光刻机简单介绍PPT(共 36张)
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光刻机简单介绍(PPT 36页)
WAFER HOLDER LEVELING STAGE
T STAGE Z STAGE X STAGE Y STAGE
防震台
WAFER
15
光刻机构造－STAGE UNIT （2）
Fiducial mark FC2 mark Motor 移动镜
Wafer holder Wafer Illumination uniformity sensor Monitor 插槽 定位块
WGA SET θ
NG
ROTATION
OK
END
32
掩膜版对准系统（三）
M
1
2
2 3
对准光路图
4
5
33
掩膜版对准系统（四）
34
掩膜版对准系统（五）控制系统图&基本波、倍周波形成
35
Thank you 谢谢 Q&A 请您提问
36
RSET X RSET Y
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
经偏振分光镜后又分为两路：一路成为仅含有f1的光束,另一路成为仅
含有f2的光束。当可动反射镜移动时,含有f2的光束经可动反射镜反射
后成为含有f2 ±Δf的光束，Δf是可动反射镜移动时因多普勒效应产生
的附加频率,正负号表示移动方向(多普勒效应是奥地利人C.J.多普勒提
出的，即波的频率在波源或接受器运动时会产生变化)。这路光束和由
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。
半导体器件半导体工艺介绍光刻幻灯片PPT
光 刻 掩 膜 板
岛
正胶
透光区域 不透光区域
空洞
负胶
光刻掩膜版 :// sicsis /te_product_d/2007-11-30/5.chtml
常用的是旋转法，它又分为旋转板式和自转式
胶膜的厚度由转速和胶的浓度来调解。旋 转板式涂胶法的缺点是胶膜厚度不够均匀， 多余的胶飞溅易沾污衬底。采用自转式涂 胶法能较好地抑制上述缺点。
• 光刻是一种复印图形与化学腐蚀相结合的综 合性技术。它将光刻版上的图形准确地复印 在涂有感光胶的基片上。然后利用光刻胶的 保护作用，对基片进展选择性腐蚀，从而在 基片上得到与光刻版相应的图样。
光刻步骤：
1、基片前处理 2、涂胶
以SiO2 做掩膜为例
3、前烘-软烘焙
4、对准-曝光
5、显影-清洗
6、后烘(坚膜、硬烘焙) 1、去油：甲苯、丙酮、乙醇
4、曝光
▪ 曝光是指用汞灯紫外光对已涂敷光刻胶 膜的底片进展选择性曝光。经过光照的 胶膜发生光化学反映，改变了这局部胶 膜在显影液中的溶解度；显影后，光刻 胶膜就呈现出与掩膜板相对应的图形。
可采用的曝光的方法包括：接触曝光法、 投影曝光法、电子束曝光法、离子束曝光 法和X射线曝光法等；
曝光时间过短，胶感光缺乏， 光刻胶的光化学反映不充分， 光刻胶的抗蚀性能就会降低， 显影时局部胶会溶解；曝光时 间过长，会使光刻胶不感光局 部的边缘微弱感光，产生“光 晕〞现象，腐蚀后边界模糊或 出现皱纹，使分辩率降低。
3、前烘—软烘焙
▪ 前烘就是将涂好胶的样品进展加热处理。前烘的目 的是促使胶膜体内的溶剂局部挥发，使胶膜枯燥， 以增加胶膜与衬底的粘附性和胶膜的耐磨性。在曝 光对准时，胶膜与掩膜版不易擦伤、磨损和沾污， 同时，只有在胶膜枯燥后曝光，化学反响才能充分 进展。
ASML 光刻机介绍.ppt
Eng-3 / Photo
SMIC
10/27/2020
SMSECIUCRITY 3 SMIC- INTERNAL
System Overview
SMIC
• PAS 5500 WAFER SCANNER OVERVIEW
• Purpose
The PAS 5500 is a fully automatic step-and-repeat camera for exposing wafers used for manufacturing of integrated circuits.
• IS (Image Sensor)
• IP&IL (Illumination and Projection)
• OA (Off-Axis illumination, ATHENA)
• CT (Contamination and Temperature control)
Eng-3 / Photo
10/27/2020
SMSECIUCRITY 3 SMIC- INTERNAL
Sub-Modules
• Airmount
Separating machine into two parts: Silent World and External World
• Purpose: Vibration Isolation Position Control Diagnostic Tool
Eng-3 / Photo
SMIC
10/27/2020
SMSECIUCRITY 3 SMIC- INTERNAL
Sub-Modules
SMIC
• Advanced reticle management system (ARMS)
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
微电子工艺——光刻技术.ppt
例：转速 5000 r/min，时间 30 sec，膜厚 1.0 m 。 4、前烘（软烘） 目的是去除光刻胶中的大部分溶剂和稳定胶的感光特性。
5、曝光
6、显影
将曝光后的硅片放到显影液中。对于负胶，显影液将溶解 掉未曝光区的胶膜；对于正胶，显影液将溶解曝光区的胶膜。 几乎所有的正胶都使用碱性显影液，如 KOH 水溶液。
oxide
基本工艺
• Step 5: 去除光刻胶:
– Step 5A: 去胶
• S胶iO时2、碳S被iN还、原多析晶出硅，等微非小金的属碳材粒料会一污般染采衬用底浓表硫面酸，去因胶而。必由须于在浓浓硫硫酸酸去 中 3:加1 入H2O2等强氧化剂，使碳被氧化为CO2溢出。浓硫酸与H2O2的比值为
• 酸性腐蚀液对铝、铬等金属具有较强的腐蚀作用，因此金属衬底的去 胶需要专门的有机去胶剂。通常这类去胶剂中加入了三氯乙烯作为涨 泡剂，因此去胶后要用三氯乙烯和甲醇进行中间清洗，由于去胶液和 三氯乙烯都是有毒物质，处理比较困难
涂胶设备
• 动态移动臂分配 （ Dynamic Moving Arm Dispense ）
涂胶设备
Resist Dispenser
– 光刻胶厚度的控制:
• 光刻胶黏度
• 旋涂速度
• 温度 • 湿度
Vacuum Chuck
• 废气流
Hollow Shaft
To House Vacuum
涂胶的问题
1985 年以前，几乎所有光刻机都采用 g 线 (436 nm) 光源， 当时的最小线宽为 1 m 以上。1985 年以后开始出现少量 i 线 (365 nm) 光刻机，相应的最小线宽为 0.5 m 左右。从 1990 年开 始出现 DUV 光刻机，相应的最小线宽为 0.25 m 左右。从1992 年起 i 线光刻机的数量开始超过 g 线光刻机。截止到 1998 年 ， g 线、i 线和 DUV 光刻机的销售台数比例约为 1：4：2。
光刻机简单介绍
后成为含有f2 ±Δf的光束，Δf是可动反射镜移动时因多普勒效应产生
的附加频率,正负号表示移动方向(多普勒效应是奥地利人C.J.多普勒提
出的，即波的频率在波源或接受器运动时会产生变化)。这路光束和由
固定反射镜反射回来仅含有f1的光的光束经偏振片2后会合成为f1-
(f2±Δf)的测量光束。测量光束和上述参考光束经各自的光电转换元件、
光刻机曝光光源为超高压水银灯
高压水银灯光线组成 X线0.71nm KrF248nm i365nm
h405nm g436nm
x 10nm
光刻教育资料
紫外线
可视光区
红外线区
400nm
750nm
光刻Team
8
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
光刻教育资料
20
光刻机构造－LENS CONTROLLER
• 镜头控制器：简称LC,对镜头倍率及焦点进 行 控制的关键部件。
• 构成：控制基版 BELLOWS PUMP LENS TEM.SENSOR 压力计等
光刻教育资料
光刻Team
21
LC倍率控制的实现
reticle
A室与大气相连；
B室气压可以调节，通过改变 B室气压，从而改变其折射率 使倍率进行实时追踪
此数字越大意味着是越新模型的NSR。 ⑥ 表示投影鏡頭的型式。
同様的□20mm1/5倍、使用i線的鏡頭中、以A或B等進行区別。
光刻教育资料
光刻Team
6
光刻机
光刻机：采用重复
步进的方式将掩 膜版（Reticle） 的图形以5：1的 比例转移到硅片 （Wafer）上。
【精编】半导体制造工艺-04光刻(上)概要幻灯片
c)溶剂 是醋酸丁脂、二甲苯、乙酸溶纤剂的混合物，用于调节光 刻胶的粘度。
前烘后膜上树脂 : PAC＝1:1
半导体制备工艺基础
第四章 光刻 (上)
34
负胶 (Negative Optical Photoresist)
当VLSI电路需分辨率达2 m之前，基本上是采用负性光刻 胶。 负胶在显影时线条会变粗，使其分辨率不能达到很高。
像平面远离孔径， 在孔径和像之间设 置镜头
1.22 f
d
爱里斑
中心极大半1径 .22＝ f
d
半导体制备工艺基础
第四章 光刻 (上)
24
瑞利给出恰可分辨两个物点的判据：
分辨率
点物S1的爱里斑中心恰好与另一个点物S2的爱里斑
边缘（第一衍射极小）相重合时，恰可分辨两物点。
S1
S2
可分辨
100%
S1
恰可分辨
a) 基底：树脂 是一种低分子量的酚醛树脂 (novolac, a polymer) 本身溶于显影液，溶解速率为15 nm/s。
b)光敏材料（PAC－photoactive compounds) 二氮醌 (diazoquinone, DQ)
✓DQ不溶于显影液，光刻胶在显影液中的溶解速率为 1－2 nm/sec ✓光照后，DQ结构发生重新排列，成为溶于显影液的烃基酸 （TMAH四甲基氢氧化铵——典型显影液） 光照后，光刻胶在显影液中的溶解速度为100－200nm/s
×1掩膜版制作
接触式、接近式光刻
数字图形
×4或×5投影光 刻版
投影式光刻
半导体制备工艺基础
第四章 光刻 (上)
13
电子束直写
✓×4或×5投影光刻版在 制版时容易检查缺陷
接触式光刻机ppt课件
生物医学领域
生物芯片制备
接触式光刻机可用于制备各种生物芯片，如基因芯片、蛋白质芯片等，为生物 医学研究提供有力支持。
组织工程与再生医学
接触式光刻机在组织工程与再生医学领域也有广泛应用，如人工骨骼、人工皮 肤的制造等。
04
接触式光刻机的优缺点
分辨率高
由于接触式光刻机使用紧密接触的方 式，使得光刻胶与掩膜版之间几乎没 有间隙，因此可以获得较高的分辨率 。
微纳加工
接触式光刻机可用于加工各种微 纳结构，如微电子机械系统（ MEMS）、纳米电子器件等，广 泛应用于传感器、执行器等领域 。
纳米科技领域
纳米图案化
接触式光刻机能够实现纳米级别的图 案化，为纳米材料、纳米器件的制备 提供关键技术支持。
纳米测量与表征
接触式光刻机在纳米测量与表征领域 也有广泛应用，如原子力显微电材 料和器件，应用于太阳能电池、LED 等领域。
生物医疗
将接触式光刻机应用于生物医疗领域 ，如制造微流控芯片、生物传感器等 。
市场前景
市场需求
随着微电子、新能源、生物医疗等领域的快速发展，对接触式光 刻机的需求将不断增长。
竞争格局
国内外多家企业都在研发和生产接触式光刻机，市场竞争激烈，企 业需要不断提高产品性能和降低成本。
05
接触式光刻机的未来发展
技术创新
光源技术
研发更短波长的光源，以提高光 刻分辨率和降低制造成本。
镜头技术
研究新型镜头材料和制造工艺，以 提高光刻机的成像质量和稳定性。
精密控制系统
加强光刻机运动系统的精度控制， 提高光刻工艺的重复性和可靠性。
应用拓展
微纳制造
新能源
利用接触式光刻机制造更小尺寸的微 纳结构，应用于传感器、通信器件等 领域。
光刻工艺原理培训课件PPT(共 90张)
7、表面张力:指的是液体中将表面分子拉向液体主体内 的分子间吸引力.光刻胶具有产生相对大的表面张力的分 子间力,所以在不同的工艺步骤中光刻胶分子会聚在一起. 同时光刻胶的表面张力必须足够小,从而在应用时能提供 良好的流动性和硅的覆盖.
小分子力引起小 的表面张力
大分子力引起大 的表面张力
传统负胶的缺点
HMDS滴浸润液和旋转
滴浸润形成
旋转硅片去除多余的液 体
2：旋转涂胶
工艺小结:
硅片置于真空吸盘上
滴约5ml的光刻胶
以约500 rpm的慢速旋转
加速到约 3000 至 5000 rpm
质量指标: 时间 速度 厚度 均匀性 颗粒和缺陷
至真空泵
滴胶头
真空吸盘 与转动电机连接 的转杆
差的光刻胶对比度 斜坡墙 膨胀 差的对比度
光刻胶
膜
好的光刻胶对比度 陡直墙 无膨胀 好的对比度
光刻胶
膜
3、敏感度：是硅片表面光刻胶中产生一个良好图形所需的一 定波长光的最小能量值,提供给光刻胶的光能量值通常称为 曝光量。
4、粘滞性:指的是对于液体光刻胶来说其流动特性的定量指标. 粘滞性与时间相关,因为它会在使用中随着光刻胶中溶剂挥 发增加。
5、粘附性:光刻胶的粘附性描述了光刻胶粘着于衬底的强度。 光刻胶必须粘附于许多不同的表面,包括硅,多晶硅,二氧化 硅，氮化硅和不同的金属。光刻胶粘附性的不足会导致硅片 表面上的图形变形.光刻胶的粘附性必须经受住曝光,显影和 后续工艺。
6、抗蚀性:光刻胶胶膜必须保持它的粘附性,并在后续的 湿刻和干刻中保护衬底表面,这种性质就被称为抗蚀性.
光刻胶涂胶方法
旋转涂胶的四个基本步骤 1 分滴:当硅片静止或旋转的非常缓慢时,光刻胶被分滴在硅片
小分子力引起小 的表面张力
大分子力引起大 的表面张力
传统负胶的缺点
HMDS滴浸润液和旋转
滴浸润形成
旋转硅片去除多余的液 体
2：旋转涂胶
工艺小结:
硅片置于真空吸盘上
滴约5ml的光刻胶
以约500 rpm的慢速旋转
加速到约 3000 至 5000 rpm
质量指标: 时间 速度 厚度 均匀性 颗粒和缺陷
至真空泵
滴胶头
真空吸盘 与转动电机连接 的转杆
差的光刻胶对比度 斜坡墙 膨胀 差的对比度
光刻胶
膜
好的光刻胶对比度 陡直墙 无膨胀 好的对比度
光刻胶
膜
3、敏感度：是硅片表面光刻胶中产生一个良好图形所需的一 定波长光的最小能量值,提供给光刻胶的光能量值通常称为 曝光量。
4、粘滞性:指的是对于液体光刻胶来说其流动特性的定量指标. 粘滞性与时间相关,因为它会在使用中随着光刻胶中溶剂挥 发增加。
5、粘附性:光刻胶的粘附性描述了光刻胶粘着于衬底的强度。 光刻胶必须粘附于许多不同的表面,包括硅,多晶硅,二氧化 硅，氮化硅和不同的金属。光刻胶粘附性的不足会导致硅片 表面上的图形变形.光刻胶的粘附性必须经受住曝光,显影和 后续工艺。
6、抗蚀性:光刻胶胶膜必须保持它的粘附性,并在后续的 湿刻和干刻中保护衬底表面,这种性质就被称为抗蚀性.
光刻胶涂胶方法
旋转涂胶的四个基本步骤 1 分滴:当硅片静止或旋转的非常缓慢时,光刻胶被分滴在硅片
光刻机培训PPT资料37页
固定反射镜反射回来仅含有f1的光的光束经偏振片2后会合成为f1-
(f2±Δf)的测量光束。测量光束和上述参考光束经各自的光电转换元件、
放大器、整形器后进入减法器相减,输出成为仅含有±Δf的电脉冲信号。
经可逆计数器计数后，由电子计算机进行当量换算(乘 1/2激光波长)后
即可得出可动反射镜的位移量。
工作台定位：移动境、固定境
光刻机构造－Stage unit（3）
工作台定位－HP干涉计
工作台定位－HP干涉计
•
在氦氖激光器上，加上一个约0.03特斯拉的轴向磁场。由于塞曼
分裂效应和频率牵引效应,激光器产生1和2两个不同频率的左旋和右旋
圆偏振光。经1/4波片后成为两个互相垂直的线偏振光,再经分光镜分
为两路。一路经偏振片1后成为含有频率为f1-f2的参考光束。另一路
光刻机
光刻机：采用重复
步进的方式将掩 膜版（Reticle） 的图形以5：1的 比例转移到硅片 （Wafer）上。
光刻机基础
光刻机曝光光源为超高压水银灯
高压水银灯光线组成 X线0.71nm KrF248nm i365nm
h405nm g436nm
x 10400nm
750nm
B室气压可以调节，通过改变 B室气压，从而改变其折射率 使倍率进行实时追踪
A室中集中了大部分光学镜头
A
压力调节机构
B
lens
wafer
LC与AUTOFOCUS的关系
Lens的实际焦点随着 B室气压的变化实时 在变化。
Halving glass
detect Slit
reticle Lens
lamp
vibrator
光刻机简单介绍
光刻机详解
光刻机详解作为光刻工艺中最重要设备之一，光刻机一次次革命性的突破，使大模集成电路制造技术飞速向前发展。
了解提高光刻机性能的关键技术以及了解下一代光刻技术的发展情况是十分重要的。
光刻机光刻机（Mask Aligner) 又名：掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等。
光刻（Photolithography）意思是用光来制作一个图形（工艺）；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。
一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀等工序。
光刻机是集成电路芯片制造的关键核心设备。
光刻机是微电子装备的龙头，技术难度最高，单台成本最大。
光刻机发展路线图光刻机三巨头荷兰的ASML，日本的Nikon，Canon光刻机重要评价指标支持基片的尺寸范围，分辨率、对准精度、曝光方式、光源波长、光强均匀性、生产效率等。
分辨率是对光刻工艺加工可以达到的最细线条精度的一种描述方式。
光刻的分辨率受受光源衍射的限制,所以与光源、光刻系统、光刻胶和工艺等各方面的限制。
对准精度是在多层曝光时层间图案的定位精度。
曝光方式分为接触接近式、投影式和直写式。
曝光光源波长分为紫外、深紫外和极紫外区域，光源有汞灯，准分子激光器等。
光刻机的结构整机光刻机包含曝光系统(照明系统和投影物镜) 工件台掩模台系统自动对准系统调焦调平测量系统掩模传输系统硅片传输系统环境控制系统整机框架及减振系统整机控制系统整机软件系统光刻机整体结构•光刻机整体结构光刻技术的基本原理和工艺光刻工艺通过曝光的方法将掩模上的图形转移到涂覆于硅片表面的光刻胶上，然后通过显影、刻蚀等工艺将图形转移到硅片上。
1、涂胶要制备光刻图形，首先就得在芯片表面制备一层均匀的光刻胶。
在涂胶之前，对芯片表面进行清洗和干燥是必不可少的。
目前涂胶的主要方法有：甩胶、喷胶和气相沉积，但应用最广泛的还是甩胶。
光刻的介绍PPT
膜厚对分辨率的影响——胶层越 厚，分辨率越低
膜厚对针孔密度的影响——胶层 越薄，针孔密度越大
膜厚对光刻胶粘附性的影响
光刻的工艺流程
加热去除光刻胶中的溶剂，使其固化，提高光刻胶与衬底的粘附 能力以及角膜的机械擦伤能力
表
前 烘
面 处 理
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常用方法：
烘箱法：生产效率高，成本低， 烘箱内温度变化大且不均匀
配置 组成
光刻胶
光刻胶的配置：
视良频好的学抗蚀习力 较高的分辨率 两者要兼顾
光刻胶的组成： 聚合物 感光剂 溶剂 增感剂
光刻的工艺流程
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光刻的工艺流程
表 面 处 理
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平面度：有平整的表面（硅上氧 化层） ●慢进慢出，严格控制光刻工艺中 的环境温度 清洁度：有清洁、干燥的硅片表 面 ●刷片，化学清洗 表面性质：提高表面与光刻胶的 粘附性 ●高温烘焙，增粘处理
光刻基本介绍
* 在硅片表面涂胶，然后将掩模板上的图形转移光刻胶 上的过程，再通过后续加工将图形转移到硅片上 ＊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
掩模版——光刻胶——硅圆片
光刻三要素
1.掩模板：主体为石英玻璃，透光性高，热膨胀系数小。 2.光刻胶：又称光致抗蚀剂，采用适当的有选择性的 光刻胶，是表面上得到所需要的图像。 3.曝光机：用于曝光显影的一起，利用光源的波长对于 光刻胶的感光度不同，对光刻的图形进行曝光。
速度：对于较厚的胶膜，前烘 的速度要慢
光刻的工艺流程
掩膜版距硅片表面2~20um，无直接接 触，损伤小，沾污少，更长的掩膜寿命， 但间隙的存在会使光穿越掩膜版图形后 发生颜射，降低了分辨率。
膜厚对针孔密度的影响——胶层 越薄，针孔密度越大
膜厚对光刻胶粘附性的影响
光刻的工艺流程
加热去除光刻胶中的溶剂，使其固化，提高光刻胶与衬底的粘附 能力以及角膜的机械擦伤能力
表
前 烘
面 处 理
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常用方法：
烘箱法：生产效率高，成本低， 烘箱内温度变化大且不均匀
配置 组成
光刻胶
光刻胶的配置：
视良频好的学抗蚀习力 较高的分辨率 两者要兼顾
光刻胶的组成： 聚合物 感光剂 溶剂 增感剂
光刻的工艺流程
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光刻的工艺流程
表 面 处 理
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平面度：有平整的表面（硅上氧 化层） ●慢进慢出，严格控制光刻工艺中 的环境温度 清洁度：有清洁、干燥的硅片表 面 ●刷片，化学清洗 表面性质：提高表面与光刻胶的 粘附性 ●高温烘焙，增粘处理
光刻基本介绍
* 在硅片表面涂胶，然后将掩模板上的图形转移光刻胶 上的过程，再通过后续加工将图形转移到硅片上 ＊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
掩模版——光刻胶——硅圆片
光刻三要素
1.掩模板：主体为石英玻璃，透光性高，热膨胀系数小。 2.光刻胶：又称光致抗蚀剂，采用适当的有选择性的 光刻胶，是表面上得到所需要的图像。 3.曝光机：用于曝光显影的一起，利用光源的波长对于 光刻胶的感光度不同，对光刻的图形进行曝光。
速度：对于较厚的胶膜，前烘 的速度要慢
光刻的工艺流程
掩膜版距硅片表面2~20um，无直接接 触，损伤小，沾污少，更长的掩膜寿命， 但间隙的存在会使光穿越掩膜版图形后 发生颜射，降低了分辨率。
光刻机
近年来业界有不少有关透镜像差的报道 [12-20]。
在所有像差中,球面像差 (球差,Spherical Aberration, SA)、彗形象差 (彗差, Coma)、和像场弯曲 (场曲,Field Curvature) 是比较常见的。
严重的球差会影响掩膜板误差因子和能量裕度。
我们曾经在实验上对线条和接触孔层仔细研究过球差对工艺窗口的损害[21]。
在这项研究中, 我们比较了两台深紫外扫描式光刻机 (DUV Scanner) 并且第一次对球差造成的像的模糊以等效扩散长度来量化。
在这个实验中, 我们得到根均方(root-mean-square, rms) 波前相位误差 (wave front error, WFE) 0.064 个波长会造成41 纳米的像模糊程度, 而根均方波前相位误差0.043个波长将对应31纳米的像模糊。
由于大多数光刻胶的等效扩散长度为20到60 纳米,光刻机的波前相位误差应该被控制在0.04 个波长以下,或者25 纳米的像模糊。
两台光刻机中比较好的那台的根均方波前相位误差是0.035个波长,其对应的像模糊经过计算大致为20 纳米。
表1列举了两台光刻机实际测得的根均方波前相位误差。
彗差是由于斜入射光通过透镜不同区域聚焦不在同一点产生的。
线越是窄,光线经过的透镜区域越大,效应也越明显。
彗差的存在不仅会造成图形跟设计位置有位移误差,还会改变硅片上的线宽 [22]。
不仅如此,它还会影响成像质量,比如能量裕度、焦深、和掩膜板误差因子。
类似以上对像质的评价实验也可以对彗差做, 这里不再展开。
另外一种重要的像差是像场弯曲。
由于这种像差主要影响焦深,这种像差对门电路和接触孔这类对焦深敏感的层有可能是致命的。
在有一些扫描式光刻机中,场曲可以通过轻微调整照明激光的波长来消除。
这是由于光刻机透镜通常有很大的色散。
在一般情况下,场曲需要被控制在峰峰值200纳米之内。
传统光刻机的投影物镜多采用全折射式设计方案，即物镜全部由旋转对准装校的透射光学元件组成。
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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
光刻设备概述（二）
• 微细加工技术的核心，是微细光刻技术。 • 主要有光学曝光、电子束曝光、X射线曝光、
离子束曝光。 • 目前生产上大量采用的是光学曝光技术。 • Nikon光刻机：重复步进式光刻机（NSR）
N S R – 2 2 0 5 i 12 C
①
② ③④ ⑤ ⑥
① NSR為「Nikon Step and Repeat exposure systems」的略称。 ② 表示最大曝光範囲。
Hg LAMP E
M2 MC ML
光刻机构造－干涉滤光镜
玻璃衬底上涂一层半透明金属层，接着涂一层氟化镁隔层（可以减 少镜头界 面 对射入光线的反射，减少光晕，提 高 成 像 质 量 ），再 涂一层半透明金属层，两金属层构成了法布里-珀罗标准具的两块平行 板。当两极的间隔与波长同数量级时，透射光中不同波长的干涉高峰 分得很开，利用别的吸收型滤光片可把不允许透过的光滤掉，从而得 到窄通带的带通滤光片，其通频带宽度远比普通吸收型滤光片要窄。
光刻机简单介绍
郑鸿光 2012.09.01
目录
1.发展史 2.光刻机概述 3.光刻机构造 4.相关技术
光刻机发展过程
1.接触式光刻机 2.接近式光刻机 3.投影式光刻机 4.扫描式光刻机 5.步进式光刻机 6.步进扫描式光刻机
光刻机概述（一）
• 腔体（CHAMBER） • 主体（MAIN BODY） • 传片单元（WAFER LOADER） • 上版单元（RETICLE LOADER） • 照明系统（ILLUMINATION） • 工作台（WAFER STAGE） • 控制柜（CONTROL RACK）
光刻机构造－Stage unit（3）
工作台定位－HP干涉计
工作台定位－HP干涉计
•
在氦氖激光器上，加上一个约0.03特斯拉的轴向磁场。由于塞曼
分裂效应和频率牵引效应,激光器产生1和2两个不同互相垂直的线偏振光,再经分光镜分
为两路。一路经偏振片1后成为含有频率为f1-f2的参考光束。另一路
光刻机
光刻机：采用重复
步进的方式将掩 膜版（Reticle） 的图形以5：1的 比例转移到硅片 （Wafer）上。
光刻机基础
光刻机曝光光源为超高压水银灯
高压水银灯光线组成 X线0.71nm KrF248nm i365nm
h405nm g436nm
x 10nm
紫外线
可视光区
红外线区
400nm
750nm
通过移动境 、固定境反 射后的光线 ，形成干涉光 ，被检知器 检知。
光刻机构造－LENS CONTROLLER
• 镜头控制器：简称LC,对镜头倍率及焦点进 行 控制的关键部件。
• 构成：控制基版 BELLOWS PUMP LENS TEM.SENSOR 压力计等
LC倍率控制的实现
reticle
A室与大气相连；
固定反射镜反射回来仅含有f1的光的光束经偏振片2后会合成为f1-
(f2±Δf)的测量光束。测量光束和上述参考光束经各自的光电转换元件、
放大器、整形器后进入减法器相减,输出成为仅含有±Δf的电脉冲信号。
经可逆计数器计数后，由电子计算机进行当量换算(乘 1/2激光波长)后
即可得出可动反射镜的位移量。
工作台定位：移动境、固定境
经偏振分光镜后又分为两路：一路成为仅含有f1的光束,另一路成为仅
含有f2的光束。当可动反射镜移动时,含有f2的光束经可动反射镜反射
后成为含有f2 ±Δf的光束，Δf是可动反射镜移动时因多普勒效应产生
的附加频率,正负号表示移动方向(多普勒效应是奥地利人C.J.多普勒提
出的，即波的频率在波源或接受器运动时会产生变化)。这路光束和由
B室气压可以调节，通过改变 B室气压，从而改变其折射率 使倍率进行实时追踪
A室中集中了大部分光学镜头
A
压力调节机构
B
lens
wafer
LC与AUTOFOCUS的关系
Lens的实际焦点随着 B室气压的变化实时 在变化。
Halving glass
detect Slit
reticle Lens
lamp
vibrator
200為正方形□20.0mm的曝光範囲。 ③ 表示投影鏡頭的投影倍率。
5是表示将Reticle上的図形以1/5倍投影到Wafer上。 ④ 表示曝光光波長。
i是表示使用由超高圧水銀灯発出的光中的i線。 ⑤ 表示NSR本体的型式名。
此数字越大意味着是越新模型的NSR。 ⑥ 表示投影鏡頭的型式。
同様的□20mm1/5倍、使用i線的鏡頭中、以A或B等進行区別。
Autofocus系统实现z
工作台与lens焦点的
up
追踪。
down
wafer
光刻机－相关特性参数
1、数值孔径（numerical aperture)N.A. 2、分辨率（resolving power) 3、焦点深度（depth of focus）
数值孔径
数值孔径（N.A.）
N.A.=N×sinθ
N：折射率 Θ：折射角
物镜
θ 焦点
分辨率： R
分辨率：R衡量物镜的一个重要指标， 与数值孔径有关，数值孔径 越大，分辨率越高。
光刻机构造－复眼lens
1、有多个具有共焦面 小凸透镜组成
2、为了确保照度、 均一性
reticle
光刻机构造－SHUTTER UNIT 计数器 马达 位置：光路焦点处
结构：马达（直流）
计数器
扇叶
扇叶
功能：开 曝光 闭 掩膜版对准、ISS
光刻机构造－Stage unit（1）
主视结构图
WAFER HOLDER LEVELING STAGE
T STAGE Z STAGE X STAGE Y STAGE
防震台
WAFER
光刻机构造－STAGE UNIT （2）
Fiducial mark FC2 mark Motor 移动镜
Wafer holder Wafer Illumination uniformity sensor Monitor 插槽 定位块