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h为普朗克常数； Δp为离子动量不确定值；动量最大变 化值从-p到+p，则有： ΔL ≥h/2p；
ΔL为就是线宽，最高分辨率： Rmax=1/2ΔL≤p/h； 对于光子，p=h/λ，则ΔL ≥λ/2； 理论最高分辨率：Rmax ≤1/ λ； 根据粒子的波动性，p=mv；E=mv2/2，则p=h/λ=√2mE
准分子激光：一种激光光源，准分子是 不稳定分子，由惰性气体原子和卤素构 成。
KrF（氟化氪 ）准分子激光器 248nm(0.25um)；
ArF（氟化氩）准分子激光器 193nm(0.18um)；
F2（氟）准分子激光器157nm(0.15um)。
(0.25um)
(0.3um) (0.5um)
[nm]
k1
436
0.8
365
0.6
248
0.3-0.4
193
0.3-0.4
Contrast 436,365nm: =2-3, (Qf/Q02.5) 248,193nm: =5-10 (Qf/Q01.3)
P10
9.1概述——分辨率
3、增加 NA（浸入式技术）
Lens fabrication
光刻分辨率：光刻工艺得到的光刻胶图形能分辨线
条的最小线宽L，也可用单位尺寸能分辨的线条数
表示，即R’=1/2L (mm-1)；
LL
存在物理极限，由衍射决定：
L≥λ/2, Rmax ≤1/λ
P12
9.1概述——光刻分辨率
由量子理论的海森堡不确定关系式可得出离子的束光刻 极限：ΔL·Δp≥h；
(0.4um)
P7
9.1概述——分辨率
1、使用光源缩小
P8
9.1概述——分辨率
2、减小分辨率因子 k1
Pattern dependent k1 can be re百度文库uced by up to 30 %
P9
9.1概述——分辨率
2、减小分辨率因子 k1
Mask design and resist process
NA 0.15~0.45 0.35~0.60 0.35~0.82 0.60~0.93 0.85~0.93 0.25~0.7
技术节点 >0.5mm 0.5/0.35mm 0.25/0.13mm 90/65…32nm
22/18nm
P6
9.1概述——分辨率
最常用的两种光源
汞灯:高亮度、高可靠性；但在深紫外及 以下波长发射效率较低。 G线436nm（0.5um）； H线405nm（0.4um）； I线365nm（0.35um）； 深紫外线DUV248nm（0.25um）。
微电子制造工艺概论
第9章 光刻工艺
P1
本章主要内容
9.1 概述 9.2 基本光刻工艺流程 9.3 光刻技术中的常见问题
P2
IC产品的发展趋势：
大尺寸、细线宽、高精度、高效率、低成本； 光刻技术在每一代集成电路中扮演技术先导的角色，光刻
成本占据整个技术成本的35%；
IC对光刻技术的要求
高分辨率：加工线条越精细，要求光刻图形分辨率越高； 高灵敏度的光刻胶：曝光时间越短，需要灵敏度越高； 低缺陷：光刻中引入缺陷，影响成品率； 精密的套刻精度：套刻精度小于线宽的± 10%； 对大尺寸硅片的加工：大尺寸硅片同时制作很多芯片，满
P16
9.2.1底膜处理
光刻胶绝大多数是疏水的，而晶片表面的羟基和残留的 水分子是亲水的，若直接涂胶的话，会造成光刻胶和晶 片的粘合性较差。底膜处理是其主要目的是对硅衬底表 面进行处理，以增强衬底与光刻胶之间的黏附性。
最后光刻胶倾斜角度、光刻胶损失等技术参数有关。 在IC技术中，焦深只有1mm，甚至更小。
焦平面
焦深
光刻胶
P14
9.1概述——对比度
对比度是评价成像质量的重要指标。一般要求CON>0.5与尺寸 有关。
CON
Imax Imax
I min I min
P15
9.2基本光刻工艺流程
一般的光刻工艺要经历：底膜处理、涂胶、前烘、曝 光、显影、坚膜、刻蚀、去胶、检验工序。
提高分辨率：NA，，k1，优化设计（分辨率增强技
术）；
P5
9.1概述——分辨率
不同光源对应的技术参数
光源 汞灯 汞灯 KrF(激光) ArF (激光) F2 (激光) 等离子体
波长 术语
436
g线
365
i线
248 DUV
193 193DUV
157 VUV
13.5 EUV
k1 0.8 0.6 0.3~0.4 0.3~0.4 0.2~0.4 0.74
[nm]
436 365
NA 0.15-0.45 0.35-0.60
248
0.35-0.82
193
0.60-0.93
浸入式光刻
n
a
H2O
NA=nsina nH2O=1.44 NA≈1.36
N为透镜周围介质的折射率，α是透镜的半接收角。
去离子水折射率为1.44。
P11
9.1概述——光刻分辨率
足前述要求难度很大；
P3
9.1概述
光刻(photo lithography)就是将掩模版（光刻版）上 的几何图形转移到覆盖在半导体衬底表面的对光辐 照敏感薄膜材料（光刻胶）上去的工艺过程 。
光刻系统的主要指标包括：分辨率R（resolution）、 焦深DOF（Depth of Focus）、对比度（CON）、特 征线宽控制CD（Critical Dimension）、对准和套刻 精度（Alignment and Overlay）、产率（Throughout） 以及价格。
ΔL≥h/2√2mE 粒子质量越大，ΔL越小，分辨率越高； 动能越大，ΔL越小，分辨率越高。
P13
9.1概述——焦深(DOF)
焦深是一定工艺条件下，能刻出最小线宽时像面偏离理想焦 面的范围。焦深越大，对光刻图形制作越有利。
DOF k2 /(NA)2 焦深与特征尺寸的变化范围，曝光剂量变化范围，以及要求
P4
9.1概述——分辨率
分辨率是指一个光学系统精确区分目标的能力。最小分 辨率指光刻系统所能分辨和加工的最小线条尺寸。
分辨率是决定光刻系统最重要的指标，能分辨的线宽越 小，分辨率越高。其由瑞利定律决定：
R
k1
λ NA
k1是分辨率系数，一般为0.6~0.8；为光刻的波长；NA为 光学系统的数值孔径（Numerical Aperature），一般为 0.16~0.9。
ΔL为就是线宽，最高分辨率： Rmax=1/2ΔL≤p/h； 对于光子，p=h/λ，则ΔL ≥λ/2； 理论最高分辨率：Rmax ≤1/ λ； 根据粒子的波动性，p=mv；E=mv2/2，则p=h/λ=√2mE
准分子激光：一种激光光源，准分子是 不稳定分子，由惰性气体原子和卤素构 成。
KrF（氟化氪 ）准分子激光器 248nm(0.25um)；
ArF（氟化氩）准分子激光器 193nm(0.18um)；
F2（氟）准分子激光器157nm(0.15um)。
(0.25um)
(0.3um) (0.5um)
[nm]
k1
436
0.8
365
0.6
248
0.3-0.4
193
0.3-0.4
Contrast 436,365nm: =2-3, (Qf/Q02.5) 248,193nm: =5-10 (Qf/Q01.3)
P10
9.1概述——分辨率
3、增加 NA（浸入式技术）
Lens fabrication
光刻分辨率：光刻工艺得到的光刻胶图形能分辨线
条的最小线宽L，也可用单位尺寸能分辨的线条数
表示，即R’=1/2L (mm-1)；
LL
存在物理极限，由衍射决定：
L≥λ/2, Rmax ≤1/λ
P12
9.1概述——光刻分辨率
由量子理论的海森堡不确定关系式可得出离子的束光刻 极限：ΔL·Δp≥h；
(0.4um)
P7
9.1概述——分辨率
1、使用光源缩小
P8
9.1概述——分辨率
2、减小分辨率因子 k1
Pattern dependent k1 can be re百度文库uced by up to 30 %
P9
9.1概述——分辨率
2、减小分辨率因子 k1
Mask design and resist process
NA 0.15~0.45 0.35~0.60 0.35~0.82 0.60~0.93 0.85~0.93 0.25~0.7
技术节点 >0.5mm 0.5/0.35mm 0.25/0.13mm 90/65…32nm
22/18nm
P6
9.1概述——分辨率
最常用的两种光源
汞灯:高亮度、高可靠性；但在深紫外及 以下波长发射效率较低。 G线436nm（0.5um）； H线405nm（0.4um）； I线365nm（0.35um）； 深紫外线DUV248nm（0.25um）。
微电子制造工艺概论
第9章 光刻工艺
P1
本章主要内容
9.1 概述 9.2 基本光刻工艺流程 9.3 光刻技术中的常见问题
P2
IC产品的发展趋势：
大尺寸、细线宽、高精度、高效率、低成本； 光刻技术在每一代集成电路中扮演技术先导的角色，光刻
成本占据整个技术成本的35%；
IC对光刻技术的要求
高分辨率：加工线条越精细，要求光刻图形分辨率越高； 高灵敏度的光刻胶：曝光时间越短，需要灵敏度越高； 低缺陷：光刻中引入缺陷，影响成品率； 精密的套刻精度：套刻精度小于线宽的± 10%； 对大尺寸硅片的加工：大尺寸硅片同时制作很多芯片，满
P16
9.2.1底膜处理
光刻胶绝大多数是疏水的，而晶片表面的羟基和残留的 水分子是亲水的，若直接涂胶的话，会造成光刻胶和晶 片的粘合性较差。底膜处理是其主要目的是对硅衬底表 面进行处理，以增强衬底与光刻胶之间的黏附性。
最后光刻胶倾斜角度、光刻胶损失等技术参数有关。 在IC技术中，焦深只有1mm，甚至更小。
焦平面
焦深
光刻胶
P14
9.1概述——对比度
对比度是评价成像质量的重要指标。一般要求CON>0.5与尺寸 有关。
CON
Imax Imax
I min I min
P15
9.2基本光刻工艺流程
一般的光刻工艺要经历：底膜处理、涂胶、前烘、曝 光、显影、坚膜、刻蚀、去胶、检验工序。
提高分辨率：NA，，k1，优化设计（分辨率增强技
术）；
P5
9.1概述——分辨率
不同光源对应的技术参数
光源 汞灯 汞灯 KrF(激光) ArF (激光) F2 (激光) 等离子体
波长 术语
436
g线
365
i线
248 DUV
193 193DUV
157 VUV
13.5 EUV
k1 0.8 0.6 0.3~0.4 0.3~0.4 0.2~0.4 0.74
[nm]
436 365
NA 0.15-0.45 0.35-0.60
248
0.35-0.82
193
0.60-0.93
浸入式光刻
n
a
H2O
NA=nsina nH2O=1.44 NA≈1.36
N为透镜周围介质的折射率，α是透镜的半接收角。
去离子水折射率为1.44。
P11
9.1概述——光刻分辨率
足前述要求难度很大；
P3
9.1概述
光刻(photo lithography)就是将掩模版（光刻版）上 的几何图形转移到覆盖在半导体衬底表面的对光辐 照敏感薄膜材料（光刻胶）上去的工艺过程 。
光刻系统的主要指标包括：分辨率R（resolution）、 焦深DOF（Depth of Focus）、对比度（CON）、特 征线宽控制CD（Critical Dimension）、对准和套刻 精度（Alignment and Overlay）、产率（Throughout） 以及价格。
ΔL≥h/2√2mE 粒子质量越大，ΔL越小，分辨率越高； 动能越大，ΔL越小，分辨率越高。
P13
9.1概述——焦深(DOF)
焦深是一定工艺条件下，能刻出最小线宽时像面偏离理想焦 面的范围。焦深越大，对光刻图形制作越有利。
DOF k2 /(NA)2 焦深与特征尺寸的变化范围，曝光剂量变化范围，以及要求
P4
9.1概述——分辨率
分辨率是指一个光学系统精确区分目标的能力。最小分 辨率指光刻系统所能分辨和加工的最小线条尺寸。
分辨率是决定光刻系统最重要的指标，能分辨的线宽越 小，分辨率越高。其由瑞利定律决定：
R
k1
λ NA
k1是分辨率系数，一般为0.6~0.8；为光刻的波长；NA为 光学系统的数值孔径（Numerical Aperature），一般为 0.16~0.9。