第七章光刻工艺A
光刻工艺概述范文
光刻工艺概述范文光刻工艺是一种在微电子制造过程中使用的重要技术，它被用来制造集成电路、平板显示器、光学元件和微纳米结构等微系统设备。
光刻工艺可以实现高精度的图案转移，从而实现微电子器件的制造。
首先，光刻工艺的基础是光刻胶的使用。
光刻胶是一种特殊的液体材料，它可以在光照下发生化学反应，从而形成具有特定形状的图案。
光刻胶通常是由光敏剂、聚合物和溶剂组成的复合物。
在光刻过程中，光敏剂在光照下会发生光化学反应，而聚合物则起到保护胶膜的作用。
其次，光刻胶需要通过光刻机进行曝光。
光刻机是一种特殊的设备，它可以通过光源发射出特定波长的光，然后将光照射到光刻胶上。
光刻机通常采用紫外光或深紫外光作为光源，因为这些波长的光可以提供较高的分辨率和光刻胶的敏感性。
光照后，光刻胶中被光化学反应改变的区域会变得溶解性不同于未被照射的区域。
然后，曝光后的光刻胶需要进行显影。
显影是将光刻胶中未被光照的部分溶解掉，以显示出所需的图案。
显影过程常用的显影液是酸性的溶液，因为光刻胶通常是碱性的，酸性的显影液可以中和光刻胶中的碱性物质，从而加快显影的速度。
经过显影后，光刻胶上就会留下所需的图案。
最后，经过显影之后，就需要对光刻胶进行固化和清洗。
固化是通过加热或紫外光照射等方法使光刻胶变得硬化，以增加其耐用性和稳定性。
清洗是将显影后的光刻胶从器件表面去除。
清洗过程通常使用有机溶剂或酸碱溶液进行，以去除光刻胶的残留物。
除了上述基本步骤外，光刻工艺还有其他一些补充工艺，例如涂胶剥离、反蚀刻和多层光刻等。
涂胶剥离技术是在制造过程中用于去除曝光后的光刻胶的方法，可以使工艺更加容易进行。
反蚀刻是一种利用光化学反应来蚀刻材料的方法，可以形成多层结构。
多层光刻则是在多个层次上进行光刻，可以实现更加复杂的图案。
这些补充工艺可以根据不同需求进行选择和组合。
总的来说，光刻工艺是微电子制造中的一种重要技术，它通过使用光刻胶、光刻机和显影液等工具和材料，可以实现高精度的图案转移。
第七章光刻工艺A
2)光刻机 根据曝光方式的不同，光刻机可以分为接触式、接近式和 投影式三种。
（一）接触式光刻机
■ 优点：结构简单、成本低，光的衍射效应最小而分辨率高，
特征尺寸小。
■ 主要缺点：
容易造成掩膜版和光刻胶的 损伤。每一次接触都有可能 在掩膜版和光刻胶上造成缺 陷。
（二）接近式光刻机
■ 优点：掩膜版悬浮在硅片表面的氮气气垫上，
通过改变进入的氮气流量控制间隙.
■ 缺点：由于掩膜版和光刻胶之间存在一定的距离，
经过掩膜版后的光会发生衍射，从而使光
刻的分辨率降低。
对于一个宽度为W的单孔掩膜，
它与硅片之间的距离为 g
■ 当: λ< g < W2/λ
系统处于菲涅耳衍射的近场范围。
分辨率: Wmin≈ (λg)1/2， 对于20 µ m间隙，436nm曝光， 最小特征尺寸约为3 µ m。 10 µ m, 365nm曝光, 2 µ m
6?制作掩膜版首先必须有版图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
第七章 光刻工艺
前面工艺的遗留问题
1、 氧化、扩散、离子注入、外延、CVD等一系列工艺都是 对整个硅园片进行处理，不涉及任何图形。 2、 在同一集成电路制造流程中,经历了一系列加工工艺后： a. 如何在一片硅片上定义、区分和制造出不同类型、
f. 坚固耐用，不易变形。
掩膜版上形成图形后，图形可 通过与数据库对比检查进行
确认。任何不希望有的铬可
用激光烧化剥离。铬层的针孔 可用额外的淀积来修理。
三、光刻机
1、光刻技术的主体： 光刻机（曝光机 + 对准机）
光刻工艺步骤介绍课件PPT
圆片低速渐静止或静止
喷显影液
圆片轻转（依靠圆片表面张力显影液在圆片表面停留一段时间）
较高速旋转（甩去圆片表面的显影液）
喷水旋转
加速旋转（甩干）
停止旋转并取片
显影后烘（坚膜）
圆片送回片架显影工艺完成
显影方式
显影方式 静态浸渍显影 圆片静止显影液喷在圆片表面，依靠圆片表面张
力使显影液停留在圆片上，圆片轻轻的转动，让显影液在圆片表 面充分浸润，一段时间后，高速旋转将显影液甩掉。如：SVG、 DNS、TEL设备。 旋转喷雾显影 圆片旋转由高压氮气将流经喷嘴的显影液打成微小 的液珠喷射在圆片表面，数秒钟显影液就能均匀地覆盖在整个圆 片表面。如：以前5寸SVG设备。 影响显影质量因素 显影时间 影响条宽控制精度 显影液的温度 影响显影的速率
曝光工艺流程 蚀工序就能将图形留在圆片上。
光刻工艺步骤实例-N-WELL的形成
高精度光刻图形与曝光光源有着直接的关系。
红其外中线 对 圆辐光片射刻加胶从热感片光起架主中要作取用出是波长为435. 预对位（找平边）
如：SVG、DNS、TEL设备。
圆片由机械手臂传输到载 片台（Stage）上
1光刻机自身的定位精度包括光学、机械、电子等系统的设计精度和热效应；
热板传导加热
基本原理：光刻工艺中最关键的工序它直接关系到光刻分辨率、留膜率、条宽控 制等。
2 硅片的加工精度和硅片在热加工氧化、扩散、注入、烘片等过程中的形变；
静态浸渍显影 圆片静止显影液喷在圆片表面，依靠圆片表面张力使显影液停留在圆片上，圆片轻轻的转动，让显影液在圆片表面充
分浸润，一段时间后，高速旋转将显影液甩掉。
基8n本m（原g理线：）光、刻3工65艺n流中m（最程i关线单键）的、上工24的序8n它批m直（号接DU关：V系远到紫光外刻线分）辨等率光、谱留线膜。率、条宽控 制等。
光刻工艺流程
光刻工艺流程Lithography Process摘要：光刻技术（lithography technology)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。
光刻是集成电路工艺中的关键性技术，其构想源自于印刷技术中的照相制版技术。
光刻技术的发展使得图形线宽不断缩小，集成度不断提高，从而使得器件不断缩小，性能也不断提利用高。
还有大面积的均匀曝光，提高了产量，质量，降低了成本。
我们所知的光刻工艺的流程为：涂胶→前烘→曝光→显影→坚膜→刻蚀→去胶。
Abstract:Lithography technology is the manufacture of integrated circuits using optical - chemical reaction principle and chemical, physical etching method, the circuit pattern is transferred to the single crystal surface or the dielectric layer to form an effective graphics window or function graphics technology.Lithography is the key technology in integrated circuit technology, the idea originated in printing technology in the photo lithographic process. Development of lithography technology makes graphics width shrinking, integration continues to improve, so that the devices continue to shrink, the performance is also rising.There are even a large area of exposure, improve the yield, quality and reduce costs. We know lithography process flow is: Photoresist Coating →Soft bake →exposure →development →hard bake →etching →Strip Photoresist.关键词：光刻，涂胶，前烘，曝光，显影，坚膜，刻蚀，去胶。
光刻工艺培训教程
光刻工艺培训教程光刻工艺是半导体制造中非常重要的一环，它通过光刻胶和光刻机等工具，将芯片设计图案显影到硅片上。
本文将为大家介绍一些光刻工艺的基本知识和培训教程，帮助大家更好地理解和掌握光刻工艺。
一、光刻胶光刻胶是光刻过程中最关键的材料之一，负责将芯片设计图案转移到硅片上。
常见的光刻胶有正胶和负胶两种。
正胶是根据光敏化剂的特性，在曝光后变性，形成湿润的胶层，通过显影后去除未曝光的部分，形成芯片的图案。
负胶则正好相反，曝光后未显影的部分形成了硬质胶，而显影后的部分被去除，形成芯片图案。
二、光刻机光刻机是将芯片设计图案显影到硅片上的关键设备。
光刻机工艺中的几个重要的工作步骤包括：底部对位，涂覆光刻胶，预烘烤，曝光，显影，清洗等。
其中，曝光是最核心的一步，通过光照的方式将芯片图案显影到硅片上。
三、光刻工艺步骤1.底片准备：底片要经过化学清洗，去除表面杂质，并在光刻胶附着的表面形成胶层的底板。
2.光刻胶涂覆：将准备好的光刻胶均匀涂覆在底片上，通常采用自旋涂覆的方式。
3.烘烤：将涂覆好光刻胶的底片放入烘烤炉中，通过高温烘烤，除去溶剂使胶层在底片上形成均匀的薄膜。
4.曝光：将底片放入光刻机中进行曝光，将芯片设计图案转移到胶层上。
曝光需要准确控制光源的强度和时间。
5.显影：使用合适的显影剂将未曝光部分的光刻胶去除，显现出想要芯片图案。
6.清洗：使用溶剂清洗去除显影后剩余的胶层和其他杂质。
7.检测：对显影后的芯片进行质量检测，确保芯片图案的质量和精确性。
四、光刻现场操作光刻工艺的实际操作需要在无尘室中进行，保证整个过程的工艺纯净性。
操作人员需要穿着特定的防静电服，并且使用无尘环境下的特殊工具和设备。
操作时需要严格按照工艺流程进行，并且进行各个步骤的记录和检查，确保工艺的可控性和稳定性。
五、光刻工艺注意事项1.要严格在无尘室环境下操作，避免因为杂质的干扰对芯片的影响。
2.每一步操作都需要精确控制，避免因为操作失误导致整个工艺的失败。
光刻工艺
二.光刻胶的类型与性质
光刻胶的品种很多，但主要分为两大类 光刻胶类型 ： 1.正性光刻胶 2.负性光刻胶 光刻胶的配制：树脂*感光剂*溶剂
正负胶的化学特性
• 正性胶：经紫外光照射后发生分解反应， 曝光区域可以溶解在碱性显影液中，而未 经曝光区域很难被显影液溶解，因此胶膜 被保留 • 负性胶：经紫外光照射后发生聚合反应， 曝光区域交联硬化，使得曝光的胶膜很难 溶于显影液，而未曝光区域被显影液显掉
样品片
• Si片，玻璃片等耐酸碱的可煮H2SO4或王水 • GaAs和已制备金属电极类的片子只能用有 机溶剂清洗，步骤如下。 四氯化碳 超声.40w2分钟 →三氯乙烯 超 声.40w2分钟 →丙酮→无水乙醇 去离子水冲洗干净，氮气吹干或烘干备用
五.光刻工艺流程
• 表面处理→匀胶→前烘→曝光→显影（加 镜检） →坚膜→腐蚀（ 加质检） →去胶
六.光刻常见问题讨论和质量检验
• 光刻处于半导体加工过程中的中心，通常 被认为是整个工艺制作中最关键的步骤。 光刻质量的好坏会影响器体的性能、成品 率和可靠性。
影响光刻质量的主要因素
• • • • • 分辨率 针孔 小岛 浮胶 毛刺和钻蚀
光刻质量检验
• • • • • 光刻质量检验，也可以说是对光刻工艺的要求 匀胶胶膜要均匀，膜厚符合要求 版上图形与片子的边要平行，套刻须准确 显影应彻底，显微镜中观察线条陡直，不皱胶 刻蚀图形完整，边缘清晰，尺寸准确不钻蚀不变 形 片子表面无被腐蚀残留物存在，不发花，洁净整 齐。
质量检查
• 板面平滑无划痕无破损 • 图形线条陡直无毛刺，无针孔 • 整套版中各块版之间能一一套准
四.清洗
清洗种类： • 玻璃器皿及耐酸物品 • 镊子 • 光刻掩膜版 • 样品片
光刻工艺知识点总结
光刻工艺知识点总结光刻工艺是半导体制造工艺中的重要环节，通过光刻技术可以实现微米级甚至纳米级的精密图案转移至半导体芯片上，是芯片制造中最关键的工艺之一。
光刻工艺的基本原理是利用光学原理将图案投射到光刻胶上，然后通过化学蚀刻将图案转移到芯片表面。
下面将对光刻工艺的知识点进行详细总结。
一、光刻工艺的基本原理1. 光刻胶光刻胶是光刻工艺的核心材料，主要由树脂和溶剂组成。
树脂的种类和分子结构直接影响着光刻胶的分辨率和对光的敏感度，而溶剂的选择和比例则会影响着光刻胶的黏度、流动性和干燥速度。
光刻胶的选择要根据不同的工艺要求，如分辨率、坚固度、湿膜厚度等。
2. 掩模掩模是用来投射光刻图案的模板，通常是通过电子束刻蚀或光刻工艺制备的。
掩模上有所需的图形样式，光在通过掩模时会形成所需的图案。
3. 曝光曝光是将掩模上的图案投射到光刻胶表面的过程。
曝光机通过紫外线光源产生紫外线，通过透镜将掩模上的图案投射到光刻胶表面，形成图案的暗部和亮部。
4. 显影显影是通过化学溶液将光刻胶上的图案显现出来的过程。
曝光后，光刻胶在图案暗部和亮部会有不同的化学反应，显影溶液可以去除未暴露的光刻胶，留下所需的图案。
5. 蚀刻蚀刻是将图案转移到硅片上的过程，通过化学腐蚀的方式去除光刻胶未遮盖的部分，使得图案转移到硅片表面。
二、光刻工艺中的关键技术1. 分辨率分辨率是指光刻工艺能够实现的最小图案尺寸，通常用实际图案中两个相邻细线或空隙的宽度之和来表示。
分辨率受到光刻机、光刻胶和曝光技术等多个因素的影响，是衡量光刻工艺性能的重要指标。
2. 等效焦距等效焦距是光刻机的重要参数，指的是曝光光学系统的有效焦距，影响光刻图案在光刻胶表面的清晰度和分辨率。
3. 曝光剂量曝光剂量是指单位面积上接收的光能量，通常用mJ/cm^2或μC/cm^2来表示。
曝光剂量的选择对分辨率和光刻胶的副反应有重要影响。
4. 曝光对位精度曝光对位精度是指光刻胶上已存在的图案和新的曝光对位的精度，是保证多层曝光图案对位一致的重要因素。
《光刻工艺A》课件
4 接触问题和剥离问题
解释显影不良的可能原因，并给出解决该 问题的建议和方法。
讨论在光刻过程中可能发生的接触和剥离 问题，并提供解决方案。
光领域的最新技术 创新和发展趋势。
可持续发展
探讨光刻工艺在可持续发展方 面的前景和应用。
自动化和智能化
讨论光刻工艺自动化和智能化 的发展，提升生产效率和质量。
详细介绍光罩的制备过程，包括设计、 制造和检验。
曝光和显影
说明曝光机的原理和显影剂的使用， 在光罩模板上形成图案。
常见光刻工艺问题和解决方案
1 反射和折射问题
2 曝光不均匀问题
探讨光刻过程中可能遇到的反射和折射问 题，并提供相应的解决方案。
介绍曝光不均匀的原因和影响，提供解决 此问题的有效策略。
3 显影不良问题
《光刻工艺A》PPT课件
欢迎来到《光刻工艺A》PPT课件！在本课程中，我们将介绍光刻工艺的概念、 基本原理和步骤，解决常见问题，并讨论光刻工艺的发展趋势。
引言和目的
在本节中，我们将讨论光刻工艺的引言和目的。了解光刻工艺的背景和目标，为后续内容打下基础。
光刻工艺概述
什么是光刻工艺
介绍光刻工艺的定义，涵 盖其在制造过程中的重要 作用。
光刻工艺的应用领域
探讨光刻工艺在半导体、 微电子和光学等领域中的 广泛应用。
光刻工艺的重要性
说明光刻工艺在现代科技 发展中的关键地位和影响。
基本原理和步骤
1
涂覆和预烘烤
2
解释光刻胶的涂覆和预烘烤过程，确
保合适的薄膜厚度和均匀性。
3
清洗和后处理
4
讨论清洗步骤和后处理过程，确保成 品的质量和可靠性。
光罩制备
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a. 是IC设计பைடு நூலகம்IC制造之间的接口与桥梁。 b. 决定了组成集成电路芯片每一层的横向结构与尺寸。 c. 掩膜版的数量决定了工艺流程中所需的最少光刻次数。 (3) 掩膜版的版图。所谓版图就是根据电路器件的几何形状 与尺寸，依据集成电路工艺的设计规则，利用计算机辅 助设计（CAD）软件所设计出的掩膜图案。
(2) 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。
(3) 对掩膜版的质量要求 a. 图形尺寸准确，符合设计要求； b. 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； c. 图形黑白区域之间的反差要高； d. 图形边缘要光滑陡直，过渡区小； e. 图形及整个版面上无针孔、小岛、划痕等缺陷； f. 坚固耐用，不易变形。
b. 制版工艺： 可分光学制版和电子束制版。 光学制版主要用于3 µm以上图形的制造。
4、掩模版的基本结构
(1) 掩膜材料：主要是铬、氧化铬或氧化铁等金属或金属氧化 物薄膜。
a. 作用：有选择的遮挡照射到硅片表面光刻胶膜上的光。 厚度几十～几百纳米。
b.要求：与玻璃粘附力强，针孔小，易加工成图形，机械 强度与化学稳定性好,分辨率高。
(3) 产率:指每小时可加工的硅片数，是判断光刻系统性能的一 个重要的指标，直接决定了集成电路芯片的制造成本。
补充
影响工艺效果的一些参数
■ 对于指定的光刻机，分辨率、对准和套刻精度、产量
都不是一个固定值。
表7.2 某些光刻胶参数对工艺效果的影响
分 辨 率 对 准 片间的控制
批间的控制
产量
曝光系统 衬底 掩膜 光刻胶 显影机 润湿剂 工艺 操作员
2、版图设计规则主要解决两个问题：
(1) 同一层几何图形之间的关系； (2) 不同层之间的相互关系。
说明
■ 对于每一层版图，版图设计规则规定：允许的最小特征尺 寸、最小间隔、该层图形与其它层图形的最小覆盖，与它 下面层图形的最小间隔等。
层次索引
接触孔（#14） 第一层金属（#15） 有源区（#3） 栅（#10）
波长越短，可曝光的特征尺寸越小。λ/2 b. 曝光要求有一定的能量，且必须均匀的加在硅片上。为了
保持合适的曝光时间，曝光波长下的光源必须足够亮。 c. 常见的曝光光源 I) 汞灯光源在可见光和近紫外波长是有效的辐照源 II) 曝光光源从最初的紫外光波段的多波长汞灯光源，发展到
第七章 光刻工艺
前面工艺的遗留问题
1、 氧化、扩散、离子注入、外延、CVD等一系列工艺都是 对整个硅园片进行处理，不涉及任何图形。
2、 在同一集成电路制造流程中,经历了一系列加工工艺后： a. 如何在一片硅片上定义、区分和制造出不同类型、 不同结构和尺寸的元件? b. 如何把这些数以亿计的元件集成在一起获得我们 所要求的电路功能? c. 如何在同一硅片上制造出具有不同功能的集成电路。
XX
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X
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XX
XX
X
XX
XX表示强烈影响，－表示微小影响，操作员针对手动光刻机。
3、光刻机的主要组成：
曝光光源、光学系统和支撑定位平台 1）曝光光源 a. 曝光光源的波长是光刻工艺的关键参数，其它条件相同，
(2) 数据转换成图形发生器的专用文件（CIF文件、PG
文件等） (3) 驱动和控制图形发生器，以一定的间距和布局，将
掩膜图形印制于掩膜材料上，进而制备出批量生产
用的掩膜版。
说明
a. 根据使用的光刻机，掩膜可以与最后完成的芯片上的图形 有同样的尺寸或是该尺寸的整数倍，后者在曝光时掩膜上 的图形被缩小。通常缩小倍数为 4 和 5。
2、光刻机的三个主要性能指标:
(1) 分辨率：是可以曝光出来的最小特征尺寸。通常指能分辩的 并能保持一定尺寸容差的最小特征尺寸。极限分辨率为λ/2。
(2) 对准和套刻精度:是描述光刻机加工图形重复性能的一个指 标，是层间套刻精度的度量，主要取决于掩模版和硅片的支撑 平台图形对准和移动控制精度性能。 套刻精度约为分辨率的1/3。
3、 图形转移技术：光刻与刻蚀
光刻工艺
■ � 概述 ■ � 掩膜版 ■ � 光刻机 ■ 光刻胶 ■ � 典型的光刻工艺流程
参考资料： 《微电子制造科学原理与工程技术》第7、8章 （电子讲稿中出现的图号是该书中的图号）
一、概述
（光刻、工序及说明）
1、光刻： 是指通过曝光和选择性化学腐蚀等工序将掩膜版上的
7.1 7.2 7.3 7.4
等等
接触孔尺寸（固定） 最小接触孔间距 最小有源区对接触孔覆盖 最小接触孔与栅间距 最大接触孔与栅间距 对于标准器件性能文件
1.0m × 1.0m 1.2m 1.2m 0.8m 1.5m
一组典型的设计规则的例子
3、制版程序：
(1) 绘制版图
将电路设计数据转化为物理图形的装置
3、说明：
(1) 三要素：光刻胶、掩膜版和曝光系统（光刻机）。 (2) 目的：就是在二氧化硅、氮化硅、多晶硅和金属等薄膜
表面的光刻胶上形成与掩膜版完全对应的几何图形。这 样光刻胶就可以用作刻蚀下面薄膜时的掩蔽膜或用作离 子掺杂注入的掩蔽膜。
二、掩膜版 （概念、版图设计、制版程序、基本结构）
1、基本概念
掩膜版上形成图形后，图形可 通过与数据库对比检查进行 确认。任何不希望有的铬可 用激光烧化剥离。铬层的针孔 可用额外的淀积来修理。
三、光刻机
1、光刻技术的主体： 光刻机（曝光机 + 对准机）
它是将掩膜版上的图形与前次工序中已刻在硅片上的图形对准后， 再对硅片表面的光刻胶进行曝光实现图形复制的设备。
集成电路图形印制到硅片上的精密表面加工技术。
光源
光阑 快门 掩膜 光刻胶 硅片 一个简单的光刻曝光系统示意图
像纸上的感光材料 光刻胶 胶卷（底片） 掩膜版 曝光系统（印像机） 光刻机 暗室（小红灯） 光刻间（黄灯） 显影液 定影液
2、工序：
(1) 利用旋转涂敷法在硅片表面上制备一层光刻胶; (2) 将一束光通过掩膜版对光刻胶进行选择性曝光; (3) 对光刻胶显影从而将掩膜版上的图形转移到硅片上。