IC工艺技术2- 光刻
半导体光刻工艺介绍
半导体光刻工艺介绍
半导体光刻工艺是半导体制造中最为重要的工序之一。
主要作用是将图形信息从掩模版（也称掩膜版）上保真传输、转印到半导体材料衬底上。
以下是光刻工艺的主要步骤：
硅片清洗烘干：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～250℃,1～2分钟，氮气保护）。
涂底：气相成底膜的热板涂底。
旋转涂胶：静态涂胶（Static）。
软烘：真空热板，85～120℃,30～60秒。
对准并曝光：光刻机通常采用步进式 (Stepper)或扫描式 (Scanner)等，通过近紫外光 (Near Ultra-Violet，NUV)、中紫外光 (Mid UV，MUV)、深紫外光(Deep UV，DUV)、真空紫外光 (Vacuum UV，VUV)、极短紫外光 (Extreme UV，EUV)、X-光 (X-Ray)等光源对光刻胶进行曝光，使得晶圆内产生电路图案。
后烘：PEB，Post Exposure Baking。
显影：Development。
硬烘：Hard Baking。
光刻工艺的基本原理是利用涂敷在衬底表面的光刻胶的光化学反应作用，记录掩模版上的器件图形，从而实现将集成器件图形从设计转印到衬底的目的。
光刻工艺知识点总结
光刻工艺知识点总结光刻工艺是半导体制造工艺中的重要环节，通过光刻技术可以实现微米级甚至纳米级的精密图案转移至半导体芯片上，是芯片制造中最关键的工艺之一。
光刻工艺的基本原理是利用光学原理将图案投射到光刻胶上，然后通过化学蚀刻将图案转移到芯片表面。
下面将对光刻工艺的知识点进行详细总结。
一、光刻工艺的基本原理1. 光刻胶光刻胶是光刻工艺的核心材料，主要由树脂和溶剂组成。
树脂的种类和分子结构直接影响着光刻胶的分辨率和对光的敏感度，而溶剂的选择和比例则会影响着光刻胶的黏度、流动性和干燥速度。
光刻胶的选择要根据不同的工艺要求，如分辨率、坚固度、湿膜厚度等。
2. 掩模掩模是用来投射光刻图案的模板，通常是通过电子束刻蚀或光刻工艺制备的。
掩模上有所需的图形样式，光在通过掩模时会形成所需的图案。
3. 曝光曝光是将掩模上的图案投射到光刻胶表面的过程。
曝光机通过紫外线光源产生紫外线，通过透镜将掩模上的图案投射到光刻胶表面，形成图案的暗部和亮部。
4. 显影显影是通过化学溶液将光刻胶上的图案显现出来的过程。
曝光后，光刻胶在图案暗部和亮部会有不同的化学反应，显影溶液可以去除未暴露的光刻胶，留下所需的图案。
5. 蚀刻蚀刻是将图案转移到硅片上的过程，通过化学腐蚀的方式去除光刻胶未遮盖的部分，使得图案转移到硅片表面。
二、光刻工艺中的关键技术1. 分辨率分辨率是指光刻工艺能够实现的最小图案尺寸，通常用实际图案中两个相邻细线或空隙的宽度之和来表示。
分辨率受到光刻机、光刻胶和曝光技术等多个因素的影响，是衡量光刻工艺性能的重要指标。
2. 等效焦距等效焦距是光刻机的重要参数，指的是曝光光学系统的有效焦距，影响光刻图案在光刻胶表面的清晰度和分辨率。
3. 曝光剂量曝光剂量是指单位面积上接收的光能量，通常用mJ/cm^2或μC/cm^2来表示。
曝光剂量的选择对分辨率和光刻胶的副反应有重要影响。
4. 曝光对位精度曝光对位精度是指光刻胶上已存在的图案和新的曝光对位的精度，是保证多层曝光图案对位一致的重要因素。
集成电路制造工艺之光刻与刻蚀工艺
任意粒子曝光的最高的分辨率
关于光束的线宽限制，对其他的粒子束同样适用。任何粒子束都具有波动性，即 德布罗意物质波，其波长λ与质量m、动能E的关系描述如下。粒子束的动能E为
其动量p 粒子束的波长
E 1 mV 2 2
phmV 2mE
由此，用粒子束可得到的 最 细线h 条为
、对比度
为了测量光刻胶的对比度，将一定厚度的光刻胶膜在不同的辐照剂量下曝光，然 后测量显影之后剩余光刻胶的膜厚，利用得到的光刻胶膜厚-曝光剂量响应曲线进行 计算就可以得到对比度。
光刻胶的对比度：不同的光刻胶膜厚-曝光剂量响应曲线的外推斜率。
Y2 Y1
X2 X1 光刻胶的对比度会直接影响到曝光后光刻胶膜的倾角和线宽。
根据对比度定义， Y2＝0，Y1=1.0，X2＝log10Dc，X1＝ log10Do。
正胶的对比度
p
1 log10 (Dc
Do )
Dc为完全除去正胶膜所需要的最小曝光剂量， Do为对正胶不产生曝光效果所允许的最大曝光剂量。
光刻胶的侧墙倾斜
在理想的曝光过程中，投到光刻胶上的辐照区域应该 等于掩模版上的透光区域，在其他区域应该没有辐照能 量。
显影方式与检测
目前广泛使用的显影的方式是喷洒方法。 可分为三个阶段： ①硅片被置于旋转台上，并且在硅片表面上喷洒显影液； ②然后硅片将在静止的状态下进行显影； ③显影完成之后，需要经过漂洗，之后再旋干。
喷洒方法的优点在于它可以满足工艺流水线的要求。
显影之后，一般要通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)或者激光系统来检查图形的 尺寸是否满足要求。
8.3、光刻胶的基本属性
光学光刻胶通常包含有三种成份： ①聚合物材料(树脂)：附着性和抗腐蚀性 ②感光材料：感光剂 ③溶剂：使光刻胶保持为液态
ic封装工艺流程
ic封装工艺流程
《IC封装工艺流程》
IC（集成电路）封装是将芯片连接到外部引脚，并用封装材料封装芯片，以保护芯片不受外部环境影响并方便与外部系统连接的过程。
IC封装工艺流程是整个封装过程的一个重要组成
部分，它涉及到多个工序和设备，需要经过精密的操作才能完成。
下面是一个常见的IC封装工艺流程：
1. 衬底制备：首先，要准备好用于封装的衬底材料，通常是硅片或陶瓷基板。
这些衬底要经过清洗、平整化和涂覆胶水等处理。
2. 光刻：在衬底上使用光刻技术，将芯片中的元件图形和结构图案化到衬底表面。
3. 沉积：在光刻完成后，需要进行金属沉积和薄膜沉积等工艺，用以形成芯片中的导线和连接器。
4. 清洗和蚀刻：清洗和蚀刻是用来去除未用到的材料和残留物，以确保芯片的纯净度和连接的可靠性。
5. 封装：经过以上步骤，芯片的导线和连接器已经形成，接下来就是将芯片封装在保护壳中，并连接引脚，以保护芯片和方便与外部系统连接。
6. 测试：最后，需要对封装好的芯片进行测试，以确保其性能
和连接的可靠性。
IC封装工艺流程是一个复杂和精密的过程，需要经验丰富的工程师和精密的设备来完成。
随着科技的不断发展，IC封装工艺流程也在不断改进和优化，以适应不同类型的芯片和不同的应用场景。
光刻工艺步骤介绍
光刻工艺步骤介绍光刻工艺是半导体芯片制造中不可或缺的一步，其目的是将芯片设计图案转移到光刻胶上，然后通过化学腐蚀或蚀刻的方式将这些图案转移到芯片表层。
下面是一个光刻工艺的详细步骤介绍：1.准备工作：首先需要清洗芯片表面，以去除表面的杂质和污染物。
清洗可以使用化学溶液或离子束清洗仪等设备。
同时，需要准备好用于光刻的基板，这通常是由硅或其他半导体材料制成的。
2.底层涂覆：将光刻胶涂覆在基板表面，胶层的厚度通常在几微米到几十微米之间。
胶液通常是由聚合物和其他添加剂组成的，可以通过旋涂、喷涂或浸涂等方法进行涂覆。
3.烘烤和预烘烤：将涂覆好的光刻胶进行烘烤和预烘烤。
这一步的目的是除去胶液中的溶剂和挥发物，使胶层更加均匀和稳定。
烘烤的温度和时间可以根据不同的胶液和工艺要求来确定。
4.掩膜对位：将掩膜和基板进行对位。
掩膜是一个透明的玻璃或石英板，上面有芯片设计的图案。
对位过程可以通过显微镜或光刻机上的对位系统来进行。
5.曝光：将掩膜下的图案通过光源进行曝光。
光源通常是由紫外线灯或激光器组成的。
曝光时间和光照强度的选择是根据胶层的特性和所需的图案分辨率来确定的。
6.感光剂固化：曝光后，光刻胶中的感光剂会发生化学反应，使胶层中的暴露部分固化。
这一步被称为光刻胶的显影，可以通过浸泡在显影剂中或使用喷雾设备来进行。
7.显影：在光刻胶上进行显影，即移去显影剂无法固化的胶层。
显影的时间和温度可以根据胶层的特性和图案的要求来确定。
显影过程通常伴随着机械搅动或超声波搅拌，以帮助显影剂的渗透和清洗。
8.硬化：为了提高图案的耐久性和稳定性，可以对显影后的芯片进行硬化处理。
硬化可以通过烘烤、紫外线照射或热处理等方法来实现。
9.检查和修复：在完成光刻工艺后，需要对光刻图案进行检查。
如果发现图案存在缺陷或错误，可以使用激光修复系统或电子束工作站等设备进行修复。
10.后处理：最后，需要对光刻胶进行去除，以准备进行下一步的制造工艺。
去除光刻胶的方法可以采用化学溶剂、等离子体蚀刻或机械刮伤等。
《集成电路光刻工艺》课件
《集成电路光刻工艺》 PPT课件
通过本课程介绍集成电路光刻工艺，包括定义和应用、光刻过程概述以及工 艺流程。了解光刻工艺对集成电路制造的重要性。
定义和应用
集成电路光刻工艺是一种用于制造微电子器件的关键工艺。它通过光照和化 学蚀刻将芯片上的图形传输到光刻胶上。
光刻过程概述
光刻过程包括曝光、胶涂布、显影和蚀刻等步骤。每个步骤都至关重要，需要精确控制参数以实 现高质量的芯片制造。
蚀刻机
在暴露的光刻胶上进行化 学蚀刻，暴露出芯片表面 的图形。
蚀刻过程
蚀刻时间和腐蚀剂的选择 对最终图案的质量和形状 都有重要影响。
光刻工艺影响因素
温度
温度会影响光刻胶的粘度和流动性，从而 影响图案的分辨率和形状。
曝光时间
曝光时间长短会直接影响图案的清晰度和 分辨率。
湿度
湿度对光刻胶的干燥速度和胶涂布的均匀 性有很大影响。
涂布过程中要避免空 气泡和异物的污染， 以保证质量。
曝光和烘烤
1
曝光机
使用模板和光源对光刻胶进行曝光，形成芯片上的图案。
2
烘烤机
用于固化和去除曝光后的光刻胶，为后续步骤做准备。
3
曝光和烘烤过程
曝光时间和温度都是影响光刻图形质量的重要因素。
显影和蚀刻
显影过程
通过化学反应去除暴露在 光下的光刻胶，形成芯片 上的图案。
光刻设备
掩模对准仪
用于定位光掩模和芯片表面，确保图形的准确传输。
脱模机
用于去除光刻胶模板，准备芯片进行显影和蚀刻。
光刻机
用于将芯片表面的图案转移到光刻胶上的关键设备。
光刻胶涂布
1 胶涂布机
使用专用机器将光刻 胶均匀涂布在芯片表 面。
芯片光刻工艺
芯片光刻工艺芯片光刻工艺是制造半导体芯片的关键步骤之一。
在该工艺中，使用光刻技术在芯片表面压印图形的透镜模板。
芯片光刻工艺的过程包括：准备硅片表面、涂覆光刻胶、曝光和显影。
这种工艺的目的是用于制造准确的集成电路（IC）器件，包括微处理器和存储器。
本文将介绍芯片光刻工艺的原理、过程和应用。
一、原理芯片光刻胶是一种类似于照片底片的物质，它会在紫外线照射下变得更加有机陶瓷化。
在芯片光刻过程中，光刻胶被涂覆在硅片表面上。
然后，通过先进的光刻机，使用光刻胶对芯片表面进行镀银、曝光和显影来制造芯片。
二、过程1. 准备硅片表面：这步骤的主要目的是清洗硅片表面以去除任何尘土或脏物。
使用特殊化学溶液对硅片进行清洁之后，采用一系列的精密清洗程序去除残留涂层并清理表面。
2. 涂覆光刻胶：准备好的芯片硅片表面需要在光刻胶层的底部涂上一层石英的涂层。
涂抹塑料凝胶避免了在光刻过程中出现化学反应。
3. 曝光：通过模板法将芯片照射到UV光中，以准确地定义芯片表面上的图案。
模板贯穿军和空气层，将被曝光化的芯片表层上的图案传送到光刻胶上。
4. 显影：在曝光芯片表面之后，通过对光刻胶进行化学处理来塑造出芯片表面上的图案（一个有预定路径的化学溶解过程）。
三、应用1. 芯片制造：芯片光刻为设备制造商打开了生产更小、更精致的器件的门。
芯片光刻技术有助于提高晶圆的表面光滑度、降低芯片制造成本、提高芯片运行速度和减少故障。
2. 印刷：光刻技术在其他应用程序中也可以使用。
例如，它可以用于半导体外围装置（例如印刷电路板）的生产，以及制造视觉图像和电子设备。
3. 生命科学：光刻技术还可以用于生命科学的应用，比如微流控和生物芯片，用于快速检测毒素、细胞和蛋白质。
总体而言，芯片光刻工艺已成为现代电子行业制造的关键步骤。
理解芯片光刻是如何实现的可以为我们更好地理解半导体生产过程和其他相关技术的应用提供基础。
光刻工艺步骤介绍
光刻工艺步骤介绍光刻工艺是现代集成电路（IC）制造中不可或缺的关键步骤之一，用于在硅片上形成微小的图案和结构。
下面是光刻工艺的详细步骤介绍：1.掩膜制备：首先，需要准备好光刻掩膜。
掩膜是制定光刻图案的模板，通常是一块透明的玻璃片上涂有光刻胶。
通过利用计算机辅助设计（CAD）软件，制作出期望的图案，然后使用电子束曝光或光刻机将图案转移到掩膜上。
2.基片准备：基片通常是硅片，也可以是其他材料，如玻璃或陶瓷。
在进行光刻之前，需要对基片进行一系列的清洁和处理步骤，以去除表面的污染物和不均匀性，并提供一个适当的表面，以便光刻胶能够附着在上面。
3.光刻胶涂敷：将光刻胶涂敷在基片表面上。
光刻胶通常是一个光敏感的聚合物材料，在被暴露于紫外线或电子束之后，会发生化学反应，从而形成图案。
涂敷过程通常使用旋涂机进行，将光刻胶均匀地涂敷在基片表面上。
4.预烘焙：涂敷光刻胶之后，需要进行预烘焙步骤，将光刻胶暴露在适当的温度下，以去除溶剂，并使其形成一层均匀的薄膜。
这阶段还可以通过调整预烘焙条件来控制光刻胶的厚度。
5.掩膜对位：将掩膜和基片对准，确保所需的图案正确地转移到基片表面。
这一步骤通常使用显微镜或对位仪进行，通过视觉检查和微调来实现对位。
6.曝光：将掩膜和基片放置在光刻机中，使用紫外线或电子束等光源对光刻胶进行曝光。
曝光的位置和强度由掩膜上的图案决定，仅在掩膜上图案的部分光刻胶会发生化学反应。
曝光后，光刻胶变得不溶于溶剂。
7.显像：在曝光之后，需要进行显像步骤以形成所需的图案。
通过将基片浸入显像溶液中，溶解光刻胶中曝光部分的部分，从而形成所需的凹槽或图案。
显像过程时间的长短决定了图案的分辨率和尺寸。
8.后烘焙：在显像之后，需要进行后烘焙步骤，以进一步固化光刻胶，并去除任何剩余的溶剂。
后烘焙的温度和时间可以根据光刻胶的类型和制造工艺的要求进行调整。
9.映射：在映射（也称为芯片测量）步骤中，将基片放在显微镜下，测量和验证所得到的图案的尺寸和形状是否符合要求。
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三个主要因数影响涂胶的结果 1. Resist Product (产品） Viscosity （粘度） 2. Spinner Dispense method （涂胶方法） Spinner speed (RPM) （转速） Exhaust （排气） Soft bake temperature （烘温） 3. Facility Temperature （室温） Humility （湿度）
1.
General
MASKING Process (光刻工艺)
Photolithography (光学光刻) ----Transfer a temporary pattern (resist)
Defect control Critical dimension control Alignment accuracy Cross section profile
IC工艺技术系列讲座
第二讲
PHOTOLITHOGRAPHY 光刻
讲座提要
1. 2. 3. 4. 5. 6. General Facility (动力环境) Mask (掩膜版) Process step highlight (光刻工艺概述) BCD 正胶工艺 History and 未来的光刻工艺
4.3 .1 Exposure (曝光)
Transfer a pattern from the mask (reticle) to resist
Goal
1. 2. 3. 4. 5. Critical Dimension control (CD)条宽 Alignment 校准--- Mis-alignment, run in/out Pattern distortion 图样变形--- Astigmatism Cross section profile 侧面形貌--- side wall angle Defect free无缺陷
Contact print ---Canon 501
4.3.4
Exposure (曝光)
Scanner (扫描）
1. Most of use for G –line Positive resist process --- for 3u process and can be push to 2u. 2. Negative resist can print smaller than 4u 3. Equipment: --- Canon MPA 500, 600 --- Perkin Elmer 100, 200, 300, 600, 700, 900
4.3.3
Exposure (曝光)
Contact print (接触）
1. Most of use for negative resist process --- for 5u process and can be push to 3u. 2. Positive resist can print smaller than 3u, and deepUV can push to 1u, but very high defect 3. Equipment: --- Canon PLA 501 --- Cobilt --- Kasper --- K&S
4.2.2 Coater (涂胶机）combination
SVG 8800
升降机
涂胶
热板
升降机
升降机
涂胶
热板
热板
升降机
升降机
HMDS
冷板
涂胶
热板
冷板
升降机
升降机
HMDS
冷板
涂胶
热板
热板
冷板
升降机
升降机
热板
冷板
显影
热板
热板
冷板
升降机
4.2.3 Coater (涂胶机）
Resist dispense methods
Static Dynamic Radial Reverse radial
Resist pump
(Volume control --- 2cc/wafer and dripping)
Barrel pump ---Tritek Diaphragm pump --- Millipore N2 pressure control pump --- IDL Step motor control pump --- Cybot size of dispense head
Mask storage ---Anti static Box
Pellicle
Pellicle protection
4.0 光刻工艺概述
1. 2.
Prebake and HMDS Resist coating (涂胶)
EBR (去胶边), soft bake,
(前烘)
3. Exposure
4. Develop
4.2.1
Coater (涂胶机）
Equipment module and special feature
Pre-bake and HMDS --- Hot/Cold plate Resist dispense --- Resist pump RPM accuracy --- Motor EBR --- Top/bottom Hot plate --- soft bake temperature accuracy Exhaust Waste collection Temperature/Humidity control hood Transfer system --- Particle and reliability Process step and process program --- Flexible
4.2.4
Coater (涂胶机）
rpm (转速） and acceleration （加速）
Maximum speed --- Up to 10000 rpm Stability --- day to day Acceleration --- controllable number of steps Reliability --- time to replacement
Resist Type
Negative resist Positive resist G-line i –line reverse image TAC --- top anti-reflective coating BARLI --- bottom anti-reflective coating Chemical amplification resist X ray resist
Too much HMDS will cause poor spin, vice versa will cause resist lifting
4.2 Resist Coating (涂胶)
Resist coating specification (指标）
ThickPad layer) Uniformity（均匀度）+ 50A – +200A Size of EBR （去胶边尺寸） Particle（颗粒）<20 per wafer Backside contamination(背后污染）
Etch (腐蚀) ----Transfer a permanent pattern (Oxide, Nitride, Metal…)
2.0 Facility requirement
Temperature (温度) 70 oF Humidity (湿度) 45% Positive pressure (正压) >0.02in/H2O Particle control (微粒) Class 100 Vibration (震动) Yellow light environment (黄光区) DI water (去离子水) 17mhom Compress air and Nitrogen (加压空气,氮 气) In house vacuum(真空管道)
4.3.2
Exposure (曝光)
Aligner Technology
1. Contact print (接触） Soft contact, hard contact, proximity 2. Scanner (扫描） 3. Stepper (重复） 1X, 2X , 4X, 5X, 10X 4. Step – Scan (重复扫描) 4X --- reticle move, wafer move, reticle/wafer move 5. X ray (X光） 1:1 6. E-beam (电子束）--- Direct write
Equipment/mask/resist selection 1. Resolution 分辨率--- Expose character, Light source (wavelength), N/A, 2. Auto-alignment skill 自动校准技术--- Light field, dark field, laser 3. Mask掩膜版--- e-beam master, sub-master, spot size, quartz plate, defect density, CD requirement 4. Resist selection 胶选择
PE 240 Scanner
Canon 600 Scanner
4.3.5
Exposure (曝光)
Stepper (重复）
1. G line positive resist --- for <0.8u process 2. i line positive resist --- <0.5u process 3. i line resist plus phase-shift mask --- can be pushed to 0.35 4. deepUV resist process --- 0.35u and below 5. Equipment: --- Ultratech --- Canon --- Nikon --- ASML