集成电路工艺-光刻
光刻的工作原理
光刻的工作原理光刻技术是一种用于制造集成电路的重要工艺，其工作原理是利用光的作用将图案投射到硅片上，形成微小的电路结构。
本文将从光刻的原理、设备和应用等方面进行详细介绍。
一、光刻的原理光刻技术是利用光的干涉、衍射和透射等特性实现的。
首先，需要将待制作的电路图案转化为光学遮罩，通常使用光刻胶涂覆在硅片上，然后通过光刻机将光学遮罩上的图案投射到光刻胶上。
光刻胶在光的照射下会发生化学反应，形成光刻胶图案。
接下来，通过将光刻胶暴露在特定的化学溶液中，去除未曝光的光刻胶，得到所需的光刻胶图案。
最后，通过将硅片进行化学腐蚀或沉积等工艺步骤，形成微小的电路结构。
二、光刻的设备光刻机是光刻技术中最关键的设备之一。
光刻机主要由光源、光学系统、对准系统和运动控制系统等部分组成。
光源是产生紫外光的装置，通常使用汞灯或氙灯等。
光学系统由透镜、反射镜和光刻胶图案的投射系统等组成，用于将光学遮罩上的图案投射到光刻胶上。
对准系统是用于确保光刻胶图案和硅片之间的对准精度，通常采用显微镜和自动对准算法等。
运动控制系统是用于控制硅片在光刻机中的移动和旋转等。
三、光刻的应用光刻技术在集成电路制造中有着广泛的应用。
首先，光刻技术是制造集成电路中最关键的工艺之一，可以实现微米甚至纳米级别的电路结构。
其次，光刻技术还可以制作光学元件，如光纤、激光器等。
此外，光刻技术还被应用于平面显示器、传感器、光学存储器等领域。
四、光刻技术的发展趋势随着集成电路制造工艺的不断发展，光刻技术也在不断进步和改进。
首先，光刻机的分辨率越来越高，可以实现更小尺寸的电路结构。
其次，光刻胶的性能也在不断提高，可以实现更高的对比度和较低的残留污染。
此外，光刻技术还在朝着多层光刻、次波长光刻和非接触式光刻等方向发展。
光刻技术是一种利用光的特性制造微小电路结构的重要工艺。
光刻技术的原理是利用光的干涉、衍射和透射等特性实现的，通过光刻机将光学遮罩上的图案投射到光刻胶上，最终形成所需的电路结构。
5、半导体工艺原理-光刻
6. 显影 （Develop）
工艺目的： 溶解硅片上 曝光区域 的胶膜，形 成精密的光 刻胶图形。
工艺方法： 正胶显影液： 2.38% 的四甲基氢氧化铵（TMAH）
特点：碱性、水性显影液、轻度腐蚀硅 1. TMAH 喷淋显影，转速1000rpm～1500rpm 2. 去离子水喷淋定影，转速 1000rpm～1500rpm 3. 原位旋转甩干 工艺要求：
版图文件
亮版
暗版
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 光刻的三种方式 接近式光刻机
投影式光刻机
5.2 光刻工艺原理
光刻工艺的8个基本步骤
1. 气相成底膜 3. 软烘 5. 曝光后烘培（PEB） 7. 坚膜烘培
2. 旋转涂胶 4. 对准和曝光 6. 显影 8. 显影检查
光的衍射
方形小孔的衍射图像（接触孔）
透镜
透镜是一种光学元件，来自物体的光并通过它折 射形成物体的像。 光通过透镜聚焦相当于做一次傅里叶变换。例如 平行光聚焦成一个点。
光通过掩膜版小孔图形衍射进行第一次傅里叶变 换，再通过透镜聚焦进行第二次傅里叶变换，掩 膜版图形在硅片上成像。
曝 光 机 光 学 系 统
投影式对准曝 光系统示意图
对准和曝光
工艺目的： 对准和曝光是将掩膜板上的图形通过镜头由紫外线 传递到硅片表面光刻胶膜上, 形成光敏感物质在空 间的精确分布，最终达到图形精确转移的目的。
对准标记
8张掩膜版及经过8次对准和曝光形成的CMOS器件结构
接触式光刻机
设备简单 70年代中期前使
自动涂胶/显影系统－涂胶模块
涂胶模块剖面图
涂胶模块 示意图
集成电路制造工艺
集成电路制造工艺
一、集成电路(Integrated Circuit)制造工艺
1、光刻工艺
光刻是集成电路制造中最重要的一环，其核心在于成膜工艺，这一步
将深受工业生产，尤其是电子产品的发展影响。
光刻工艺是将晶体管和其
它器件物理分开的技术，可以生产出具有高精度，高可靠性和低成本的微
电子元器件。
a.硅片准备：在这一步，硅片在自动化的清洁装置受到清洗，并在多
次乳液清洗的过程中被稀释，从而实现高纯度。
b.光刻：在这一步，光刻技术中最重要的参数是刻蚀精度，其值很大
程度上决定着最终的制造成本和产品的质量。
光刻体系中有两个主要部分：照明系统和光刻机。
光刻机使用一种特殊的光刻液，它可以将图形转换成
光掩膜，然后将它们转换成硅片上的图形。
在这一步，晶圆上的图像将逐
步被清楚的曝光出来，刻蚀精度可以达到毫米的程度。
c.光刻机烙印：在这一步，将封装物理图形输出成为光刻机可以使用
的信息，用于控制光刻机进行照明和刻蚀的操作。
此外，光刻机还要添加
一定的标识，以方便晶片的跟踪。
2、掩膜工艺
掩膜工艺是集成电路制造的一个核心过程。
它使用掩模薄膜和激光打
击设备来将特定图案的光掩膜转换到晶圆上。
使用的技术包括激光掩膜、
紫外光掩膜等。
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
集成电路制造的工艺流程中光刻机的作用
集成电路制造的工艺流程中光刻机的作用In the process of integrated circuit manufacturing, lithography plays a crucial role. Lithography is a fundamental technique used to transfer patterns onto wafer surfaces during semiconductor chip fabrication. It involves the use of a specialized tool called a photolithography or lithography machine, commonly referred to as a stepper or scanner.在集成电路制造的工艺流程中，光刻术发挥着至关重要的作用。
光刻术是一种基础技术，用于在半导体芯片制造过程中将图案转移到晶圆表面上。
它涉及使用一种专门的工具，称为光刻机或曝光机。
A lithography machine utilizes optical systems and precise control mechanisms to project and expose photoresist on the wafer surface. Photoresist is a light-sensitive material that undergoes chemical changes when exposed to ultraviolet light or other suitable wavelengths, enabling the formation of patterns that define various electrical components on the wafer.光刻机利用光学系统和精确的控制机制，在晶圆表面上投射和曝光光刻胶。
集成电路制造采用的部分工艺技术
集成电路制造采用的部分工艺技术
1. 光刻技术：将样板中的图案通过荧光置影技术转移到硅片表面。
2. 薄膜沉积技术：通过化学蒸气沉积塑料膜、金属膜或其他需要的薄膜。
3. 离子注入技术：通过注入掺杂者来改变硅片的电学特性。
4. 电子束光刻技术：利用电子束来制造微细结构。
5. 等离子体刻蚀技术：用等离子体在硅片表面上刻出图案结构，也可以通过刻蚀去除不需要的薄膜。
6. 多晶硅制备技术：为了增强硅片晶体结构，还需要通过多晶硅制备技术。
7. 金属化技术：通过将导体材料在硅片表面沉积来制造电子设备中所需的金属线路和电极。
8. 封装技术：在芯片制造完成后，需要将芯片封装在塑料、陶瓷或者金属盒子中以保护芯片并方便集成到其他电子设备中。
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。
光刻工艺简要流程介绍
光刻工艺简要流程介绍光刻工艺是集成电路制造过程中的一项重要工艺，其主要作用是将电路图案按照一定比例缩小并转移到硅片上，形成集成电路的图案。
下面是光刻工艺的简要流程介绍。
1.硅片准备：首先，需要对硅片进行一系列处理，包括清洗、去除表面氧化层、去除杂质等，以确保硅片的表面光洁度和纯净度。
2.上光胶：将光刻胶涂布在硅片表面。
光刻胶是一种特殊的光敏聚合物，对特定波长的光线敏感。
胶涂布可以通过旋涂法、喷涂法等方式进行，以确保胶涂布均匀。
3.等光干燥：将胶涂布的硅片放入特定设备中进行等光干燥。
等光干燥的目的是将胶涂布的光刻胶暴露于特定的光照条件下，以进行后续的曝光制程。
4.接触曝光：采用光刻机进行接触曝光，将预先准备好的掩膜与胶涂布的硅片接触，并通过曝光源投射光束。
光刻胶能够吸收光束并将光的图案转移到胶涂布的硅片上，形成所需的电路图案。
5.显影：经过曝光后，需要进行显影，以去除未受光束照射的光刻胶。
显影液的成分根据光刻胶的特性来确定，可以通过浸泡、喷淋等方式进行显影。
显影液能够溶解未暴露于光束的部分光刻胶，从而形成所需的电路图案。
6.退胶：为了保护已经形成的电路图案，需要对胶涂布的硅片进行退胶处理。
退胶过程中使用氧等氧化物气体，能够将胶层中的光刻胶蒸发掉，从而完全去除胶层。
7.清洗：清洗是整个光刻工艺中的一个重要环节，目的是去除残留的光刻胶、显影液等杂质，并确保表面的洁净度。
清洗方法包括浸泡、超声波清洗、喷淋等。
8.检测：对最终产生的图案进行检测，确保电路图案的质量和准确性。
检测方法包括显微镜观察、扫描电子显微镜观察等。
以上就是光刻工艺的简要流程介绍。
光刻工艺是集成电路制造中至关重要的一环，通过精确的光刻过程，可以将电路图案转移到硅片上，实现电路的制造。
随着半导体技术的不断发展，光刻工艺也在不断改变和创新，以满足更高性能和更小尺寸的集成电路的需求。
集成电路的制作工艺与流程
集成电路的制作工艺与流程
1. 晶圆制备：晶圆是集成电路的基础材料，一般采用硅（Silicon）材料制作。
晶圆的制备工艺包括晶体生长、切割和
抛光等步骤。
2. 晶圆清洗：晶圆清洗是为了去除晶圆表面的污染物，保证后续工艺步骤的顺利进行。
3. 沉积：沉积是指在晶圆表面上沉积一层薄膜，常用的沉积方法包括物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD）和化
学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）等。
4. 光刻：光刻是将设计好的电路图案转移到晶圆表面的工艺步骤。
首先在薄膜表面涂覆一层光刻胶，然后使用光学投影机将电路图案投影在光刻胶上。
最后通过显影和蚀刻等步骤，在光刻胶上形成所需的电路图案。
5. 清洗：清洗是为了去除光刻胶和表面污染物，保证后续工艺步骤的顺利进行。
6. 金属化：金属化是在晶圆表面上沉积一层金属，常用的金属有铝（Aluminum）等。
金属化的目的是连接不同部分的电路，形成完整的电路连接网络。
7. 划线：划线是将金属化层上的金属切割成所需的电路连线。
8. 封装测试：最后一步是将制作好的芯片进行封装和测试。
封
装是将芯片封装在塑料、陶瓷或金属等材料中，以保护芯片和实现引脚的外接。
测试是通过一系列测试方法和设备来验证芯片的功能和可靠性。
以上是集成电路的制作工艺与流程的基本步骤，不同类型的集成电路可能会有些差异，但整体的工艺流程大致相同。
请简述集成电路的制造流程,重点说明离子注入、光刻、蚀刻等环节
请简述集成电路的制造流程,重点说明离子注入、光刻、蚀刻等环节
解析：
集成电路的制造流程：主要包括晶圆制备、光刻、蚀刻、沉积、离子注入、封装等环节。
其中，晶圆制备是整个流程的起点，也是为关键的环节。
晶圆制备包括晶圆的选材、切割、抛光等步骤，其质量直接影响到后续工艺步骤的效果。
工艺步骤：
1. 光刻。
光刻是集成电路制造的核心工艺之一。
其主要作用是将芯片上的图形转移到光刻胶上，以便进行后续的蚀刻等操作。
光刻过程中，需要使用光刻机、光刻胶、掩膜等设备和材料。
2. 蚀刻。
蚀刻是将芯片上的不需要的部分去除的过程。
其主要作用是将光刻胶上的图形转移到芯片表面上，并消除不需要的部分。
蚀刻过程中，需要使用蚀刻机、蚀刻液等设备和材料。
3. 沉积。
沉积是将需要的金属或非金属材料沉积在芯片表面的过程。
其主要作用是填充芯片上的凹槽或孔洞，以便进行后续的加工。
沉积过程中，需要使用沉积设备、沉积液等设备和材料。
4. 离子注入。
离子注入是将离子注入芯片表面的过程。
其主要作用是改变芯片的电学性质，以便进行后续的加工。
离子注入过程中，需要使用离子注入机、离子源等设备和材料。
5. 封装。
封装是将芯片封装成成品的过程。
其主要作用是保护芯片、提高芯片的可靠性和稳定性。
封装过程中，需要使用封装设备、封装材料等设备和材料。
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光刻胶的对比度光刻胶区分掩模上亮区和暗区的能力。
（光刻胶上从曝光区到非曝光区过渡的陡度）焦深（DOF）Chemical Clean RinseDrySpindlePR dispenser nozzleTo vacuum pumpSpindleTo vacuum pumpPR dispenser nozzlePR suck back旋转涂布SpindleTo vacuum PR dispenser nozzlePR suck back 旋转涂布SpindleTo vacuum PR dispenser nozzlePR suck backSpindleTo vacuum pumpPR dispenser nozzlePR suck back SpindleTo vacuum pumpPR dispenser nozzlePR suck back旋转涂布SpindleTo vacuum PR dispenser nozzlePR suck back 旋转涂布SpindleTo vacuum PR dispenser nozzlePR suck back旋转涂布PR dispenser PR suck back nozzleWaferChuck Spindle To vacuum pump旋转涂布PR dispenser PR suck back nozzleWaferChuck Spindle To vacuum pump旋转涂布PR dispenser PR suck back nozzleWaferChuck Spindle To vacuum pump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 EBRSolventEBR： Edge Bead RemovalWaferChuck Spindle To vacuum pump匀胶后烘前的硅片WaferChuck SpindleTo vacuum pump去边SolventWaferChuck SpindleTo vacuum pump光学去边Photoresist WaferChuck Spindle• 对准和曝光后 • 硅片边缘曝光 (WEE) • 显影使曝光过的光刻胶溶解显影Edge PR removedPatterned photoresist WaferChuck SpindleTo vacuum pump烘烤系统Wafer HeaterVacuum Hot plate热板Heated N 2Wafers Heater Convection oven对流式烘箱 红外线烘箱MW Source PhotoresistWaferChuck VacuumMicrowave oven微波烘箱匀胶后烘• 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并且影响黏附性 • 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: 影响黏附性和曝光热板• 广泛应用于工业界 • 背面受热，无表面硬壳• 在线轨道系统Wafer Heater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 微米的直径差驻波效应•入射光和反射光的干涉 •周期性的过曝光和曝光不足 •影响光刻胶的分辨率Light Intensity驻波强度Average IntensityConstructive Interference, OverexposeDestructive Interference, UnderexposeSurface the of PRλ/nPRSurface of the substrate驻波对光刻的影响Photoresistλ/nPR SubstrateOverexposure Underexposure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曝光后烘（PEB）• 对于DUV化学增强光刻胶 ,曝光 后烘提供的热是酸的扩散所需要 的。
• PEB 处理后, 曝光区域的光刻胶 出现图形, 这是因为酸扩散后发生 显著的化学变化引起的。
曝光后烘• PEB 通常使用 110 到 130 °C的热板烘1分 钟• 对于同一种类的光刻胶, PEB 的温度通常 高于匀胶后烘.• 不充分的PEB 不能完全消除驻波的影响, • 过烘将引起聚合反应影响光刻胶的显影硅片冷却• 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TMAH ((CH3)4NOH) • 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MaskPR FilmSubstrate ExposurePRFilm Substrate Development显影液显影正胶 TMAH负胶 Xylene清洗 DI Watern-Butylacetate显影：浸入式DevelopRinseSpin Dry显影：旋转式旋转显影机图示DI water WaferDeveloperVacuumWater sleeveChuck Drain光学曝光去边Light source Light beamPhotoresist WaferChuck Spindle滴注显影液Exposed PhotoresistDevelopment solution dispenser nozzleWaferChuck SpindleTo vacuum pump光学曝光去边Light source Light beamPhotoresist WaferExposed PhotoresistChuck Spindle显影液Exposed PhotoresistWaferChuck SpindleTo vacuum pump甩除显影液Edge PR removedPatterned photoresistWaferChuck SpindleTo vacuum pump甩干WaferChuck SpindleTo vacuum pump去离子水清洗DI water dispenser nozzleWaferChuck SpindleTo vacuum pump完成WaferChuck Spindle显影形貌PR SubstrateNormal DevelopmentPR SubstrateUnder DevelopmentPR SubstrateIncomplete DevelopmentPR SubstrateOver Development热流动填平针孔Pinhole PR SubstratePR Substrate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显影后烘• 通常使用热板 • 也可在图形检查后用烘箱烘 • 温度: 100 到130 °C • 时间大约是 1 到2 分钟 • 对于相同的光刻胶显影后烘的温度通常高于匀胶后烘显影后烘• 烘烤不足– 光刻胶未充分聚合化 – 低抗蚀性 – 低黏附性• 过烘– 光刻胶熔化，分辨率变差图形检查• 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)光刻胶熔化• 过烘会引起光刻胶过分熔化而影响分辨 率PR SubstrateNormal BakingPR SubstrateOver Baking检查• 对准精度– 放大, 缩小, 掩膜旋转, 硅片旋转, X方向漂移, Y方向漂移• 关键尺寸 (CD) • 表面缺陷如，刮痕，针孔，污点，污染物等PR Substrate关键尺寸PR SubstratePR SubstrateGood CDCD LossSloped Edge轨道-步进系统• 匀胶，曝光，显影集成在一个系统 • 机械手位于轨道中心 • 提高工艺成品率检查• 如果硅片检查合格，将会流出光刻模块， 进入下一道工艺• 刻蚀或离子注入硅片进入热板匀胶旋转台轨道机械手步进光刻 机显影热板轨道前烘和前处理Hot PlateSpin StationTrack RobotStepperDeveloper dispenserHot PlateTrack匀胶后烘Hot PlateSpin StationTrack RobotStepperDeveloper dispenserHot PlateTrack匀胶Hot PlateSpin StationTrack RobotStepperDeveloper dispenserHot PlateTrack对准曝光Hot PlateSpin StationTrack RobotStepperDeveloper dispenserHot PlateTrack曝光后烘 (PEB)Hot PlateSpin StationTrack RobotStepperDeveloper dispenserHot PlateTrack显影后烘Hot PlateSpin StationTrack RobotStepperDeveloper dispenserHot PlateTrack显影Hot PlateSpin StationTrack RobotStepperDeveloper dispenserHot PlateTrack硅片送出AnimationHot PlateSpin StationTrack RobotStepperDeveloper dispenserHot PlateTrack光刻图示前处理腔 匀胶硅片冷却板轨道机械手步进机冷却板显影热板硅片运动 方向技术改进：• 相移掩膜 • OPC • 浸没式光刻Feature Size (mm)光刻1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光源 5、光刻工艺 6、技术改进和新技术未来趋势Photolithography1.6 1.51.41.2 1.010.80.80.60.40.2Maybe photolithographyNext Generation0.5Lithography0.35 0.25 0.18 0.13 90 65 45 32 220 84 88 90 93 95 98 01 04 07 10 14Year相移掩膜－1Normal MaskPhase Shift MaskConstructive InterferencePhase shift coatingTotal Light IntensityPR SubstrateFinal PatternTotal Light IntensityDestructive InterferencePR Substrate Final PatternPR SubstrateDesigned PatternPR SubstrateDesigned Pattern相移掩膜－3Chrome pattern Phase-shifting etchdngQuartz substrated(ng − 1) = λ/2 ng: refractive index of the quartz substrate相移掩膜－2Chrome pattern Phase shift coatingd nfQuartz substrated(nf − 1) = λ/2 nf : Refractive index of phase shift coatingPhotolithography- OPC• Optical Proximity Correction (OPC) can be used to compensate somewhat for diffraction effects.• Sharp features are lost because higher spatial frequencies are lost due to diffraction. These effects can be calculated and can be compensated for. This improves the resolution by decreasing k1.浸没式光刻• 是目前领域最有趣的问题 • 非常有前景 • 193 nm浸没式光刻技术已在 2006年投入使用 • 模拟结果显示 193-nm浸没式光刻可曝相互 22-nm half-pitch 线条 • 永远的光学!193 nm浸没式• ArF分辨率:NA½-pitch Gate-CD DOF0.465 0.575 0.675 0.82590nm 65nm 45nm 32nm60nm 45nm 25nm 18nm300nm 200nm 150nm 100nm浸没式原理• 分辨率:R=k1nλ NA• k1 系统常数, λ 是波长, NA 数值孔径 • n 是物镜和硅片之间的材料的折射率• nwater = 1.46 在193 nm 时 nair ~ 1 • 利用水提高分辨率!浸没式实现方法• 喷淋vs浸泡 • 三个主要的光刻机生产商的主要研发方向都是喷淋系统 • 在透镜和硅片之间有水 • 大约1 mm的间距 • 大约100 mm 的直径浸没式实现方法浸没式光刻Exposure ExposedFieldFieldWater Wafer浸没式光刻Exposure FieldWater Wafer浸没式光刻Exposure ExposedFieldFieldWater Wafer浸没式光刻Exposure ExposedFieldFieldWater WaferEUV• λ = 10 -14 nm，更高的分辨率 • 材料的强烈吸收，其光学系统必须采用反射形式 • 22 nm 和以下 • 计划应用于 ~ 2012 ?也许无法实现MaskMirror 2Wafer Mirror 1下一代技术（NGL）： 超UV (EVU)， λ=10~14 纳米 X-ray (?),λ< 4纳米 电子束,λ< 0.004 纳米 离子束,λ< 0.0001 纳米X-ray 光刻• λ < 4 nm• 近似于接近式光 刻• 很难发现纯的 X-ray源• 光掩模制造困难• 不太可能用于生 产中BerylliumGoldX-rayPhotoresist Substrate光学掩模和X-ray掩模Glass Chromium 光学掩膜Beryllium GoldX-ray 掩膜离子束（IBL）光刻λ小于0.0001纳米 • 能得到更高的分辨率– 直接曝光（与EBL类似） – 直接离子注入和离子轰击刻蚀，减少工艺步骤• 效率低 • 几乎不可能用于大生产 • 可用于掩膜的修复 • IC 器件缺陷的检查和修复电子束光刻（EBL）λ ~ 0.004 nm • 用于光掩膜的制造 • 已得到的最小几何尺寸: 0.014 μm • 可直接复制图形, 不需要掩膜– 低产出安全• 化学的 • 机械的 • 电的 • 放射性化学制品安全• 湿法清洗 – 硫酸 (H2SO4): 强腐蚀性 – 双氧水 (H2O2): 强氧化剂• 二甲苯 (负胶溶剂和显影液): 易燃易爆 • HMDS (前处理):易燃易爆 • TMAH （正胶显影溶剂): 有毒，有腐蚀性机械安全• 活动部件 • 热表面 • 高压灯化学制品安全• 汞 (Hg, UV lamp) 蒸气– 高毒性;• 氯 (Cl2,受激准分子激光器)– 有毒，有腐蚀性• 氟 (F2,受激准分子激光器)– 有毒，有腐蚀性电安全• 高压供电源 • 掉电 • 地面静电荷 • 标注清晰和锁紧。