微电子工艺之光刻技术共57页
光刻机的技术原理
光刻机的技术原理光刻技术是一种常用于微电子制造的重要工艺。
它主要用于将电子器件的图形或芯片上的图案转移到光刻胶或光刻膜上，然后通过化学蚀刻等工艺步骤将所需的微小结构转移到芯片表面，从而完成电子器件的制造。
下面，我将详细介绍光刻技术的工作原理和主要步骤。
光刻技术的主要原理是利用光的透射和反射来形成期望的图案。
它主要包括以下几个基本步骤：光源辐射、掩膜制作、曝光、开发和蚀刻。
首先，光刻机中的光源会产生紫外光或可见光的光辐射。
这些光线经过光学投影系统的透镜等光学元件的聚焦，形成一束高能量的并具有特定波长的光线。
在整个光刻过程中，这束光线是非常重要的。
接下来，准备好的掩膜会被放置在光刻机上。
掩膜是一种透光性好的玻璃或石英板，上面的透光区域和不透光区域按照所需的图案进行了刻蚀处理。
光刻机的光学系统使得掩膜上的图案被放大并投射到光刻胶或光刻膜上。
在曝光阶段，将掩膜和芯片的表面（涂有光刻胶或光刻膜）与光学系统的接触式接头对准，并启动光刻机进行曝光。
透过掩膜上的透明区域，通过特定波长的光线照射芯片表面，将图案的影像投射到光刻胶或光刻膜上。
在曝光的过程中，光刻胶或光刻膜上的化学和物理特性发生了变化，从而使图案在曝光区域产生显影作用。
然后，光刻胶或光刻膜需要进行显影。
显影是利用显影液将未曝光区域的光刻胶或光刻膜溶解掉的过程。
因为曝光区域的光刻胶或光刻膜已被特定波长的光线照射，使其化学结构发生了变化，从而形成了想要的图案。
而未曝光区域的光刻胶或光刻膜保持原来的状态，因此通过浸泡在显影液中，未曝光区域的物质会被显影液迅速溶解。
最后一步是蚀刻，也称为刻蚀。
刻蚀是将光刻胶或光刻膜已经形成的图案转移到芯片表面的过程。
光刻胶或光刻膜的蚀刻一般通过化学蚀刻或物理蚀刻来完成。
化学蚀刻使用蚀刻溶液对芯片进行蚀刻，而物理蚀刻则通过向芯片表面投射离子束或激光束来完成。
综上所述，光刻机的技术原理主要是通过光的透射和反射将电子器件的图案转移到光刻胶或光刻膜上，然后通过显影和蚀刻等工艺步骤将所需的微小结构转移到芯片表面上。
微电子工艺论文----光刻胶解读
光刻胶的深入学习与新型光刻胶张智楠电科111 信电学院山东工商学院 264000摘要：首先，本文从光刻中的光刻胶、光刻胶的分类、光刻胶的技术指标（物理特性）这几个方面对光刻工艺中的光刻胶进行了详细的深入学习；其次，介绍了当代几种应用广泛的光刻胶以及新型光刻胶；最后，对光刻胶的发展趋势进行了简单的分析。
关键词：光刻、光刻胶、紫外负型光刻胶、紫外正型光刻胶、远紫外光刻胶。
光刻(photoetching)工艺可以称得上是微电子工艺中最为关键的技术，决定着制造工艺的先进程度。
光刻就是，在超净环境中，将掩膜上的几何图形转移到半导体晶体表面的敏光薄材料上的工艺过程。
而此处的敏光薄材料就是指光刻胶（photoresist）。
光刻胶又称光致抗蚀剂、光阻或光阻剂，由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。
感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。
经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像。
光刻胶的技术复杂，品种较多。
对此探讨以下两种分类方法： 1、光刻胶根据在显影过程中曝光区域的去除或保留可分为两种——正性光刻胶（positive photoresist）和负性光刻胶（negative photoresist）。
正性光刻胶之曝光部分发生光化学反应会溶于显影液，而未曝光部份不溶于显影液，仍然保留在衬底上，将与掩膜上相同的图形复制到衬底上。
负性光刻胶之曝光部分因交联固化而不溶于阻显影液，而未曝光部分溶于显影液，将与掩膜上相反的图形复制到衬底上。
正胶的优点是分辨率比较高，缺点是粘附性不好，阻挡性弱。
与之相反，负胶的粘附性好，阻挡性强，但是分辨率不高。
2、基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。
一是光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。
二是光分解型，采用含有叠氮醌类化合物的材料，经光照后,会发生光分解反应,由油溶性变为水溶性，可以制成正性胶。
微电子工艺——光刻技术
– Step 3A 曝光后烘焙 : • g line, i line，减小驻波效应。 • DUV, 是光敏产酸物与聚合物链反应完成曝光过程的关键 工艺。 – Step 3B 湿化学显影: 溶解曝光区的光刻胶 – Step 3C DI 水漂洗: 结束显影 – Step 3D 显影检查: 对准校验和各种缺陷. • 返工: 如果确定有缺陷和其他问题 ，晶片并不需要废弃， 可以去除光刻胶,再重做。这个工艺对晶片几乎没有损害. – Step 3E 后烘（坚膜）: • 目的：去除显影后胶层内残留的溶剂，使胶膜坚固，同时 提高粘附力和抗蚀。 • 烘烤条件100～140℃，10～30min。
field oxide
oxide silicon substrate silicon substrate
oxide
工艺中的问题
• 涂胶可能出现的缺陷:
缺陷 针孔 云状膜 涂胶不平 原因 污染 超湿度 注口不准, 光刻胶不充分
太厚/薄
“彗星”
旋涂速度不合适, 光刻胶黏度（老 化）， 湿气改变
滴胶时的带进气泡或者微粒粒子*
PHOTOMASK
Mask Feature Size
Printed Feature Size
PHOTORESIST
SILICON SUBSTRATE
光刻中常见问题与解决方法
一、表面反射 穿过光刻胶的光会从硅片表面反射出来，从而改变光刻胶 吸收的光能，特别是硅片表面的金属层会反射较多的光。 硅片表面倾斜的台阶侧面会将光反射到非曝光区。
• 驻波效应 • 当用单色光进行曝光时，入射光会在
光刻胶与衬底的界面上反射。由于入 射光与反射光是相干光，在界面处又 存在180度的相移，在光刻胶内相长与 相消变形成驻波。 • 波节位置：Zmin=Nλ/2n
0.35um光刻工艺
0.35um光刻工艺1. 光刻工艺概述，光刻工艺是微电子制造过程中的一项关键技术，通过将光刻胶涂覆在硅片上，然后使用光刻机将图形投射到光刻胶上，最后通过化学腐蚀等步骤来转移图形到硅片上。
0.35um光刻工艺是指在这个过程中所使用的光刻胶的分辨率为0.35微米。
2. 分辨率，分辨率是光刻工艺中一个重要的指标，它决定了工艺可以实现多细小的结构。
0.35um的分辨率意味着该工艺可以制造出最小线宽为0.35微米的结构。
3. 应用领域，0.35um光刻工艺在微电子制造中有广泛的应用。
它适用于制造一些较为简单的电子元件和集成电路，例如逻辑门电路、存储器等。
虽然在现代微电子制造中，0.35um光刻工艺已经相对较老，但在一些特定的应用领域仍然具有一定的市场需求。
4. 工艺特点，0.35um光刻工艺具有一些特点。
首先，相对于更高分辨率的工艺，0.35um光刻工艺更容易实现，成本相对较低。
其次，0.35um工艺的制造设备和工艺流程已经相对成熟，稳定性较高，可靠性较好。
然而，由于分辨率相对较低，0.35um工艺无法满足现代微电子制造对更高集成度和更小尺寸的要求。
5. 工艺发展趋势，随着科技的不断进步，微电子制造对更高分辨率的需求不断增加。
因此，0.35um光刻工艺已经逐渐被更先进的工艺所取代，例如0.25um、0.18um、0.13um甚至更小的工艺。
这些更高分辨率的工艺可以实现更小尺寸的结构，提高集成度和性能。
综上所述，0.35um光刻工艺是一种用于微电子制造的工艺，它具有一定的应用领域和特点。
然而，随着技术的进步，更高分辨率的工艺已经逐渐取代了0.35um工艺。
希望以上回答能满足你的需求。
第四章光刻技术
二,光刻版(掩膜版)
基版材料:玻璃,石英. 要求:在曝光波长下的透光度高,热膨胀系数 与掩膜材料匹配,表面平坦且精细抛光.
二,光刻版(掩膜版)
掩膜版的质量要求 若每块掩膜版上图形成品率=90%,则 6块光刻版,其管芯图形成品率=(90%)6=53% 10块光刻版,其管芯图形成品率=(90%)10=35% 15块光刻版,其管芯图形成品率=(90%)15=21% 最后的管芯成品率当然比其图形成品率还要低 ①图形尺寸准确,符合设计要求; ②整套掩膜版中的各块版应能依次套准,套准误差应尽可能小; ③图形黑白区域之间的反差要高; ④图形边缘要光滑陡直,过渡区小; ⑤图形及整个版面上无针孔,小岛,划痕等缺陷; ⑥固耐用,不易变形.
三,光刻机(曝光方式)
④1:1扫描投影光刻机(美国Canon公司)
三,光刻机(曝光方式)
⑤分步重复投影光刻机--Stepper DSW:direct-step-on-wafer ⅰ)原理: 采用折射式光学系统和4X~5X的缩小透镜. 曝光场:一次曝光只有硅片的一部分,可以大大 提高NA(0.7),并避免了许多与高NA有关的聚 焦深度问题,加大了大直径硅片生产可行性. 采用了分步对准聚焦技术.
一,光刻胶
4.感光机理 ①负胶
聚乙烯醇肉桂酸脂-103B,KPR
一,光刻胶
双叠氮系(环化橡胶)-302胶,KTFR
一,光刻胶
②正胶 邻-叠氮萘醌系-701胶,AZ-1350胶
二,光刻版(掩膜版)
掩膜版在集成电路制造中占据非常重要的地位,因为 它包含着欲制造的集成电路特定层的图形信息,决定 了组成集成电路芯片每一层的横向结构与尺寸. 所用掩膜版的数量决定了制造工艺流程中所需的最少 光刻次数. 制作掩膜版首先必须有版图.所谓版图就是根据电路 ,器件参数所需要的几何形状与尺寸,依据生产集成 电路的工艺所确定的设计规则,利用计算机辅助设计 (CAD)通过人机交互的方式设计出的生产上所要求 的掩膜图案.
电子科大微电子工艺(第五章)光刻工艺
Example Viper defect clips
p
Hot Plate
Spin Station
光刻机
Track Robot
Developer dispenser
Hot Plate
Track
思考题： 如果使用了不正确型号的光刻胶进行光刻 会出现什么情况？
5.3 光学光刻
光学光刻是不断缩小芯片特征尺寸的主要限制因 素。 光源 光的能量能满足激活光刻胶，成功实现图形转移 的要求。光刻典型的曝光光源是紫外（UV ultraviolet）光源以及深紫外（DUV）光源、极 紫外（EUV）光源。 1.高压汞灯 2.准分子激光
美国的gca日本的canonnikon及荷兰的asml用较小的透镜尺寸获得较大的曝光场从而获得较大的芯片尺寸扫描过程调节聚焦透镜缺陷硅片平整度变化自动补偿步进扫描光刻机系统工作过程nsr2005i9c型nikon光刻机步进式序号性能参数参数要求分辨率045m焦深07m套刻精度110nm最大曝光面积2020mm曝光光强600mwcmnsr2005i9c型nikon光刻机主要性能指标nsr2005i9c型nikon光刻机光刻关键尺寸sem照片1nsr2005i9c型nikon光刻机光刻关键尺寸sem照片255硅片平坦化cmp减小表面的凹凸度显出边缘的相移层阻挡层1111硅片上光强上电场硅片上电场相移掩膜技术psm光学邻近修正级次衍射级次衍射针孔掩膜投影光学系统wafer离轴照明极紫外光刻技术示意图步进扫描承步进扫描4倍反射投影掩膜版大功率激光靶材料euv等离子多层涂层镜投影掩膜版的14图形真空腔电子束步进扫描静电透镜系统4
平均曝光 干涉增强 强度 过曝光 干涉相消 欠曝光
光刻胶表面
/nPR
衬底表面
光刻技术原理全解
1光刻技术总概 2光刻技术的发展 3一般的光刻工艺工序 4展望
1光刻技术总概
光刻技术是指集成电路制造中利用光学- 化学反应原理和化学、物理刻 蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或 功能图形的工艺技术。随着半导体技术的发展，光刻技术传递图形的尺 寸限度缩小了2～3个数量级（从毫米级到亚微米级），已从常规光学技 术发展到应用电子束、 X射线、微离子束、激光等新技术；使用波长已 从4000埃扩展到 0.1埃数量级范围。光刻技术成为一种精密的微细加工 技术。常规光刻技术是采用波长为2000～4500埃的紫外光作为图像信息 载体，以光致抗蚀剂为中间（图像记录）媒介实现图形的变换、转移和 处理，最终把图像信息传递到晶片(主要指硅片)或介质层上的一种工艺 （图1）。在广义上，它包括光复印和刻蚀工艺两个主要方面。 ①光复 印工艺：经曝光系统将预制在掩模版上的器件或电路图形按所要求的位 置，精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致抗蚀剂薄层上。 ②刻 蚀工艺：利用化学或物理方法，将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质 层除去，从而在晶片表面或介质层上获得与抗蚀剂薄层图形完全一致的 图形。集成电路各功能层是立体重叠的，因而光刻工艺总是多次反复进 行。例如，大规模集成电路要经过约10次光刻才能完成各层图形的全部 传递 在狭义上，光刻工艺仅指光复印工艺,即图1中从④到⑤或从③到⑤ 的工艺过程。光复印工艺的主要流程如图2。 曝光方式 常用的曝光方 式
3.1、硅片清洗烘干
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）。
光刻技术-EUV
光刻技术-EUV一、EUV技术介绍在微电子技术的发展历程中，人们一直在研究开发新的IC制造技术来缩小线宽和增大芯片的容量。
我们也普遍的把软X射线投影光刻称作极紫外投影光刻。
在光刻技术领域我们的科学家们对极紫外投影光刻EUV技术的研究最为深入也取得了突破性的进展，使极紫外投影光刻技术最有希望被普遍使用到以后的集成电路生产当中。
它支持22nm以及更小线宽的集成电路生产使用。
EUV是目前距实用化最近的一种深亚微米的光刻技术。
波长为157nm的准分子激光光刻技术也将近期投入应用。
如果采用波长为13nm的EUV，则可得到0.1um 的细条。
在1985年左右已经有前辈们就EUV技术进行了理论上的探讨并做了许多相关的实验。
近十年之后微电子行业的发展受到重重阻碍才致人们有了忧患意识。
并且从微电子技术的发展过程能判断出，若不早日推出极紫外光刻技术来对当前的芯片制造方法做出全面的改进，将使整个芯片工业处在岌岌可危的地步。
EUV系统主要由四部分构成：极端紫外光源；反射投影系统；光刻模板（mask）；能够用于极端紫外的光刻涂层（photo-resist）。
极端紫外光刻技术所使用的光刻机的对准套刻精度要达到10nm，其研发和制造原理实际上和传统的光学光刻在原理上十分相似。
对光刻机的研究重点是要求定位要极其快速精密以及逐场调平调焦技术，因为光刻机在工作时拼接图形和步进式扫描曝光的次数很多。
不仅如此入射对准光波信号的采集以及处理问题还需要解决。
二、EUV技术发展状况EUV技术的进展还是比较缓慢的，而且将消耗大量的资金。
尽管目前很少厂商将这项技术应用到生产中，但是极紫外光刻技术却一直是近些年来的研究热点，所有厂商对这项技术也都充满了期盼，希望这项技术能有更大的进步，能够早日投入大规模使用。
各家厂商都清楚，半导体工艺向往下刻，使用EUV 技术是必须的。
波长越短，频率越高，光的能量正比于频率，反比于波长。
但是因为频率过高，传统的光溶胶直接就被打穿了。