光刻胶工序原理及其控制要点(Photolithography)
光刻机设备原理
光刻机设备原理
光刻机（Photolithography Equipment）是一种用于集成电路制造的关键设备，它在半导体工艺中用于将图案或模式投影到光敏剂涂覆的硅片（或其他基片）上。
以下是光刻机设备的基本原理：
1. 掩膜制作：首先，根据设计要求，制作一个光刻掩膜（Photomask），其中包含了所需的图案或模式。
掩膜通常由玻璃或石英材料制成，上面涂覆有光刻胶，形成所需的图案。
2. 光刻胶涂覆：将待加工的硅片（或其他基片）放入光刻机中，使用旋涂工艺将光刻胶均匀地涂覆在硅片表面上。
光刻胶是一种敏感的聚合物材料，可以在接受光照后发生化学或物理变化。
3. 掩膜对准：将光刻掩膜放置在光刻机上，然后通过对准系统将掩膜上的图案对准到硅片上。
对准系统使用精确的光学技术来确保图案的精确位置和对齐度。
4. 曝光和照明：光刻机使用紫外线光源照射光刻掩膜，通过透过掩膜的透明区域，将光照射到覆盖在硅片上的光刻胶上。
透过光刻掩膜的不同图案区域，可以形成所需的微小结构或图案。
5. 显影和刻蚀：曝光后，将硅片放入显影液中进行显影。
显影液的化学性质使得光刻胶在显影过程中发生溶解或物理变化，使得光刻胶的暴露部分被去除，形成所需的图案结构。
6. 清洗和检验：在光刻过程结束后，对硅片进行清洗，将未固化或残留的光刻胶和其他杂质去除。
然后，使用检验设备对光刻后的硅片进行检查和测试，以确保图案的质量和准确性。
这些步骤构成了光刻机设备的基本原理。
光刻机在半导体工艺中起到至关重要的作用，通过精确的光刻技术，可以制造出微小且高度精密的电子元件和电路结构，实现了集成电路的微米级或纳米级制造。
光刻胶的生产工艺和技术参数是什么
光刻胶的生产工艺和技术参数是什么光刻胶是一种用于半导体制造中的关键材料。
在半导体工艺中，光刻胶的主要作用是通过光刻技术制造微小的电路元件，并在芯片上制造图案，从而实现图案的转移和光刻胶的去除。
本文将重点探讨光刻胶的生产工艺和技术参数。
一、光刻胶的组成光刻胶主要由以下几种基本成分组成：1. 基质材料：用于提供光刻胶的基本结构和力学性能。
2. 感光剂：用于吸收光线并引起发生光化学反应，从而产生化学或物理变化。
3. 催化剂：用于加速光化学反应，使得光刻胶的反应速率更快。
4. 稳定剂：用于改善光刻胶的稳定性，使其能够长期保存。
二、光刻胶的生产工艺生产光刻胶的过程可以分为前处理、生产、净化和包装等几个步骤，我们来逐一了解：1. 前处理前处理是制备光刻胶的最重要的步骤之一。
在这个步骤中，制造商将基质材料和各种辅助剂添加到反应器中，然后进行搅拌和混合，以制备基本的光刻胶材料。
2. 生产在光刻胶的生产过程中，制造商会将感光剂和稳定剂加入到反应器中，并进行混合和加热操作。
这一过程一般会持续几个小时，直到反应完成。
3. 净化净化是生产中不可或缺的一个步骤，它的目的是消除杂质，保证光刻胶的纯度。
在净化过程中，制造商将光刻胶置于高温环境中，使其能够分离出杂质和其他材料。
4. 包装在完成净化过程后，制造商将光刻胶转移到密封的容器中，以便将其运输到下一个加工环节。
在此期间，制造商还将对光刻胶进行检验和质量控制，以确保其完全符合规格。
三、光刻胶的技术参数在对光刻胶的生产工艺有了基本了解之后，我们再来了解一下光刻胶的主要技术参数。
这些参数包括：1. 光刻胶的感光速度：该参数指的是光刻胶在光照的情况下引起化学反应的速度。
2. 光刻胶的灵敏度：该参数指的是光刻胶在光照的情况下最小可分辨的特征尺寸。
3. 光学和机械性能：这些参数涉及到光刻胶的强度、硬度、抗沾污性和成型性能等。
4. 化学性质：光刻胶的化学性质包括其pH值、热稳定性、可溶性和耐化学腐蚀性等。
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。
光刻的基本原理
作业流程－曝光3
1:1投影式曝光：MPA500/600 负胶留膜受氧的影响降低 缺点：负胶光刻胶厚 分辨率低 优点：正胶分辨率高 节省光刻版 均匀性 圆片表面 最佳套刻精度
作业流程－曝光4
5:1步进式曝光：ASML STEPPER 最佳套刻精度
作业流程－显影1
显影原理： 4－甲基氢氧化铵 2.38％ 显影结构：
光刻胶的类型与光刻工艺
光刻胶的类型—两种光刻工艺
又名（光致）抗蚀剂，光阻、photoresist
曝光后溶解性的变化 正 胶 不溶——可溶 显影后光刻胶上的图形 与掩膜版上图形一致 可溶——不溶 …..相反
优缺点 分辨率高，对比度高，线条边缘清 晰，在深亚微米（1um）工艺中占 主导地位 和硅片有良好的粘附性和抗蚀性， 针孔少，感光度高但显影时会变形 和膨胀，分辨率2um左右。
作业流程－聚酰亚胺
作用：电介质隔离 平坦化 材料：光敏性－HTR100、HTR50 非光敏性－PI （K60）
显影检查
5点检查规则 表面状态 图形情况 曝光图形线宽控制 检查的作用
利用透镜把掩膜版上的 图形1：1的投影到硅片 上 减少了对操作者依赖, 沾污少，无边缘衍射 分辨率：>1um
4。步进重复式(STEPPER)
将掩膜版上的图形缩小4X,5X,10X倍后投 影到硅片表面的光刻胶上。 掩膜图形更精确和易制作，实现更小图形 采用投影式掩膜版（1或几个芯片图形）以 步进方式多次重复曝光 分辨率：大约0.35um
下一代光刻技术 极紫外光（EUV ）λ=10~14nm 电子束光刻 λ=0.04nm 离子束光刻 λ=0.0001nm X-射线 λ=4nm
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结 束
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光刻胶及光刻工艺流程 ppt课件
光刻工艺流程
涂胶的质量要求是：（1）膜厚符合设计的要求，同时膜厚 要均匀，胶面上看不到干涉花纹；（2）胶层内无点缺陷 （如针孔等）；（3）涂层表面无尘埃和碎屑等颗粒。
膜厚的大小可由下式决定： TKP2/S1/2 式中，T为膜厚；P为光刻胶中固体的百
分比含量；S为涂布机的转速；K为常数。
3.软烘烤 主要目的有：使胶膜内的溶剂挥发，增加光刻胶与衬底间
添加剂：用以改变光刻胶的某些特性，如改善光刻胶发生反 射而添加染色剂。
光刻胶的主要技术参数
分辨率（resolution）：是指光刻胶可再现图形的最小尺寸。一般用 关键尺寸来（CD，Critical Dimension）衡量分辨率。 对比度（Contrast）：指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。 敏感度（Sensitivity）：光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长 光的最小能量值（或最小曝光量）。单位：毫焦/平方厘米mJ/cm2。 粘滞性/黏度 （Viscosity）：衡量光刻胶流动特性的参数。光刻胶中 的溶剂挥发会使粘滞性增加。
旋转使光刻胶铺开，再高速旋转甩掉多余的光刻胶，高速旋转时 光刻胶中的溶剂会挥发一部分。
光刻工艺流程
静态涂胶时的堆积量非常关键，量少了会导致负胶不均匀，量大 了会导致晶圆边缘光刻胶的堆积甚至流到背面。
光刻工艺流程
➢ 动态喷洒：随着wafer直径越来越大，静态涂胶已不能满 足要求，动态喷洒是以低速旋转，目的是帮助光刻胶最初 的扩散，用这种方法可以用较少量的光刻胶而达到更均匀 的光刻胶膜，然后高速旋转完成最终要求薄而均匀的光刻 胶膜。
（2）烘干 经过清洁处理后的晶圆表面会含有一定的水分（亲水性表 面），所以必须将其表面烘烤干燥（干燥的表面为憎水性 表面），以便增加光刻胶和晶圆表面的粘附能力。
光刻与刻蚀工艺流程
Mask制作
！！！ 留意：正图 / 反图 ！！！
曝光剂量
曝光剂量是指光刻胶所吸取紫外光的总和，曝光剂量可用下 式来表示：
E(x)I(x)t
式中Ex为光刻胶的曝光剂量〔mJ/cm2〕，Ix为曝光灯发出的 光强〔mW/cm2〕，t为曝光时间(s)。
在光刻工艺中， 当曝光剂量Ex >E0时：光刻胶显影后能完全去除； 当曝光剂量Ex <E0时: 光刻胶显影时会残留余胶；
❖ 高区分率 High Resolution； ❖ 高光敏性 High PR Sensitivity ❖ 准确对准 Precision Alignment
+PR & -PR
Negative Photo-resist 负性光刻胶－负胶
Positive Photo-resist 正性光刻胶－正胶
曝光后不可溶解 显影时未曝光的被溶解 便宜
曝光后可溶解 显影时曝光的被溶解 高分辨率
+PR & -PR根本原理
正胶工艺
基板处理
负胶工艺
涂胶 + 烘烤 曝光
显影、光刻
+PR & -PR 树脂分子构造
正胶：曝光时切断树脂聚合体主链和从链之 间的联系，到达减弱聚合体的目的，所以曝光 后光刻胶在随后的显影处理中溶解度上升，曝 光后溶解度几乎是未曝光时的10倍；更高区分 率〔无膨胀现象〕在IC制造应用更为普遍；
光刻胶涂布-旋转涂布法
滴胶 基片
旋转
旋涂结果
旋转涂布也称为甩胶，用转速和旋转时间可自由设定的甩胶机来进展，是利用高 速旋转的离心力作用，将光刻胶在基片外表均匀地开放，多余的光刻胶被甩掉， 最终获得肯定厚度的光刻胶膜，光刻胶的膜厚是由光刻胶的粘度和甩胶的转速来 掌握，通常这种方法可以获得优于±2%的涂布均匀性〔边缘除外〕。光刻胶涂 布的厚度与转速、时间、胶的特性有关系，此外旋转时产生的气流也会有肯定的 影响。同时也存在肯定的缺陷：气泡、彗星(胶层上存在的一些颗粒)、条纹、边 缘效应等，其中边缘效应对于小片和不规章片尤为明显。
影印平板法的原理和流程
影印平板法的原理和流程1. 概述影印平板法（Photolithography）是一种在微电子制造中广泛使用的工艺，用于在硅片上制造集成电路（Integrated Circuits, ICs）的图案。
它是一种光刻技术，通过使用光敏感材料和光掩膜，将图案转移到硅片上。
2. 基本原理影印平板法的基本原理是利用光敏感材料对紫外线的敏感性。
通常使用的光敏感材料是光刻胶（Photoresist），它具有两种类型：正胶（Positive Photoresist）和负胶（Negative Photoresist）。
2.1 正胶正胶在紫外线照射下发生聚合反应，即被照射部分变得更加耐化学腐蚀。
在照射后，未曝光的部分可以通过化学溶解来去除。
2.2 负胶负胶在紫外线照射下发生解聚反应，即被照射部分变得更容易溶解。
在照射后，未曝光的部分可以通过化学溶解来去除。
3. 流程影印平板法的流程主要包括光掩膜制备、光刻胶涂布、曝光、显影和后续工艺。
3.1 光掩膜制备根据设计要求，制备光掩膜。
光掩膜是一种透明的基板，上面覆盖着黑色的图案。
这些图案是由计算机辅助设计软件生成的，并使用激光刻写机将图案刻写在光掩膜上。
3.2 光刻胶涂布将光刻胶涂布在硅片表面。
涂布过程通常使用旋涂机（Spin Coater）进行，通过旋转硅片，使得光刻胶均匀地覆盖整个表面。
3.3 曝光将已涂布的硅片放置在曝光机中，并与光掩膜对准。
曝光机会发射紫外线，透过光掩膜照射到硅片表面。
根据正胶或负胶的类型，紫外线会使得部分区域聚合或解聚，形成所需的图案。
3.4 显影将曝光后的硅片放入显影液中，使得未曝光或已曝光的光刻胶区域发生化学反应。
对于正胶，未曝光的部分会被溶解掉；对于负胶，已曝光的部分会被溶解掉。
这样，所需的图案就暴露在硅片上。
3.5 后续工艺经过显影后，可以进行一系列后续工艺步骤，如腐蚀、沉积、刻蚀等。
这些步骤根据设计要求来制造集成电路中的不同层次和元件。
4. 应用影印平板法广泛应用于微电子制造中的集成电路制造过程。
光刻的原理
光刻的原理光刻技术是一种利用光照射光刻胶层，并通过显影和蚀刻等工艺步骤，将芯片上的图形转移到硅片上的工艺。
光刻技术在半导体制造、集成电路、光学元件等领域有着广泛的应用，是微纳加工中至关重要的一环。
其原理主要涉及光的衍射、光的折射、光刻胶的光化学反应等多个方面。
在光刻的过程中，首先需要准备一块硅片作为基板，然后在硅片上涂覆一层光刻胶。
光刻胶的种类有很多，常见的有正胶和负胶。
正胶在紫外光照射后会变得容易溶解，而负胶则相反。
接着，通过掩膜板，将原始图形的信息传输到光刻胶上。
掩膜板上的图形是根据设计需求制作的，包括线宽、间距等尺寸参数。
当紫外光照射到光刻胶表面时，光的波长决定了最小可分辨的图形尺寸。
光波长越短，分辨率也就越高。
光照射到光刻胶上后，光会经过掩膜板的图形结构，产生衍射现象，最终在光刻胶表面形成图形。
而光的折射则决定了图形在光刻胶和硅片之间的投影位置，进而决定了最终图形的位置和形状。
光照射后，光刻胶会发生光化学反应，使得光刻胶在显影液中变得容易溶解。
通过显影，去除未经光照射的部分光刻胶，露出基板表面。
接着进行蚀刻，将露出的部分硅片进行蚀刻，形成所需的图形结构。
最后，清洗去除光刻胶残留，完成整个光刻工艺。
光刻技术的原理看似简单，实际操作却十分复杂。
光刻胶的选择、光源的参数、掩膜板的制作等都会影响最终的光刻效果。
而随着微纳加工技术的不断发展，光刻技术也在不断演进，越来越高的分辨率要求和更加复杂的图形结构，都对光刻技术提出了更高的要求。
总的来说，光刻技术作为微纳加工中的一项重要工艺，其原理虽然复杂，但却是实现微纳米级图形的关键。
通过精密的光学系统、优质的光刻胶和精准的掩膜板制作，光刻技术能够实现微米甚至纳米级的图形制作，为现代微电子学和光电子学的发展提供了强大的支持。
随着科技的不断进步，光刻技术也将不断完善和发展，为微纳加工领域的研究和应用带来更多的可能性。
光刻的基本原理
光刻的基本原理1. 光刻技术概述光刻（photolithography）是一种在微电子制造工艺中广泛应用的技术，用于将电路图案转移至硅片上。
它是一种光影刻蚀技术，通过使用特殊的光刻胶和掩膜来实现。
2. 光刻的基本步骤光刻的基本步骤包括掩膜制备、光刻胶涂布、曝光、显影和刻蚀等步骤。
2.1 掩膜制备掩膜是光刻中的一种重要工具，它由透明光刻胶和不透明掩膜板组成。
掩膜板的图案决定了最终在硅片上形成的电路。
2.2 光刻胶涂布在光刻过程中，需要将光刻胶均匀涂布在硅片上。
涂布需要控制好厚度，并保持均匀性。
2.3 曝光曝光是将掩膜上的图案转移到光刻胶层的过程。
曝光时，光源会将光刻胶层中的敏化剂激活，使其变得可显影。
2.4 显影显影是将曝光后的光刻胶层中未被曝光的部分去除，从而显现出所需图案的过程。
显影液会溶解未暴露于光的区域，使其变为可刻蚀的区域。
2.5 刻蚀刻蚀是将显影后的光刻胶层外的材料去除的过程。
通过刻蚀，可以形成所需的电路图案。
3. 光刻的基本原理光刻的基本原理可以分为光学透射原理和化学反应原理两个方面。
3.1 光学透射原理光学透射原理是光刻的基础，也是光刻胶和掩膜的关键。
光刻胶对于不同波长的光有不同的吸收特性，而掩膜上的图案会通过光刻胶的吸收和透射来形成图案。
当掩膜上的图案被光照射时，光刻胶中的敏化剂会被激活，从而改变光刻胶的溶解性质。
3.2 化学反应原理化学反应原理是光刻胶显影和刻蚀的基础。
在显影过程中，显影液与光刻胶表面的未暴露区域发生化学反应，使其溶解。
而在刻蚀过程中，刻蚀液与未被光刻胶保护的硅片表面或者下一层材料发生化学反应，使其被去除。
4. 光刻的影响因素光刻的效果受到多个因素的影响，主要包括曝光能量、曝光时间、光刻胶厚度、显影液浓度等因素。
4.1 曝光能量和曝光时间曝光能量和曝光时间决定了光刻胶的显影深度，对图案的清晰度和精度有重要影响。
4.2 光刻胶厚度光刻胶厚度会影响曝光和显影的效果，太厚会导致曝光不足，太薄则可能导致显影不均匀。
18 光刻工艺简介
13000
12500
12000
11500
11000
A
10500 10000
9500
9000
8500
8000
7500
7000
SPR-660 膜厚/转速变化曲线图
RPM
光刻胶工艺
确定光刻胶厚需考虑的几个因素：
• 圆片表面的形貌 • 显影损失的胶厚 • 刻蚀损失的胶厚 • 屏蔽注入所需胶厚 • 无针孔所需胶厚
光刻工艺
王小寅 12/10/2001
光刻简介（PHOTOLITHOGRAPHY）
光刻的基本要求 • 分辩率 • 条宽控制 • 套刻控制 • 稳定的工艺及再现性 • 高的产能 • 低缺陷 • 少的检查和低的返工率 • 测量
下工序
光刻基本流程
前处理（PRIMING） 涂胶（APPLY） 软烘（SB）
前处理注意事项
• 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）
涂胶就是在圆片衬底上均匀的涂上一层一定厚 度的光刻胶，一般均采用旋转涂敷的方法。旋转 涂敷的机理主要是以下几个因素的相互作用使其 影响增强或减弱的结果：
• 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
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THICKNESS ( A )
光刻胶特性
• 焦聚 / 曝光窗口（FOCUS / EXPOSURE LATITUDE）
AM1174A BN+ 0.4um SPACE WINDOW
CD (um)
0.48
425