soc工艺课件 ch9光刻工艺
焦平面
焦深 光刻胶
P14
9.1概述——对比度
对比度是评价成像质量的重要指标。一般要求CON>0.5与尺寸 有关。
I max I min CON I max I min
P15
9.2基本光刻工艺流程
一般的光刻工艺要经历：底膜处理、涂胶、前烘、曝 光、显影、坚膜、刻蚀、去胶、检验工序。
2、减小分辨率因子 k1
Pattern dependent k1 can be reduced by up to 30 %
P9
9.1概述——分辨率
2、减小分辨率因子 k1
Mask design and resist process
[nm]
436 365
k1 0.8 0.6
248
193
0.3-0.4
P25
9.2.7 显影检验
显影检验的目的是区分那些有很低可能性通过最终掩膜 检验的衬底，提供工艺性能和工艺控制数据，以及分拣 出需要重新做的衬底。 检测的内容：
掩膜版选用是否正确； 光刻胶质量是否满足要求 （针孔、小岛，划伤等）； 图形的质量（边界、图形尺寸、线宽） 套对精度是否满足要求；
L≥λ/2, Rmax ≤1/λ
P12
9.1概述——光刻分辨率
由量子理论的海森堡不确定关系式可得出离子的束光刻 极限：ΔL· Δp≥h； h为普朗克常数； Δp为离子动量不确定值；动量最大变 化值从-p到+p，则有： ΔL ≥h/2p； ΔL为就是线宽，最高分辨率： Rmax=1/2ΔL≤p/h； 对于光子，p=h/λ，则ΔL ≥λ/2； 理论最高分辨率：Rmax ≤1/ λ； 根据粒子的波动性，p=mv；E=mv2/2，则p=h/λ=√2mE ΔL≥h/2√2mE 粒子质量越大，ΔL越小，分辨率越高； 动能越大，ΔL越小，分辨率越高。
P13
9.1概述——焦深(DOF)
焦深是一定工艺条件下，能刻出最小线宽时像面偏离理想焦 面的范围。焦深越大，对光刻图形制作越有利。
DOF k2 /( NA)2
焦深与特征尺寸的变化范围，曝光剂量变化范围，以及要求 最后光刻胶倾斜角度、光刻胶损失等技术参数有关。
在IC技术中，焦深只有1mm，甚至更小。
P21
9.2.4曝光
曝光是使光刻掩模版与涂上光刻胶的衬底对准，用光源 经过光刻掩膜版照射衬底，使接受到光照的光刻胶的 光学特性发生变化。 曝光光源的选择 波长：较短的波长可获得较小尺寸的分辨率； 两种紫外光源：汞灯和准分子激光； 对准 对准标记：置于投影掩膜版和硅片上用来确定它们 位置和方向的可见图形标记。 套准精度：测量对准系统把版图套准到硅片上图形 的能力； 套准容差：形成图形层与前层的最大相对位移。
0.3-0.4
Contrast 436,365nm: =2-3, (Qf/Q02.5) 248,193nm: =5-10 (Qf/Q01.3)
P10
9.1概述——分辨率
3、增加 NA（浸入式技术）
Lens fabrication
浸入式光刻
[nm]
436
NA 0.15-0.45
n
a
H2O
P19
9.2.1底膜处理
涂胶工艺示意图
3000～6000 rpm，0.5~1 mm
P20
9.2.3前烘
涂胶完成后，仍有一定量的溶剂残存在胶膜内，通过在较 高温度下进行烘焙（软烘），可以使溶剂从光刻胶内挥发 出来。 前烘就是在一定温度下，使光刻胶里面的溶剂充分溢出， 使光刻胶膜干燥，目的是增加光刻胶与衬底间的黏附性， 增强胶膜的光吸收和抗腐蚀能力，以及缓和涂胶过程中胶 膜内产生的应力等。 前烘的方法：热平板传导；红外线辐射；干燥循环热风。 前烘的条件：80-110℃烘5~10分钟，再在冷板上进行降温。
半导体器件和集成电路的制造对光刻质量有如下要求: 一是刻蚀的图形完整，尺寸准确，边缘整齐陡直； 二是图形内没有针孔； 三是图形外没有残留的被腐蚀物质。 同时要求图形套刻准确，无污染等等。但在光刻过程 中，常出现浮胶、毛刺、钻蚀、针孔和小岛等缺陷。
0.15~0.45 0.35~0.60 0.35~0.82
0.60~0.93 0.85~0.93 0.25~0.7
>0.5mm 0.5/0.35mm 0.25/0.13mm
90/65…32nm
22/18nm
P6
9.1概述——分辨率
最常用的两种光源
汞灯:高亮度、高可靠性；但在深紫外及 以下波长发射效率较低。 G线436nm（0.5um）； H线405nm（0.4um）； I线365nm（0.35um）； 深紫外线DUV248nm（0.25um）。 准分子激光：一种激光光源，准分子是 不稳定分子，由惰性气体原子和卤素构 成。
高灵敏度的光刻胶：曝光时间越短，需要灵敏度越高； 低缺陷：光刻中引入缺陷，影响成品率；
精密的套刻精度：套刻精度小于线宽的± 10%；
对大尺寸硅片的加工：大尺寸硅片同时制作很多芯片，满 足前述要求难度很大；
P3
9.1概述
光刻(photo lithography)就是将掩模版（光刻版）上 的几何图形转移到覆盖在半导体衬底表面的对光辐 照敏感薄膜材料（光刻胶）上去的工艺过程 。 光刻系统的主要指标包括：分辨率R（resolution）、 焦深DOF（Depth of Focus）、对比度（CON）、特 征线宽控制CD（Critical Dimension）、对准和套刻 精度（Alignment and Overlay）、产率（Throughout） 以及价格。
曝光时间； 前烘的温度和时间； 光刻胶的厚膜； 显影液的浓度； 显影的温度； 显影液的搅动情况；
正胶显影的方法：
浸泡式：成本较低，速度快。但显影均匀度较差，易受污染。 单片喷洒式：改善污染。但均匀度改善不大，且显影液用量大。 单片喷洒静置式：改善污染。均匀度好，且显影液用量小。
钻蚀
针孔、小岛、划伤
P26
9.2.8刻蚀
刻蚀是将光刻胶上的图形进一步转移到光刻胶 下层的材料上。 刻蚀是将涂胶前所淀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 的图形转移到材料上的目的。 光刻胶下层薄膜可能是SiO2、Al、poly-Si等薄 膜。
P27
9.2.9去胶
底膜处理
增强附着力
旋转涂胶
光刻胶厚度、均匀度
软烤(前烘)
移去胶内残余溶剂。 增强附着力 缓和旋转中带来的胶膜内应力。
坚膜
使光刻胶变硬
显影
去除不 需要光 刻胶
曝光后烘烤
消除驻波效应
曝光
对准标记 线宽分辨率、 套准精度、 颗粒和缺陷。
除去剩余的显影液及水
提高粘附性
温度均匀性、持续时间
P30
9.3光刻技术中的常见问题
刻蚀完成后，光刻胶已经不再有用，需要将其彻底去 除，完成这一步的工序就是去胶。 去胶分别湿法去胶和干法去胶，湿法去胶又分为有机 溶液去胶和无机溶液去胶。 湿法去胶，用溶剂、用浓硫酸 98%H2SO4+H2O2+胶 →CO+CO2+H2O 氧气加热去胶 O2+胶 → CO+CO2+H2O 等离子去胶
曝光后烘烤
目的：利用烘烤产生的热能，促使原本按不同干涉状况分布的分 解与未分解感光化合物在光刻胶曝光与非曝光临界处重新分布， 达到平衡。消除驻波效应。
P22
9.2.4曝光
简单的光学系统曝光图
P23
9.2.5显影
显影是用化学显影液溶解由曝光造成的光刻胶的可溶解区 域。正胶的曝光区和负胶的非曝光区的光刻胶在显影液中 溶解，而正胶的非曝光区和负胶的曝光区的光刻胶则不会 在显影液中溶解。 影响显影的主要因素：
P16
9.2.1底膜处理
光刻胶绝大多数是疏水的，而晶片表面的羟基和残留的 水分子是亲水的，若直接涂胶的话，会造成光刻胶和晶 片的粘合性较差。底膜处理是其主要目的是对硅衬底表 面进行处理，以增强衬底与光刻胶之间的黏附性。 底膜处理包括以下过程：
清洗：使硅片表面洁净、干燥，衬底表面与光刻胶才能形成良 好接触； 烘干：衬底表面烘烤干燥，增强光刻胶的黏附性； 增黏处理：在衬底和光刻胶之间涂一层增黏剂（如六甲基乙硅 氮烷HDMS。HDMS可以去掉SiO2表面的OH基。通过加温反应 生成以硅氧烷为主的化合物(表面活性剂)，能够将硅片表面由 亲水变为疏水，其疏水基可很好地与光刻胶结合，起到耦合的 作用。显影过程中，由于增强了光刻胶与衬底的粘附力，从而 有效地抑制刻蚀液进入掩膜与基底的侧向刻蚀。
P17
9.2.1底膜处理
HMDS与SiO2表面键合示意图
胶
θ
小角度接触高表面能
胶
θ
大角度接触低表面能
P18
9.2.2涂胶
在硅片表面涂敷的光刻胶应厚度均匀、附着性 强、没有缺陷。 涂胶工艺步骤：
将光刻胶溶液喷洒到硅片表面上； 加速旋转托盘，直至达到需要的旋转速度； 达到所需的旋转速度后，保持一定时间的旋转。 去除边圈:旋转过程中，由于离心力光刻胶向硅片边缘 流动并流到背面。 衡量涂敷质量的标准：光刻胶厚度、均匀度。 影响涂敷质量的因素：转速、光刻胶粘滞度、光刻胶量 、温度、湿度等。
微电子制造工艺概论
第9章 光刻工艺
P1
本章主要内容
9.1 概述 9.2 基本光刻工艺流程 9.3 光刻技术中的常见问题
P2
IC产品的发展趋势：
大尺寸、细线宽、高精度、高效率、低成本； 光刻技术在每一代集成电路中扮演技术先导的角色，光刻 成本占据整个技术成本的35%；
IC对光刻技术的要求
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光刻工艺介绍ppt课件
HMDS EBR 7030
DNS
TEL
DUV
3
涂胶菜单
4
注：⑴.关键层指：TO、GT、PC、BN+、ROM、W1、VIA、METAL、TU、BC、SGE、SN（MG）、GW（MG）。 ⑵.非关键层指：除关键层次和PAD之外的其他层次。
涂胶基本流 程
DNS 涂胶系统图：
前处理（PRIMING） 涂胶（APPLY）
30photoresistfilmdepthfocuscenterfocuscenterfocuslensdepthfocus31idofudofindependenceuseable32imagedefocus33defocuseffectbestfocus04um06um08um10um02um10um08um06um04um02um34focusexposurematrix焦点和曝光量在光阻线条上的效应焦点和曝光量在光阻线条上的效应固定固定cdcd对焦点和曝光量的等高图对焦点和曝光量的等高图对应于可接受的外部极限的两条对应于可接受的外部极限的两条cdcd曲线曲线cdcd规格规格在线宽形貌和胶的损失量三个规格基在线宽形貌和胶的损失量三个规格基础上构建的焦点曝光量工艺窗口础上构建的焦点曝光量工艺窗口35各层次各层次matrixstepmatrixstep参考条件参考条件36defocus产生的原因autofocusautoleveling37边缘效应38边缘效应autofocusautolevelingng
涂胶去边规范：AL、CP层次2-3mm 其他层次1-2mm
8
涂胶（Coating）
☆涂胶的关键在于控制膜厚及其均匀性
影响光刻胶厚度和均匀性的主要参数：[括号内的值为 实际工艺参数设置] • 环境温度（23°C) • 环境湿度(40%) • 排风净压力(5 mmaq) • 光刻胶温度(23°C+/-0.5） • 光刻胶量（1.2-1.5cc) • 旋转马达的精度和重复性 • 回吸量 • 预旋转速度 预旋转时间 最终旋转速度 最终旋转时间 最终旋转加速度
DNS
TEL
DUV
3
涂胶菜单
4
注：⑴.关键层指：TO、GT、PC、BN+、ROM、W1、VIA、METAL、TU、BC、SGE、SN（MG）、GW（MG）。 ⑵.非关键层指：除关键层次和PAD之外的其他层次。
涂胶基本流 程
DNS 涂胶系统图：
前处理（PRIMING） 涂胶（APPLY）
30photoresistfilmdepthfocuscenterfocuscenterfocuslensdepthfocus31idofudofindependenceuseable32imagedefocus33defocuseffectbestfocus04um06um08um10um02um10um08um06um04um02um34focusexposurematrix焦点和曝光量在光阻线条上的效应焦点和曝光量在光阻线条上的效应固定固定cdcd对焦点和曝光量的等高图对焦点和曝光量的等高图对应于可接受的外部极限的两条对应于可接受的外部极限的两条cdcd曲线曲线cdcd规格规格在线宽形貌和胶的损失量三个规格基在线宽形貌和胶的损失量三个规格基础上构建的焦点曝光量工艺窗口础上构建的焦点曝光量工艺窗口35各层次各层次matrixstepmatrixstep参考条件参考条件36defocus产生的原因autofocusautoleveling37边缘效应38边缘效应autofocusautolevelingng
涂胶去边规范：AL、CP层次2-3mm 其他层次1-2mm
8
涂胶（Coating）
☆涂胶的关键在于控制膜厚及其均匀性
影响光刻胶厚度和均匀性的主要参数：[括号内的值为 实际工艺参数设置] • 环境温度（23°C) • 环境湿度(40%) • 排风净压力(5 mmaq) • 光刻胶温度(23°C+/-0.5） • 光刻胶量（1.2-1.5cc) • 旋转马达的精度和重复性 • 回吸量 • 预旋转速度 预旋转时间 最终旋转速度 最终旋转时间 最终旋转加速度
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。
半导体器件半导体工艺介绍光刻幻灯片PPT
光 刻 掩 膜 板
岛
正胶
透光区域 不透光区域
空洞
负胶
光刻掩膜版 :// sicsis /te_product_d/2007-11-30/5.chtml
常用的是旋转法，它又分为旋转板式和自转式
胶膜的厚度由转速和胶的浓度来调解。旋 转板式涂胶法的缺点是胶膜厚度不够均匀， 多余的胶飞溅易沾污衬底。采用自转式涂 胶法能较好地抑制上述缺点。
• 光刻是一种复印图形与化学腐蚀相结合的综 合性技术。它将光刻版上的图形准确地复印 在涂有感光胶的基片上。然后利用光刻胶的 保护作用，对基片进展选择性腐蚀，从而在 基片上得到与光刻版相应的图样。
光刻步骤：
1、基片前处理 2、涂胶
以SiO2 做掩膜为例
3、前烘-软烘焙
4、对准-曝光
5、显影-清洗
6、后烘(坚膜、硬烘焙) 1、去油：甲苯、丙酮、乙醇
4、曝光
▪ 曝光是指用汞灯紫外光对已涂敷光刻胶 膜的底片进展选择性曝光。经过光照的 胶膜发生光化学反映，改变了这局部胶 膜在显影液中的溶解度；显影后，光刻 胶膜就呈现出与掩膜板相对应的图形。
可采用的曝光的方法包括：接触曝光法、 投影曝光法、电子束曝光法、离子束曝光 法和X射线曝光法等；
曝光时间过短，胶感光缺乏， 光刻胶的光化学反映不充分， 光刻胶的抗蚀性能就会降低， 显影时局部胶会溶解；曝光时 间过长，会使光刻胶不感光局 部的边缘微弱感光，产生“光 晕〞现象，腐蚀后边界模糊或 出现皱纹，使分辩率降低。
3、前烘—软烘焙
▪ 前烘就是将涂好胶的样品进展加热处理。前烘的目 的是促使胶膜体内的溶剂局部挥发，使胶膜枯燥， 以增加胶膜与衬底的粘附性和胶膜的耐磨性。在曝 光对准时，胶膜与掩膜版不易擦伤、磨损和沾污， 同时，只有在胶膜枯燥后曝光，化学反响才能充分 进展。
soc工艺课件 ch9光刻工艺
2、减小分辨率因子 k1
Pattern dependent k1 can be reduced by up to 30 %
P9
9.1概述——分辨率
2、减小分辨率因子 k1
Mask design and resist process
[nm]
436 365
k1 0.8 0.6
248
193
0.3-0.4
半导体器件和集成电路的制造对光刻质量有如下要求: 一是刻蚀的图形完整，尺寸准确，边缘整齐陡直； 二是图形内没有针孔； 三是图形外没有残留的被腐蚀物质。 同时要求图形套刻准确，无污染等等。但在光刻过程 中，常出现浮胶、毛刺、钻蚀、针孔和小岛等缺陷。
P17
9.2.1底膜处理
HMDS与SiO2表面键合示意图
胶
θ
小角度接触高表面能
胶
θ
大角度接触低表面能
P18
9.2.2涂胶
在硅片表面涂敷的光刻胶应厚度均匀、附着性 强、没有缺陷。 涂胶工艺步骤：
将光刻胶溶液喷洒到硅片表面上； 加速旋转托盘，直至达到需要的旋转速度； 达到所需的旋转速度后，保持一定时间的旋转。 去除边圈:旋转过程中，由于离心力光刻胶向硅片边缘 流动并流到背面。 衡量涂敷质量的标准：光刻胶厚度、均匀度。 影响涂敷质量的因素：转速、光刻胶粘滞度、光刻胶量 、温度、湿度等。
P16
9.2.1底膜处理
光刻胶绝大多数是疏水的，而晶片表面的羟基和残留的 水分子是亲水的，若直接涂胶的话，会造成光刻胶和晶 片的粘合性较差。底膜处理是其主要目的是对硅衬底表 面进行处理，以增强衬底与光刻胶之间的黏附性。 底膜处理包括以下过程：
清洗：使硅片表面洁净、干燥，衬底表面与光刻胶才能形成良 好接触； 烘干：衬底表面烘烤干燥，增强光刻胶的黏附性； 增黏处理：在衬底和光刻胶之间涂一层增黏剂（如六甲基乙硅 氮烷HDMS。HDMS可以去掉SiO2表面的OH基。通过加温反应 生成以硅氧烷为主的化合物(表面活性剂)，能够将硅片表面由 亲水变为疏水，其疏水基可很好地与光刻胶结合，起到耦合的 作用。显影过程中，由于增强了光刻胶与衬底的粘附力，从而 有效地抑制刻蚀液进入掩膜与基底的侧向刻蚀。
Pattern dependent k1 can be reduced by up to 30 %
P9
9.1概述——分辨率
2、减小分辨率因子 k1
Mask design and resist process
[nm]
436 365
k1 0.8 0.6
248
193
0.3-0.4
半导体器件和集成电路的制造对光刻质量有如下要求: 一是刻蚀的图形完整，尺寸准确，边缘整齐陡直； 二是图形内没有针孔； 三是图形外没有残留的被腐蚀物质。 同时要求图形套刻准确，无污染等等。但在光刻过程 中，常出现浮胶、毛刺、钻蚀、针孔和小岛等缺陷。
P17
9.2.1底膜处理
HMDS与SiO2表面键合示意图
胶
θ
小角度接触高表面能
胶
θ
大角度接触低表面能
P18
9.2.2涂胶
在硅片表面涂敷的光刻胶应厚度均匀、附着性 强、没有缺陷。 涂胶工艺步骤：
将光刻胶溶液喷洒到硅片表面上； 加速旋转托盘，直至达到需要的旋转速度； 达到所需的旋转速度后，保持一定时间的旋转。 去除边圈:旋转过程中，由于离心力光刻胶向硅片边缘 流动并流到背面。 衡量涂敷质量的标准：光刻胶厚度、均匀度。 影响涂敷质量的因素：转速、光刻胶粘滞度、光刻胶量 、温度、湿度等。
P16
9.2.1底膜处理
光刻胶绝大多数是疏水的，而晶片表面的羟基和残留的 水分子是亲水的，若直接涂胶的话，会造成光刻胶和晶 片的粘合性较差。底膜处理是其主要目的是对硅衬底表 面进行处理，以增强衬底与光刻胶之间的黏附性。 底膜处理包括以下过程：
清洗：使硅片表面洁净、干燥，衬底表面与光刻胶才能形成良 好接触； 烘干：衬底表面烘烤干燥，增强光刻胶的黏附性； 增黏处理：在衬底和光刻胶之间涂一层增黏剂（如六甲基乙硅 氮烷HDMS。HDMS可以去掉SiO2表面的OH基。通过加温反应 生成以硅氧烷为主的化合物(表面活性剂)，能够将硅片表面由 亲水变为疏水，其疏水基可很好地与光刻胶结合，起到耦合的 作用。显影过程中，由于增强了光刻胶与衬底的粘附力，从而 有效地抑制刻蚀液进入掩膜与基底的侧向刻蚀。
光刻过程图片解说优秀课件
光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光刻工艺 5、新技术简介
光刻过程图片解说优秀课件
光刻基本介绍
在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻 胶上的过程
将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。 光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。 光刻占40%到50%的流片时间。 决定最小特征尺寸。
光刻过程图片解说优秀课件
光刻胶的成分
聚合物 溶剂 感光剂 添加剂
光刻过程图片解说优秀课件
聚合物
固体有机材料（胶膜的主体） 转移图形到硅片上 UV曝光后发生光化学反应，溶解性质发
生改变.
光刻过程图片解说优秀课件
溶剂
溶解聚合物 经过旋转涂布可得到薄光刻胶膜.
感光剂
控制和或改变光化学反应 决定曝光时间和强度
二甲苯(负胶溶剂和显影液):易 燃易爆
HMDS(前处理):易燃易爆 TMAH（正胶显影溶剂):有毒，
有腐蚀性
汞(Hg,UV lamp)蒸气 –高毒性;
氯(Cl2,受激准分子激光器) –有毒，有腐蚀性
氟(F2,受激准分子激光器) –有毒，有腐蚀性
机械安全 活动部件 热表面 高压灯 电安全 高压供电源 掉电 地面静电荷 标注清晰和锁紧 放射性安全 UV光可破坏化学键 有机分子有长化学键结构 更易因UV引起损伤 UV光通常用于消毒杀菌 如果直视UV光源会伤害眼睛 有时需要戴防UV护目镜
高温会加速化学反应引起过显影 光刻胶CD变小
光刻过程图片解说优秀课件
显影
显影液溶解部分光刻胶 正胶显影液通常使用弱碱性的溶剂 最常用的是四甲基氢铵 将掩膜上的图形转移到光刻胶上 三个基本步骤:显影－清洗－干燥
光刻过程图片解说优秀课件
光刻过程图片解说优秀课件
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光刻工艺 5、新技术简介
光刻过程图片解说优秀课件
光刻基本介绍
在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻 胶上的过程
将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。 光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。 光刻占40%到50%的流片时间。 决定最小特征尺寸。
光刻过程图片解说优秀课件
光刻胶的成分
聚合物 溶剂 感光剂 添加剂
光刻过程图片解说优秀课件
聚合物
固体有机材料（胶膜的主体） 转移图形到硅片上 UV曝光后发生光化学反应，溶解性质发
生改变.
光刻过程图片解说优秀课件
溶剂
溶解聚合物 经过旋转涂布可得到薄光刻胶膜.
感光剂
控制和或改变光化学反应 决定曝光时间和强度
二甲苯(负胶溶剂和显影液):易 燃易爆
HMDS(前处理):易燃易爆 TMAH（正胶显影溶剂):有毒，
有腐蚀性
汞(Hg,UV lamp)蒸气 –高毒性;
氯(Cl2,受激准分子激光器) –有毒，有腐蚀性
氟(F2,受激准分子激光器) –有毒，有腐蚀性
机械安全 活动部件 热表面 高压灯 电安全 高压供电源 掉电 地面静电荷 标注清晰和锁紧 放射性安全 UV光可破坏化学键 有机分子有长化学键结构 更易因UV引起损伤 UV光通常用于消毒杀菌 如果直视UV光源会伤害眼睛 有时需要戴防UV护目镜
高温会加速化学反应引起过显影 光刻胶CD变小
光刻过程图片解说优秀课件
显影
显影液溶解部分光刻胶 正胶显影液通常使用弱碱性的溶剂 最常用的是四甲基氢铵 将掩膜上的图形转移到光刻胶上 三个基本步骤:显影－清洗－干燥
光刻过程图片解说优秀课件
光刻过程图片解说优秀课件
《集成电路光刻工艺》课件
《集成电路光刻工艺》 PPT课件
通过本课程介绍集成电路光刻工艺，包括定义和应用、光刻过程概述以及工 艺流程。了解光刻工艺对集成电路制造的重要性。
定义和应用
集成电路光刻工艺是一种用于制造微电子器件的关键工艺。它通过光照和化 学蚀刻将芯片上的图形传输到光刻胶上。
光刻过程概述
光刻过程包括曝光、胶涂布、显影和蚀刻等步骤。每个步骤都至关重要，需要精确控制参数以实 现高质量的芯片制造。
蚀刻机
在暴露的光刻胶上进行化 学蚀刻，暴露出芯片表面 的图形。
蚀刻过程
蚀刻时间和腐蚀剂的选择 对最终图案的质量和形状 都有重要影响。
光刻工艺影响因素
温度
温度会影响光刻胶的粘度和流动性，从而 影响图案的分辨率和形状。
曝光时间
曝光时间长短会直接影响图案的清晰度和 分辨率。
湿度
湿度对光刻胶的干燥速度和胶涂布的均匀 性有很大影响。
涂布过程中要避免空 气泡和异物的污染， 以保证质量。
曝光和烘烤
1
曝光机
使用模板和光源对光刻胶进行曝光，形成芯片上的图案。
2
烘烤机
用于固化和去除曝光后的光刻胶，为后续步骤做准备。
3
曝光和烘烤过程
曝光时间和温度都是影响光刻图形质量的重要因素。
显影和蚀刻
显影过程
通过化学反应去除暴露在 光下的光刻胶，形成芯片 上的图案。
光刻设备
掩模对准仪
用于定位光掩模和芯片表面，确保图形的准确传输。
脱模机
用于去除光刻胶模板，准备芯片进行显影和蚀刻。
光刻机
用于将芯片表面的图案转移到光刻胶上的关键设备。
光刻胶涂布
1 胶涂布机
使用专用机器将光刻 胶均匀涂布在芯片表 面。
半导体技术课件第九章 基本光刻工艺
第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验
－10－
硬烘焙方法 在方法和设备上与前面介绍的软烘焙相似。 烘焙工艺 时间和温度仍然是主要的工艺参数，一般是 制造商推荐，工艺工程师精确调整。对一般使用 的对流炉，温度：130～200℃，时间：30分钟。 对其他方法温度和时间各不相同。热烘焙增加粘 度的机理是光刻胶的脱水和聚合，从而增加光刻 胶的耐蚀性。 烘焙温度太低，脱水和聚合不彻底，温度太 高光刻胶容易变软甚至流动（如图9.9所示），所 以温度的控制极为严格。 硬烘焙是在显影后立即进行，或者在刻蚀前 进行，工艺流程如图9.10 所示。 所示。
显微镜 /SEM/AFM
第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验
－1 5－
自动检验 随着晶圆尺寸增大和元件尺寸的减小，制造 工艺变得更加繁多和精细，人工检验的效力也到 了极限。可探测表面和图形失真的自动检验系统 成了在线和非在线检验的选择。详细内容在第14 章中介绍。 9.4 刻蚀 在完成显影检验后，掩膜版的图形就被固定 在光刻胶膜上并准备刻蚀。经过刻蚀图形就永久 留在晶圆的表层。 刻蚀工艺分为两大类：湿法和干法 湿法和 湿法 干法刻蚀。 无论那一种方法，其目的都是将光刻掩膜版上的 图形精确地转移到晶圆表面。同时要求一致性、 边缘轮廓控制、选择性、洁净度都符合要求。
第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验
－11－
图9.9 光刻胶在高温下的流动
硬烘焙工艺流程
显影 检验 硬烘焙 刻蚀
显影 / 烘焙 检验 刻蚀
显影 / 烘焙 检验 重新烘焙 刻蚀
第九章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验
－12－
显影检验 任何一次工艺过 后都要进行检验，经 去水合物 检验合格的晶圆流入 下一道工艺，对显影 点胶 检验不合格的晶圆可 烘焙 以返工重新曝光、显 影 。 工 艺 流 程 如 图 所 定位和曝光 示。 显影和烘焙 显影检验的内容 图 形 尺 寸 上 的 偏 显影检验 差，定位不准的图形， 表 面 问 题 （ 光 刻 胶 的 合格晶圆 污染、空洞或划
光刻与刻蚀工艺流程课件
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
02
刻蚀工艺简介
刻蚀工艺的定义
刻蚀工艺：是指利用物理或化学方法，将材料表面的一部分 去除，以达到形成图案或结构的目的。
在半导体制造中，刻蚀工艺是关键的步骤之一，用于形成电 路、器件和其它微结构。
刻蚀工艺的原理
物理刻蚀
利用物理能量，如高能粒子或等 离子体，轰击材料表面，使其原 子或分子从表面溅射出来。
总结词
胶的均匀涂布是光刻工艺中的重要环节，直接影响到光刻胶的覆盖质量和均匀 性。
详细描述
在涂胶过程中，要确保胶液的均匀分布，避免出现胶层厚薄不均、气泡等问题 。可以采用匀胶机进行涂布，控制好涂布速度和温度，以保证胶的均匀性。
曝光能量控制问题
总结词
曝光能量是光刻工艺中的关键参数， 直接影响到曝光质量和光刻胶的溶解 度。
预烘
预烘
使光刻胶中的溶剂挥发， 增强光刻胶与硅片之间的 黏附力。
预烘温度和时间
根据光刻胶类型和特性而 定。
预烘作用
提高光刻胶的黏附性和稳 定性。
曝光
曝光
通过掩膜版将所需图案投影到光 刻胶上，使光刻胶发生化学反应
。
曝光方式
接触式曝光、接近式曝光、扫描 式曝光等。
曝光剂量
影响光刻胶的溶解性和分辨率。
坚膜温度的控制问题
总结词
坚膜温度是光刻工艺中的重要参数，直接影响到光刻胶的硬度和附着力。
详细描述
要选择合适的坚膜温度，以保证光刻胶的硬度和附着力。坚膜温度过高会导致光刻胶变脆，而坚膜温度过低会导 致光刻胶附着力下降，影响光刻效果。
腐蚀深度的问题
总结词
光刻工艺原理培训课件PPT(共 90张)
7、表面张力:指的是液体中将表面分子拉向液体主体内 的分子间吸引力.光刻胶具有产生相对大的表面张力的分 子间力,所以在不同的工艺步骤中光刻胶分子会聚在一起. 同时光刻胶的表面张力必须足够小,从而在应用时能提供 良好的流动性和硅的覆盖.
小分子力引起小 的表面张力
大分子力引起大 的表面张力
传统负胶的缺点
HMDS滴浸润液和旋转
滴浸润形成
旋转硅片去除多余的液 体
2：旋转涂胶
工艺小结:
硅片置于真空吸盘上
滴约5ml的光刻胶
以约500 rpm的慢速旋转
加速到约 3000 至 5000 rpm
质量指标: 时间 速度 厚度 均匀性 颗粒和缺陷
至真空泵
滴胶头
真空吸盘 与转动电机连接 的转杆
差的光刻胶对比度 斜坡墙 膨胀 差的对比度
光刻胶
膜
好的光刻胶对比度 陡直墙 无膨胀 好的对比度
光刻胶
膜
3、敏感度：是硅片表面光刻胶中产生一个良好图形所需的一 定波长光的最小能量值,提供给光刻胶的光能量值通常称为 曝光量。
4、粘滞性:指的是对于液体光刻胶来说其流动特性的定量指标. 粘滞性与时间相关,因为它会在使用中随着光刻胶中溶剂挥 发增加。
5、粘附性:光刻胶的粘附性描述了光刻胶粘着于衬底的强度。 光刻胶必须粘附于许多不同的表面,包括硅,多晶硅,二氧化 硅，氮化硅和不同的金属。光刻胶粘附性的不足会导致硅片 表面上的图形变形.光刻胶的粘附性必须经受住曝光,显影和 后续工艺。
6、抗蚀性:光刻胶胶膜必须保持它的粘附性,并在后续的 湿刻和干刻中保护衬底表面,这种性质就被称为抗蚀性.
光刻胶涂胶方法
旋转涂胶的四个基本步骤 1 分滴:当硅片静止或旋转的非常缓慢时,光刻胶被分滴在硅片
小分子力引起小 的表面张力
大分子力引起大 的表面张力
传统负胶的缺点
HMDS滴浸润液和旋转
滴浸润形成
旋转硅片去除多余的液 体
2：旋转涂胶
工艺小结:
硅片置于真空吸盘上
滴约5ml的光刻胶
以约500 rpm的慢速旋转
加速到约 3000 至 5000 rpm
质量指标: 时间 速度 厚度 均匀性 颗粒和缺陷
至真空泵
滴胶头
真空吸盘 与转动电机连接 的转杆
差的光刻胶对比度 斜坡墙 膨胀 差的对比度
光刻胶
膜
好的光刻胶对比度 陡直墙 无膨胀 好的对比度
光刻胶
膜
3、敏感度：是硅片表面光刻胶中产生一个良好图形所需的一 定波长光的最小能量值,提供给光刻胶的光能量值通常称为 曝光量。
4、粘滞性:指的是对于液体光刻胶来说其流动特性的定量指标. 粘滞性与时间相关,因为它会在使用中随着光刻胶中溶剂挥 发增加。
5、粘附性:光刻胶的粘附性描述了光刻胶粘着于衬底的强度。 光刻胶必须粘附于许多不同的表面,包括硅,多晶硅,二氧化 硅，氮化硅和不同的金属。光刻胶粘附性的不足会导致硅片 表面上的图形变形.光刻胶的粘附性必须经受住曝光,显影和 后续工艺。
6、抗蚀性:光刻胶胶膜必须保持它的粘附性,并在后续的 湿刻和干刻中保护衬底表面,这种性质就被称为抗蚀性.
光刻胶涂胶方法
旋转涂胶的四个基本步骤 1 分滴:当硅片静止或旋转的非常缓慢时,光刻胶被分滴在硅片
soc工艺课件ch光刻技术.
3、蒸发后对铬膜的质量检查
从真空室中取出蒸好的铬版，用丙酮棉球擦洗表面，然后放在白 炽灯前观察。检查铬层有否针孔，厚度是否均匀，厚薄是否适当。如 果铬膜太厚，腐蚀时容易钻蚀，影响光刻质量。太薄则反差不够高。 铬膜的厚度可用透过铬版观察白炽灯丝亮度的方法，根据经验判断； 精确的厚度必须用测厚仪测量。铬膜质量不好的常见毛病是针孔，产 生原因主要是玻璃基片的清洁度不够好，有水汽吸附，铬粉不纯，表 面存在尘埃等。
P4
光刻掩模版的制造
光刻版
P5
光刻掩模版的制造
(A)电路图； (B)版图
(A)
(B)
P6
制版工艺简介
➢ 电路设计→版图设计→ GDSII文件→ 制作掩膜版；
P7
制版工艺简介
➢ 版图绘制：版图绘制完成后，将其放大100~100倍，在纸画出版图总图； ➢ 刻分层图：分别在贴有红膜的透明塑料胶片的红色薄膜层上刻出各层导通
P19
光刻制版面临的挑战
越来越重要的DFM
➢通过对电路设计的改进可以大大提高良率。 ➢良率下降的原因（与硅片制造工艺环境和设备关系紧密）：随机为 例造成的缺陷；光刻过程造成的误差； ➢良率下降的原因（与集成电路设计方法密切相关）： Cu凹陷和腐蚀 造成的缺陷；参数变化造成的缺陷；通孔的可靠性和信号；功率完整 性造成的缺陷。
掩模版检测技术的发展趋势
➢集成电路工艺向90nm以下发展，分辨率增强技术（RET）和极端分 辨率增强技术的应用不断完善，如OPC、PSM、SARF。
P20
光刻胶
➢ 光刻时接受图像的介质称为光刻胶，是一种对辐照光敏 感的化合物，也将光刻胶称为光致抗蚀剂。
➢ 光刻胶的目的：将淹没版图形转移到硅片上；在后续工 艺中，保护下面的材料。
从真空室中取出蒸好的铬版，用丙酮棉球擦洗表面，然后放在白 炽灯前观察。检查铬层有否针孔，厚度是否均匀，厚薄是否适当。如 果铬膜太厚，腐蚀时容易钻蚀，影响光刻质量。太薄则反差不够高。 铬膜的厚度可用透过铬版观察白炽灯丝亮度的方法，根据经验判断； 精确的厚度必须用测厚仪测量。铬膜质量不好的常见毛病是针孔，产 生原因主要是玻璃基片的清洁度不够好，有水汽吸附，铬粉不纯，表 面存在尘埃等。
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光刻掩模版的制造
光刻版
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光刻掩模版的制造
(A)电路图； (B)版图
(A)
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制版工艺简介
➢ 电路设计→版图设计→ GDSII文件→ 制作掩膜版；
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制版工艺简介
➢ 版图绘制：版图绘制完成后，将其放大100~100倍，在纸画出版图总图； ➢ 刻分层图：分别在贴有红膜的透明塑料胶片的红色薄膜层上刻出各层导通
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光刻制版面临的挑战
越来越重要的DFM
➢通过对电路设计的改进可以大大提高良率。 ➢良率下降的原因（与硅片制造工艺环境和设备关系紧密）：随机为 例造成的缺陷；光刻过程造成的误差； ➢良率下降的原因（与集成电路设计方法密切相关）： Cu凹陷和腐蚀 造成的缺陷；参数变化造成的缺陷；通孔的可靠性和信号；功率完整 性造成的缺陷。
掩模版检测技术的发展趋势
➢集成电路工艺向90nm以下发展，分辨率增强技术（RET）和极端分 辨率增强技术的应用不断完善，如OPC、PSM、SARF。
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光刻胶
➢ 光刻时接受图像的介质称为光刻胶，是一种对辐照光敏 感的化合物，也将光刻胶称为光致抗蚀剂。
➢ 光刻胶的目的：将淹没版图形转移到硅片上；在后续工 艺中，保护下面的材料。