光刻工艺介绍1
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？。
第一讲：紫外光刻技术
图形转移过程
• The layer of resist is exposed in specific areas through a mask. • Development washes away exposed resist. • In the additive process, material is deposited through the holes in the resist. • For a subtractive process, material is removed by ion milling through the holes in the resist. • In the final step, resist is removed.
主要研究工作
二.与国防建设有关的衍射光栅研制
1.高线密度软X射线透射光栅研制（ICF诊断） 1.高线密度软X射线透射光栅研制（ICF诊断） 高线密度软 诊断 2.软 射线Mach-Zehnder干涉仪用闪耀光栅（ 射线激光） 2.软X射线Mach-Zehnder干涉仪用闪耀光栅（X射线激光） Mach 干涉仪用闪耀光栅 3.空间位置传感器用变间距光栅（飞机姿态闭环控制） 3.空间位置传感器用变间距光栅（飞机姿态闭环控制） 空间位置传感器用变间距光栅 4.X射线莫尔光栅（ 射线激光） 4.X射线莫尔光栅（X射线激光） 射线莫尔光栅 5.大口径衍射光学元件研制（863专项） 5.大口径衍射光学元件研制（863专项） 大口径衍射光学元件研制 专项 脉宽压缩光栅 光束采样光栅 谐波分离光栅 束匀滑位相片
紫外光刻图形 截面照片
光透过掩模版（ 要加工的图形） 光透过掩模版 （ 要加工的图形 ） ， 照射在涂有 光刻胶（ 光致抗蚀剂 ） 的被加工材料表面上 ， 利用 光刻胶 （ 光致抗蚀剂） 的被加工材料表面上， 光刻胶的感光性和抗蚀性， 经过化学显影， 光刻胶的感光性和抗蚀性 ， 经过化学显影 ， 制作出 与掩模版图形一致的光刻胶图形（正胶情况） 与掩模版图形一致的光刻胶图形（正胶情况）。 光刻是复制微细图形的最有效手段之一， 光刻是复制微细图形的最有效手段之一，是制 作超大规模集成电路芯片的核心技术。 作超大规模集成电路芯片的核心技术。
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
光刻胶剥离工艺
光刻胶剥离工艺嘿，朋友们！今天咱来聊聊光刻胶剥离工艺。
这玩意儿啊，就像是给一个精致的作品做最后的修饰，可重要啦！你想想看，光刻胶就像是一层保护衣，在整个制造过程中发挥着关键作用。
而当我们完成了该完成的步骤后，就得把这层保护衣脱掉，这就是光刻胶剥离啦。
它就好像是我们给水果削皮一样，得小心翼翼，不能伤到里面的果肉。
要是剥离得不好，那可就糟糕啦，就好比削水果的时候不小心削到了果肉，那整个水果不就不完美了嘛！在进行光刻胶剥离的时候，那可得有耐心，不能着急忙慌的。
得选择合适的方法和试剂，就像我们选择合适的工具来做一件事情一样。
如果选错了，那可能就达不到想要的效果啦。
而且哦，这个过程还得注意各种细节呢！比如说温度呀、时间呀，这些都得把握好。
温度太高了，可能会损伤到下面的材料；时间太短或太长，也都可能出现问题哟。
这就好像做饭的时候，火候和时间没掌握好，做出来的菜味道就不咋样啦。
还有啊，不同的光刻胶可能需要不同的剥离条件呢！这就跟不同的人有不同的性格一样，得“对症下药”才行。
不能一概而论，得根据具体情况来调整。
比如说，有一种光刻胶特别顽固，就像那种很难搞定的调皮小孩，那你就得想办法用更厉害的“招数”来对付它。
可能需要更强力的试剂，或者更精确的操作。
再想想，如果在剥离的时候不小心留下了一点光刻胶的残留，那可就麻烦啦！就像衣服上沾了一块污渍，怎么看都觉得别扭。
所以啊，做光刻胶剥离工艺真的不是一件简单的事儿呢！需要我们认真对待，细心钻研。
这可不是随随便便就能搞定的，得付出努力和心思呀！总之呢，光刻胶剥离工艺就像是一场精细的表演，每一个环节都不能出错。
我们得像一个专业的演员一样，把每一个动作都做到位，才能呈现出最完美的效果。
大家可千万不能小瞧了它哟！。
光刻胶参数及光刻工艺
光刻胶参数及光刻工艺1、正性光刻胶RZJ-304●规格RZJ-304：25mpa·s，50mpa·s（粘稠度），配用显影液：RZX-3038●匀胶曲线注：粉色为50cp，蓝色为25cp●推荐工艺条件①涂布：23℃，旋转涂布，膜厚1.0～3.5μm②前烘：热板100℃×90sec③曝光：50～75mj/cm2（计算方法:取能量60mj/cm2取光强400×102um/cm2，则60/40=1.5s）④显影：23℃，RZX-3038，1min，喷淋或浸渍⑤清洗：去离子水30sec⑤后烘：热板120℃×120sec●规格S1813，配用显影液为ZX-238●匀胶曲线●推荐工艺条件1（以具体工艺为参考）①涂布：23℃，旋转涂布，膜厚1.23um（1.1～1.9μm）②前烘：热板115℃×60sec③曝光：150mj/cm2④显影：21℃，ZX-238，65sec，喷淋或浸渍⑤清洗：去离子水30sec⑥后烘：热板125℃×120sec●规格AZ-5214，配用显影液AZ-300●匀胶表格（单位：微米）●推荐工艺条件1（以具体工艺为参考）①涂布：23℃，旋转涂布，膜厚1.47um（1.14～1.98μm）②前烘：热板100℃×90sec③曝光：240mj/cm2④后烘：115℃×120sec⑤泛曝光：>200mj/cm2⑥显影：21℃，AZ-300，60sec，喷淋或浸渍⑦清洗：去离子水30sec⑧坚膜：热板120℃×180sec注意：紧急救护措施（对于光刻胶）①吸入：转移至空气新鲜处，必要时进行人工呼吸或就医。
②皮肤接触：肥皂水清洗后自来水清洗。
③眼睛接触：流动清水清洗15分钟以上，必要时就医。
光刻纸工艺
光刻纸工艺
嘿，朋友们！今天咱来唠唠光刻纸工艺这玩意儿。
你说这光刻纸工艺啊，就好比是一位超级魔法师，能在小小的纸张上变出各种神奇的图案和线路来。
这可不是一般的魔法，这是高科技的魔法呀！
想象一下，一张普普通通的纸，经过光刻纸工艺这么一折腾，嘿，立马就变得不一样了。
就像灰姑娘穿上了水晶鞋，一下子就变得光彩照人了。
那些精细的线条和图案，简直比绣花还厉害呢！
这工艺可讲究着呢！从选择纸张开始，就不能马虎。
纸张得平整、光滑，就像咱那脸蛋儿一样，不能有一点儿瑕疵。
然后就是各种化学试剂啦，这可都是宝贝呀，得小心翼翼地伺候着。
再说说那光刻机，那可是核心中的核心啊！就像一个超级大厨，得把各种材料和调料恰到好处地搭配在一起，才能做出美味佳肴。
光刻机也是一样，得精确地把光线投射到纸上，才能刻出完美的图案来。
光刻纸工艺在好多领域都大显身手呢！电子行业就不用说了，那些小小的芯片可都离不开它。
还有印刷行业，能让印刷品变得更加精美。
你看看咱手里的手机、电脑，那里面说不定就有光刻纸工艺的功劳呢！
哎呀，这工艺难不难呢？说难也难，说不难也不难。
就看你有没有那份耐心和细心啦。
就跟咱学骑自行车似的，一开始可能会摔几个跟头，但只要坚持，总会骑得稳稳当当的。
你说这光刻纸工艺是不是很神奇？它就像一个隐藏在幕后的英雄，默默地为我们的生活带来便利和精彩。
咱可得好好珍惜这个神奇的技术呀，说不定哪天它又会给我们带来更大的惊喜呢！反正我是觉得，这光刻纸工艺，真的是太了不起啦！。
03 光刻机结构及工作原理1
Prof. Shiyuan Liu
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上讲内容：完整的IC制造工艺流程
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Page 3
上讲内容：微电子制造装备概述
加法工艺
减法工艺 辅助工艺 图形转移工艺 后道工艺
曝光波长影响 光源技术：中心波长、光谱带宽、输出功率… 光学系统：光学设计、光学材料、光学镀膜… 光刻工艺：光刻胶、工艺参数…
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* 汞灯光源
光刻机结构原理：曝光系统
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光刻机结构：曝光系统
* 激光器
中心波长 波长带宽 脉冲频率 脉冲能量 输出功率
193.365 nm 0.3 pm 4000 Hz 5 mJ 20 W
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* 离轴照明
光刻机结构：曝光系统
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光刻机结构：曝光系统
顶部模块 (Top Modular)
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光刻机简介
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光刻机简介
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Development of lithography system
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* 光刻机发展路线图1
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涂胶——均匀性的影响因素(1)
涂胶——均匀性的影响因素(2)
软烘（Soft Bake）
软烘目的： • 去除光刻胶中的溶剂 • 增加粘附性 • 提高E0的稳定性 • 减少表面张力 软烘方法： • 热对流烘箱 • 红外线辐射 • 接触式（接近式）热板 软烘的关键控制点是温度和时间(90℃/60s)
IND AH AC SC HP IND
涂胶前处理（Priming）
HMDS 处理
去水烘烤
HMDS
• 目的：增加圆片衬底与光刻胶的粘附性 • 原理：将圆片表面状态由亲水性转变为疏水性(亲油性) • 化学试剂：HMDS (六甲基二硅胺) • 气相涂布方法：高温低真空下的HMDS单片处理模块 • 确认HMDS的效果用接触角计测量，一般要求大于65度 • 前处理注意事项：
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
显影（Develop）
目的： • 简单的说就是去除已曝光部分的光刻胶 显影方法： • 浸润显影（TANK） • 喷雾显影（SPRAY） • 静态显影（PUDDLE） 影响显影的因素： • 显影液成份、显影液温度 • 环境温度、环境湿度 • 显影液量、显影方式、程序
坚膜（Hard Bake）
目的： • 去除残余的显影液、水、有机溶剂 • 提高粘附性 • 预防刻蚀时胶形貌变形 方法：接近式热板 控制关键点是温度和时间
驻波效应（Standing Wave）
驻波效应原理： • 由于入射光与反射光产生干
涉使沿胶厚的方向的光强形 成波峰和波谷产生的
降低或消除驻波效应的方法： • PEB • 加抗反射层：用有机(TARC/BARC)&无机材料(TIN) • 染色剂
NO PEB
PEB
Footing and Undercut
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
IND HP CP SDP HP IND
显影菜单（DNS 5#）介绍
FLOW DATA：
F-STEP
BASIC FLOW
NO.
STNO.U-NO. U-NAME
1
S1
1
INDEX-A
2
1
5
HP
3
1
7
CP
4
1
3
POSI-DEV
5
1
8
HP
6
E1
1
INDEX-A
J-NO.
6 9 4 10
PARALLEL FLOW U-NAME J-NO. U-NAME
– 来片衬底必须是干净和干燥的 – HMDS处理后应及时涂胶 – HMDS处理不能过度 – 安全使用HMDS
涂胶（Coating）
• 涂胶就是采用旋转涂敷的方法，在圆片衬底上均ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ匀的涂上一层一定厚度的光刻胶。
• 旋转涂敷主要受到以下几个因素的影响，它们彼 此作用，或相互增强或相互减弱结果
– 光刻胶的流动性 – 光刻胶中树脂成份中分子间的束缚力 – 旋转离心力 – 光刻胶溶剂的挥发力
的工艺条件为：112 °C/60s
PR/HMDS影响
❖ PR厚度，粘性系数；HMDS 处理是否恰当、温度设置、 HMDS原料等，都是影响显影缺陷的因素
解决PR/HMDS造成的显影缺陷的措施：
✓检查HMDS的流量是否正常，温度是否设置恰当，必要时，可以考虑试用不同厂家的 HMDS
✓不同PR和显影液菜单的组合，对显影缺陷的影响程度不一样，如PR 20#菜单/DEV 5#搭 配与DEV 10#菜单搭配对某些层次有不同的影响。如不同的搭配都可以用于某一层次，那 么，考虑最终选那一种方案，则要考虑对显影缺陷的影响。
HP/HP HP/HP AH/AC AH/AC
SC
IND4
TR
IND3 IND2
SC
IND1
软烘（SB）
HP：HOT PLATE IND：INDEXER AC：ADHESION CHAMBER WITH CP
AH：ADHESION CHAMBER WITH HP
SC：SPIN COATER
TR：TRANSFER UNIT
光刻工艺介绍1
General Photolithography
前工序
Process
涂胶
(Coating)
HMDS
Resist coating
Soft bake
Soft bake
TARC coating
曝光
(Exposure)
显影
(Developing)
套刻
(Overlay)
Post exposure bake
HP CP POSI-DEV HP
J-NO. U-NAME
1
5/6HP
7/9CP
2
3
8/10HP
3/4 DEV
4
显影前烘焙（Post Exposure
Bake）
• 目的：降低或消除驻波效应 • PEB温度一般要求比软烘高15-20°C • PEB一般采接近式热板烘焙 • PEB的关键控制点是温度与时间 • 的工艺条件为：112℃/60s
HMDS EBR 7030
DNS TEL DUV
涂胶菜单
注：⑴.关键层指：TO、GT、PC、BN+、ROM、W1、VIA、METAL、TU、BC、SGE、SN（MG）、GW（MG）。 ⑵.非关键层指：除关键层次和PAD之外的其他层次。
涂胶基本流 程
DNS 涂胶系统图：
前处理（PRIMING） 涂胶（APPLY）
涂胶去边规范：AL、CP层次2-3mm 其他层次1-2mm
涂胶（Coating）
☆涂胶的关键在于控制膜厚及其均匀性
影响光刻胶厚度和均匀性的主要参数：[括号内的值为 实际工艺参数设置] • 环境温度（23°C) • 环境湿度(40%) • 排风净压力(5 mmaq) • 光刻胶温度(23°C+/-0.5） • 光刻胶量（1.2-1.5cc) • 旋转马达的精度和重复性 • 回吸量 • 预旋转速度 预旋转时间 最终旋转速度 最终旋转时间 最终旋转加速度