y方向漂移
关键尺寸(CD) 表面缺陷如，刮痕，针孔，污点，污染物
等
45
检查
如果硅片检查合格，将会流出光刻模块， 进入下一道工艺
刻蚀或离子注入
46
47
目前新技术
相移掩膜 浸没式光刻
48
49
浸没式光刻
是目前领域最有趣的问题 非常有前景 193 nm浸没式光刻技术已在2006年投入使
用 利用水提高分辨率
5
光刻胶的成分
聚合物 溶剂 感光剂 添加剂
6
聚合物
固体有机材料（胶膜的主体） 转移图形到硅片上 UV曝光后发生光化学反应，溶解性质发
生改变.
7
溶剂
溶解聚合物 经过旋转涂布可得到薄光刻胶膜.
感光剂
控制和或改变光化学反应 决定曝光时间和强度
添加剂
为达到不同的工艺结果而添加多种不同的化 学物质，如添加染色剂以减少反射。
21
硅片清洗工艺
22
光刻工艺－前烘
去水烘干 去除硅片表面的水份 提高光刻胶与表面的黏附性 通常在100°C 与前处理同时进行
23
光刻工艺－前处理
防止显影时光刻胶脱离硅片表面 通常和前烘一起进行 匀胶前硅片要冷却
24
25
硅片冷却
匀胶前硅片需冷却 硅片在冷却平板上冷却 温度会影响光刻胶的黏度
缺点：投影系统光路复杂,对物镜成像能力要求高。
35
曝光后烘
玻璃转化温度Tg 烘烤温度大于Tg 光刻胶分子热迁移 过曝光和曝光不足的光刻胶分子重排 平衡驻波效应, 平滑光刻胶侧壁提高分辨率
36
硅片冷却
PEB后，显影前，硅片放置在冷却板上冷 却至环境温度
高温会加速化学反应引起过显影 光刻胶CD变小
IC制程中最重要的模块,是集成电路中关键的工艺技术最 早的构想来源于印刷技术中的照相制版。光刻技术最早于
1958年开始应用，并实现了平面晶体管的制作。
3
光刻的一般要求
图形的分辨率高 光刻胶敏感度高 层间对准精密高 缺陷密度低
4
光刻胶
开始于印刷电路 1950年起应用于半导体工业 是图形工艺的关键 有正胶和负胶两种 光敏材料 均匀涂布在硅片表面 用曝光的方法转移设计图形到光刻胶上 类似于光敏材料涂布在照相用的底片上
–影响光刻胶的厚度
26
匀胶
硅片吸附在真空卡盘上 液态的光刻胶滴在硅片的中心 卡盘旋转，离心力的作用下光刻胶扩散开 高速旋转，光刻胶均匀地覆盖硅片表面 先低速旋转~500 rpm 再上升到~3000-7000 rpm
27
硅片自动输送轨道系统；真空卡盘吸住硅片；胶 盘
排气系统；可控旋转马达；给胶管和给胶泵
接触式光刻机 接近式光刻机 投影式光刻机 步进式光刻机
12
接触式光刻机
设备简单 70年代中期前使
用 分辨率:有微米
级的能力 掩膜版和硅片直
接接触,掩膜版 寿命短
13
接触式光刻机
14
接近式光刻机
距硅片表面 10微米
无直接接触 更长的掩膜
寿命 分辨率:>3μm
15
接近式光刻机
16
1
光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光刻工艺 5、新技术简介
2
光刻基本介绍
在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻 胶上的过程
将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。 光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。 光刻占40%到50%的流片时间。 决定最小特征尺寸。
投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影到 衬底上，优点：掩模版与晶片不接触，掩模不受损伤；对 准是观察掩模平面上的反射图像，不存在景深问题；掩模 版上的图形是通过光学技影的方法缩小，并聚焦于感光胶 膜上，掩模版上可以有比实际尺寸大得多的图像(通常掩 模图形的尺寸是实际尺寸的1～10倍)，提高了对准精度， 避免了微细图形制作的困难，也减弱了灰尘微粒的影响。
8
光刻胶的要求
高分辨率 –光刻胶越薄，分辨率越高 –光刻胶越薄，抗刻蚀和离子注入能力越低
高抗刻蚀性（要求厚膜） 好的黏附性 注入屏蔽能力强和针孔少（要求厚膜） 宽工艺窗口
–能适应工艺的变更
9
光刻胶的种类
10
11
光刻机
IC制造中最关键的步骤 IC 晶圆中最昂贵的设备 最有挑战性的技术 决定最小特征尺寸
37
显影
显影液溶解部分光刻胶 正胶显影液通常使用弱碱性的溶剂 最常用的是四甲基氢铵 将掩膜上的图形转移到光刻胶上 三个基本步骤:显影－清洗－干燥
38
39
40
41
42
显影后烘
使光刻胶中的溶剂蒸发 提高抗刻蚀和抗离子注入性 提高光刻胶和硅片表面的黏附性 聚合化并稳定光刻胶 光刻胶流动填平针孔
32
33
硅片冷却
需要冷却到环境温度 硅片在冷却板上冷却 硅的热膨胀率:2.5×10-6/°C 对于8英寸硅片,改变1°C引起0.5微米的直
径差
34
对准和曝光
接触式曝光：分辨率较高，但是容易造成掩膜版和光刻胶 膜的损伤。
接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙 (10～25m)，可以大大减小掩膜版的损伤，分辨率较低
边缘清洗（去边）
28
29
去边(EBR)
光刻胶扩散到硅片的边缘和背面 在机械搬送过程中光刻胶可能回剥落成为
微粒 正面和背面去边EBR 正面光学去边EBR
30
31
匀胶后烘
使光刻胶中的大部分溶剂蒸发。 溶剂帮助得到薄的光刻胶膜但是吸收光且
影响黏附性 曝光后烘时间和温度取决于工艺条件 过烘:聚合,光敏性降低 后烘不足:影响黏附性和曝光
投影光刻机（扫描型）
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18
步进光刻机
先进的IC 中最流行的光刻设备 高分辨率 0.25微米或以下 非常昂贵 掩膜图形尺寸5X：10X能够得到更好的分
辨率，但是，它的曝光时间是5X的四倍。 曝光时间和分辨率折中的结果。
19
光刻的基本步骤
20
硅片清洗
去除沾污 去除微粒 减少针孔和其他缺陷 提高光刻胶黏附性
43
图形检查
不合格的硅片将被去除光刻胶返工 –光刻胶的图形是临时性的 –刻蚀和注入后的图形是永久的. 光刻是可以返工的 刻蚀和注入后不能返工 光学显微镜 扫描电子显微镜(SEM)
44பைடு நூலகம்
检查
对准精度 –放大,缩小,掩膜旋转,硅片旋转, X方向漂移,Y方向漂移
关键尺寸(CD) 表面缺陷如，刮痕，针孔，污点，污染物
等
45
检查
如果硅片检查合格，将会流出光刻模块， 进入下一道工艺
刻蚀或离子注入
46
47
目前新技术
相移掩膜 浸没式光刻
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49
浸没式光刻
是目前领域最有趣的问题 非常有前景 193 nm浸没式光刻技术已在2006年投入使
用 利用水提高分辨率
5
光刻胶的成分
聚合物 溶剂 感光剂 添加剂
6
聚合物
固体有机材料（胶膜的主体） 转移图形到硅片上 UV曝光后发生光化学反应，溶解性质发
生改变.
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溶剂
溶解聚合物 经过旋转涂布可得到薄光刻胶膜.
感光剂
控制和或改变光化学反应 决定曝光时间和强度
添加剂
为达到不同的工艺结果而添加多种不同的化 学物质，如添加染色剂以减少反射。
21
硅片清洗工艺
22
光刻工艺－前烘
去水烘干 去除硅片表面的水份 提高光刻胶与表面的黏附性 通常在100°C 与前处理同时进行
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光刻工艺－前处理
防止显影时光刻胶脱离硅片表面 通常和前烘一起进行 匀胶前硅片要冷却
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硅片冷却
匀胶前硅片需冷却 硅片在冷却平板上冷却 温度会影响光刻胶的黏度
缺点：投影系统光路复杂,对物镜成像能力要求高。
35
曝光后烘
玻璃转化温度Tg 烘烤温度大于Tg 光刻胶分子热迁移 过曝光和曝光不足的光刻胶分子重排 平衡驻波效应, 平滑光刻胶侧壁提高分辨率
36
硅片冷却
PEB后，显影前，硅片放置在冷却板上冷 却至环境温度
高温会加速化学反应引起过显影 光刻胶CD变小
IC制程中最重要的模块,是集成电路中关键的工艺技术最 早的构想来源于印刷技术中的照相制版。光刻技术最早于
1958年开始应用，并实现了平面晶体管的制作。
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光刻的一般要求
图形的分辨率高 光刻胶敏感度高 层间对准精密高 缺陷密度低
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光刻胶
开始于印刷电路 1950年起应用于半导体工业 是图形工艺的关键 有正胶和负胶两种 光敏材料 均匀涂布在硅片表面 用曝光的方法转移设计图形到光刻胶上 类似于光敏材料涂布在照相用的底片上
–影响光刻胶的厚度
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匀胶
硅片吸附在真空卡盘上 液态的光刻胶滴在硅片的中心 卡盘旋转，离心力的作用下光刻胶扩散开 高速旋转，光刻胶均匀地覆盖硅片表面 先低速旋转~500 rpm 再上升到~3000-7000 rpm
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硅片自动输送轨道系统；真空卡盘吸住硅片；胶 盘
排气系统；可控旋转马达；给胶管和给胶泵
接触式光刻机 接近式光刻机 投影式光刻机 步进式光刻机
12
接触式光刻机
设备简单 70年代中期前使
用 分辨率:有微米
级的能力 掩膜版和硅片直
接接触,掩膜版 寿命短
13
接触式光刻机
14
接近式光刻机
距硅片表面 10微米
无直接接触 更长的掩膜
寿命 分辨率:>3μm
15
接近式光刻机
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