图形转移原理
6第六章+图形转移
直写式电子束光刻
直写式电子束光刻（EBL ）系统多用 来制造掩模版。也可用来在晶圆片上 直写产生图形。 大部分直写系统使用小电子束斑， 相对晶圆片进行移动，一次仅对图形 曝光一个像素。 直写EBL 系统可分为光栅和矢量扫描 两类。
典型光学光刻工艺
涂胶前烘对准与曝光曝光后烘烤显影坚膜显影检查
前烘，softbake
目的：蒸发光刻胶中的溶剂
溶剂能使涂覆的光刻胶更薄， 但吸收热量且影响光刻胶的 黏附性 过多的烘烤使光刻胶聚合， 感光灵敏度变差 烘烤不够影响黏附性和曝光
对准
对准方法： 预对准，通过硅片上的 notch或者flat进行激光自动对 准 通过对准标志，位于切割槽 上。另外层间对准，即套刻精 度，保证图形与硅片上已经存 在的图形之间的对准。
曝光
曝光中最重要的两个参数： 曝光能量（Energy） 焦距（Focus）
如果能量和焦距调整不好， 就不能得到要求的分辨率 和大小的图形。表现为图 形的关键尺寸超出要求的 范围
曝光后烘烤（post-exposure bake） 作用： 减少驻波效应 激发化学增强光刻胶的 PAG产生的酸与光刻胶上 的保护基团发生反应并移 除基团使之能溶解于显影
典型的汞灯线光谱
最常用的两种波长：436nm（g线）365nm（i线） 生产中，0.35um这一代技术的主宰是i线步进光刻机，0.35um以后的各代要 求有更短的波长和新光源一般是一种惰性气体和一种卤化合物）， 正常情况下它们处于非激发态时不会发生反应，不过当这些元素（比如 Kr和NF3）受激时，发生化学反应生成（比如说）KrF。当激发态分子返 回基态时发出深紫外的光子，同时分子分解。
图形转移技术
光学光刻的进展示意图
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非光刻图形技术
（1）纳米压印技术和软刻印技术 代替物理的光和电子源，利用一块橡胶聚合物作为工具，采用日常所见 的印刷、模锻、模铸和压印等力学过程来制造纳米结构，称之为软刻印技术（ Soft Lighography）和纳米压印技术(Nano-Imprint Lithography，NIL) 。 （2）扫描探针技术 彻底抱起自上而下的手段，采用自底而上的人工组装方法，也就是从 移动原子或者分子的开始组装并构建纳米功能结构，最成功的是STM微分 析技术发展而来的扫描探针技术。
人工组装技术
扫描探针技术
自组装技术
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扫描探针技术
扫描探针显微镜不仅仅可以让科学家观察原子世界，它们也可以利用针尖和 表面原子、分子的相互作用力来操纵单个原子、单个分子或者用来制备表面纳米 结构，即谈针尖可以沿着表面移动纳米粒子并使其重新排列，说制作的纳米图形 特征线宽可以达到单个原子的宽度。 操作模式主要包括横向操作和纵向操作。
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摩尔定律：1965年 Gordon Moore提出了 芯片集成度每两年翻 一番(后来改为每18个 月翻一番)。自那时以 来，IC集成度的增长 一直遵循这一定律。 从光学光刻的发 展来看：分辨率(R)每 三年缩小0.7倍，曝光 波长(λ)每六年上一新 台阶，数值孔径(NA) 每年增加0.03，工艺 因子(K1)每年减少0.03 ，并相应提高了套刻 精度、像场尺寸、片 径和生产率。
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图形转移
第六章2本章内容1)光致抗蚀剂类型与机理2)干膜光致抗蚀剂图形转移工艺(干膜)3)液态光致抗蚀剂图形转移工艺(湿膜)4)电沉积光致抗蚀剂(ED 膜)5）激光直接成像技术3图形转移技术图形转移-----PCB制造中最关键的工序之一; 生产中的关键控制点，也是技术难点所在。
PCB图形转移方法有:1）丝网印刷（Screen Printing）图形转移技术;2）干膜（Dry Film）图形转移技术;3）液态光致抗蚀剂（Liquid Photoresist）图形转移技术;4）电沉积光致抗蚀剂（ED膜）制作技术;5）激光直接成像技术（Laser Drect Image）。
P1634图形转移：----在PCB制造过程中将底版上的电路图形转移到覆铜箔层压板上，形成一种抗蚀或抗电镀的掩膜图形的工艺过程。
抗蚀图形----用于“印制蚀刻工艺”，即用抗蚀材料在覆铜箔层压板上形成正相图形，未被抗蚀剂保护的铜箔，在随后的化学蚀刻工序中被去掉，蚀刻后去除抗蚀层，便得到所需的铜电路图形。
抗电镀图形----用于“图形电镀工艺”，即用抗蚀材料在覆铜层压板上形成负相图形，使所需要的表面裸铜图形，经过清洁、粗化等处理后，在其上电镀铜或电镀金属保护层(锡铅、锡镍、锡、金等)，然后去掉抗蚀层进行蚀刻，电镀的金属保护层在蚀刻工序中起抗蚀作用。
5印制蚀刻工艺流程：→贴干膜————下料→板面前处理→涂湿膜→烘干→曝光→显影→正相图形→蚀刻→去膜→→下工序图形电镀工艺过程：下料→钻孔→孔金属化→预镀铜→板面清洁→→贴干膜————→涂湿膜→烘干→曝光→显影→负相图形→图形镀铜→图形电镀金属抗蚀层→去膜→蚀刻→下工序67图形转移方法网印图形转移光化学图形转移----成本低只能制造大于或等于0.25mm 的印制导线－－能制造分辨率高的清晰图形下料→钻孔→孔金属化→全板电镀铜→板面清洁处理→贴掩孔干膜→曝光→显影→掩孔正相图形→蚀刻→去膜→下工序掩孔蚀刻工艺流程：81)光致抗蚀剂：用光化学方法获得的、能抵抗住某种蚀刻液或电镀溶液浸蚀的感光材料。
二维三维图形的变换原理和算法
Y
Y
错切变换
– 沿 y 向错切变换结果：
x* = x y* = y + a2x
图6-7
– 从以上结果可以看到：
• 当a2 > 0时,沿 y 轴正向
错切。
X
(b)
•
当沿a2x方< 0向时错，切沿
y
轴负向
比例变换
比例变换
– 对 p 点相对 于坐标原点 沿 x 方向放 缩 a1 倍，沿 y 方向放缩 b2 倍。其中 a1 和 b2 称为 缩放因子。
Y
P'(4,3) P(2,1)
X
图6-2 a1比= 2例，b变2 =换3 (Sx=2,Sy=3
比例变换
比例变换
– 因此，比例变换是让点的 x , y 坐标各乘以一 个比例因子，其变换公式为：
既然图形的几何变换仅和点的位置变化有关， 所以，我们首先要讨论一个点在空间的位置及 其变化。
– 在二维空间中，可用一对坐标值（x，y）来表示平面 上的一点，或者说可以用一个向量［x y］来标定一 个点的位置。
– 在三维空间中则用（x，y，z）表示空间一点，也可 以用向量［x y z］来标定一个点的位置。
图形变换的基本原理
从图形上来看，两种表示方法是没有实质性差别 的。但却为后面矩阵运算的实现提供了可行性和 方便。
Z Z=1
Y X
图形变换的基本原理
这种用三维的向量来表示一个二维向量， 进一步推广来说，用一个 n+1维的向量来 表示 n 维向量的方法，叫做齐次坐标表示 法。（注意，增加的一维是常数 １）
图形变换的基本原理 二维图形的变换 三维图形的变换 三维投影变换 任意视点透视变换
二维图形的变换
第5章-图形转移演示课件-精选.ppt
对—重氮醌类化合物一般制成磺酰胺或磺酸脂的形式与树 脂混合制成光敏树脂，是一种“负性”光敏抗蚀剂。
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图形转移
3．叠氮类光敏抗蚀剂
叠氮基由三个氮原子组成，它受光分解放出氮气，同时生 成非常富有反应活性的氮烯自由基：
hr
R
ห้องสมุดไป่ตู้
N3
R
N
0
N
2
其中为烷基、苯基、酰基和苯磺酰基等。活性很强的氮烯 化合物能继续进行各种反应。
叠氮化合物是一种“负性”光敏抗蚀剂。
精品
图形转移
5.1.4光聚合型光敏抗蚀剂
各种烯类单体在紫外光的作用下，可以相互结合而生成 聚合物，能直接进行光聚合的活性单体具有以下结构：
H C
H
芳香族重氮盐的光分解反应是以自由基的形式进行的：
精品
图形转移
低分子重氮盐的稳定性差，在实际应用中是将重氮盐（如 重氮二苯胺）与甲醛或聚甲醛进行缩聚，制成重氮树脂。 它在光照作用下，发生分解反应，改变了它的亲水性：
由于这种树脂是低分子的聚合物，其分子量小，制成的膜 强度差，所以它主要用于制备PS版。
精品
图形转移
（３）重铬酸盐光敏抗蚀剂的暗反应
已配好的重铬酸盐光敏抗蚀胶，置于暗处存放一段时间后， 它的粘度逐渐增大，颜色也变得较深，制好的感光版固化 后，显影溶解也比较困难，这种现象称为暗反应。
另一致命的弱点是制版废水中的六价铬离子对环境的严重 污染问题，所以这种光敏抗蚀剂已逐渐被淘汰。但由于它 具有较高的分辨力（600行／毫米）和衍射能力，在激光 全息摄影技术中，又可发挥它的长处。因而又受到了重视。
图像风格迁移原理
图像风格迁移原理所谓图像风格迁移，是指利⽤算法学习著名画作的风格，然后再把这种风格应⽤到另外⼀张图⽚上的技术。
著名的图像处理应⽤Prisma是利⽤风格迁移技术，普通⽤户的照⽚⾃动变换为具有艺术家风格的图⽚。
⼀、图像风格迁移的原理1、原始图像风格迁移的原理 在学习原始的图像风格迁移之前，可以在先看看ImageNet图像识别模型VGGNet（）。
事实上，可以这样理解VGGNet 的结构：前⾯的卷积层是从图像中提取“特征”，⽽后⾯的全连接层把图⽚的“特征”转换为类别概率。
其中，VGGNet中的浅层（如conv1_1，conv1_2），提取的特征往往是⽐较简单的（如检测点、线、亮度），VGGNet中的深层（如conv5_1，conv5_2），提取的特征往往⽐较复杂（如有⽆⼈脸或某种特定物体）。
VGGNet本意是输⼊图像，提取特征，并输出图像类别。
图像风格迁移正好与其相反，输⼊的是特征，输出对应这种特征的图⽚，如下图所⽰： 具体来说，风格迁移使⽤卷积层的中间特征还原出对应这种特征的原始图像。
如下图所⽰，先选取⼀幅原始图像，经过VGGNet计算后得到各个卷积层的特征。
接下来，根据这些卷积层的特征，还原出对应这种特征的原始图像。
下⾯的a、b、c、d、e分别为使⽤conv1_2、conv2_2、conv3_2、conv4_2、conv5_2的还原图像。
可以发现：浅层的还原效果往往⽐较好，卷积特征基本保留了所有原始图像中形状、位置、颜⾊、纹理等信息；深层对应的还原图像丢失了部分颜⾊和纹理信息，但⼤体保留原始图像中物体的形状和位置。
还原图像的⽅法是梯度下降法。
设原始图像为→p，期望还原的图像为→x（即⾃动⽣成的图像）。
使⽤的卷积是第l层，原始图像→p在第l层的卷积特征为P l ij。
i表⽰卷积的第i个通道，j表⽰卷积的第j个位置。
通常卷积的特征是三维的，三维坐标分别对应（⾼、宽、通道）。
此处不考虑具体的⾼和宽，只考虑位置j，相当于把卷积“压扁”了。
图形转移教材
度
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其中：聚乙烯保护膜是覆盖在感光胶层上的保护膜，防止灰尘等污物
粘污干膜 阻止干膜胶层粘附在下层PET上； 聚脂类透明覆片（PET）作用：
1、避免干膜阻剂层在未曝光前 遭刮伤； 2、在曝光时阻止氧气侵入光阻胶层，破坏游离基，引起感光
下降 培训教材
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Kai Ping Elec & Eltek
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5.3.2 贴膜
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贴膜时，先从干膜上剥下聚乙烯保护膜，然后在加热 加压条件下将干膜抗蚀剂粘膜在覆铜箔板上。
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贴膜示意图
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-聚乙烯膜收 卷辊筒
-装干膜 下辊筒
-聚乙烯膜收卷辊筒 -装干膜上辊筒
5.2 光阻胶层的主要成分及作用
光阻胶层的主要成分
作用
粘结剂(成膜树脂)
起抗蚀剂的骨架作用,不参加化学反
应 光聚合单体
在光引发剂的存在下,经紫外
光照射下
发生聚合反应,生成体型聚合
物,感光
部分不溶于显影液,而未曝光
部ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ可通
过显影除去
光引发剂
在紫外光照射下，光引发
剂吸收紫外
光能量产生游离基，游离基
进一步引
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切料
板面清洁处理
贴干膜 曝光 涂湿膜 曝光
显影、蚀 刻、退膜
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5
四、工艺原理
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光刻机的原理和应用
光刻机的原理和应用光刻技术是微电子和光学制造领域中一项至关重要的工艺技术，而光刻机作为光刻技术的核心设备，发挥着关键的作用。
本文将介绍光刻机的原理和应用，帮助读者了解该技术的基本概念和运作方式。
一、光刻机的原理光刻机是一种利用光学成像原理进行微细图形转移的设备。
其主要原理可以归结为以下几个方面：1. 掩模与底片制备：在光刻制程中，首先需要准备一个光学遮罩或掩模，它上面有一个类似于图案模板的图形构造。
然后，将掩模与底片进行对位、对准操作。
2. 光敏剂涂覆：底片表面覆盖一层特殊的光敏剂材料，其成分可根据需要进行调整。
光敏剂的主要作用是接受来自光源的光能，将以光能为媒介进行物理或化学变化。
3. 曝光过程：在光刻机中，光源会经过掩模中的孔洞形成一个形象，即复制了这些孔洞形状的图案。
形象在通过透镜的作用下，被缩小并照射在底片上。
4. 显影：光敏剂接受到曝光后的光能，会在显影过程中发生化学或物理反应，使光敏剂部分区域发生变化。
接着，显影剂将未暴光的光敏剂溶解，同时将暴光后的区域保留下来。
5. 清洗和检验：最后，需要对底片进行清洗和检验。
清洗过程是为了去除未暴光的、没有变化的光敏剂；而检验则是为了验证光刻图案是否达到预期的要求。
二、光刻机的应用光刻机在微电子制造领域有着广泛的应用，下面我们将介绍三个主要的应用领域。
1. 芯片制造：在芯片制造过程中，光刻技术扮演着重要的角色。
通过光刻机将图形准确地转移到硅片表面，制作出精细而复杂的电路结构。
光刻技术对于芯片性能及功能的提高具有关键意义。
随着科技的不断进步和需求的不断扩大，芯片制造的精度要求也在不断提高，光刻机的应用范围也日益广泛。
2. 平板显示器制造：光刻技术也广泛应用于液晶显示器（LCD）等平板显示器制造中。
在液晶显示器制造过程中，光刻机用于在透明电极和彩色滤光器之间形成微米级的光栅结构，以实现图像传输和显示。
通过光刻机的高精度光刻技术，可以生产出亮度高、对比度好、色彩准确的液晶面板。
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不同前处理的效果图
化学微蚀处理的表面 （微蚀量0.5um） 磨料磨刷处理的表面
前处理异常处理注意事项
项目 1 2 氧化 3 杂质 4 板边屑 5 板面磨料 板面、烘 干段，水 洗槽有磨 料 目视 通知主任 领班，检 查磨料分 离器是否 正常，高 压水洗冲 洗不足
检查项目 水膜试验
异常项目 30秒以下 烘干后仍 烘干 后 板边切割 有氧化现 板面有杂 不佳、板 象 质 边毛刺过 多 检查方法 目视 目视 目视 目视 处理对策 检查各药 液浓度是 否在范围 内，板面 是否有油 污污染 检查滚轮 检查水洗 清洁度及 或烘干是 吸水滚轮 否异常， 是否异常。 压辊有无 水洗是否 掉渣。 打开等 通知主任 领班，严 重的由下 料返工处 理
电子装联
成品线路板
底片绘制方法
图形转移主要光致抗蚀剂形式
1：干膜（Dry Film）图形转移工艺：
构造：聚酯膜（PET FILM)，聚乙烯膜（PE FILM） 及干的感光树脂膜组成的三明治结构。
2：液态光致抗蚀剂（Liquid Photoresist）图 形转移工艺：
液态光致抗蚀剂，有光分解型的正性膜和光聚合型 的负性膜，以负性膜使用较广泛。
处理对策 重新调整 检查前处 更换胶辊 检查前处 检查滚轮 滚轮间距 理，烘箱 或补硅胶 理传送压 清洁度及 或检查油 内部卫生 辊烘干段 吸水滚轮 墨粘度 卫生，割 是否异常。 膜刀片等 水洗是否 打开等
膜下脏物
曝光
UV光
干膜、湿膜
底片
UV光
曝光反应原理
h
ITX (sensitizer) ITX * + PI (photoinitiator)
图形转移原理
技术中心
图形转移
PCB制造工艺（Technology）中，无论是单、 双面板及多层板（MLB），最基本、最关键 的工序之一是图形转移，即将照相底版 （Art-work）图形转移到敷铜箔基材上。图 形转移是生产中的关键控制点，也是技术难 点所在。其工艺方法有很多，如丝网印刷 （Screen Printing）图形转移工艺、干膜 （Dry Film）图形转移工艺、液态光致抗蚀 剂（Liquid Photoresist）图形转移工艺、 电沉积光致抗蚀剂（ED膜）制作工艺以及激 光直接成像技术（Laser D布（压膜）
干膜贴膜：
湿膜滚涂：
贴膜、滚涂异常处理
项目 检查项目 膜厚 湿膜涂布 杂质 干膜贴膜 贴膜气泡 膜下脏物 氧化
异常项目 膜厚是否 涂布品质 贴膜后检 割膜碎膜 烘干后仍 在10±2um 异常或前 查板面有 或前处理 有氧化现 之间 处理板面 气泡 板面有杂 象 有杂质 质 检查方式 膜厚计测 目视 量 目视，首 目视 件 目视
2. Stouffer 21 Step Tablet 光级测定
它是放于板边与正常板一样曝光，停置及显 影后，其21格上之干膜残留有 顏色渐淡，至 完全露銅的变化，最重要视其已显影及仍留 存板面之交界是在第几格。
3.其他注意事项有什么？
曝光缺陷图
图形对位原理
夹板对位
自动对位
其他图形缺陷
END
谢谢！
3：电沉积光致抗蚀剂（ED膜）制作工艺：
将感光性物质做成胶体，再以电泳法析出在电路板 上。胶体特性可以为正性或负性，有较好的均匀覆盖 性，对不平整或弯曲的表面有良好的覆盖性，主要用 于细线路制程和通孔封孔制程。
图形转移流程
基 板
壓 膜 /涂布
壓膜/涂布後
曝 光
顯 影
蝕 銅
去 膜
前处理方法
机械方式处理： 磨板：酸洗－－－磨板－－－烘干 特点：用尼龙软刷和着氧化铝粉在板面磨刷形成粗化表面，会形 成方向性纹路，刷磨表面不均匀，对细线路制作不利。板面易 残留磨料和铜粉，板面清洁度较差。表面粗糙度较好。 喷砂：酸洗－－－喷砂－－－烘干 特点：用高压将磨料（氧化铝或炭化硅）高速喷向板面，形成粗 化表面，同磨板一样存在板面残留磨料和铜粉的问题。表面粗 度小而且密。但喷管更换频繁，成本较高。 化学方式处理：除油－－－微蚀－－－酸洗－－－烘干 特点：用化学微蚀的办法获得表面粗糙度，对不同板厚无需调整 磨痕，不存在磨板的卷板问题，处理后表面较干净。但表面粗 糙度较差。湿膜用该种方式进行前处理。
ITX * ITX + PI *
+ PI *
+ PI
Monomers & Oligomers
Polymers
曝光示意图
曝光聚合之干/湿膜
未聚合之干/湿膜
平行光与非平行光
曝光注意事项
1.能量的設定 曝光机中有光能量之累积计算器，光能量子 (以焦耳或 毫焦耳為單位)是指 光強度（瓦特或毫瓦特）與時間的乘積，即 mili - Joule = mili Watt ╳ Sec. 焦耳＝瓦特╳秒 曝光机上有可以调动的光能量数字键并有测強度之裝置， 当設定某一光 能量数字后即可做定能量之曝光.