光刻技术简介
光刻基础工艺培训

光刻技术的应用领域
集成电路制造
微电子器件制造
光刻技术是集成电路制造中最为关键的工 艺之一,通过光刻技术可以将电路和器件 的结构复制在硅片上。
光刻技术也广泛应用于微电子器件制造领 域,如LED、MEMS等器件的结构制造。
纳米科技
生物医学
光刻技术还可以应用于纳米科技领域,如 纳米线、纳米薄膜等结构的制造和表征。
1 2
极紫外线光刻技术(EUV)
利用波长更短的极紫外线光源,提高光刻分辨率 和降低制造成本。
纳米压印光刻技术
通过物理或化学方法将微结构转移到光刻胶上, 实现高分辨率、高效率的制造。
3
电子束光刻技术
利用电子束直接在光刻胶上刻画微结构,适用于 高精度、小批量生产。
光刻技术在微电子领域的应用前景
集成电路制造
前烘
前烘
使光刻胶中的溶剂挥发, 增强光刻胶与硅片之间的 黏附力。
前烘温度和时间
需根据光刻胶的特性和工 艺要求进行控制。
前烘效果
前烘效果不佳可能导致光 刻胶与硅片之间产生剥离 现象。
曝光
曝光
通过一定波长的光对光刻胶进行 照射,使光刻胶发生化学反应。
曝光方式
有接触式曝光和非接触式曝光两种 方式,其中非接触式曝光应用较为 广泛。
坚膜温度和时间
需根据光刻胶的特性和工艺要求进行控制。
坚膜效果
坚膜效果不佳可能导致光刻胶在后续工艺中发生 脱落或损坏。
腐蚀
腐蚀
通过化学腐蚀剂对硅片进行腐蚀,形成所需图案。
腐蚀剂选择
需根据实际需求选择合适的腐蚀剂。
腐蚀深度
腐蚀深度对图案的形成效果有很大影响,需进行精确控制。
去胶
去胶
01
光刻技术

光刻机总体结构
照明系统 掩模台系统 环境控制系统 掩模传输系统 投影物镜系 统
自动对准系 统
调平调焦测 量系统 框架减振系 统
硅片传输系 统
工件台系统
整机控制系统
整机软件系统
图为CPU内部SEM图像
图为硅芯片集成电路放大图像
图为在硅片上进行的光刻图样
图为Intel 45nm高K金属栅晶体 管结构
SU-8交联示意图
正胶与负胶性能对比
正胶 缺点 (DQN) 特征 优点 优点 分辨率高、对比度好 粘附性差、抗刻蚀能力差、高成本 近紫外,365、405、435nm的波长曝 光可采用 良好的粘附能力、抗蚀能力、感光能 力以及较好的热稳定性。可得到垂直 侧壁外形和高深宽比的厚膜图形 显影时发生溶胀现象,分辨率差 对电子束、近紫外线及350-400nm紫 外线敏感
投影式印刷:在投影式印刷中,
用镜头和反光镜使得像聚焦到硅平 面上,其硅片和掩模版分得很开。
三种方法的比较
接触曝光:光的衍射效应较小,因而分辨率高;但易损
坏掩模图形,同时由于尘埃和基片表面不平等,常常存 在不同程度的曝光缝隙而影响成品率。
接近式曝光:延长了掩模版的使用寿命,但光的衍射效
应更为严重,因而分辨率只能达到2—4um 左右。
坚膜也是一个热处
理步骤。 除去显影时胶膜 吸收的显影液和水分, 改善粘附性,增强胶 膜抗腐蚀能力。 时间和温度要适 当。 时间短,抗蚀性 差,容易掉胶;时间 过长,容易开裂。
刻蚀就是将涂胶前所
沉积的薄膜中没有被 光刻胶覆盖和保护的 那部分去除掉,达到 将光刻胶上的图形转 移到其下层材料上的 目的。
等离子体去胶,氧气在强电场作用下电离产生的活性氧, 使光刻胶氧化而成为可挥发的CO2、H2O 及其他气体而被 带走。
(10)光刻技术剖析

•影响光刻的主要因素为掩膜版、光刻胶和光刻机。
•掩膜版由透光的衬底材料(石英玻璃)和不透光金属吸收玻璃
(主要是金属铬)组成。通常还有一层保护膜。
•光刻胶又称为光致抗蚀剂,是由光敏化合物、基体树脂和有机溶
剂等混合而成的胶状液体。光刻胶受到特定波长光线的作用时化
学结构发生变化,使光刻胶在特定溶液中的溶解特性改变。正胶
X射线光刻胶:
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10.3 光学分辨率增强技术
光学分辨率增强技术包括: 移相掩模技术(phase shift mask )、 离轴照明技术(off-axis illumination)、 光学邻近效应校正技术(optical proximity correction)、
光瞳滤波技术(pupil filtering technology)等。
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27
28
10.2 光刻胶(PR-光阻)
光刻时接受图像的介质称为光刻胶。 以光刻胶构成的图形作为掩膜对薄膜进行腐蚀,图形就
转移到晶片表面的薄膜上了,所以也将光刻胶称为光致 抗蚀剂。 光刻胶在特定波长的光线下曝光,其结构发生变化。 如果胶的曝光区在显影中除去,称为正胶;反之为负胶。
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45
通过移相层后光波与正常光波产生的相位差可用 下式表达:
Q 2d (n 1)
式中 d——移相器厚度; n——移相器介质的折射率; λ——光波波长。
46
附加材料造成 光学路迳差异, 达到反相
47
10.3.1 移相掩模技术
粗磨、精磨、厚度分类、粗抛、精抛、超声清洗、检验、平 坦度分类等工序后,制成待用的衬底玻璃。
2、铬膜的蒸发 铬版通常采用纯度99%以上的铬粉作为蒸发
源,把其装在加热用的钼舟内进行蒸发。蒸发前 应把真空度抽至10-3mmHg以上,被蒸发的玻璃 需加热。其它如预热等步骤与蒸铝工艺相似。
简述光刻技术

简述光刻技术光刻技术是一种半导体加工技术,它被广泛应用于集成电路制造、平板显示器制造、MEMS(微机电系统)制造以及其他微纳米器件的制造中。
通过光刻技术,可以将图案投影到半导体材料表面上,然后使用化学刻蚀等工艺将图案转移到半导体材料上,从而制作出微小而精密的结构。
光刻技术的发展对现代电子工业的发展起到了关键作用,其不断提升的分辨率和精度,为微电子领域的发展提供了强大的支持。
光刻技术的基本原理是利用光学投影系统将图案投射到半导体材料的表面上。
该图案通常由一个硅片上的光刻透镜形成,这个硅片被称为掩膜,通过掩膜和投影光源的组合来形成所需的图案。
投影光源照射到掩模上的图案,然后通过光学投影系统将图案投影到待加工的半导体材料表面上,形成微小的结构。
在现代的光刻技术中,使用的光源通常是紫外线光源,其波长为193nm或者更短的EUV(极紫外光)光源。
这样的光源具有较短的波长,可以实现更高的分辨率,从而可以制作出更小尺寸的微结构。
光刻机的光学镜头和控制系统也在不断地提升,以满足对分辨率和精度的需求。
光刻技术在半导体制造中的应用主要包括两个方面,一是用于制作集成电路中的各种微小结构,例如晶体管的栅极、金属线路、电容等;二是用于制作各种传感器、MEMS等微纳米器件。
在集成电路制造中,光刻技术通常是在硅片上进行的,硅片经过多道工艺,将图案逐渐转移到硅片上,并最终形成完整的芯片。
在平板显示器制造中,光刻技术则是用于制作液晶显示器的像素结构;而在MEMS器件的制造中,光刻技术则是用于制作微机械结构和微流体结构。
光刻技术的发展受到了许多因素的影响,包括光学技术、光源技术、掩膜制备技术、光刻胶技术等。
在光学技术方面,光学投影系统的分辨率和变像畸变都会直接影响到光刻的精度;在光源技术方面,光刻机所使用的光源的波长和功率都会对分辨率和加工速度有直接影响;掩膜制备技术则影响到了掩模的制备精度和稳定性;光刻胶技术则直接影响到了图案的传输和转移过程。
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.
芯片制造中的光刻技术

01
光刻技术的基本原理及其在芯片制造中的重要性
光刻技术的发展历程及现状
光刻技术的起源
• 20世纪50年代,光刻技术起源于 美国贝尔实验室 • 20世纪60年代,光刻技术应用于 集成电路制造 • 20世纪70年代,光刻技术实现大 规模集成电路制造
光刻技术的发展阶段
• 20世纪80年代,光刻技术采用g 线光源,分辨率达到0.5微米 • 20世纪90年代,光刻技术采用i线 光源,分辨率达到0.35微米 • 21世纪初,光刻技术采用ArF光 源,分辨率达到193纳米
光刻胶材料的发展方向
• 光刻胶材料将实现更高分辨率、更高灵敏度、更高抗蚀性等方面的突破 • 光刻胶材料将采用新型材料、新工艺等创新手段
04
光刻工艺过程中的关键技术
光刻工艺的基本流程及关键技术点
光刻工艺的基本流程
• 光刻工艺包括光刻胶涂覆、对准、曝 光、显影、刻蚀等步骤 • 光刻工艺需要实现工艺参数的优化和 协同
• 光刻胶材料将实现更高分辨率、更高敏感度、更低成本 • 光刻设备材料将实现更高精度、更高稳定性、更低损耗
光刻技术面临的挑战及应对策略
• 光刻技术将面临光源、材料、工艺等方面的挑战 • 光刻技术将采用创新技术、优化工艺、提高产线自动化等手段应对挑战
02
光刻设备及其工作原理
光刻设备的分类及特点
01
谢谢观看
THANK YOU FOR WATCHING
光刻设备的工作原理
• 光刻设备通过光源照射光刻胶,实现图 形的转移和复制 • 光刻设备通过曝光、显影、刻蚀等工艺 实现图形的转移和复制
光刻设备的工艺流程
• 光刻设备的工艺流程包括光刻胶涂覆、 对准、曝光、显影、刻蚀等步骤 • 光刻设备的工艺流程需要实现工艺参数 的优化和协同
LED芯片制造之光刻简介

02
光刻技术简介
光刻技术原理
01
光刻技术原理是将设计好的图案 通过光刻机投影到光敏材料上, 利用光的能量将图案转移到光敏 材料上,形成电路图样。
02
光刻技术利用光的干涉和衍射原 理,通过精确控制曝光时间和角 度,实现高精度、高分辨率的图 案转移。
光刻技术的应用领域
光刻技术广泛应用于集成电路、微电 子器件、平板显示等领域,是制造 LED芯片、集成电路、微电子器件等 的关键技术之一。
合小批量、高精度制造。
速度
电子束曝光技术的制造速度相对 较慢,而光刻技术具有较高的生
产效率。
光刻技术与离子束曝光技术的比较
分辨率
离子束曝光技术具有更 高的分辨率,因为它使 用离子束而非光学波束 进行曝光。
适用范围
离子束曝光技术适用于 制造高精度、高附加值 的微纳器件,而光刻技 术在LED芯片制造等领 域应用广泛。
05
02
表面处理技术
对外延片表面进行处理,可以提高表面质量, 减少缺陷和杂质,提高LED芯片的发光效率。
04
刻蚀与剥离技术
刻蚀和剥离技术是制造LED芯片的重 要环节,需要精确控制刻蚀深度和剥 离方向。
06
切割与研磨技术
将LED芯片从衬底上切割下来并进行研磨和抛 光处理,可以提高芯片表面的平整度和光洁度。
镀透明电极层
在LED外延片的表面上镀 一层透明导电膜,作为电 极的接触层。
LED芯片制造流程
刻蚀与剥离
镀膜与蒸镀
切割与研磨
将LED外延片进行刻蚀 和剥离,形成器件结构。
在LED芯片表面镀上金 属膜和介质膜,并进行 金属和透明电极的蒸镀。
将LED芯片从衬底上切 割下来,并进行研磨和
半导体光刻技术原理

半导体光刻技术原理
半导体光刻技术是一种制造集成电路(IC)的关键工艺,其原理
可以概括为以下几个步骤:
1. 光刻胶涂覆:首先,在半导体晶片表面涂覆一层光刻胶,光
刻胶是一种感光聚合物材料。
这一步的目的是将光刻胶涂覆在晶片上,形成一个平整的薄膜。
2. 接触或光刻机对齐:将掩膜(即芯片的图案)和晶片通过接
触方式或光刻机对齐,确保图案准确地投射到光刻胶层上。
3. 曝光:通过强光源,将光刻胶层中未被掩模遮挡的部分进行
曝光,使其变化。
在半导体中,光刻胶中有两种常见的类型:正型光
刻胶和负型光刻胶。
正型光刻胶在曝光后变得难以溶解,而负型光刻
胶在曝光后变得容易溶解。
4. 显影:将已曝光的光刻胶表面进行显影处理。
对正型光刻胶
来说,通过显影剂将未曝光区域的光刻胶去除,暴露出底部的晶片表面。
对负型光刻胶来说,未曝光的区域的光刻胶被保留下来。
5. 刻蚀或镀膜:通过化学刻蚀或物理镀膜等方式,将暴露的晶
片表面进行加工,例如在半导体中形成导线或沟槽等细微结构。
这一
步骤通常需要使用一系列化学和物理过程。
通过上述步骤的重复,可以逐步在晶片上形成多层结构,最终制
造出具有丰富功能的集成电路芯片。
这样的芯片可以完成各种计算和
存储任务,成为现代电子设备的核心。
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Photolithography is at the Center of the Wafer Fabrication Process
Thin Films
Polish
Patterned wafer
Diffusion
Photo
Etch
Test/Sort
Implant
*
4
What else is Photolithography?
The ability to print smaller and denser patterns by photolithography mainly depends on the optical characteristics by the optical system used in the process. Other factors such as photoresist are also critical.
2
Outline
¾ Introduction ¾ Basic photolithography concept ¾ Lithography process technology ¾ Litho metrology and Monitors ¾ Process flow through Litho ¾ Way to future?
3
Introduction
This session provides an overview of the Lithography (Litho) functional area. More detailed reference material is listed at the end of this presentation for those who wish to read further. Intent
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Basic Concept
Resolution depends on wavelength and NA of optical system used
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Driving Resolution by Wavelength
Resolution is determined by the amount of diffraction energy collected by the projection lens
Cramming more components onto integrated circuits, Gordon Moore, Electronics Magazine, Vol.38, No.8, Apr 19, 1965
5
Moore’s Law - 2008
Transistors Per Die
Shrink
Shrink
Shrink
Shrink
Shrink
Shrink
Shrink
Shrink
7
Outline
¾ Introduction ¾ Basic photolithography concept ¾ Lithography process technology ¾ Litho metrology and Monitors ¾ Process flow through Litho ¾ Way to future?
3-dimensional circuit patterning Most critical step in IC process
• •
Determines feature resolution Determines overlay accuracy
Bottleneck in the fab process The leading technology
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Importance of Resolution and Overlay Registration
VSS Vin VDD
Top view of Transistor
s
g
d
s
g
d
Vout p-channel transistor n-channel transistor
polysilicon gate
Resolution is represented by Half Pitch (HP)
R(HP) = k1 λ/NA
Line, Space, Pitch
l Pitch s
p s l
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Numerical Aperture or NA: Other component affecting resolution
Opaque
Reticle (mask) Photoresist Layer to be patterned Si process overview
Etch and Litho are the two functional areas involved in the patterning process
April 2008 Rev1
Outline
¾ Introduction ¾ Basic photolithography concept ¾ Lithography process technology ¾ Litho metrology and monitors ¾ Process flow through litho ¾ Way to the future?
Other Terms used to Describe Photolithography
masking photomasking photo lithography litho yellow room dark room
Lithography Illustrated
Lithography: The process of transferring a circuit pattern from a reticle to the wafer.
First, make smaller features on the reticle (mask). To some extends, the reticle features are so small that they will not be transferred onto the Si with reasonable fidelity. This is the limit of Resolution.
Quad Core Itanium™ 2 Processor: World’s first 2-billion transistor chip (2008)
Exponential ExponentialGrowth Growthin inTransistor TransistorDensity Density
Resolution – Use half pitch to represent smallest feature that can be printed. See next slide for more information. DOF 19
Depth of focus. The range in which the image is acceptable.
4
Moore’s Law – Guiding principle for the Semiconductor industry
Intel co-founder Gordon Moore is a visionary. In 1965, his prediction, popularly known as Moore's Law, states that the number of transistors on a chip will double about every two years.
• • • •
Understand the importance of lithography technology in semiconductor industry Understand major elements of litho process technology Introduce key terminology Comprehend the engineering and operational challenges faced by litho
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Photolithography -- Definitions
Photolithography is used to produce 3-D images using light sensitive photoresist and controlled exposure to light.
Microlithography is the technique used to print ultra-miniature patterns -- used primarily in the semiconductor industry.
1G 2G
1010 109 108 107 106 105 104 103 102 101 100
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
1K
512M Dual Core Itanium™ 2 Processor 256M 128M Itanium™ 2 Processor 64M Itanium™ Processor 16M Pentium® 4 Processor 4M Pentium® III Processor 1M Pentium® II Processor 256K Pentium® Processor 64K 486™ Processor 16K 386™ Processor 4K 80286 8080 8086 8008 1965 Data (Moore) 4004 Memory Microprocessor