8.3.3 光刻-紫外曝光技术
光刻机的深紫外光技术实现更高分辨率的芯片制造
光刻机的深紫外光技术实现更高分辨率的芯片制造随着科技的不断发展，芯片制造行业对于更高分辨率的需求也日益增长。
而在芯片制造的过程中，光刻技术起着至关重要的作用。
本文将介绍深紫外光技术在光刻机中的应用，以实现更高分辨率的芯片制造。
一、深紫外光技术简介深紫外光技术是指波长在200纳米以下的紫外光技术。
相较于传统的紫外光技术，深紫外光技术具有更高的能量，能够实现更高分辨率的图案转移到光刻胶层上。
通过对深紫外光技术的研究与应用，可以提高芯片的制作精度和工艺性能。
二、深紫外光技术在光刻机中的应用1. 光刻胶层选择：深紫外光技术需要与特定的光刻胶层配合使用，以实现更高的分辨率。
在选择光刻胶层时，需要考虑其对深紫外光的透过率、抗辐射性能等因素，以确保良好的光刻效果。
2. 光刻机设备升级：为了适应深紫外光技术的应用，光刻机设备需要进行相应的升级。
例如，光刻机的光源需要更换为深紫外光源，以提供所需的波长；光刻机的光学系统也需要进行调整和优化，以确保深紫外光的准确聚焦和传输。
3. 曝光参数调整：深紫外光技术的应用需要对曝光参数进行调整。
例如，曝光时间、曝光剂量等参数需要根据具体的芯片设计和制造要求进行优化，以达到更高的分辨率和精度。
4. 掩模技术改进：深紫外光技术在芯片制造中还需要结合先进的掩模技术。
掩模技术的改进可以提高掩模的制作精度，进而保证光刻过程中图案的转移精度，从而实现更高分辨率的芯片制造。
三、深紫外光技术实现高分辨率芯片制造的优势1. 提高芯片性能：通过深紫外光技术实现更高分辨率的芯片制造，可以提高芯片的密度和性能，满足日益增长中的信息存储和处理需求。
2. 降低生产成本：深紫外光技术所实现的更高分辨率可以减少芯片制造中的缺陷率，大大降低了废品产生的概率，从而降低了生产成本。
3. 提升制造效率：深紫外光技术的应用可以提高芯片制造的效率，缩短制造周期，满足市场对于高性能芯片的快速交付需求。
4. 推动科技创新：深紫外光技术的应用不仅可以提高现有芯片制造的水平，还可以推动科技的创新发展，为下一代芯片制造技术的发展提供有力支持。
微机电系统制造技术
8.1 概 述
2．MEMS的加工方法和功用上的优势 （1）首先表现在活动空间、操作对象和工
作环境上。MEMS能够进入极狭小空间进行 作业，且不易对环境造成不必要的影响与破 坏。 （2）与一般机械相比，MEMS所表现出的 智能化程度更高、实现的功能更趋于多样化。
8.1 概 述
图8-2 MEMS在医学上的应用
8.3 微细加工技术
8.3.1 光刻技术 （2）前烘。 通过前烘使光刻胶膜干燥，以增加胶膜与硅
片表面的黏附性和胶膜的耐磨性，同时使曝 光时能进行充分的光化学反应。
8.3 微细加工技术
8.3.1 光刻技术 （3）曝光。 在涂好光刻胶的硅片表面上覆盖掩膜，或将
掩膜置于光源与光刻胶之间，利用紫外线光 束等透过掩膜等对光刻胶进行选择性照射。 在受到光照的地方，光刻胶发生光化学反应， 从而改变了感光部分的胶的光刻性质。
8.3.2 薄膜淀积
图8-7 真空蒸发镀膜技术工作原理
（2）液相方法制膜，包括化学镀、电镀、 浸喷涂等。
（3）其他方法制膜，包括喷涂、涂敷、压 延、印刷、挤出等。
8.3 微细加工技术
8.3.3 牺牲层技术 牺牲层技术也称分离层技术。 只有非常少的刻蚀系统和材料能满足这些需
要。 理想的牺牲层材料必须满足要求，膜的厚度
图8-1 MEMS表面贴装式电磁性接近开关
（1）体积小，精度高，质量轻。
（2）性能稳定，可靠性高。
（3）能耗低，灵敏性和工作效率高。
（4）多功能和智能化。
（5）适于大批量生产，制造成本低廉。
8.1 概 述
2．MEMS的加工方法和功用上的优势 从MEMS的加工方法来看，它主要起源于硅
集成制造技术。因此，MEMS继承了集成电 路器件微小、可靠、灵敏、低耗、高效、成 本低、适于大批量生产等系列优点。从功用 上看，MEMS还具有以下一般机械所不能及 的优势。
紫外光刻原理
紫外光刻原理
紫外光刻是一种先进的半导体器件制造技术。
它是一种通过利用光线进行半导体制造的方法。
在紫外光刻过程中，被称为掩模的模板透过紫外线辐射到光敏感材料上，从而在材料表面上形成所需的纹路。
这样，我们就可以通过这些纹路将材料刻蚀成所需的形状。
紫外光刻的原理可以概括为五个步骤：
1. 制备掩模
制备掩模是紫外光刻的第一步。
掩模是一个模板，通常由光阻材料制成。
掩模的表面被覆盖着所需的半导体器件结构，它们将被刻蚀到光敏感材料表面。
2. 准备光敏感材料
准备光敏感材料是紫外光刻的第二步。
光敏感材料是一种材料，可以通过紫外线辐射进行化学反应以形成所需的纹路。
它们的表面必须是光滑的，以便掩模可以精确地对准上面的结构。
3. 将掩模对准并暴露在光敏感材料上
掩模被放置在光敏感材料上。
最终位置由精密定位设备控制。
然后，紫外线被照射到掩模上，传递到光敏感材料上，从而形成所需的结构。
4. 开发过程
开发是紫外光刻的关键步骤。
在这一步骤中，未暴露区域的材料被去除，而暴露区域的材料则被留下。
这样，纹路就形成了。
5. 制备材料
最后一步是通过刻蚀和清洗等过程，将材料制备成所需的形状。
这些工艺可以在制造过程中的不同阶段进行，并且可以多次重复。
总体而言，紫外光刻基于光学技术，采用了高精度的组装和精密材料处理方法，可以在微米和亚微米层面上非常精确地控制半导体部件的制造。
这种制造方法广泛应用于集成电路、MEMS（微电子机械系统）和其他纳米结构的制造。
光刻技术回顾
3.1 概述
❖ 光刻(photolithography)是在光的作用下， 使图像从母版向另一种介质转移的过程。母 版就是光刻版，是一种由透光区和不透光区 组成的玻璃版。
❖ 即将掩模版（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 。
光刻工艺就是利用光敏的抗蚀涂层发生
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其它光刻胶
1、电子束光刻胶 2、X射线光刻胶
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3.4 光刻掩模版的制造
掩模版就是将设计好的特定几何图形通过一定 的方法以一定的间距和布局做在基版上，供光 刻工艺中重复使用。制造商将设计工程师交付 的标准制版数据传送给一个称作图形发生器的 设备，图形发生器会根据该数据完成图形的产 生和重复，并将版图数据分层转移到各层光刻 掩模版（为涂有感光材料的优质玻璃板）上， 这就是制版。
氧化铁具备作为选择透明掩模材料的所有要求的最佳的 化学和物理特性。据报道，在紫外区（300~400nm）的透 射率小于1%，在可见光区（400~800nm）透射率大于 30%。
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3.6 紫外光曝光技术
硬(Hard)X-光 (0.01~0.2nm)
真空紫外光(0.2~180nm)
软(Soft)X-光 (0.2~25nm)
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光学光刻胶
正胶和负胶进行图形转移示意图
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3 正、负胶比较
❖ 正胶，显影容易，图形边缘齐，无溶涨现象，光 刻的分辨率高，去胶也较容易。 在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶。
❖ 负胶显影后保留区的胶膜是交联高分子，在显影 时，吸收显影液而溶涨，另外，交联反应是局部 的，边界不齐，所以图形分辨率下降。光刻后硬 化的胶膜也较难去除。但负胶比正胶相抗蚀性强。 适于加工线宽≥3m的线条
离子束刻蚀ppt课件
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篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
3、对准与曝光
大规模集成电路制造对光刻对准的规定是，对准误差应该 不大于特征尺寸的 1/4 到 1/3 。
6、腐蚀
腐蚀是用适当的腐蚀液将无光刻胶膜覆盖的衬底材料腐蚀 掉，而有光刻胶覆盖的区域保存下来。所用的腐蚀液必须既能 腐蚀掉裸露的衬底表面材料（如介质膜或金属膜），又不损伤 光刻胶层。
腐蚀方法分为 “湿法” 和 “干法” 两大类。因正胶的抗 干法腐蚀能力强，因此干法腐蚀用正胶更为适合。
湿法腐蚀具有各向同性的缺点，但设备简单，故仍被普遍 采用。腐蚀液的配方视被腐蚀材料和光刻胶性能而定。
优点：适用于各种表面的硅片，特别是金属表面；适用于 大批量生产；溶剂的使用期长。
(2) 氧化去胶法。较普遍的方法。将待去胶的硅片放入氧化 去胶剂中，加热至100℃以上，光刻胶层被氧化成CO2和H2O。 最常用的氧化去胶剂有(a)浓H2SO4；(b)浓H2SO4：H2O2 = 3：1 混合液；(c)NH4OH：H2O2：H2O = 1：2：5（1号洗液）；(d) 发烟硝酸等。
此类光刻胶所采用的感光性树脂主要为环化橡胶，它是在 天然橡胶或聚异戊二烯合成橡胶溶液中加入酸性催化剂，在一 定温度下使橡胶分子发生环化反应，再加入双叠氮有机化合物 作为交联剂而成。
双叠氮交联剂的感光波长范围为260~460nm，已适用于高 压汞灯等光源。但添加适宜的增感剂，感光度也有所提高。
若曝光气氛中存在氧，将导致灵敏度下降，因此，必须在 氮气或真空条件下曝光操作。
紫外光刻原理
紫外光刻原理
紫外光刻是一种用于制造微电子元件的制程技术，其原理是利用紫外光对光敏材料进行曝光和显影，形成所需的图形。
该技术通常用于制造芯片、光学器件和微机械系统等微纳加工领域。
紫外光刻过程中，首先需要将光敏材料涂覆在基板上，然后使用掩模将紫外光聚焦在特定区域上，使得光敏材料局部发生化学反应。
经过显影后，未曝光的部分会被溶解，而曝光的部分则会得到保留。
在紫外光刻中，掩模的质量和制备是至关重要的。
掩模的设计需要与光敏材料的化学性质相匹配，能够产生所需的图案。
同时，掩模制备的精度也会影响到图案的分辨率和重复性。
除了掩模和光敏材料的选择外，紫外光刻的刻蚀深度、曝光能量和曝光时间等参数也需要进行优化。
这些参数的选择将直接影响到图案的形状、大小和精度。
总之，紫外光刻是一种重要的微纳加工技术，能够实现高分辨率、高精度的微电子元件制造。
了解其原理和优化参数对于实现微纳加工的应用具有重要意义。
- 1 -。
光刻技术的发展史
光刻技术的发展史
光刻技术是半导体制造过程中的一项核心技术，它被广泛应用于芯片制造、集成电路制造、平面显示器制造等领域。
以下是光刻技术的发展史：
1.接触式光刻技术（1950年代至1960年代）：接触式光刻技术
是最早的一种光刻技术，它使用的是硬模板，将图案直接接触在光刻胶上。
2.投影式光刻技术（1960年代至1970年代）：投影式光刻技术
使用投影光学系统，将掩膜上的图案投影到光刻胶上，因此可以实现更高的分辨率和更复杂的图案。
3.近场光刻技术（1970年代至1980年代）：近场光刻技术使用
特殊的光刻胶和近场光刻头，可以实现比传统投影式光刻更高的分辨率和更复杂的图案。
4.紫外光刻技术（1980年代至今）：紫外光刻技术使用波长为
248nm或193nm的紫外光，可以实现更高的分辨率和更复杂的图案。
目前，193nm光刻已成为芯片制造中主流的光刻技术。
5.双重曝光光刻技术（2000年代）：双重曝光光刻技术是一种
新型的光刻技术，它可以在不增加制造成本的情况下实现更高的分辨率和更复杂的图案。
6.多重图案光刻技术（2010年代）：多重图案光刻技术可以同
时实现多个图案的制造，从而大大提高了芯片制造的效率和成本效益。
光刻曝光原理
光刻曝光原理
光刻曝光是半导体制造中重要的工艺步骤之一，用于将芯片设计上的图形投影到光刻层上。
其原理可以简单描述为：
1. 光源：使用紫外光作为光源，光的波长通常在250到400纳米之间。
光源应具备足够的亮度和稳定性。
2. 掩模板：在光刻过程中，使用掩模板将芯片设计上的图形模式投影到光刻层上。
掩模板由透过光和阻挡光所组成，在相应区域上形成光刻层的图形。
3. 光刻胶：光刻胶是一种对紫外光敏感的物质，也叫做光刻剂。
光刻胶在曝光后，其化学性质会发生变化，从而实现图形的转移。
4. 曝光：将掩模板放置在光刻胶层上，使紫外光通过掩模板的透过光区域照射到光刻胶上。
光的照射会使光刻胶的敏感部分发生化学反应，从而使光刻胶在该区域上发生溶解或固化。
5. 显影：在曝光后，需要将未曝光部分的光刻胶去除，以显现出芯片设计图形的轮廓。
显影过程中使用显影液，将未曝光区域溶解掉，而曝光过的区域仍然保留。
6. 转移：经过显影后，图形已经转移到光刻胶层上。
然后可以根据需要，通过进一步的步骤，把光刻胶上的图形转移到下一层或进行其他加工。
总结起来，光刻曝光通过使用光源和掩模板，以及光刻胶的敏感性，实现了将芯片设计上的图形投影到光刻层上的过程。
这一关键工艺步骤在半导体制造中起到非常重要的作用。
第八章光刻与刻蚀工艺PPT课件
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8.6.6 投影式曝光
优点：光刻版不受损伤， 对准精度高。
缺点：光学系统复杂， 对物镜成像要求高。
用于3μm以下光刻。
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分步重复投影光刻机--Stepper
采用折射式光学系统和4X~5X的缩小透镜。 光刻版： 4X~5X； 曝光场：一次曝光只有硅片的一部分； 采用了分步对准聚焦技术。
KrF：λ= 248nm；
ArF：λ= 193nm；
F2激光器： λ= 157nm。
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8.1 光刻工艺流程
高压汞灯紫外光谱
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8.1 光刻工艺流程
ⅱ）曝光方式（曝光机） a.接触式：硅片与光刻版紧密接触。 b.接近式：硅片与光刻版保持5-50μm间距。 c.投影式：利用光学系统，将光刻版的图形投影在硅片上
光照时发生化学分解或聚合反应通过曝光转移设计图形到光刻胶上类似于照相机胶片上涂覆的光敏材料negativephotoresist负性光刻胶positivephotoresist正性光刻胶曝光后不可溶解曝光后可溶解显影时未曝光的被溶解显影时曝光的被溶解便宜高分辨率35负胶negativehotoresists
正胶的S大于负胶
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8.3 光刻胶的基本属性
4） 光刻胶抗蚀能力 表征光刻胶耐酸碱（或等离子体）腐蚀的程度。 对湿法腐蚀：抗蚀能力较强；
干法腐蚀：抗蚀能力较差。 负胶抗蚀能力大于正胶； 抗蚀性与分辨率的矛盾：分辨率越高，抗蚀性越差；
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8.6 紫外光曝光
光源： 紫外（UV）、深紫外（DUV）；
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接触式曝光示意图 步进-重复（Stepper）曝光示意图20
8.1 光刻工艺流程
下一代曝光方法
第八章+光刻与刻蚀工艺
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8.1 光刻工艺流程 主要步骤：
涂胶、前烘、曝光、显影、 坚膜、刻蚀、去胶。 两种基本工艺类型： 负性光刻和正性光刻。
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负性光刻 掩膜版
光照
光刻胶 SiO2
n-Si 15
掩膜版
光照
不透光
光刻胶 SiO2
n-Si 16
SiO2腐蚀液
光刻胶 SiO2
n-Si 17
光刻胶
n-Si 18
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8.3 光刻胶的基本属性 8.3.5 黏着力 表征光刻胶与衬底间粘附的牢固程度。 评价方法：光刻后的钻蚀程度，即钻蚀量越小，粘附性越好。 增强黏着力的方法：①涂胶前的脱水；
②HMDS； ③提高坚膜的温度。 8.3.6 溶解度和黏滞度 8.3.7 微粒数量和金属含量 8.3.8 存储寿命
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n-Si 19
玻璃掩膜版上的 铬图案
光刻胶上的 影子
光刻胶 氧化层
负性光刻 紫外光
曝光区域变成交互链结，可抗显影液 之化学物质。
光阻曝 光区域
光刻胶 岛状
窗口
硅基板
氧化层
硅基板 光刻胶显影后的图案
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正性光刻 掩膜版
光照
光刻胶 SiO2
n-Si 21
掩膜版
光照
不透光
光刻胶 SiO2
n-Si 22
g线：λ=436nm， h线：λ=405nm， i线：λ=365nm。
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对于光刻曝光的重要 UV 波长
UV 波长 (nm) 436 405 365 248 193 157
波长名 G线 H线 I线
深紫外 (DUV) 深紫外 (DUV) 真空紫外 (VUV)
UV 发射源 汞灯 汞灯 汞灯