半导体制造技术深紫外DUV
duv光刻技术及常见工艺问题
duv光刻技术及常见工艺问题DUV（Deep Ultraviolet，深紫外）光刻技术是一种重要的半导体制造工艺，用于在半导体芯片制造过程中的图案转移。
在DUV光刻技术中，使用了波长较短的紫外光（通常为248 nm，193 nm或更短波长）来曝光光刻胶，通过光刻胶的显影、蚀刻等步骤，将所需的图案转移到芯片上。
DUV光刻技术的应用范围广泛，主要包括集成电路制造、光学器件制造、MEMS制造等。
它能够实现高分辨率、高精度的图形转移，能够处理复杂的芯片结构，并且可以灵活地适应不同工艺要求。
然而，在DUV光刻技术的应用中，常常会遇到一些工艺问题，下面将介绍一些常见的问题及其解决方法。
1. 曝光剂对于DUV光刻技术的影响在DUV光刻技术中，曝光剂是一个关键的因素。
曝光剂的选择和使用方法会直接影响到光刻胶的解析度、对比度、显影速度等。
因此，在DUV光刻技术中，对曝光剂的选择和使用要特别注意。
解决方法：选择合适的曝光剂，根据芯片设计的要求、工艺的特点来选择曝光剂。
在使用曝光剂时，要根据厂商提供的使用说明来正确处理和使用曝光剂，避免不必要的问题。
2. 光刻胶剩余问题在DUV光刻过程中，光刻胶有时会残留在芯片表面，形成剩余物，导致图案质量下降。
光刻胶剩余问题可能是由于不良的光刻胶成膜、曝光剂溶解性差或者显影不完全等因素引起的。
解决方法：确保光刻胶的成膜质量良好，避免出现不均匀的成膜情况。
合理选择曝光剂，确保曝光剂的溶解性适合光刻胶的显影。
3. 曝光光束质量及一致性问题DUV光刻机的曝光系统在长时间使用后，可能会出现曝光光束质量下降或者不一致的问题。
曝光光束质量差可能会导致图案的分辨率下降，而不一致的曝光光束则会导致芯片上的图案出现不均匀。
解决方法：定期对DUV光刻机的曝光系统进行检查和维护，确保曝光光束的质量和一致性。
可以使用标准掩模进行曝光测试，准确评估光刻机的性能。
4. 图案缺陷问题在DUV光刻技术中，图案缺陷是一个常见的问题。
半导体工艺-掩模和光刻
概述光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。
主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。
光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60%。
光刻机是生产线上最贵的机台，5～15百万美元/台。
主要是贵在成像系统（由15～20个直径为200～300mm 的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。
其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。
光刻部分的主要机台包括两部分：轨道机（Tracker），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning ) 光刻工艺的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻胶具有高的光学敏感性；准确地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。
光刻工艺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、检测等工序。
1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking）方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮气保护）目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。
2、涂底（Priming)方法：a、气相成底膜的热板涂底。
HMDS蒸气淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染； b、旋转涂底。
缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS用量大。
目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。
3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating）方法：a、静态涂胶（Static）。
硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）；b、动态（Dynamic）。
低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。
紫外光刻机原理
紫外光刻机原理
光刻机是集成电路制造过程中不可或缺的关键设备，它通过将电路设计图形精确地转移到硅片上，实现了芯片的制造。
目前最先进的光刻机是紫外光刻机，其工作原理如下：
1. 光源：紫外光刻机使用的光源通常是深紫外光（DUV）或极紫外光（EUV）。
深紫外光的波长较短，为193nm 或248nm，而极紫外光的波长更短，为13.5nm。
2. 光路系统：光源发出的紫外光通过一系列的光学元件，如反射镜、透镜等，进行准直、聚焦和整形，形成所需的光束形状和尺寸。
3. 掩模版：在光刻机中，使用掩模版来定义芯片上的电路图案。
掩模版上包含了芯片的设计图形，这些图形是通过电子束光刻或其他微加工技术制作而成的。
4. 投影物镜：经过准直和聚焦的紫外光束通过投影物镜，将掩模版上的电路图形缩小并投影到硅片上。
投影物镜的精度和成像质量对芯片制造的分辨率和套刻精度至关重要。
5. 硅片处理：在硅片上涂上光刻胶，当紫外光照射到光刻胶上时，光刻胶会发生化学反应，形成光刻胶图形。
6. 显影和蚀刻：经过光刻曝光后的硅片，通过显影液将光刻胶图形显现出来。
然后，使用蚀刻技术将未被光刻胶覆盖的硅片刻蚀掉，形成电路结构。
7. 重复步骤：为了制造多层电路结构，光刻机需要重复上述步骤，在不同层次上进行光刻、蚀刻和沉积等工艺。
总之，紫外光刻机通过光源、光路系统、掩模版、投影物镜等关键部件的协同作用，将芯片设计图形精确地转移到硅片上，实现了芯片的制造。
随着技术的不断进步，光刻机的精度和性能也在不断提高，推动着集成电路产业的发展。
半导体工艺英文缩写
半导体工艺英文缩写半导体工艺是半导体行业中的一个重要领域，涉及到半导体材料和器件的制造过程。
由于该领域技术含量高，专业术语较多，因此人们常常使用英文缩写来简化表达。
下面是一些常见的半导体工艺英文缩写及其解释：1.CMOS: 压缩氧化法半导体互补金属-氧化物半导体CMOS是一种常见的半导体工艺，它使用压缩氧化法在半导体材料上形成金属-氧化物半导体结构。
这种结构可以实现低功耗、低电压操作，并且在集成电路中应用广泛。
2.PVD: 物理气相沉积物理气相沉积是一种半导体材料薄膜制备的技术，它利用物理过程将固体材料转化为气体，然后在半导体表面沉积成薄膜。
这种技术可以实现高质量的薄膜制备，并且广泛用于半导体器件的制造。
3.CVD: 化学气相沉积化学气相沉积是一种半导体材料薄膜制备的技术，它利用化学反应将气体转化为固体材料，并在半导体表面沉积成薄膜。
这种技术可以实现较高的沉积速度和较大的沉积面积，并且在集成电路制造中得到广泛应用。
4.RTP: 快速热退火快速热退火是一种半导体工艺，它通过快速升温和冷却的方式来进行热处理。
这种工艺可以实现材料的结晶、再结晶和晶格调控，从而提高半导体器件的电学性能和稳定性。
5.DUV: 深紫外深紫外是一种波长较短的紫外光，通常用于半导体制造中的光刻工艺。
它具有较高的分辨率和较小的曝光误差，可以实现微细结构的制造和高精度印刷。
6.BEOL: 背端工艺背端工艺是指半导体制造中从晶圆电路层到封装层的工艺步骤，主要包括金属线路的布线、电压与数据传输的测试、集成电路封装等工作。
这些工艺步骤对于确保电路的正常运行和稳定性至关重要。
7.FEOL: 前端工艺前端工艺是指半导体制造中从晶圆加工到背端工艺之前的工艺步骤，主要包括晶圆清洁、刻蚀、沉积、光刻、扩散等工作。
这些工艺步骤对于制备高质量的半导体材料和器件起着关键作用。
总结起来，半导体工艺英文缩写是半导体行业中常用的专业术语，它简化了表达，加快了交流。
duv光刻机制程
duv光刻机制程DUV光刻机制程（DUV Lithography Process）是将深紫外（Deep Ultraviolet，DUV）光刻技术应用于半导体制程中，用于制造集成电路的一种关键技术。
DUV光刻机制程主要包含光刻胶涂覆、暴光曝光、光刻胶显影、退晶剂去胶等步骤，下面将具体介绍。
1.光刻胶涂覆光刻胶涂覆是将光刻胶均匀涂覆在硅片表面的过程。
光刻胶是一种感光材料，用于记录芯片设计图案。
光刻胶涂覆机器通过旋涂的方法将光刻胶均匀涂覆在硅片表面，形成一个薄膜。
涂覆后的硅片需要经过软烘和烘烤步骤，使光刻胶薄膜变得更加均匀和稳定。
2.暴光曝光暴光曝光是将光刻胶中的感光剂暴露在光源下，记录芯片设计图案的过程。
暴光曝光机器使用一个掩膜（Mask）来传输光源，掩膜上的图案会被投射到光刻胶上。
暴光曝光可以使用透射式或反射式的光学系统。
透射式暴光使用紫外光源，而反射式暴光使用反射镜将光源转换为紫外光。
在暴光曝光之前，还需要对光学系统进行校正，以保证光刻胶上的图案形状和尺寸的准确度。
3.光刻胶显影光刻胶显影是将光刻胶中未暴光的部分溶解掉，使阳性光刻胶的图案出现，或将暴光的部分溶解掉，使阴性光刻胶的图案出现。
光刻胶显影通过将硅片浸入化学显影液中进行。
阳性光刻胶在显影液中的未暴光部分溶解，形成芯片设计的图案。
4.退晶剂去胶退晶剂去胶是将显影后的光刻胶去除，暴露出硅片表面的介质层或晶体层。
退晶剂去胶是一种化学处理过程，通过将硅片浸入退晶剂液中进行。
退晶剂能够选择性地溶解光刻胶，而不影响硅片表面的其他层。
除以上基本步骤外，DUV光刻机制程中还包含一系列的控制步骤，如曝光剂的优化、烘烤程序的优化、显影液浓度的控制等。
这些步骤的优化可以提高光刻胶的性能和芯片制造的质量。
总的来说，DUV光刻机制程在现代集成电路制造中扮演着非常重要的角色。
随着技术的不断进步，DUV光刻机制程不断被改进和优化，以满足芯片制造对图案分辨率和精度的要求，同时也推动了半导体行业的发展。
duv 光阻 湿法工艺
DUV光阻湿法工艺1. 简介DUV光阻湿法工艺是一种用于芯片制造的光刻工艺。
DUV代表了深紫外光（Deep Ultraviolet），光阻是一种用于制造芯片的特殊材料，而湿法工艺则是指使用液体溶液处理光阻的过程。
在芯片制造中，光刻工艺是一项关键的步骤，用于将芯片设计图案转移到硅片上。
光刻工艺的精确性和稳定性对芯片性能和产能有着重要影响。
DUV光阻湿法工艺是一种高精度、高分辨率的工艺，广泛应用于半导体行业。
2. DUV光阻湿法工艺的原理DUV光阻湿法工艺的原理基于光敏剂的特性。
光敏剂是一种能够对光线产生化学反应的物质。
在DUV光阻湿法工艺中，光敏剂与光阻材料混合后，通过曝光和显影的过程，实现对光阻的精确控制。
具体来说，DUV光阻湿法工艺包括以下步骤：2.1 曝光曝光是将芯片设计图案转移到光阻层上的过程。
在DUV光阻湿法工艺中，使用深紫外光源进行曝光。
深紫外光具有更短的波长，能够提供更高的分辨率和更精确的图案转移。
2.2 显影显影是将曝光后的光阻层中未固化的部分去除的过程。
在DUV光阻湿法工艺中，使用显影液进行显影。
显影液是一种能够与光敏剂发生化学反应的溶液，将未曝光的光阻部分溶解掉，从而形成芯片设计图案。
3. DUV光阻湿法工艺的优势DUV光阻湿法工艺相较于传统的光刻工艺具有以下优势：3.1 高分辨率由于DUV光的较短波长，DUV光阻湿法工艺能够实现更高的分辨率。
这意味着可以制造更小、更精细的芯片结构，提高芯片的性能和集成度。
3.2 高精度DUV光阻湿法工艺具有高精度的特点。
通过精确的曝光和显影过程，可以实现对芯片设计图案的准确转移，保证芯片的制造质量。
3.3 高可控性DUV光阻湿法工艺对曝光和显影参数的控制比较容易。
通过调整曝光时间、曝光强度和显影液的浓度等参数，可以实现对光阻的精确控制，满足不同芯片制造的需求。
3.4 高产能DUV光阻湿法工艺具有高产能的特点。
相较于传统的光刻工艺，DUV光阻湿法工艺可以实现更快的曝光速度和显影速度，提高芯片的制造效率。
duv光刻机原理
duv光刻机原理
DUV光刻机是一种使用深紫外光（Deep Ultraviolet，DUV）
照射光刻胶的设备，用于制造集成电路和其他微纳米器件。
其工作原理如下：
1. 光源：使用波长为193nm的激光或者光电源产生紫外光线。
由于DUV光具有更短的波长，能够实现更高的分辨率和更小
的特征尺寸。
2. 光学系统：包括反射镜、透镜和光学器件，用于对紫外光进行聚焦和定位。
光学系统的设计和精度对于光刻的分辨率和精度至关重要。
3. 掩模：光刻胶会根据掩模上图案所在的位置进行固化，因此需要一个准确的掩模来确定芯片中不同元素的位置和形状。
4. 光刻胶：将光刻胶涂覆在硅片上，形成一层薄膜。
光刻胶具有一定的化学反应性，可以在紫外光的照射下发生聚合或降解反应。
5. 照射和曝光：使用光刻机的控制系统控制紫外光的强度、曝光时间和扫描速度等参数，使得光刻胶根据掩模的图案进行固化或者去除。
6. 胶面清理和检验：在照射后，使用化学溶剂或者等离子清洗机等设备去除没有固化的光刻胶。
然后使用显微镜等设备对芯
片进行质量检验。
通过多次重复以上步骤，可以逐步将掩模上的图案传递到光刻胶，并进一步将图案转移到硅片上，从而形成微观的电子元件和集成电路。
光谱中的duv
光谱中的duv
在物理学中，光谱是指将光分解成不同波长或频率的组成部分的过程。
其中，紫外线（UV）是波长较短、频率较高的区域。
在紫外线之外，还有一段更短波长、更高频率的区域，称为极紫外线（EUV）或深紫外线（DUV）。
DUV波长范围通常定义为170~300纳米，其波长较短，频率较高，能量较大，能够造成一系列物理和化学反应。
DUV光谱被广泛用于半导体制造、激光微加工、生物医学等领域。
在半导体制造中，DUV光谱可用于制作超高分辨率的芯片，而在激光微加工中，DUV光谱常用于微细加工和纳米加工。
此外，DUV光谱还可用于生物医学领域，例如用于DNA序列分析和癌症诊断。
DUV光谱的应用范围非常广泛，但由于其波长较短、能量较大，需要特殊的光学材料和制造工艺。
因此，DUV光谱的制造成本较高，而且对于设备的要求也很高。
但随着半导体制造、激光微加工和生物医学等领域的不断发展，DUV光谱的应用前景将会越来越广阔。
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可见
γ射线
X-射线
20
UV
红外线
微波
12
无线电波
10
f (Hz)
(m)
10 10
22
10 10
10 10
18
10 10
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-6
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4
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(nm)
157
微电子制造技术
第 13 章
光刻:气相成底膜到软烘
半导体制造技术 电信学院 微电子学系 1
学 习 目 标
1.了解光刻的基本概念，包括工艺概述、 关键尺寸划分、光谱、分辨率、工艺宽 容度等； 2.讨论正性胶和负性胶的区别； 3.了解光刻的8个基本步骤； 4.讨论光刻胶的物理特性； 5.解释软烘的目的，并说明它在生产中如 何完成；
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1:1 Mask
4:1 Reticle
Photo 13.1
光刻掩膜版和投影掩膜版
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光
谱
掩膜版上的图形转移到光刻胶上，是通过光 能激活光刻胶完成的。典型光能来自是紫外(UV) 光源，能量的传递是通过光辐射完成的。为了使 光刻胶在光刻中发挥作用，必须将光刻胶制成与 特定的紫外线波长有化学反应光刻胶。 紫外线一直是形成光刻图形常用的能量源， 并会在接下来的一段时间内继续沿用（包括0.1µm 或者更小的工艺节点的器件制造中）。 电磁光谱用来为光刻引入最合适的紫外光谱 ，如图 13.3所示。对于光刻中重要的几种紫外光 波长在表 13.1 中列出。大体上说，深紫外光（ DUV）指的是波长在300nm以下的光。
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电信学院 微电子学系 2
光刻的基本概念
光刻就是利用光刻胶的感光性和耐蚀性，在 各种薄膜上复印并刻蚀出与掩摸版完全对应的几 何图形。以实现选择性掺杂和金属布线的目的。 是一种非常精细的表面加工技术，在芯片生产过 程中广泛应用。光刻精度和质量将直接影响器件 的性能指标，同时也是影响制造成品率和可靠性 的重要因素。光刻过程如图所示
193
248
365 i
405 436 h g
VUV DUV DUV
在光学光刻中常用的UV波长 Figure 13.3 电磁光谱的片段
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表13.1 光刻曝光的重要UV波长
UV 波长(nm) 436 405 365 248 193 157 波长名 g-line h-line i-line Deep UV (DUV) Deep UV (DUV) Vacuum UV (VUV) UV 发射源 汞灯 汞灯 汞灯 汞灯或氟化氪（KrF）准分子激光 氟化氩 (ArF)准分子激光 氟 (F2)准分之激光
CMOS 掩模版分解图
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电信学院 微电子学系 13
SiO2 N P-SUB N P-SUB
P-SUB
N 阱光刻及注入
氧化
隔离氧化及光刻
N
P
N P-SUB 栅氧化、多晶硅生长及光刻 P-SUB N
N
P-SUB
N型注入区掩模及注入
P型注入区掩模及注入
N P-SUB 氧化及引线孔光刻 P-SUB
光刻制程 有薄膜的晶圆 或 负胶工艺留岛 正胶工艺开孔 -
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电信学院 微电子学系 3
光刻是一种多步骤的图形转移过程，首先是在 掩膜版上形成所需要的图形，之后通过光刻工艺把 所需要的图形转移到晶园表面的每一层。 图形转移通过两步完成。首先，图形被转移到 光刻胶层，光刻胶经过曝光后自身性质和结构发生 变化（由原来的可溶性物质变为非可溶性物质，或 者相反）。再通过化学溶剂（显影剂）把可以溶解 的部分去掉，不能溶解的光刻胶就构成了一个图形 （硅片上的器件、隔离槽、接触孔、金属互联线等 ），而这些图形正好和掩膜版上的图形相对应。形 成的光刻胶图形是三维的，具有长、宽、高物理特 征（见下图）。
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线宽
间距 光刻胶
厚度
Substrate
Figure 13.2 光刻胶的三维图形
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掩 膜 版
掩膜版有投影掩膜版和光掩膜版之分。投影掩 膜版 (reticle) 是一块包含了要在硅片上重复生成 图形的石英版，这种图形可能只有一个管芯，或者 是几个。光掩膜版（ photomask ）通常也称为掩膜 版（mask），是包含了对于整个芯片来说确定一层 工艺所需的完整管芯阵列的石英板。由于在图形转 移到光刻胶中光是最关键的因素之一，所以光刻有 时被称为光学光刻。 对于复杂的集成电路，可能需要30块以上的掩 膜版用于在硅片上形成多层图形。每一个掩膜版都 有独一无二的图形特征，它被置于硅片表面并步进 通过整个硅片来完成每一层。
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电信学院 微电子学系 10
套 准 精 度
光刻要求硅片表面上存在的图形与掩膜版上的 图形准确对准，这种特征指标就是套准精度。对准 十分关键是因为掩膜版上的图形要层对层准确地转 移到硅片上（见图13.4）。因为每一次光刻都是将 掩膜版上的图形转移到硅片上，而光刻次数之多， 任何一次的套准误差都会影响硅片表面上不同图案 间总的布局宽容度。这种情况就是套准容差。大的 套准容差会减小集成密度，即限制了器件的特征尺 寸，从而降低IC性能。 除了对图形对准的控制，在工艺过程中的缺陷 水平的控制也同样是非常重要的。光刻操作步骤的 数目之多和光刻工艺层的数量之大，所以光刻工艺 是一个主要的缺陷来源。
金属化及光刻
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工艺宽容度
光刻工艺中有许多工艺是可变量。例如，设 备设定、材料种类、人为操作、机器性能，还有 材料随时间的稳定性等诸多内容都存在可变因素 。工艺宽容度表示的是光刻始终如一地处理符合 特定要求产品的能力。目标是获得最大的工艺宽 容度，以达到最大的工艺成品率。 为了获得最大的工艺宽容度，设计工程师在 版图设计时要充分考虑工艺过程所存在的可变因 素，在制造过程中，工艺工程师也可通过调整工 艺参量以实现最高的制造成品率。对于光刻，高 的工艺宽容度意味着在生产过程中，即使遇到所 有的工艺发生变化，但只要还在规定的范围内， 也就能达到关键尺寸的要求。
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#2 栅掩膜 #1 阱掩膜
Top view of CMOS inverter
#3 接触 掩膜
#4 金属 掩膜
PMOSFET
#5 PAD 掩膜
NMOSFET
Cross section of CMOS inverter
半导体制造技术
Figure 13.4
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