光刻机简单介绍PPT(共 36张)
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光刻机简单介绍(PPT 36页)
WAFER HOLDER LEVELING STAGE
T STAGE Z STAGE X STAGE Y STAGE
防震台
WAFER
15
光刻机构造－STAGE UNIT （2）
Fiducial mark FC2 mark Motor 移动镜
Wafer holder Wafer Illumination uniformity sensor Monitor 插槽 定位块
WGA SET θ
NG
ROTATION
OK
END
32
掩膜版对准系统（三）
M
1
2
2 3
对准光路图
4
5
33
掩膜版对准系统（四）
34
掩膜版对准系统（五）控制系统图&基本波、倍周波形成
35
Thank you 谢谢 Q&A 请您提问
36
RSET X RSET Y
RSET θ
RETICLE ALIGNMENT ALIGNMENT CHECK Y
ALIGNMENT CHECKθ
RETICLE计算
RSET X LSA SET Y
FIA SETY ALIGNMENT CHECK X
LSA SET X FIA SET X WGA SET Y
经偏振分光镜后又分为两路：一路成为仅含有f1的光束,另一路成为仅
含有f2的光束。当可动反射镜移动时,含有f2的光束经可动反射镜反射
后成为含有f2 ±Δf的光束，Δf是可动反射镜移动时因多普勒效应产生
的附加频率,正负号表示移动方向(多普勒效应是奥地利人C.J.多普勒提
出的，即波的频率在波源或接受器运动时会产生变化)。这路光束和由
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。
ASML 光刻机介绍.ppt
Eng-3 / Photo
SMIC
10/27/2020
SMSECIUCRITY 3 SMIC- INTERNAL
System Overview
SMIC
• PAS 5500 WAFER SCANNER OVERVIEW
• Purpose
The PAS 5500 is a fully automatic step-and-repeat camera for exposing wafers used for manufacturing of integrated circuits.
• IS (Image Sensor)
• IP&IL (Illumination and Projection)
• OA (Off-Axis illumination, ATHENA)
• CT (Contamination and Temperature control)
Eng-3 / Photo
10/27/2020
SMSECIUCRITY 3 SMIC- INTERNAL
Sub-Modules
• Airmount
Separating machine into two parts: Silent World and External World
• Purpose: Vibration Isolation Position Control Diagnostic Tool
Eng-3 / Photo
SMIC
10/27/2020
SMSECIUCRITY 3 SMIC- INTERNAL
Sub-Modules
SMIC
• Advanced reticle management system (ARMS)
第四章-光刻PPT课件
68
Hot Plates
Widely used in the industry Back side heating, no surface “crust” In-line track system
2021
69
Wafer Cooling
Need to cool down to ambient temperature
圆片放置在真空卡盘上
高速旋转
液态光刻胶滴在圆片中心
光刻胶以离心力向外扩展
均匀涂覆在圆片表面
2021
46
粘性 Viscosity
Fluids stick on the solid surface Affect PR thickness in spin coating Related to PR type and temperature 旋转速率越高，涂覆越均匀
Water-cooled chill plate
Silicon thermal expansion rate: 2.5x106/°C
For 8 inch (200 mm) wafer, 1 °C change
2021
70
Alignment and Exposure
IC制造的最关键过程Most critical process for IC fabrication
－Ion implantation blocking
2021
24
光刻工艺 Photolithography Process
光刻基本步骤
• 涂胶 Photoresist coating • 对准和曝光 Alignment and exposure • 显影 Development
2021
微电子工艺——光刻技术.ppt
例：转速 5000 r/min，时间 30 sec，膜厚 1.0 m 。 4、前烘（软烘） 目的是去除光刻胶中的大部分溶剂和稳定胶的感光特性。
5、曝光
6、显影
将曝光后的硅片放到显影液中。对于负胶，显影液将溶解 掉未曝光区的胶膜；对于正胶，显影液将溶解曝光区的胶膜。 几乎所有的正胶都使用碱性显影液，如 KOH 水溶液。
oxide
基本工艺
• Step 5: 去除光刻胶:
– Step 5A: 去胶
• S胶iO时2、碳S被iN还、原多析晶出硅，等微非小金的属碳材粒料会一污般染采衬用底浓表硫面酸，去因胶而。必由须于在浓浓硫硫酸酸去 中 3:加1 入H2O2等强氧化剂，使碳被氧化为CO2溢出。浓硫酸与H2O2的比值为
• 酸性腐蚀液对铝、铬等金属具有较强的腐蚀作用，因此金属衬底的去 胶需要专门的有机去胶剂。通常这类去胶剂中加入了三氯乙烯作为涨 泡剂，因此去胶后要用三氯乙烯和甲醇进行中间清洗，由于去胶液和 三氯乙烯都是有毒物质，处理比较困难
涂胶设备
• 动态移动臂分配 （ Dynamic Moving Arm Dispense ）
涂胶设备
Resist Dispenser
– 光刻胶厚度的控制:
• 光刻胶黏度
• 旋涂速度
• 温度 • 湿度
Vacuum Chuck
• 废气流
Hollow Shaft
To House Vacuum
涂胶的问题
1985 年以前，几乎所有光刻机都采用 g 线 (436 nm) 光源， 当时的最小线宽为 1 m 以上。1985 年以后开始出现少量 i 线 (365 nm) 光刻机，相应的最小线宽为 0.5 m 左右。从 1990 年开 始出现 DUV 光刻机，相应的最小线宽为 0.25 m 左右。从1992 年起 i 线光刻机的数量开始超过 g 线光刻机。截止到 1998 年 ， g 线、i 线和 DUV 光刻机的销售台数比例约为 1：4：2。
光刻机简单介绍
后成为含有f2 ±Δf的光束，Δf是可动反射镜移动时因多普勒效应产生
的附加频率,正负号表示移动方向(多普勒效应是奥地利人C.J.多普勒提
出的，即波的频率在波源或接受器运动时会产生变化)。这路光束和由
固定反射镜反射回来仅含有f1的光的光束经偏振片2后会合成为f1-
(f2±Δf)的测量光束。测量光束和上述参考光束经各自的光电转换元件、
光刻机曝光光源为超高压水银灯
高压水银灯光线组成 X线0.71nm KrF248nm i365nm
h405nm g436nm
x 10nm
光刻教育资料
紫外线
可视光区
红外线区
400nm
750nm
光刻Team
8
光学基础知识
• i线：波长=365nm • g线：波长=436nm • 波长越长频率越低
i＞g
光刻教育资料
20
光刻机构造－LENS CONTROLLER
• 镜头控制器：简称LC,对镜头倍率及焦点进 行 控制的关键部件。
• 构成：控制基版 BELLOWS PUMP LENS TEM.SENSOR 压力计等
光刻教育资料
光刻Team
21
LC倍率控制的实现
reticle
A室与大气相连；
B室气压可以调节，通过改变 B室气压，从而改变其折射率 使倍率进行实时追踪
此数字越大意味着是越新模型的NSR。 ⑥ 表示投影鏡頭的型式。
同様的□20mm1/5倍、使用i線的鏡頭中、以A或B等進行区別。
光刻教育资料
光刻Team
6
光刻机
光刻机：采用重复
步进的方式将掩 膜版（Reticle） 的图形以5：1的 比例转移到硅片 （Wafer）上。
【精编】半导体制造工艺-04光刻(上)概要幻灯片
c)溶剂 是醋酸丁脂、二甲苯、乙酸溶纤剂的混合物，用于调节光 刻胶的粘度。
前烘后膜上树脂 : PAC＝1:1
半导体制备工艺基础
第四章 光刻 (上)
34
负胶 (Negative Optical Photoresist)
当VLSI电路需分辨率达2 m之前，基本上是采用负性光刻 胶。 负胶在显影时线条会变粗，使其分辨率不能达到很高。
像平面远离孔径， 在孔径和像之间设 置镜头
1.22 f
d
爱里斑
中心极大半1径 .22＝ f
d
半导体制备工艺基础
第四章 光刻 (上)
24
瑞利给出恰可分辨两个物点的判据：
分辨率
点物S1的爱里斑中心恰好与另一个点物S2的爱里斑
边缘（第一衍射极小）相重合时，恰可分辨两物点。
S1
S2
可分辨
100%
S1
恰可分辨
a) 基底：树脂 是一种低分子量的酚醛树脂 (novolac, a polymer) 本身溶于显影液，溶解速率为15 nm/s。
b)光敏材料（PAC－photoactive compounds) 二氮醌 (diazoquinone, DQ)
✓DQ不溶于显影液，光刻胶在显影液中的溶解速率为 1－2 nm/sec ✓光照后，DQ结构发生重新排列，成为溶于显影液的烃基酸 （TMAH四甲基氢氧化铵——典型显影液） 光照后，光刻胶在显影液中的溶解速度为100－200nm/s
×1掩膜版制作
接触式、接近式光刻
数字图形
×4或×5投影光 刻版
投影式光刻
半导体制备工艺基础
第四章 光刻 (上)
13
电子束直写
✓×4或×5投影光刻版在 制版时容易检查缺陷
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光学基础知识
• i线：波长=365nm • g线：波长=436nm • 波长越长频率越低
i＞g
光刻机整体构造
Uv lamp
ＨＥＰA filter
reticle
lens wafer
Wafer stage
送风机
Heater
压缩机 风
进风口
光学系构造
RA
C F R1 R2 M1
S I MF、SF B
光刻设备概述（二）
• 微细加工技术的核心，是微细光刻技术。 • 主要有光学曝光、电子束曝光、X射线曝光、
离子束曝光。 • 目前生产上大量采用的是光学曝光技术。 • Nikon光刻机：重复步进式光刻机（NSR）
N S R – 2 2 0 5 i 12 C
①
② ③④ ⑤ ⑥
① NSR為「Nikon Step and Repeat exposure systems」的略称。 ② 表示最大曝光範囲。
Hg LAMP E
M2 MC ML
光刻机构造－干涉滤光镜
玻璃衬底上涂一层半透明金属层，接着涂一层氟化镁隔层（可以减 少镜头界 面 对射入光线的反射，减少光晕，提 高 成 像 质 量 ），再 涂一层半透明金属层，两金属层构成了法布里-珀罗标准具的两块平行 板。当两极的间隔与波长同数量级时，透射光中不同波长的干涉高峰 分得很开，利用别的吸收型滤光片可把不允许透过的光滤掉，从而得 到窄通带的带通滤光片，其通频带宽度远比普通吸收型滤光片要窄。
光刻机简单介绍
郑鸿光 2012.09.01
目录
1.发展史 2.光刻机概述 3.光刻机构造 4.相关技术
光刻机发展过程
1.接触式光刻机 2.接近式光刻机 3.投影式光刻机 4.扫描式光刻机 5.步进式光刻机 6.步进扫描式光刻机
光刻机概述（一）
• 腔体（CHAMBER） • 主体（MAIN BODY） • 传片单元（WAFER LOADER） • 上版单元（RETICLE LOADER） • 照明系统（ILLUMINATION） • 工作台（WAFER STAGE） • 控制柜（CONTROL RACK）
光刻机构造－Stage unit（3）
工作台定位－HP干涉计
工作台定位－HP干涉计
•
在氦氖激光器上，加上一个约0.03特斯拉的轴向磁场。由于塞曼
分裂效应和频率牵引效应,激光器产生1和2两个不同互相垂直的线偏振光,再经分光镜分
为两路。一路经偏振片1后成为含有频率为f1-f2的参考光束。另一路
光刻机
光刻机：采用重复
步进的方式将掩 膜版（Reticle） 的图形以5：1的 比例转移到硅片 （Wafer）上。
光刻机基础
光刻机曝光光源为超高压水银灯
高压水银灯光线组成 X线0.71nm KrF248nm i365nm
h405nm g436nm
x 10nm
紫外线
可视光区
红外线区
400nm
750nm
通过移动境 、固定境反 射后的光线 ，形成干涉光 ，被检知器 检知。
光刻机构造－LENS CONTROLLER
• 镜头控制器：简称LC,对镜头倍率及焦点进 行 控制的关键部件。
• 构成：控制基版 BELLOWS PUMP LENS TEM.SENSOR 压力计等
LC倍率控制的实现
reticle
A室与大气相连；
固定反射镜反射回来仅含有f1的光的光束经偏振片2后会合成为f1-
(f2±Δf)的测量光束。测量光束和上述参考光束经各自的光电转换元件、
放大器、整形器后进入减法器相减,输出成为仅含有±Δf的电脉冲信号。
经可逆计数器计数后，由电子计算机进行当量换算(乘 1/2激光波长)后
即可得出可动反射镜的位移量。
工作台定位：移动境、固定境
经偏振分光镜后又分为两路：一路成为仅含有f1的光束,另一路成为仅
含有f2的光束。当可动反射镜移动时,含有f2的光束经可动反射镜反射
后成为含有f2 ±Δf的光束，Δf是可动反射镜移动时因多普勒效应产生
的附加频率,正负号表示移动方向(多普勒效应是奥地利人C.J.多普勒提
出的，即波的频率在波源或接受器运动时会产生变化)。这路光束和由
B室气压可以调节，通过改变 B室气压，从而改变其折射率 使倍率进行实时追踪
A室中集中了大部分光学镜头
A
压力调节机构
B
lens
wafer
LC与AUTOFOCUS的关系
Lens的实际焦点随着 B室气压的变化实时 在变化。
Halving glass
detect Slit
reticle Lens
lamp
vibrator
200為正方形□20.0mm的曝光範囲。 ③ 表示投影鏡頭的投影倍率。
5是表示将Reticle上的図形以1/5倍投影到Wafer上。 ④ 表示曝光光波長。
i是表示使用由超高圧水銀灯発出的光中的i線。 ⑤ 表示NSR本体的型式名。
此数字越大意味着是越新模型的NSR。 ⑥ 表示投影鏡頭的型式。
同様的□20mm1/5倍、使用i線的鏡頭中、以A或B等進行区別。
Autofocus系统实现z
工作台与lens焦点的
up
追踪。
down
wafer
光刻机－相关特性参数
1、数值孔径（numerical aperture)N.A. 2、分辨率（resolving power) 3、焦点深度（depth of focus）
数值孔径
数值孔径（N.A.）
N.A.=N×sinθ
N：折射率 Θ：折射角
物镜
θ 焦点
分辨率： R
分辨率：R衡量物镜的一个重要指标， 与数值孔径有关，数值孔径 越大，分辨率越高。
光刻机构造－复眼lens
1、有多个具有共焦面 小凸透镜组成
2、为了确保照度、 均一性
reticle
光刻机构造－SHUTTER UNIT 计数器 马达 位置：光路焦点处
结构：马达（直流）
计数器
扇叶
扇叶
功能：开 曝光 闭 掩膜版对准、ISS
光刻机构造－Stage unit（1）
主视结构图
WAFER HOLDER LEVELING STAGE
T STAGE Z STAGE X STAGE Y STAGE
防震台
WAFER
光刻机构造－STAGE UNIT （2）
Fiducial mark FC2 mark Motor 移动镜
Wafer holder Wafer Illumination uniformity sensor Monitor 插槽 定位块