光刻曝光系统
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• Lithography = Transfer the pattern of circuitry from a mask onto a wafer.
光刻定义
Image (on reticle) die
Image (on wafer)
wafer
Cell
光刻定义
光刻工艺的简介
硅片截面
光刻工艺的简介
表面生长氧化层
硅片截面
光刻工艺总结
硅片处理 涂胶
前烘
曝光
后烘
显影
坚膜
检测
硅片脱水 烘烤。光 刻胶需要 疏水性的 表面，硅 片表面薄 氧化层成 亲水性， HMDS钝 化亲水性 变成疏水 性提高黏 附性。或 者简单采 用硫酸煮 片去氧化 层。
高速旋转 烘箱热对流
G线 436nm ≧1um ﹤4M 8086-386 104-105
2-33MHz
第二代 1985-1995
I线
第三代 1995-2005 准分子激光
第四代 2005-2015 浸没/二次
365nm
248nm
193nm
1-0.35um 0.35u-65nm 65-22nm
4M-64M Pentiun pro
QFP 平面安装
8-12″
SynthesisDFM BGA
球Biblioteka Baidu封装
12-18″
SoC 系统设计
SiP 系统封装
集成电路五十年中对世界最具影响力的五个人
杰克. 基尔比
Jack S. Kilby
集成电路发明者 提出 大胆的设想： “能不能将电阻、 电容、晶体管等电 子元器件都安置在 一个半导体单片上 ？” 1958-9-12研制出世 界上第一块集成电 路 2000年获诺贝尔物 理学奖
光学仪器工程及系统设计
第六章 光刻曝光系统
光刻曝光系统
光刻发展历史
➢ 1958年世界上出现第一块平面集成电路，在短短的五十多年 中，微电子技术以令世人震惊的速度突飞猛进地发展，创造 了人间奇迹。人类社会和整个世界都离不开微电子技术。
➢ 作为微电子技术工艺基础的微光刻技术与微纳米加工技术是 人类迄今为止所能达到的精度最高的加工技术。
光刻机发展历史
* 光刻机发展路线图
光刻机三巨头
据2007年统计，在中高阶光刻机市场，ASML占有份额达60%左 右，而在最高阶光刻机市场， ASML占有份额达90%左右
光刻发展背景
什么是光刻？
• 定义：光刻是将掩模 版上的图形转移到涂 有光致抗蚀剂（或称 光刻胶）的硅片上,通 过一系列生产步骤将 硅片表面薄膜的特定 部分除去的一种图形 转移技术。
➢ 1980年左右曾经有人预言：光刻线宽不能小于1微米； 1989年曾经有预言：到1997年光刻技术将走到尽头； 1994年也曾经有比较乐观的长期预测，2007年线宽达到0.1 微米（保守的预计为0.5微米）。这些预测都被光刻技术神 话般进步的步伐远远抛在后头 ！
➢ 过去的几十年证明，通过科学家的努力，人类就有办法实现 当时看来已经超过当时光刻工艺物理极限的加工精度，不断 地续写着新的神话。
光刻工艺的简介
紫外线曝光灯
表面生长氧化层 硅片截面
曝光完成后，因为掩膜 图形遮挡的原因，只有 部分胶膜被紫外光充分 照射，化学性质发生了 改变（图中橘黄色所示 位置被曝光）。
光刻工艺的简介
曝光完成，接下来的工艺 是显影，通过浸泡显影液 ，被曝光的正性光刻胶或 未曝光的负性光刻胶会被 溶除。从而实现将掩膜上 的图形复印到胶层。
106-107
64M-1G P4
108-109
1G-16G 多核
1010-10X
33-200MHz 200-3800 非主频标准
第五代 2015-2025 EUV/EBL 13.5/10-6
22-7nm ﹥16G
硅片尺寸
主流 设计工具
主要 封装形式
4-6″
LEP&R DIP 双列直插
6-8″
P&RSynthesis
光刻发展历史
摩尔定律
芯片集成度18个月翻一番，每三年器件尺寸缩小0.7 倍的速度发展。大尺寸、细线宽、高精度、高效率、 低成本的IC生产，正在对半导体设备带来前所未有的 挑战
微电子技术每十年产生一代的进步
十年一代 光刻光源 曝光波长 特征尺寸 存储器bit 主流CPU CPU晶体管
CPU主频
第一代 1975-1985
表面生长氧化层 硅片截面
氧化层的生长在扩散炉， 图中为扩散炉
光刻工艺的简介
均匀胶层（正胶）
表面生长氧化层
硅片截面
光刻进行加工的片子，都 必须经过的步骤-匀胶。 上图中为2道匀胶机
光刻工艺的简介
紫外线曝光灯
均匀胶层（正胶） 表面生长氧化层
硅片截面
图中为光刻的核心加工设备光刻机。 经过上版、版对准、上片、片 对准后执行曝光。将掩膜图形 复印到硅片表面的胶层上
CEO
安迪 格罗夫
Andy Grove
使微处理器这颗数 字革命的心脏强劲 跳动，为数字时代 提供源源不断的动 力 1986年格罗夫提出 的新的口号“英特 尔，微处理器公司 ”核心、双核、四 核 改变世界 1987年接过英特尔
的 CEO接力棒
张忠谋
Zhang zhonmou
创建了一个纯芯片 制造代工的台积电 模式的产业 1987创建了全球第 一家专业代工公司-台湾积体电路制造 股份有限公司（台 积电）开创了半导 体代工时代 1985年台湾工研究 院院长
表面生长氧化层
硅片截面
上图为显影机，构 造与匀胶机类似
光刻工艺的简介
至此，光刻工艺简介告一段落，经过显影后的QC检验后 即可送往下步工序。 光刻的下步工序为：湿法腐蚀、干法刻蚀、离子注入
下图是以湿法腐蚀为例：
表面生长氧化层
硅片截面
光刻工艺的简介
通过湿法腐蚀，主要用于去除掉没有光刻胶保护部分的 氧化硅层或铝层。 利用光刻胶的抗蚀性和阻隔离子的能力，有选择的保护 硅片表面的氧化层、氮化硅层、铝层等等，就是光刻工 艺的意义。
罗伯特. 诺伊斯
Robert. Noyce
发明可商业化量产 的集成电路 1959-7研究出以二 氧化硅膜开窗口杂 质扩散技术、PN结 的隔离技术，氧化 膜上铝条连线技术 ，真正实现了半导 体硅平面工艺 创办仙童公司和英 特尔公司
戈登. 摩尔
Gordon .Moore
发现“摩尔定率” 1965-1975发现并预 言集成电路芯片晶 体管数每18个月翻 一番（约每三年翻 二番，特征尺寸缩 小到0.7倍，进一个 节点）的摩尔定率 英特尔(Intel)公司创 始人之一总裁兼
光刻定义
Image (on reticle) die
Image (on wafer)
wafer
Cell
光刻定义
光刻工艺的简介
硅片截面
光刻工艺的简介
表面生长氧化层
硅片截面
光刻工艺总结
硅片处理 涂胶
前烘
曝光
后烘
显影
坚膜
检测
硅片脱水 烘烤。光 刻胶需要 疏水性的 表面，硅 片表面薄 氧化层成 亲水性， HMDS钝 化亲水性 变成疏水 性提高黏 附性。或 者简单采 用硫酸煮 片去氧化 层。
高速旋转 烘箱热对流
G线 436nm ≧1um ﹤4M 8086-386 104-105
2-33MHz
第二代 1985-1995
I线
第三代 1995-2005 准分子激光
第四代 2005-2015 浸没/二次
365nm
248nm
193nm
1-0.35um 0.35u-65nm 65-22nm
4M-64M Pentiun pro
QFP 平面安装
8-12″
SynthesisDFM BGA
球Biblioteka Baidu封装
12-18″
SoC 系统设计
SiP 系统封装
集成电路五十年中对世界最具影响力的五个人
杰克. 基尔比
Jack S. Kilby
集成电路发明者 提出 大胆的设想： “能不能将电阻、 电容、晶体管等电 子元器件都安置在 一个半导体单片上 ？” 1958-9-12研制出世 界上第一块集成电 路 2000年获诺贝尔物 理学奖
光学仪器工程及系统设计
第六章 光刻曝光系统
光刻曝光系统
光刻发展历史
➢ 1958年世界上出现第一块平面集成电路，在短短的五十多年 中，微电子技术以令世人震惊的速度突飞猛进地发展，创造 了人间奇迹。人类社会和整个世界都离不开微电子技术。
➢ 作为微电子技术工艺基础的微光刻技术与微纳米加工技术是 人类迄今为止所能达到的精度最高的加工技术。
光刻机发展历史
* 光刻机发展路线图
光刻机三巨头
据2007年统计，在中高阶光刻机市场，ASML占有份额达60%左 右，而在最高阶光刻机市场， ASML占有份额达90%左右
光刻发展背景
什么是光刻？
• 定义：光刻是将掩模 版上的图形转移到涂 有光致抗蚀剂（或称 光刻胶）的硅片上,通 过一系列生产步骤将 硅片表面薄膜的特定 部分除去的一种图形 转移技术。
➢ 1980年左右曾经有人预言：光刻线宽不能小于1微米； 1989年曾经有预言：到1997年光刻技术将走到尽头； 1994年也曾经有比较乐观的长期预测，2007年线宽达到0.1 微米（保守的预计为0.5微米）。这些预测都被光刻技术神 话般进步的步伐远远抛在后头 ！
➢ 过去的几十年证明，通过科学家的努力，人类就有办法实现 当时看来已经超过当时光刻工艺物理极限的加工精度，不断 地续写着新的神话。
光刻工艺的简介
紫外线曝光灯
表面生长氧化层 硅片截面
曝光完成后，因为掩膜 图形遮挡的原因，只有 部分胶膜被紫外光充分 照射，化学性质发生了 改变（图中橘黄色所示 位置被曝光）。
光刻工艺的简介
曝光完成，接下来的工艺 是显影，通过浸泡显影液 ，被曝光的正性光刻胶或 未曝光的负性光刻胶会被 溶除。从而实现将掩膜上 的图形复印到胶层。
106-107
64M-1G P4
108-109
1G-16G 多核
1010-10X
33-200MHz 200-3800 非主频标准
第五代 2015-2025 EUV/EBL 13.5/10-6
22-7nm ﹥16G
硅片尺寸
主流 设计工具
主要 封装形式
4-6″
LEP&R DIP 双列直插
6-8″
P&RSynthesis
光刻发展历史
摩尔定律
芯片集成度18个月翻一番，每三年器件尺寸缩小0.7 倍的速度发展。大尺寸、细线宽、高精度、高效率、 低成本的IC生产，正在对半导体设备带来前所未有的 挑战
微电子技术每十年产生一代的进步
十年一代 光刻光源 曝光波长 特征尺寸 存储器bit 主流CPU CPU晶体管
CPU主频
第一代 1975-1985
表面生长氧化层 硅片截面
氧化层的生长在扩散炉， 图中为扩散炉
光刻工艺的简介
均匀胶层（正胶）
表面生长氧化层
硅片截面
光刻进行加工的片子，都 必须经过的步骤-匀胶。 上图中为2道匀胶机
光刻工艺的简介
紫外线曝光灯
均匀胶层（正胶） 表面生长氧化层
硅片截面
图中为光刻的核心加工设备光刻机。 经过上版、版对准、上片、片 对准后执行曝光。将掩膜图形 复印到硅片表面的胶层上
CEO
安迪 格罗夫
Andy Grove
使微处理器这颗数 字革命的心脏强劲 跳动，为数字时代 提供源源不断的动 力 1986年格罗夫提出 的新的口号“英特 尔，微处理器公司 ”核心、双核、四 核 改变世界 1987年接过英特尔
的 CEO接力棒
张忠谋
Zhang zhonmou
创建了一个纯芯片 制造代工的台积电 模式的产业 1987创建了全球第 一家专业代工公司-台湾积体电路制造 股份有限公司（台 积电）开创了半导 体代工时代 1985年台湾工研究 院院长
表面生长氧化层
硅片截面
上图为显影机，构 造与匀胶机类似
光刻工艺的简介
至此，光刻工艺简介告一段落，经过显影后的QC检验后 即可送往下步工序。 光刻的下步工序为：湿法腐蚀、干法刻蚀、离子注入
下图是以湿法腐蚀为例：
表面生长氧化层
硅片截面
光刻工艺的简介
通过湿法腐蚀，主要用于去除掉没有光刻胶保护部分的 氧化硅层或铝层。 利用光刻胶的抗蚀性和阻隔离子的能力，有选择的保护 硅片表面的氧化层、氮化硅层、铝层等等，就是光刻工 艺的意义。
罗伯特. 诺伊斯
Robert. Noyce
发明可商业化量产 的集成电路 1959-7研究出以二 氧化硅膜开窗口杂 质扩散技术、PN结 的隔离技术，氧化 膜上铝条连线技术 ，真正实现了半导 体硅平面工艺 创办仙童公司和英 特尔公司
戈登. 摩尔
Gordon .Moore
发现“摩尔定率” 1965-1975发现并预 言集成电路芯片晶 体管数每18个月翻 一番（约每三年翻 二番，特征尺寸缩 小到0.7倍，进一个 节点）的摩尔定率 英特尔(Intel)公司创 始人之一总裁兼