第二章-1(光学光刻技术)

合集下载

光刻技术

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。

光刻技术

光刻技术

职大09微电子光刻技术摘要:光刻(photoetching)是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺,在此之后,晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。

被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的岛状部分。

关键词:光刻胶;曝光;烘焙;显影;前景Abstract: photoetching lithography (is) through a series of steps will produce wafer surface film of certain parts of the process, remove after this, wafer surface will stay with the film structure. The part can be eliminated within the aperture shape is thin film or residual island.Keywords: the photoresist, Exposure; Bake; Enhancement; prospects目录第一章绪论 (2)第二章光刻技术的原理 (3)第三章光刻技术的工艺过程 (4)1基本光刻工艺流程—从表面准备到曝光 (4)1.1光刻十步法 (4)1.2基本的光刻胶化学物理属性 (4)1.2.1组成 (4)1.2.2光刻胶的表现要素 (4)1.2.3正胶和负胶的比较 (5)1.2.4光刻胶的物理属性 (5)1.3光刻工艺剖析 (5)1.3.1表面准备 (5)1.3.2涂光刻胶 (5)1.3.3软烘焙 (6)1.3.4对准和曝光(A&E) (6)2基本光刻工艺流程—从曝光到最终检验 (6)2.1显影 (6)2.1.1负光刻胶显影 (6)2.1.2正光刻胶显影 (7)2.1.3湿法显影 (7)2.1.4干法(或等离子)显影 (7)2.2硬烘焙 (7)2.3显影检验(develop inspect DI) (7)2.3.1检验方法 (8)2.3.2显影检验拒收的原因 (8)2.4刻蚀 (8)2.4.1湿法刻蚀 (8)2.4.2干法刻蚀(dry etching) (9)2.5光刻胶的去除 (10)2.6最终目检 (10)第四章光刻技术的发展与现状 (11)1 .EUV 光刻技术 (11)2 .PREVAIL 光刻技术 (12)3.纳米压印光刻技术 (12)4.展望 (14)参考文献15第一章绪论目前,集成电路已经从2O世纪6O年代的每个芯片上仅几十个器件发展到现在的每个芯片上可包含约1O亿个器件,其增长过程遵从摩尔定律,即集成度每3年提高4倍。

光学光刻技术的历史演变

光学光刻技术的历史演变

(总第159期)1引言光学光刻作为推动半导体制造技术的关键工艺一直以来备受业界的关注。

近年来,随着器件尺寸的不断缩小,作为现有光学光刻技术的延伸,浸没式光刻因其能获得更高的数值孔径而实现更高的分辨率为业界所青睐。

30多年以来,集成电路技术的发展始终是随着光学光刻技术的不断创新所推进的。

在摩尔定律的驱动下,光学光刻技术经历了接触/接近(Aligner)、等倍投影、缩小步进投影(Stepper)、步进扫描投影(Scanner)曝光方式的变革(见图1所示),曝光波长由436nm的h线向365nm的i线、继而到248nm的KrF到193nm的ArF准分子光源,技术上跨越了1μm、光学光刻技术的历史演变马建军(长庆实业集团有限公司,西安710021)摘要:简要回顾了光学光刻技术的发展历程,从IC技术节点微细化要求对光刻技术的挑战方面讨论了光学光刻技术的发展趋势及进入32nm技术节点的可能性。

关键词:光学光刻;缩小步进光刻;步进扫描光刻;浸没式光刻;双重图形光刻中图分类号:TN305.7文献标识码:A文章编号:1004-4507(2008)04-0028-05TheHistoryEvolvementofOpticsLithographyMAJian-jun(ChangqingIndustryLtd.Co.,XiAn710021)Abstract:Thedevelopmentcoursoflithographyisreviewedinthispaper,thetrendofopticslithogra-phyandthepossibilityofitenter32nmnodearealsodiscussedwiththechallengeforopticslithographytechnicnodedemand.Keywords:OpticsLithographyStepper;Scanner;Immersionlithography;DualExposure收稿日期:2008-03-24图1光学光刻的进展1970198019902000Designnoe10μm8μm6μm4μm2.5μm1.5μm1.2μm0.8μm0.5μm0.35μm0.25μmDRM2561K4K16K64K256K1M4M16M64M256M接触式曝光→接近式曝光→步进式.扫描式硅片纯模版低缺陷接近式硅片掩模版高分辨接近式大圆片接触式低缺陷高分辨硅片硅片掩模版步进&扫描步进&扫描掩模版掩模版g线i线KrF28(总第159期)Apr.20080.5μm、0.35μm、0.1μm、90nm、65nm、45nm等节点。

光学光刻

光学光刻

缺点:掩模版与晶片易损伤,成品率低
接近式 优点:掩模版寿命长,成本低 缺点:衍射效应严重,影响分辨率 全反射 优点:无像差,无驻波效应影响 缺点:数值孔径小,分辨率低 优点:数值孔径大,分辨率高, 对硅片平整度要求低, 掩模制造方便 缺点:曝光效率低,设备昂贵
非 接 触 式 投影式
折射
在步进光刻机上通常有自动对准系统。为了提高对准效率,
可以先作一次人工对准。
掩模的热膨胀也会产生对准误差。为避免 8 英寸掩模产生
0.1 m 的膨胀,掩模的温度变化必须控制在 0.75C 左右。
10 小结
限制光学曝光方式的分辨率的主要因素是衍射效应。最早 使用的接触式光刻机,分辨率可到 1 m以下,但容易损伤掩模 和硅片。解决的办法是使用接近式光刻机,但要影响分辨率。 介绍了具有亚微米分辨率的投影曝光系统。为了解决分辨率和
衬底处的光对制版技术提出了新的要求,如相移材料的 选择、制备与加工,制版软件中对相移层图形的设计等。
边缘相移掩模技术
四、光学邻近效应修正技术(OPC) 把掩模设想为一个曝光矩阵 M,由许多 0 和 1 的像素组成,
0 代表透明区,1 代表不透明区。当用这块掩模对硅片曝光后,

NA
式中,k1 是与光刻胶的光强响应特性有关的常数,约为 0.75 。 NA 为镜头的数值孔径,
NA n sin
n 为折射率, 为半接收角。NA 的典型值是 0.16 到 0.8。 增大 NA 可以提高分辨率,但受到焦深的限制。
焦深 代表当硅片沿光路方向移动时能保持良好聚焦的移动 距离。投影式光刻机的焦深由 雷利第二公式 给出,即
最小可分辨的线宽为
Wmin k g g
式中,k 是与光刻胶处理工艺有关的常数,通常接近于 1。

光刻技术

光刻技术

光刻胶膜
增粘层
底膜
涂胶
前烘

前烘,又称软 烘,就是在一定的 温度下,使光刻胶 膜里面的溶剂缓慢 的、充分的逸出来 ,使光刻胶膜干燥 。
曝光

曝光就是对涂有 光刻胶的基片进行选 择性的光化学反应, 使接受到光照的光刻 胶的光学特性发生改 变。
光源 掩模 板 光刻胶 膜 底膜
增粘 层
曝光
曝光光源选择
去胶

去胶结束,整个光刻流程 也就结束了。
光刻技术在PVDF压电薄膜电极制作中的应用

聚偏二氟乙烯(PVDF)是一种高结晶度的含氟聚 合物 ,属于一种坚韧的热塑性工程材料。 PVDF 压电薄膜是经过高压电场极化从而具有压电 效应的薄膜 。 PVDF压电薄膜的优点:压电电压常数高、声阻抗 小、频率响应宽、介电常数小、耐冲击性强、可 以加工成任意形状等。
光刻技术
主要内容
一,光刻技术简介
(1)光刻的原理概述 (2)光刻胶-光致抗蚀剂 (3)光刻的一般流程
二,光刻技术应用举例
光刻的原理简介


光刻:利用照相复制与化学腐蚀相结合的技术, 在工件表面制取精密、微细和复杂薄层图形的化 学加工方法。多用于半导体器件与集成电路的制 作。 原理:利用光致抗蚀剂(或称光刻胶)感光后因光 化学反应而形成耐蚀性的特点,将掩模板上的图 形刻制到被加工表面上。

光刻技术在PVDF压电薄膜电极制作中的应用 第一步:设计要制作的电极的形状与尺寸

光刻技术在PVDF压电薄膜电极制作中的应用


第二步:对PVDF压电薄膜进行清洗处理。采用有机溶剂丙 酮。 第三步:涂胶。选用正性光刻胶,采用手工操作涂到需要 保护的电极层上。 第四步:前烘与曝光。 第五步:腐蚀。采用湿法刻蚀方法。选取碘和碘化钾的水 溶液(质量比为1:4:40)作为金的腐蚀溶剂,体积分数为 40%的氢氟酸作为铬层的腐蚀溶剂。 第六步:去胶。需要将起保护作用的正性胶去掉,采用乙 醇做它 是由感光树脂、 增感剂和溶剂三 部分组成的对光 敏感的混合液体。 光刻胶主要用 来将光刻掩模板 上的图形转移到 元件上。

光刻技术的原理和应用

光刻技术的原理和应用

光刻技术的原理和应用1. 光刻技术简介光刻技术是一种半导体制造工艺中的核心技术,它通过使用光刻胶和强光源对半导体材料进行曝光和显影,从而形成精细的图案。

光刻技术广泛应用于集成电路、光学器件、光纤通信等领域,并在现代科技的高速发展中扮演着重要的角色。

2. 光刻技术的原理光刻技术的基本原理是利用紫外线或电子束照射光刻胶,通过光学或电子学的方式将图形投射到硅片表面上。

具体原理如下: - 掩膜制备:首先,根据设计要求,通过计算机辅助设计软件制作掩膜。

掩膜上的图形和模式将决定最终形成的芯片或器件的结构和功能。

掩膜制备完成后,可以进行下一步的光刻工艺。

- 光刻胶涂布:将光刻胶均匀涂布在硅片表面,待其干燥后,形成一层均匀的薄膜。

- 曝光:将掩膜放置在光刻机上,并通过强光源(紫外线或电子束)照射胶层,使胶层中被照射到的部分发生化学反应。

- 显影:将曝光后的光刻胶进行显影处理。

显影液会溶解胶层中未曝光或曝光光强较弱的部分,从而形成所需的图案结构。

- 刻蚀:使用化学腐蚀剂将显影后的光刻胶图案转移到硅片表面。

硅片经过刻蚀后,就可以进行后续的工艺步骤,如沉积材料、蚀刻、退火等。

3. 光刻技术的应用光刻技术作为半导体制造工艺的重要步骤,广泛应用于以下领域:3.1 集成电路制造•制造微电子芯片:光刻技术在集成电路制造中扮演着重要的角色。

它可以将复杂的电路图案转移到硅片上,制造出微米级别的微电子芯片。

光刻技术的精细度和稳定性对于芯片的性能和可靠性有着重要影响。

•多层薄膜的制备:光刻技术还可以用于制备多层薄膜。

通过在每一层上使用不同的掩膜和曝光显影工艺,可以制备出具有特定功能的多层薄膜结构。

这种技术在微电子器件和光学器件制造中得到广泛应用。

3.2 光学器件制造•制造光学透镜:光刻技术可以制造各种光学透镜和光学器件。

通过光刻胶的曝光显影工艺,可以在光学玻璃上形成精细的结构,从而调控光的传播和聚焦性能。

•制备光接头和光波导器件:光刻技术还可以用于制备光接头和光波导器件。

光学光刻技术

光学光刻技术

光刻技术的原理
集成电路制造中利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法,将电路图形传递到单晶表面或介质层上,形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。

随着半导体技术的发展,光刻技术传递图形的尺寸限度缩小了2~3个数量级(从毫米级到亚微米级),已从常规光学技术发展到应用电子束、X射线、微离子束、激光等新技术;使用波长已从4000埃扩展到0.1埃数量级范围。

光刻技术成为一种精密的微细加工技术。

光刻技术是在一片平整的硅片上构建半导体MOS管和电路的基础,这其中包含有很多步骤与流程。

首先要在硅片上涂上一层耐腐蚀的光刻胶,随后让强光通过一块刻有电路图案的镂空掩模板(MASK)照射在硅片上。

被照射到的部分(如源区和漏区)光刻胶会发生变质,而构筑栅区的地方不会被照射到,所以光刻胶会仍旧粘连在上面。

接下来就是用腐蚀性液体清洗硅片,变质的光刻胶被除去,露出下面的硅片,而栅区在光刻胶的保护下不会受到影响。

随后就是粒子沉积、掩膜、刻线等操作,直到最后形成成品晶片(WAFER)。

光刻技术是集成电路制造中利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法,将电路图形传递到单晶表面或介质层上,形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。

随着半导体技术的发展,光刻技术传递图形的尺寸限度缩小了2~3个数量级(从毫米级到亚微米级),已从常规光学技术发展到应用电子束、X射线、微离子束、激光等新技术;使用波长已从4000
埃扩展到0.1埃数量级范围。

光刻技术成为一种精密的微细加工技术。

《微纳制造技术》教学大纲

《微纳制造技术》教学大纲

《微纳制造技术》教学大纲课程代码:NANA2027课程名称:微纳制造技术英文名称:Nanofabrication课程性质:专业教学课程学分/学时: 2分/36时考核方式:闭卷考试、课堂报告、课后作业开课学期: 5适用专业:纳米材料与技术先修课程:半导体器件物理后续课程:新能源材料与技术、纳米材料表征技术选用教材:唐天同,《微纳加工科学原理》,电子工业出版社,2010年一、课程目标通过本课程的理论教学与课后作业,使学生具备以下能力:熟悉微纳制造常用的工艺及方法,了解其应用场景及对比不同方法之间优缺点;可以运用公式计算解决材料选择、加工参数相关问题;对新兴微纳制造技术及未来发展趋势有一定了解。

(支撑毕业要求1-2)了解微纳制造工艺的基本概念、方法、理论、加工设备的发展演变过程和发展趋势,并结合微纳制造工艺在集成电路、纳米传感、光电子等器件领域应用,对微纳制造这一前沿研究领域有初步认识,建立相关领域的知识储备结构,并能在今后的工作中加以结合与应用。

(支撑毕业要求2-2)二、教学内容第一章绪论(支撑毕业要求1-2)课时:1周,共2课时教学内容:一、微电子的发展历史二、集成电路基本工艺流程三、纳米制造的发展要求学生:了解微电子工业以及微纳制造技术的发展历史,认识当前集成电路加工的主要流程和工艺。

第二章微电子与光电子集成技术中使用的材料(支撑毕业要求1-2,2-2)课时:2周,共4课时教学内容第一节晶体结构与性质一、晶体的几何结构二、晶体的电学性质三、晶体的光学性质第二节半导体材料一、元素半导体二、I II-V族半导体三、I I-VI族半导体四、I V-IV族化合物半导体第三节纳米结构与材料一、半导体超晶格结构二、量子阱、量子线和量子点要求学生:对晶体材料的几何结构、能带结构和电学性质基础认知;了解硅与几种典型半导体材料的特点和用途;了解新型一维、二维材料的结构特点以及用途。

第三章光刻(支撑毕业要求1-2,2-2)课时:2周,共4课时教学内容第一节光学光刻一、接触式和接近式曝光光刻二、投射式光刻三、先进光刻技术和其他改进分辨率的方法第二节光刻胶一、光刻胶类型三、涂敷和显影工艺三、光刻胶的化学放大和对比度增强技术第三节 X射线曝光技术一、X射线曝光原理二、X射线曝光技术应用要求学生:了解光刻技术的种类;学会改进分辨率的方法及相关参数计算;熟悉光刻工艺的具体步骤;认识新型光刻设备的优点及其应用;掌握使用软件绘制简单的光刻掩膜版的能力。

光刻技术原理全解

光刻技术原理全解

光刻技术原理全解光刻技术是一种微电子制造中非常重要的技术方法,常用于半导体器件制造过程中。

它通过使用光刻胶光刻胶(photoresist)和光源光源(light source)制作芯片上各种测量、定义和纳米加工细节的光刻工艺步骤,实现高精度的微纳米尺寸特征的制作。

下面将为您介绍光刻技术的原理。

光刻技术的原理基于光的光的干涉和衍射原理。

首先,需要一个光源,通常使用的是紫外线(UV)光源,因为紫外线具有高能量和短波长,对于制作微小特征具有优势。

光源产生的UV光通过光学系统会聚到准直镜上,进一步聚焦到光刻胶表面。

光刻胶是光刻技术中非常关键的材料。

它是一种光敏树脂,通过特殊的化学处理使其对紫外线光有响应。

在曝光过程中,光刻胶对紫外线光会产生化学反应,发生聚合或降解的变化,被曝光的区域与未曝光区域的物性发生差异,从而形成图案。

在光刻胶的表面上,需要使用掩膜(mask)制作出期望的图案。

掩膜是一个类似于胶片的透明基片,其上涂有几层不同材料构成的图案。

掩膜上的不透明部分会阻挡光的透过,形成尺寸精确的光刻图案。

掩膜的图案是根据芯片设计师所需的结构进行设计和制作的。

当光刻胶在光源的照射下进行曝光时,通过光学系统重新聚焦到光刻胶表面,被曝光的区域会发生化学反应,使光刻胶发生改变。

在光刻胶材料中有两类最常用的光刻胶,一种是正相光刻胶(positive photoresist),另一种是负相光刻胶(negative photoresist)。

正相光刻胶在紫外线照射下,被照射的区域聚合形成硬化的物质,而负相光刻胶则是被照射区域发生降解,形成溶解物。

曝光之后,还需要进行显影(develop)的工艺步骤。

显影是使光刻胶发生物理或化学变化,从而去除未曝光或曝光后不需要的材料的过程。

对于正相光刻胶,未曝光区域显影后会被去除,而曝光区域则会保留下来。

对于负相光刻胶,则是未曝光区域保留,而曝光区域被去除。

经过显影之后,我们得到了期望的图案,其中未被照射的区域通过显影工艺去除的,形成了芯片上的光刻图案。

光学原理在光刻技术中的应用

光学原理在光刻技术中的应用

光学原理在光刻技术中的应用光刻技术是一种常见的微影制造工艺,广泛应用于半导体芯片、平板显示器、光通信器件等领域。

在光刻技术中,光学原理扮演着关键的角色,通过光学原理的应用实现了高分辨率、高精度的微细结构的制造。

本文将介绍光刻技术的基本原理以及光学原理在光刻技术中的关键应用。

一、光刻技术的基本原理光刻技术是一种利用光敏剂对物质进行化学或物理变化的技术。

它的基本原理是利用掩膜对光进行精确的控制,通过光照射将光敏剂上的图案转移至底物上。

光刻技术主要由掩膜制备、曝光暴光、显影和刻蚀等步骤组成。

1.掩膜制备:在光刻技术中,掩膜是一种从掩膜板上通过光刻胶转移图案的透光掩膜。

它的制备过程主要包括光刻胶涂布、预烘烤和曝光暴光等步骤。

2.曝光暴光:曝光暴光是光刻技术中最关键的步骤之一。

曝光暴光过程中,利用光学原理将掩膜上的图案通过透光掩膜传导至底物上。

光学原理中的干涉、衍射和透射等现象为曝光暴光提供了物理基础。

3.显影:显影是将暴光后的底物进行化学反应,将控制曝光后的图案转移至底物上的过程。

光刻胶中存在溶解和凝聚等反应,显影液的选择和显影时间的控制对于显影效果至关重要。

4.刻蚀:刻蚀是将显影后的底物上未被光刻胶保护的区域进行物理或化学蚀刻,将底物中不需要的物质去除的过程。

刻蚀技术中,对光刻胶剩余的控制和刻蚀速率的控制是非常重要的。

二、1.曝光光源选择:在光刻技术中,曝光光源的选择对于最终的曝光质量至关重要。

根据不同曝光要求,可以选择紫外光、深紫外光和电子束光源等。

光学原理中的衍射和干涉等现象为选择合适的光源提供了理论依据。

2.掩膜设计和制备:掩膜是光刻技术中非常重要的组成部分,它的设计和制备直接影响着图案的精度和稳定性。

光学原理中的透射和衍射现象为掩膜图案的设计提供了理论基础,掩膜的制备则需要光刻胶的涂布均匀性和预烘烤参数的控制。

3.显影液配方和显影时间:显影是将控制曝光图案转移至底物的关键步骤,显影液的配方和显影时间的控制对于显影效果至关重要。

第二章-1(光学光刻技术)

第二章-1(光学光刻技术)
enhancement technology Planarization Alignment
2
Historical note:lithography’s origins
Lithography [stone (lithos)+write (gráphein)]refer to a process invented in 1796 by Aloys Senefelder. He found that stone when properly inked and treated with chemicals, could transfer a carved image into paper.
underexposed PR molecules Average out standing wave effect Smooth PR sidewall and improve resolution
52
Alignment (套刻对准)
套准精度:对准系统把版图套准到硅 片上图形的能力。
套准容差:要形成的图形层和前一层 图形的最大相对位移。一般而言,套 准容差为特征尺寸的1/3。
16
(3)Mask Aligner (光学光刻机)
Exposure system (maskaligner) consist of a light source, illumination optics, a mask, projection optics, an alignment system and a wafer stage.
4, Step & Repeat Alignment/Exposure
25
26
5,Projection Printer (步进+扫描投影曝光机)

光刻机原理教学课程设计

光刻机原理教学课程设计

光刻机原理教学课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生理解光刻机的基本原理,掌握其工作流程中的关键步骤;2. 学生掌握光刻机中光学、机械及电子等基本部件的功能和相互作用;3. 学生了解光刻技术在半导体制造领域的重要性和应用。

技能目标:1. 学生能够运用所学知识,分析并解释光刻机在芯片制造过程中的作用;2. 学生通过小组合作,设计简单的光刻实验,提高动手操作和团队协作能力;3. 学生能够运用光刻技术的基本原理,对实际生产中的问题进行初步分析。

情感态度价值观目标:1. 学生培养对光刻技术及相关科学研究的兴趣,激发探索精神;2. 学生认识到科技创新在国家发展中的重要性,增强民族自豪感;3. 学生在学习过程中,培养严谨、细致、合作、探究的学习态度。

课程性质分析:本课程为高年级物理或电子学科相关课程,旨在帮助学生深入理解光刻技术及其在芯片制造领域的作用。

学生特点分析:高年级学生对物理、电子等专业知识有一定的基础,具备较强的逻辑思维能力和动手能力,对新技术和新知识充满好奇。

教学要求:1. 结合学生特点,注重理论与实践相结合,提高学生的实际操作能力;2. 创设问题情境,引导学生主动探究,培养学生的创新思维;3. 强调团队合作,提高学生的沟通与协作能力。

二、教学内容1. 光刻技术概述:介绍光刻技术的发展历程、应用领域及重要性。

- 教材章节:第二章“光刻技术简介”2. 光刻机原理及其工作流程:详细讲解光刻机的基本原理、工作流程及关键参数。

- 教材章节:第三章“光刻机原理与结构”3. 光刻机主要部件及其功能:分析光刻机中的光学系统、机械系统、电子系统等主要部件的作用及相互关系。

- 教材章节:第四章“光刻机主要部件”4. 光刻工艺流程:介绍光刻工艺的步骤,包括预处理、涂胶、曝光、显影、蚀刻等。

- 教材章节:第五章“光刻工艺流程”5. 光刻技术在半导体制造中的应用:分析光刻技术在芯片制造过程中的具体应用及其影响。

- 教材章节:第六章“光刻技术在半导体制造中的应用”6. 光刻技术发展趋势:探讨光刻技术的发展趋势,如极紫外光刻、纳米光刻等技术。

《光刻技术简介》课件

《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。

光学光刻技术

光学光刻技术

光学光刻技术一、光学光刻光学光刻是通过广德照射用投影方法将掩模上的大规模集成电路器件的结构图形画在涂有光刻胶的硅片上,通过光的照射,光刻胶的成分发生化学反应,从而生成电路图。

限制成品所能获得的最小尺寸与光刻系统能获得的分辨率直接相关,而减小照射光源的波长是提高分辨率的最有效途径。

因为这个原因,开发新型短波长光源光刻机一直是各个国家的研究热点。

除此之外,根据光的干涉特性,利用各种波前技术优化工艺参数也是提高分辨率的重要手段。

这些技术是运用电磁理论结合光刻实际对曝光成像进行深入的分析所取得的突破。

其中有移相掩膜、离轴照明技术、邻近效应校正等。

运用这些技术,可在目前的技术水平上获得更高分辨率的光刻图形。

20世纪70—80年代,光刻设备主要采用普通光源和汞灯作为曝光光源,其特征尺寸在微米级以上。

90年代以来,为了适应IC集成度逐步提高的要求,相继出现了g谱线、h谱线、I谱线光源以及KrF、ArF等准分子激光光源。

目前光学光刻技术的发展方向主要表现为缩短曝光光源波长、提高数值孔径和改进曝光方式。

二、移相掩模光刻分辨率取决于照明系统的部分相干性、掩模图形空间频率和衬比及成象系统的数值孔径等。

相移掩模技术的应用有可能用传统的光刻技术和i线光刻机在最佳照明下刻划出尺寸为传统方法之半的图形,而且具有更大的焦深和曝光量范围。

相移掩模方法有可能克服线/间隔图形传统光刻方法的局限性。

随着移相掩模技术的发展,涌现出众多的种类,大体上可分为交替式移相掩膜技术、衰减式移相掩模技术;边缘增强型相移掩模,包括亚分辨率相移掩模和自对准相移掩模;无铬全透明移相掩模及复合移相方式(交替移相+全透明移相+衰减移相+二元铬掩模)几类。

尤其以交替型和全透明移相掩模对分辨率改善最显著,为实现亚波长光刻创造了有利条件。

全透明移相掩模的特点是利用大于某宽度的透明移相器图形边缘光相位突然发生180度变化,在移相器边缘两侧衍射场的干涉效应产生一个形如“刀刃”光强分布,并在移相器所有边界线上形成光强为零的暗区,具有微细线条一分为二的分裂效果,使成像分辨率提高近1倍。

第二章-光学曝光技术PPT课件

第二章-光学曝光技术PPT课件
虽然业界一再强调EUV的技术,我们有理由相信,EUV (极端远紫外光刻)将是未来纳米级光刻技术的主流工艺, 而一直沉默不语的Intel是否已经使用了这种技术呢?
10
Intel巨资开发的Intel’s Micro Exposure Tool(MET)
IMEC开发的EUV alpha demonstration tool
敏感性

好 非常好 一般 一般
分辨率 很好 一般 很差 好 很好
侧壁光滑性 很好 很差 很差 好 很好
耐强腐蚀 差 很好 好 很差 很好
在基底地 好 好 好 差 好 粘附性能
27
LIGA技术应用
微齿轮(sandia 国家实验室)
28
29
LIGA技术的优点:
( 1) 深宽比大, 准确度高。所加工的图形准确度小于 0. 5微米, 表面粗糙度仅10nm, 侧壁垂直度>89. 9°, 纵向高度可500微米以上; ( 2) 用材广泛。从塑料( PMMA、聚甲醛、聚酰胺、 聚碳酸酯等) 到金属( Au, Ag, Ni, Cu) 到陶瓷( ZnO2) 等, 都可以用LIGA技术实现三维微结构; ( 3) 由于采用微复制技术, 可降低成本, 进行批量生 产。 LIGA的缺点: (1)成本昂贵(X光源需要昂贵的加速器) (2)用于X光光刻的掩膜板本身就是3D微结构,复 杂,周期长
东南大学 · 南京
MEMS
教育部重点实验室
5
(1) 光学无掩模光刻
无掩膜光刻技术的两大研究方向为光学无掩模光刻(Optical Maskless Lithography)和带电粒子无掩膜光刻(Charged Particle Maskless Lithography)。
光学无掩膜技术是从传统的光学光刻机 构造发展而来的,最大的不同是掩膜版 被一排光调制器(DMD,Digital Micromirror Device,数字微镜阵列)取代, 通过实时控制制作出需要的图形。

光刻技术的原理与发展

光刻技术的原理与发展

光刻技术的原理与发展光刻技术的基本原理光刻技术是半导体制造中的一项关键技术,它用于在硅片上形成微小的设备结构。

这项技术主要包括所谓的「光刻」过程,这是一个将图形(如晶体管和连线)准确传输到硅片上的过程。

光刻技术包括核心步骤:涂覆光阻、软烘干、对准和曝光、显影、硬烘干以及刻蚀等。

其中,光阻是一种光敏材料,能够在光的照射下发生化学变化。

根据这种光敏反应,我们可以用光刻技术在硅片上形成微小结构。

这种技术将电路图案转移到半导体晶体管的过程中起着关键的角色。

它的操作原理涵盖了若干个步骤。

首先是准备工作,要将硅片清洗干净,并且在硅片上旋涂一层光敏胶。

然后就是光刻机中的照射过程了。

光刻机的主要部分是一个强大的紫外线光源、一个细微的图案罩板(也叫做掩模或者光罩)和一组精密的透镜。

首先,光源发出紫外光照射到光罩上。

光罩上有我们需要的电路图案,被阻挡的地方光无法通过,可以通过的则将光线投向下一步的透镜组。

透镜组将会把这些光线聚集起来,并精确地投影至先前涂上光敏胶的硅片上。

紫外光照射后,光敏胶会发生化学变化。

这些化学变化取决于光敏胶的类型,主要分为两种类型:正性光敏胶和负性光敏胶。

对于正性光敏胶,紫外光照射的部分会变得更薄,更容易溶解;而对于负性光敏胶,紫外光照射的部分会变得更厚且更难溶解。

此后,利用适当的溶剂,也就是显影液,将容易溶解的部分显影出来,再进行冲洗和干燥操作。

准备工作:首先清洗硅片,以去除其表面的灰尘和污渍;然后将硅片放入烘箱中,通过升高温度来移除残留的水分;最后,在硅片表面涂上一层光敏胶。

这层光敏胶的厚度(一般为数微米至数百微米)将影响接下来的刻蚀深度和图案的细度。

涂胶的过程通过旋涂机进行,通常选择的转速为1000-5000转/分钟。

预烘:将涂有光敏胶的硅片放在热板上进行预烘,以使光敏胶固化并均匀地粘附在硅片上。

预烘温度通常在90-100摄氏度之间,这会影响到光敏胶的硬度和光刻的精度。

曝光:此环节是光刻的关键过程。

光学光刻

光学光刻
功率消耗达数万瓦,并产生大量的热。除了用水冷却外,还可
使阳极高速旋转。
2、等离子体 X 射线源 用聚焦的高能电子束或激光束轰击金属薄膜,使之蒸发成 为等离子体。超热的金属等离子体蒸汽将发射 X 射线,波长为 0.8 ~ 10 nm 。 这种 X 射线源从激光到 X 射线的转换效率约为 10%,光强 比较强,并有非常小的直径,比较适合于光刻。
例:当 0.436 μm (g线), g 20μm 时,Wmin 2.95μm
三 投影式光刻机
一、分辨率与焦深
投影式光刻机的分辨率由 雷利第一公式 给出,即
Wmin k1

NA
式中,k1 是与光刻胶的光强响应特性有关的常数,约为 0.75 。 NA 为镜头的 数值孔径,
NA n sin
制散射投影电子束光刻(Scattering with Angular Limitation Projection Electron-beam Lithorgraphy, SCALPEL),它是
利用散射反差的对比来产生图形。掩模版的透明区用低 Z 材料
制成,不透明区用高 Z 材料制成。不透明区不是吸收电子而是 以足够大的角度散射电子,使之被光阑阻挡。这就允许使用极 高的能量,从而使低 Z 材料区几乎完全透明。 掩模版的透明区通常是富硅的氮化硅,厚约 0.1 m 。不透 明区可采用 W/Cr,厚约 0.05 m 。 在图像质量和生产效率之间存在矛盾。低电子流ns
曲折的步进图形
图形曝光在硅片上是投影 掩膜版上视场的1/5 4 mm × 3 mm, 4 die 每次曝光
Wafer
小结
限制光学曝光方式的分辨率的主要因素是衍射效应。最早 使用的接触式光刻机,分辨率可到 1 m以下,但容易损伤掩模 和硅片。解决的办法是使用接近式光刻机,但要影响分辨率。 介绍了具有亚微米分辨率的投影曝光系统。为了解决分辨率和

《光学光刻》课件

《光学光刻》课件
曝光
通过光源照射,使光刻胶中的分子 发生化学反应,形成曝光图形。
光学光刻的工艺流程
01
显影
将曝光后的光刻胶进行显影,使曝 光图形得以显现。
腐蚀
将与光刻胶相接触的基片腐蚀掉, 形成电路或器件的结构。
03Βιβλιοθήκη 02坚膜烘焙增强光刻胶的附着力和耐腐蚀性。
去胶
将剩余的光刻胶去除,完成整个工 艺流程。
04
光学光刻的关键技术
挑战
随着制程线宽的不断缩小,光学光刻技术面临着衍射极限、光源波长限制等物理 极限的挑战;同时,高精度对准和转移技术也是亟待解决的问题。
机遇
随着新材料、新工艺和新技术的不断发展,光学光刻技术有望与其他先进技术相 结合,突破物理极限的限制,实现更小制程线宽的制造;同时,光学光刻技术在 柔性电子、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。
光学干涉光刻技术
利用光的干涉现象,实现高精度、大面积的制程 。
光学光刻技术的发展趋势
高分辨率
随着芯片制程的缩小,光学光刻技术需要更高的分辨率。
多功能化
满足不同材料、不同结构、不同制程需求,实现一机多用。
智能化
结合人工智能和机器学习技术,提高制程精度和效率。
光学光刻技术的未来展望
新材料和新技术的应用
微电子封装
在微电子封装领域,光学光刻技术用 于制造高精度、高可靠性的封装结构 ,确保微电子产品的稳定性和可靠性 。
微纳加工领域的应用案例
微纳结构制备
光学光刻技术能够实现微纳级别的结构制备,广泛应用于微纳传感器、微纳执 行器等器件的制造。
生物芯片制备
在生物芯片制备领域,光学光刻技术能够制造高精度、高密度的生物芯片,提 高生物检测和测序的效率。
  1. 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. 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. 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)。
第二章第一节:光学光刻
Chapter II: Photo Lithography
主流的微电子制造过程中,光刻是最 复杂、昂贵和关键的工艺。大概占成 本的1/3以上。
Content
Resolution in Photolithography Exposure modes and their
advantages and disadvantages Photolithography resolution
53
Alignment (套刻对准)
54
55
对准标记
对准标记:置于掩模版和硅片上用来 确定它们的位置和方向的定位图形。
投影掩模版的对准标记(RA)在投影掩模版的左 右两侧。它将与安装在步进光刻机机身上的对 准标记对准。 整场对准标记(GA)在第一次曝光时被光刻在硅 片左右两边,它被用于每个硅片的粗对准。 精对准标记(FA)是在每个场曝光时被光刻,它 被用于每个硅片曝光场和投影掩模版的对准调 节。
21
Exposure Modes (曝光模式)
1,Contact Mode
2, Proximity Mode
Simple equipment Direct contact, pollute, particle 2R2esolution: submicron
Complicate system No direct contact, long life Resolution: >3 mm
NA=nsinm
A way to extend 193nm DUV technique.
41
Depth of Focus (焦深)
透镜焦点周围的一个范围,在这个范围内图像连续地保 持清晰,这个范围被称为焦深。
DOF
n NA2
=365nm NA=0.4 DOF =2.3mm
42
Exercise 2,
4, Step & Repeat Alignment/Exposure
25
26ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
5,Projection Printer (步进+扫描投影曝光机)
27
Theoretical resolution (曝光精度)
28
Contact Printing (接触式曝光)
29
Proximity Printing (接近式曝光)
16
(3)Mask Aligner (光学光刻机)
Exposure system (maskaligner) consist of a light source, illumination optics, a mask, projection optics, an alignment system and a wafer stage.
47
表面反射和驻波对曝光精度的影响
48
造成侧壁粗糙
表面反射和驻波对曝光精度影响的消除
49
Standing Wave Effect on Photoresist
50
PEB Minimizes Standing Wave Effect
51
Post Exposure Bake
Photoresist glass transition temperuature Tg Baking temperature higher than Tg Thermal movement of photoresist molecules Rearrangement of the overexposed and
DOF
n NA2
1.211 1.013 0.689 0.536
43
光刻系统分辨率与焦深的关系
R
k NA
DOF
n NA2
What we need: Small R & Large DOF
44
光刻系统分辨率与焦深的关系
45
提高光学分辨率的其他手段
46
Planarization (表面平整化)
Liquid films: Spin-on glass, resist Solid films: CVD deposition dioxide Chemical-mechanical polishing (CMP) [oxide, polysilicon, metal]
6
光刻工艺的组成部分
7
(1)光刻胶/光阻 (Photoresist)
光诱导化学反应
8
光刻胶的涂覆
T= ( KC ) /W1/2
Where K=overall calibration C=polymer concentration in g/100mL solution =intrinsic viscosity W=rotations per minute (rpm)
underexposed PR molecules Average out standing wave effect Smooth PR sidewall and improve resolution
52
Alignment (套刻对准)
套准精度:对准系统把版图套准到硅 片上图形的能力。
套准容差:要形成的图形层和前一层 图形的最大相对位移。一般而言,套 准容差为特征尺寸的1/3。
17
Factor on the Exposure System Resolution
Resolution mainly limits by: Light source Optical system Mask Diffraction of light Photoresist sensitivity Alignment of mask to wafer Non-uniformities in wafer or mask flatness Debris between wafer and mask
of the lens system 33
Numerical Aperture (数值孔径)
透镜收集衍射光 的能力称为透镜 的数值孔径(NA)
NA=nsinm
(n媒介折射率 θ物镜接收角)
34
通过增加透镜半径,达到增加NA的目的
k=0.75 NA=0.6 =365nm R=0.4mm 35
Exercise 1, K1=0.6
Resolution: 0.5~1 mm
3
Historical note:lithography developing
130 years later, in 1961, photo-etching process been used to produce a large number of transistor on a thin slice of Si wafer.
(移相掩膜技术—以相消干涉原理为基础)
38
Example:Phase Shift Mask Patterning
39
Example:Phase Shift Mask Patterning
40
Increase NA
Immersion Lithography 浸没式光刻
nair =1.0 nwater=1.4
Increase NA
Larger lens, could be too expensive and unpratical Reduce DOF and cause fabrication difficulties Immersion lithography 37
Reduce k1 Phase-shifting Masks
enhancement technology Planarization Alignment
2
Historical note:lithography’s origins
Lithography [stone (lithos)+write (gráphein)]refer to a process invented in 1796 by Aloys Senefelder. He found that stone when properly inked and treated with chemicals, could transfer a carved image into paper.
Mask (掩模版) Photoresist (光刻胶) Spinning resist and soft baking (涂胶/前烘) Exposure and post-exposure treatment(曝光) Development (显影) De-scumming and post-baking(去胶) Inspections (检测)
Resolution: 5mm
Today, photolithography, X-ray lithography, chargeparticle lithography, all achieved submicro resolution.
Resolution: ~10-190nm
4
Lithography Overview
14
(3)Mask Aligners对准机/光刻机
主要性能标准: 1, 分辨率 2, 对准(套刻精度的度量) 3, 产量
15
Resolution 分辨率
即是可以曝光出来的最小特征尺寸 通常表达为可分辨的且仍能保持一定 尺寸容差的最小特征尺寸。 典型值是取线宽分布六倍标准偏差值 (6s)不超过线宽的10%。
1822, France, Nicéphore Niépce, copy an etch print on oiled paper using bitumen mask---the advent of photography;
1827, France, Lemaître, using strong acid made an engraving of Cardinal d’Amboise (一位红衣 主教的雕像).
相关文档
最新文档