光刻1
光刻工艺流程
光刻工艺流程
《光刻工艺流程》
光刻工艺是半导体制造中至关重要的一步，它通过光刻机将芯片上的图案转移到光敏材料上，从而实现对芯片表面的加工。
光刻工艺流程是一个复杂的过程，需要经过多个步骤来完成。
首先是准备工作，包括清洁硅片、涂覆光刻胶，以及对光刻胶进行预烘烤，以保证后续的光刻过程能够顺利进行。
接着是对光刻胶进行曝光，这一步需要使用光刻机来对硅片上的光刻胶进行曝光，将图案转移到光刻胶的表面。
曝光完成后，需要进行显影处理，将未曝光部分的光刻胶去除，留下需加工的图案。
接下来是进行蚀刻，将光刻胶下面的硅片层进行加工，形成所需的结构。
最后是清洗去除光刻胶残留物，以及对加工后的芯片进行质检。
光刻工艺流程中的每一个步骤都需要精密的设备和严格的操作，任何一个环节出现偏差都有可能导致芯片的质量受损。
因此，光刻工艺是半导体制造中至关重要的一环，需要经验丰富的工程师来进行调控和优化。
总的来说，光刻工艺流程是半导体制造中不可或缺的重要环节，它直接影响到芯片的性能和质量。
随着半导体技术的不断发展，光刻工艺也在不断更新和优化，以应对日益复杂的芯片结构和制造需求。
光刻工艺的主要步骤
光刻工艺的主要步骤嘿，朋友们！今天咱就来唠唠光刻工艺的那些主要步骤，这可真是个神奇又精细的活儿呢！你想想看，光刻就像是在一个微小的世界里画画，得特别小心、特别仔细。
第一步呢，就是涂光刻胶，这就好比给要画画的地方先铺上一层特殊的画布。
这层胶可重要了，得均匀得不能再均匀，不能有一点儿气泡或者瑕疵，不然画出来的东西可就走样啦！接下来，就是曝光啦！这就好像是用一束神奇的光，把我们想要的图案照到那层胶上。
这束光可得特别准，不能偏了一点儿，要不然图案就不完整啦。
这曝光的过程啊，就像是舞台上的聚光灯，一下子把主角给照亮了，让它展现在大家面前。
然后呢，就是显影啦！这一步就像是把隐藏在胶里的图案给洗出来一样。
经过这一步，我们想要的图案就慢慢浮现出来啦，是不是很神奇？这感觉就像是魔术师从帽子里变出兔子一样，让人惊喜！再之后就是蚀刻啦，这就像是拿着小刻刀，沿着显影出来的图案把不需要的部分给去掉。
这可得小心又小心，不能多刻一点儿，也不能少刻一点儿，不然整个图案就毁了呀！最后一步就是去胶啦，把完成使命的光刻胶去掉，留下我们精心制作出来的图案。
这就像是打扫战场一样，把用过的东西清理掉，只留下最精彩的部分。
你说这光刻工艺神奇不神奇？每一步都得小心翼翼，就像走钢丝一样，稍有偏差就前功尽弃啦！但正是因为有了这么精细的工艺，我们才能有那些厉害的芯片，让我们的电子设备变得越来越强大。
这就好像是搭积木，一块一块小心地堆起来，最后建成一座漂亮的城堡。
所以啊，可别小看了这光刻工艺的主要步骤，它们可都是至关重要的呢！没有它们，哪来我们现在这么方便快捷的科技生活呀！这就像是一场精彩的演出，每一个环节都不能出错，才能给观众带来最棒的体验。
咱得好好感谢那些在背后默默努力的科学家和工程师们，是他们让这一切成为可能啊！怎么样，现在是不是对光刻工艺的主要步骤有了更深刻的认识啦？。
光刻工艺介绍1
DI Water
Develop
Hard bake
显检
(Inspect)
条宽
(Critical Dimension)
后工序
材料 设备
涂胶/显影概况
光刻胶 显影液 其他
SPR6812 IX925G-14CP XHRIC-11 SPR513 Durimide7510 MIR701-29CP MIR701-49CP AZ 6130 SPR660-1.0 AZ AQUATAR AR3-600 UV135 CD26: 5 MF503: 10 HRD-2: 7
Stepper Introduce
Tool sets Retile size
NIKON EX14-DUV
1
6 inch
CANON 2000i 3
5 inch
NIKON G6/G7
4/0
5 inch
Field size
22mm
20mm
15mm
Wave length
248nm
365nm
486nm
Resolution
Defocus Effect
+1.0um +0.8um
+0.2um
-0.4um -0.6um
+0.6um
Best Focus
-0.8um
+0.4um
-0.2um
-1.0um
Focus-Exposure Matrix
焦点和曝光量在光阻线条上的效应
固定CD对焦点和曝光量的等高图
在线宽，形貌和胶的损失量三个规格基 对应于可接受的外部极限的两条CD曲线-CD规格 础上构建的焦点曝光量工艺窗口
脱胶原因
光刻原理详细步骤
光刻原理详细步骤
光刻是一种用于制造半导体器件的技术，其基本原理是将图案转移到光敏材料上，然后通过曝光和显影过程将图案转移到硅片上。
以下是光刻的一般步骤：
1. 准备硅片：将硅片切割成适当大小，并进行清洗和处理，以保证表面平整和无杂质。
2. 涂覆光敏材料：将光敏材料涂覆在硅片表面，并使其均匀分布。
3. 曝光：将光敏材料置于光刻机中，通过掩膜板将图案转移到光敏材料上。
掩膜板上的图案会通过光刻机的透镜系统投影到硅片表面。
4. 显影：将经过曝光的硅片置于显影液中，显影液会选择性地溶解未被曝光的光敏材料，从而将图案转移到硅片上。
5. 蚀刻：用蚀刻剂将硅片表面未被转移的部分溶解掉，从而形成所需的图案。
6. 清洗：将硅片进行清洗，以去除残留的光敏材料和蚀刻剂。
7. 重复：重复上述步骤，直到所有所需的图案都被转移到硅片上。
需要注意的是，不同类型的光刻技术（如干法、湿法、光刻胶干法等）具有不同的操作步骤和设备要求，因此在实
际应用中应根据具体情况进行选择和优化。
同时，在操作过程中应严格遵守安全规范，避免产生有害物质和危险情况。
光刻基本流程
光刻基本流程光刻是半导体芯片制造中最重要的工艺之一，它是将芯片设计中的电路图案通过光学技术转移到硅片表面的过程。
本文将介绍光刻的基本流程。
1. 掩模制备在光刻开始前，需要准备好掩模。
掩模是一种透光性很好的玻璃或石英薄板，上面覆盖着芯片设计中所需要的电路图案。
掩模的制备需要使用电子束曝光或激光束曝光等技术，制备出高精度的电路图案。
2. 光刻胶涂覆光刻胶是一种具有特殊光敏性的聚合物材料。
在光刻开始前，需要将光刻胶涂覆在硅片表面上。
涂覆的厚度需要精确控制，通常在几百纳米到几微米之间。
3. 曝光在涂覆了光刻胶的硅片上，需要使用光刻机进行曝光。
光刻机通过掩模上的电路图案，将光照射在光刻胶上。
光照后，光刻胶会发生化学反应，使得光刻胶的化学性质发生变化。
曝光后的光刻胶只有在接下来的显影过程中才会被去除。
4. 显影在显影过程中，需要将曝光后的光刻胶进行去除。
具体来说，需要将硅片浸泡在显影液中。
显影液能够溶解曝光后的光刻胶，而未曝光的部分则不会被去除。
这样就形成了光刻胶的图案。
5. 电子束刻蚀在光刻胶图案形成后，需要使用电子束刻蚀将图案转移到硅片表面。
电子束刻蚀是一种高精度、高能量的刻蚀技术，能够将光刻胶图案转移至硅片表面。
6. 清洗在电子束刻蚀完成后，需要对硅片进行清洗。
清洗的目的是去除残留的光刻胶和刻蚀产物等杂质，以保证芯片的质量。
光刻流程包括掩模制备、光刻胶涂覆、曝光、显影、电子束刻蚀和清洗。
通过这一系列的工艺步骤，能够将芯片设计中的电路图案精确地转移到硅片表面，从而制造出高质量的半导体芯片。
光刻工艺流程
光刻工艺流程光刻工艺流程是制备微电子器件的关键步骤之一，它的主要目的是通过光照和化学腐蚀的方法在硅片表面形成所需的图形，从而制造出微小而精确的电子元件。
下面是一个典型的光刻工艺流程示例。
1. 硅片准备：在光刻工艺开始前，首先需要对硅片进行准备。
这包括清洗硅片表面，去除上面的杂质和残留物，并确保硅片表面光滑和干净。
2. 底部防反射涂层（BARC）涂覆：为了减少光的反射和增强图案的对比度，需要在硅片表面涂覆一层BARC。
这层涂层通常是一种光阻材料，可以有效地防止光的反射。
3. 光刻胶涂覆：在硅片表面涂覆一层光刻胶，光刻胶是一种特殊的聚合物材料，它可以在光照后发生化学反应，并形成所需的图案。
4. 预烘烤：为了去除光刻胶中的溶剂和使其固化，需要将硅片进行预烘烤。
这个步骤通常在约100摄氏度的温度下进行。
5. 光刻胶暴光：使用光刻机器将硅片表面的光刻胶进行曝光。
光刻机器通过照射光的特定波长和强度，实现对光刻胶的化学反应。
6. 显影：在曝光后，需要将硅片进行显影，即将未暴露到光的区域的光刻胶去除。
通常使用化学溶液来实现显影，溶剂的选择会根据光刻胶的化学性质进行调整。
7. 后烘烤：在显影后，需要将硅片进行后烘烤，以去除残存的光刻胶，并使得图案更加精确。
后烘烤的温度和时间根据光刻胶的要求进行调整。
8. 金属蒸镀：在完成光刻后，通常需要对硅片表面进行金属蒸镀。
金属蒸镀是将金属材料蒸发到硅片表面，以形成所需的电子元件。
9. 后处理：最后，需要对完成的硅片进行后处理。
这包括去除任何残留的脏污和残留物，清洗硅片表面，并对器件进行测试和检验。
以上是一个典型的光刻工艺流程示例。
实际的光刻工艺会因器件的具体要求和工艺的不同而有所不同。
然而，这个示例提供了一个基本的框架，描述了光刻工艺的一般步骤。
光刻工艺是制备微电子器件的关键步骤之一，对于微电子工业和科研领域都具有重要的意义。
光刻工艺介绍1
Defocus Effect
+1.0um +0.8um
+0.2um
-0.4um -0.6um
+0.6um
Best Focus
-0.8um
+0.4um
-0.2um
-1.0um
Focus-Exposure Matrix
焦点和曝光量在光阻线条上的效应
固定CD对焦点和曝光量的等高图
对应于可接受的外部极限的两条CD曲线-CD规格
显影基本流 程
DNS 显影系统图:
Post Exposure Bake Developer
HP/HP HP/CP HP/CP HP/HP
SDP
IND4
TR
IND3 IND2
SDP
IND1
Hard Bake
HP:HOT PLATE CP：COOLING PLATE IND：INDEXER SDP：SPIN DEVELPER TR：TRANSFER UNIT
DI Water
Develop
Hard bake
显检
(Inspect)
条宽
(Critical Dimension)
后工序
材料 设备
涂胶/显影概况
光刻胶 显影液 其他
SPR6812 IX925G-14CP XHRIC-11 SPR513 Durimide7510 MIR701-29CP MIR701-49CP AZ 6130 SPR660-1.0 AZ AQUATAR AR3-600 UV135 CD26: 5 MF503: 10 HRD-2: 7
驻波效应（Standing Wave）
驻波效应原理: • 由于入射光与反射光产生干
光刻的基本原理
光刻的基本原理1. 光刻技术概述光刻（photolithography）是一种在微电子制造工艺中广泛应用的技术，用于将电路图案转移至硅片上。
它是一种光影刻蚀技术，通过使用特殊的光刻胶和掩膜来实现。
2. 光刻的基本步骤光刻的基本步骤包括掩膜制备、光刻胶涂布、曝光、显影和刻蚀等步骤。
2.1 掩膜制备掩膜是光刻中的一种重要工具，它由透明光刻胶和不透明掩膜板组成。
掩膜板的图案决定了最终在硅片上形成的电路。
2.2 光刻胶涂布在光刻过程中，需要将光刻胶均匀涂布在硅片上。
涂布需要控制好厚度，并保持均匀性。
2.3 曝光曝光是将掩膜上的图案转移到光刻胶层的过程。
曝光时，光源会将光刻胶层中的敏化剂激活，使其变得可显影。
2.4 显影显影是将曝光后的光刻胶层中未被曝光的部分去除，从而显现出所需图案的过程。
显影液会溶解未暴露于光的区域，使其变为可刻蚀的区域。
2.5 刻蚀刻蚀是将显影后的光刻胶层外的材料去除的过程。
通过刻蚀，可以形成所需的电路图案。
3. 光刻的基本原理光刻的基本原理可以分为光学透射原理和化学反应原理两个方面。
3.1 光学透射原理光学透射原理是光刻的基础，也是光刻胶和掩膜的关键。
光刻胶对于不同波长的光有不同的吸收特性，而掩膜上的图案会通过光刻胶的吸收和透射来形成图案。
当掩膜上的图案被光照射时，光刻胶中的敏化剂会被激活，从而改变光刻胶的溶解性质。
3.2 化学反应原理化学反应原理是光刻胶显影和刻蚀的基础。
在显影过程中，显影液与光刻胶表面的未暴露区域发生化学反应，使其溶解。
而在刻蚀过程中，刻蚀液与未被光刻胶保护的硅片表面或者下一层材料发生化学反应，使其被去除。
4. 光刻的影响因素光刻的效果受到多个因素的影响，主要包括曝光能量、曝光时间、光刻胶厚度、显影液浓度等因素。
4.1 曝光能量和曝光时间曝光能量和曝光时间决定了光刻胶的显影深度，对图案的清晰度和精度有重要影响。
4.2 光刻胶厚度光刻胶厚度会影响曝光和显影的效果，太厚会导致曝光不足，太薄则可能导致显影不均匀。
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5
光刻的要求
35％的成 本来自于 光刻工艺
图形转移技术组成： •掩膜版/电路设计 •掩膜版制作 •光刻
光源 曝光系统 光刻胶
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
空间图像
6
潜在图像
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1 掩膜版制作
CAD设计、模拟、验证后由图形发生器产生数字图形 ×1掩膜版 （mask）制作
集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
11
接触式光刻机原理图
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1 接近式光刻机原理图
12
CD:2~5um
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1 扫描投影式光刻机原理图
1:1曝光系统 CD>1um
13
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
步进投影式光刻机原理图
14
投影掩模版称为“reticle”— —与mask之间有一定放大比 例 步进扫描光刻机
10:1 5:1 1:1
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
DSW－direct step on wafer
15
372.065.1.01
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
1、Using light source with shorter
光源 汞灯 汞灯 KrF(激光) ArF (激光) F2 (激光) 波长(nm) 436 365 248 193 157 术语 g线 i线 DUV 193DUV VUV 技术节点 >0.5mm 0.5/0.35mm 0.25/0.13mm 90/65…32nm CaF2 lenses
/ 4 cos
很小时， / 4 [1 (1 2 / 2)] 2 / 2
sin d NA
2f
焦深
DOF k2
(NA)
2
NA，焦深
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
作业3
强氧化
HF:DI H2O
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
3
第一讲 第二讲 第三讲 第四讲 第五讲 第六讲 第七讲 第八讲
前言 实验室净化及硅片清洗 光刻原理 1 光刻原理 2 热氧化原理 1 热氧化原理 2 扩散原理 1 扩散原理 2
第九讲 第十讲 第十一讲 第十二讲 第十三讲 第十四讲 第十五讲 第十六讲 第十七讲
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
34
两类曝光系统的空间图像比较
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1 光刻胶
光刻胶的作用：对于入射光 子有化学变化，保持潜像至 显影，从而实现图形转移， 即空间图像潜像。 灵敏度：单位面积的胶曝光 所需的光能量：mJ/cm2 正胶 烃基高分子材料 正胶分辨率高于负胶 抗蚀性：刻蚀和离子注入 IC主导 负胶
集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
两个爱里斑之间的分辨率（瑞利判据）：
21
1.22f 1.22f 0.61 R＝ d n(2 f sin ) n sin
数值孔径：收集衍射 光的能力。n为折射率
NA n sin
分辨率
R k1 NA
k1=0.6-0.8
f
提高分辨率： NA，，k1
33
＝436 nm时，0＝NA/0.61＝0.35/(0.61×0.436)＝ 1.32/mm
即分辨率为每mm的0.686对（=0.520 ） 最小线条的分辨尺寸为0.73 mm或pitch＝1.46 mm 若＝365 nm（i-line），则分辨尺寸可减小为0.61 mm。 DOFg-line＝3.56 mm， DOFi-line＝2.98 mm（假定k2＝1）
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
1
集成电路工艺原理
仇志军
zjqiu@ ftp://10.12.241.99 (username & password: vlsi) 邯郸路校区物理楼435室
助教：沈臻魁 072052045@ 杨荣 072052028@ 邯郸路校区计算中心B204
离子注入原理 1 离子注入原理 2 薄膜淀积原理 1 薄膜淀积原理 2 薄膜淀积原理 3 刻蚀原理 接触和互连 工艺集成 前瞻性工艺研究
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
4
光刻的作用和目的
图形的产生和布局
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
分辨率（高） 曝光视场（大） 图形对准精度（高）——1/3最小特征尺寸 产率（throughput）（大） 缺陷密度（低）
2
Wmin g
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
投影式——远场衍 射（Fraunhofer） 像平面远离孔径， 在孔径和像之间设 置镜头 Nhomakorabea18
1.22f d
爱里斑
1.22f 中心极大半径＝ d
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
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投影式
集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
3、Increasing NA
Lens fabrication Immersion Lithography Numerical Aperture: NA=nsin
26
[nm]
436 365 248 193
NA 0.15-0.45 0.35-0.60 0.35-0.82 0.60-0.93
集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
2、Reducing resolution factor k1
Normal Mask
24
Phase Shift Mask
R k1 NA
I EE
*
Pattern dependent • k1 can be reduced by up to 40
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The bottom line is chip yield. “Bad” die manufactured alongside “good” die. Increasing yield leads to better profitability in manufacturing chips.
本征吸杂和非本征吸杂
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
例题：假定某种光刻胶可以MTF＝0.4分辨图形，如果曝光系 统的NA＝0.35，＝436 nm（g-line），S＝0.5。则光刻分辨的 最小尺寸为多少？如果采用i线光源呢？ 解：从图中可以知道：S＝0.5 ，MTF＝0.4，对应于=0.520。
7
接触式、接近式光刻
数字图形
×4或×5投影光 刻版（reticle） 投影式光刻
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
×4或×5投影光刻版在 制版时容易检查缺陷 版上缺陷可以修补 蒙膜(pellicle)保护防止颗 粒玷污 光刻胶 10～15nmARC（antireflection coating） 80nmCr 熔融石英玻璃片
集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1 曝光系统
接触式和接近 式——近场衍 射（Fresnel） 像平面靠近孔 径，二者之间 无镜头系统
16
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
17
接触和接近式
利用Fresnel衍射理论 计算的间隔范围：
gW
最小分辨尺寸 g＝10 mm， ＝365 nm（i线）时， Wmin2 mm
35
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1 g线和i线光刻胶的组成
（正胶－positive photoresist, DNQ） 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。
36
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可以自我稳定（Wolff重排列），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
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
瑞利给出恰可分辨两个物点的判据：
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 S1 S2 S1 S2
20
分辨率
可分辨
100% 73.6%
恰可分辨
不可分辨
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集成电路工艺原理
第三讲 光刻原理 1
2、Reducing resolution factor k1
Resist chemistry
436,365 nm: Photo-Active-Component (PAC) 248,193 nm: Photo-Acid-Generator (PAG)