《光刻过程图片解说》PPT课件
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径差
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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
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。
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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
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。
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19
光刻的基本步骤
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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
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21
硅片清洗工艺
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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
编Hale Waihona Puke Baiduppt
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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24
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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
–影响光刻胶的厚度
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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
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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
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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
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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
边缘清洗（去边） 编辑ppt
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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
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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。
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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
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9
光刻胶的种类
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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)
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5
光刻胶的成分
聚合物 溶剂 感光剂 添加剂
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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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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
缺点：投影系统光路复杂,对物镜成像能力要求高。
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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
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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
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接触式光刻机
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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
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接近式光刻机
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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
集成电路工艺之光刻
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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
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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。
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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
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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
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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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
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。
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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
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。
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光刻的基本步骤
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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
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21
硅片清洗工艺
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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
编Hale Waihona Puke Baiduppt
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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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
–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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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
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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
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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
边缘清洗（去边） 编辑ppt
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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
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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。
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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
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光刻胶的种类
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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)
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5
光刻胶的成分
聚合物 溶剂 感光剂 添加剂
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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
缺点：投影系统光路复杂,对物镜成像能力要求高。
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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
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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
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接触式光刻机
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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
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接近式光刻机
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16
投影光刻机（扫描型）
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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
集成电路工艺之光刻
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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
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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。
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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
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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
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