2018年半导体清洗设备行业分析报告 2018年5月
目录 一、半导体清洗工艺重要且复杂，贯穿半导体产业始终 (4) 1、清洗工艺重要且步骤繁多，全球市场规模迅速扩大 (4) 2、湿法干法清洗工艺相互补充，设备多样化 (7) 3、多工艺节点并存，清洗设备要求渐高 (15) 二、迪恩士：清洗设备技术引领者与市场增长点最先受益者 (19) 1、多行业龙头，引领最先进的清洗设备市场 (19) 2、工艺节点收缩形成清洗设备新增长点，技术引领者最先受益于市场蓝海 (25) 三、国内清洗设备需求旺盛，国产设备有望异军突起 (29) 1、中国越来越成为半导体的重要主场，清洗设备需求旺盛 (29) 2、国产清洗设备正布局，有望异军突起 (31) （1）盛美半导体 (32) （2）北方华创 (34) （3）至纯科技 (36)
半导体清洗工艺重要且复杂，贯穿半导体产业始终。半导体清洗工艺贯穿半导体产业始终，步骤占总生产流程的30%以上，对于提升成品良率有着至关重要的作用。根据SEMI 数据，2017 年全球半导体清洗设备市场空间为32.3 亿美元，预计2020 年达到37 亿美元。半导体清洗工艺主要有湿法和干法两种，两种工艺相互补充，形成目前半导体工艺的基本工艺，并由此发展出多样化的设备，主要包括单晶圆清洗设备、自动清洗台、洗刷机等。其中，随着工艺节点的缩小，清洗要求渐高，单晶圆清洗设备将是未来清洗设备的主流。 迪恩士：清洗设备技术引领者与市场增长点最先受益者。迪恩士是全球清洗设备的龙头，立足日本、面向全球提供半导体清洗设备，在单晶圆清洗设备、自动清洗台、洗刷机三个最主要的清洗设备领域均占据世界首位的市场份额，是清洗设备技术的引领者。工艺节点不断收缩促使半导体商不断扩展最新技术的产线，从而带来对于先进清洗设备的不断需求，形成强有力的增长点。从迪恩士近两年的收入结构来看，迪恩士作为技术引领者直接受益于此新增长点。 国内清洗设备需求旺盛，国产设备有望异军突起。随着半导体产业向中国大陆的转移，中国大陆有着强劲的半导体设备需求，经过测算，国内未来五年的清洗设备市场空间达到400 亿元以上，其中单晶圆清洗设备市场空间为278 亿元。国内半导体设备企业如盛美半导体、北方华创已经在清洗设备上有所积累，另外高纯系统龙头至纯科技也有所布局，有望乘行业红利之舟，行创新赶超之道，迎来加速成长。
光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60%。 光刻机是生产线上最贵的机台，5～15百万美元/台。主要是贵在成像系统（由15～20个直径为200～300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。光刻部分的主要机台包括两部分：轨道机（Tracker），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning)光刻工艺的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻胶具有高的光学敏感性；准确地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。 光刻工艺过程 一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。 1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking） 方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮 气保护） 目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是 HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。 2、涂底（Priming) 方法：a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸汽淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS 用量大。
目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。 3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating） 方法：a、静态涂胶（Static）。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）； b、动态（Dynamic）。低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速 旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。 决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄； 影响光刻胶厚度均运性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时 间点有关。 一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关（因为不同级别的曝光波长对应不 同的光刻胶种类和分辨率）： I-line最厚，约0.7～3μm；KrF的厚度约0.4～0.9μm；ArF的厚度约0.2～ 0.5μm。 4、软烘（Soft Baking） 方法：真空热板，85～120℃,30～60秒； 目的：除去溶剂（4～7%）；增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶 玷污设备； 边缘光刻胶的去除（EBR，Edge Bead Removal）。光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离（Peeling）而影响其它部分的图形。所以需要去除。
半导体清洗设备制程技术与设备市场分析 （台湾）自?動?化?產?業?技?術?與?市?場?資?訊?專?輯 关键词 ?多槽全自动清洗设备Wet station ?单槽清洗设备Single bath ?单晶圆清洗设备Single wafer ?微粒particle 目前在半导体湿式清洗制程中，主要应用项目包含晶圆清洗与湿式蚀刻两项，晶圆(湿式) 清洗制程主要是希望藉由化学药品与清洗设备，清除来自周遭环境所附着在晶圆表面的脏污，以达到半导体组件电气特性的要求与可靠度。至于脏污的来源，不外乎设备本身材料产生、现场作业员或制程工程师人体自身与动作的影响、化学材料或制程药剂残留或不纯度的发生，以及制程反应产生物的结果，尤其是制程反应产生物一项，更成为制程污染主要来源，因此如何改善制程中所产生污染，便成为清洗制程中研究主要的课题。 过去RCA 多槽湿式清洗一直是晶圆清洗的主要技术，不过随着近年来制程与清洗设备的演进，不但在清洗制程中不断产生新的技术，也随着半导体后段封装技术的演进，清洗设备也逐渐进入封装厂的生产线中。以下本文即针对清洗设备与技术作一深入介绍，并分析清洗设备发展的关键机会及未来的发展趋势。 晶圆表面所残留脏污的种类非常多，约略可分成微粒、金属离子、有机物与自然氧化物。而这些污染物中，以金属离子对半导体组件的
电气特性有相当的影响力，其中尤其是重金属离子所引发的不纯度，将严重影响闸氧化层的临界崩溃电压、起始电压漂移与P-N 接合电压，进而造成制程良率的降低。所以，针对制程所使用的化学品与纯水，必须进行严格的纯度控制以有效降低生产过程所产生的污染源。由于集成电路随着制作集积度更高的电路，其化学品、气体与纯水所需的纯度也将越高，为提升化学品的纯度与操作良率，各家厂商无不积极改善循环过滤与回收系统，如FSI 公司提出point-of-generation （点产生）与point-of-use （点使用）相结合，比起传统化学瓶的供应方式，有着更佳的纯度。（注：POUCG点再生） 在半导体制程中，无论是在去光阻、化学气相沈淀、氧化扩散、晶圆研磨以后等各阶段制程都需反复清洗步骤，而在晶圆清洗部分也概略分为前后段清洗两部分(在晶圆生产处理过程中大致可区分为 前段与后段制程，前后段以金属制作蒸镀、溅镀为分界)，在前段制程清洗方面，如Preclean、扩散、氧化层与氮化层的去除、复晶硅蚀刻与去除。后制程段清洗方面，包含金属间介电层与金属蚀刻后之清洗、光阻去除前后的清洗、CMP 制程后之清洗等。 由于晶圆污染来源除一般微粒(particle) 附着于晶圆表面上，并可能是污染物与晶圆表面之间产生连接，包含如多种化学键结，甚至于脏污被氧化层或有机物薄膜所深埋，即使经过多次的物理力洗濯或冲刷，均无法彻底去除此脏污，并有可能产生回污或交互污染。因此，清洗的方法除了物理力或溶解的洗净外，对于晶圆表面施予微量蚀刻(Micro-etching) 的化学清洗方式(如下表一)，便成了不可或缺的关键
为提高成品率改善光刻工艺的一些方法 作者：伍强詹思诚华虹 NEC 电子有限公司 引言 当最小线宽(Critical Dimension, CD) 和对准精度的变化大到一定程度，成品率将受到影响。在前道(Front-End-of-the-Line, FEOL)，诸如绝缘层和门电路层，最小线宽的变化会影响到晶体管的电学特征，如关闭电流Ioff 和漏极饱和电流Idsat。对0.13微米及以下，由于短通道效应(Short Channel Effect) 变得明显，阈值电压Vt也会随线宽的变化而波动。如果门电路层的线宽偏小，关闭电流会明显变大，使芯片功耗大幅度增加，甚至出故障。对准精度的不高会让漏电流显著增加。在后道(Back-End-of-the-Line, BEOL)，不完美的最小线宽和对准精度的控制会导致接触电阻的升高或者其他可能的工艺问题，如金属线的腐蚀。所以，对如何针对日益缩小的制造线宽在成本允许下提升光刻工艺对最小线宽和对准精度的控制是至关重要的。从180 纳米产品开始，光学近距效应变得显著，其表现在明显的二维效应，如，线端缩短(Line End Shortening)和方角钝化(Corner Rounding)。除了二维的效应之外，在一维，线宽随空间周期的变化会变得对部分相干性(Partial Coherence) 敏感。尽管在0.18 微米，基于一些简单规则的光学近距修正和一些曝光条件的优化已经可以满足对线宽的控制要求，在0.13 微米，更加复杂的基于模型的光学近距修正变的不可缺少。 除了对线宽的控制以外，很多0.18 微米及以下的芯片设计对对准精度的要求也越来越严。不超过60 纳米的对准精度对绝大多数光刻机来讲是轻而易举的。但是40 到50 纳米的对准精度就显得困难许多，而且还有可能受某些工艺，如化学机械抛光 (Chemical-Mechanical Polishing, CMP) 的影响。20 到30 纳米的对准精度将是几乎所有光刻机能达到的极限。在这样紧的规格下，成功的对准将依赖于对准记号的质量. 先进光刻工艺中对线宽的控制 化学增幅光刻胶(Chemically Amplified Resist, CAR) 的使用改变了光刻学。化学增幅，或利用光致酸进行催化反应的引入不仅实现了更好的成像形貌和反应对比度，而且还提高了胶的灵敏度和机器产能[1]。但是尽管这样的扩散可以改善对焦深度(Depth of Focus, DOF) 和图形边缘的粗糙程度，实现这种催化反应所需要的在曝光后的烘烤（俗称后烘）(Post Exposure Bake, PEB)过程中的酸的随机扩散会损伤成像对比度[2]。在0.13 微米及以下工艺，传统上的黑白(Binary)，或者铬-玻璃(Chrome-on-Glass, COG) 掩膜板已经不能满足对门电路的线宽控制要求。透射减幅的相移掩膜板(Attenuated Phase Shifting Mask, Att-PSM) 成为130 纳米和90 纳米工艺的标准配置。在65 纳米节点，甚至透射减幅的相移掩膜板也不能给门电路产生足够的成像对比度。在这种情况下，对160 纳米至200 纳米的空间周期，只有使用193 纳米浸没(Immersion) 光刻技术或者交替相移掩膜板(Alternating Phase Shifting Mask, Alt-PSM) 才能满足对门电路最小线宽控制的
半导体IC清洗技术 李仁 （中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京 101601） 摘要：介绍了半导体IC制程中存在的各种污染物类型及其对IC制程的影响和各种污染物的去除方法, 并对湿法和干法清洗的特点及去除效果进行了分析比较。 关键词：湿法清洗；RCA清洗；稀释化学法；IMEC清洗法；单晶片清洗；干法清洗 中图分类号：TN305.97 文献标识码：B 文章编号：1003-353X(2003)09-0044-04 1前言 半导体IC制程主要以20世纪50年代以后发明的四项基础工艺（离子注入、扩散、外延生长及光刻）为基础逐渐发展起来，由于集成电路内各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如果遭到尘粒、金属的污染，很容易造成晶片内电路功能的损坏，形成短路或断路等，导致集成电路的失效以及影响几何特征的形成。因此在制作过程中除了要排除外界的污染源外，集成电路制造步骤如高温扩散、离子植入前等均需要进行湿法清洗或干法清洗工作。干、湿法清洗工作是在不破坏晶圆表面特性及电特性的前提下，有效地使用化学溶液或气体清除残留在晶圆上之微尘、金属离子及有机物之杂质。 2污染物杂质的分类 IC制程中需要一些有机物和无机物参与完成，另外，制作过程总是在人的参与下在净化室中进行，这样就不可避免的产生各种环境对硅片污染的情况发生。根据污染物发生的情况，大致可将污染物分为颗粒、有机物、金属污染物及氧化物。 2.1 颗粒 颗粒主要是一些聚合物、光致抗蚀剂和蚀刻杂质等。通常颗粒粘附在硅表面，影响下一工序几何特征的形成及电特性。根据颗粒与表面的粘附情况分析，其粘附力虽然表现出多样化，但主要是范德瓦尔斯吸引力，所以对颗粒的去除方法主要以物理或化学的方法对颗粒进行底切，逐渐减小颗粒与硅表面的接触面积，最终将其去除。
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。 Key Words:lithography,Photoresist Coating,Soft bake,exposure,development,hard bake ,etching, Strip Photoresist. 引言： 光刻有三要素：光刻机；光刻版（掩模版）；光刻胶。光刻机是IC晶圆中最昂贵的设备，也决定了集成电路最小的特征尺寸。光刻机的种类有接触式光刻机、接近式光刻机、投影式光刻机和步进式光刻机。接触式光刻机设备简单，70年代中期前使用，分辨率只有微
毕业设计（论文）报告题目光刻工艺的研究 系别尚德光伏学院 专业微电子技术（液晶显示技术与应用） 班级0902 学生姓名赵俊 学号090425 指导教师丁兰 2012年4月
光刻工艺的研究 摘要：光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。最重要的光刻工艺是在晶圆便面建立图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。最后的步骤则是光刻胶的显影到最终检验。本文主要介绍了传统光刻技术和高级光刻工艺。开始介绍了光刻工艺的概述，以及光刻蚀工艺的概况。系统介绍了关于光刻蚀和光刻胶的内容，包括光刻胶的组成及正负胶的比较。然后以传统的十步法分类解析其内容，系统的介绍了这十步流程，然后介绍了光刻质量的分析方法。最后为了展望未来光刻工艺的前景，本文又介绍了高级光刻工艺技术，先是提出集成电路中存在的问题，然后介绍了两种新型的光刻工艺技术，进一步深化我们对于光刻工艺的新技术、新工艺的认识。 关键词：光刻胶、曝光、最终检验、前景
Semiconductor Lithography Technology Abstract：Lithography is one of the most important process in semiconductor manufacturing steps.Photolithography process is the most important established copy the graphic to the silicon wafer surface,ready for etching or ion implantation process to be done https://www.doczj.com/doc/8f19116266.html,st step is photoresist developer to the ultimate test.This article primarily describes traditional lithography and advanced Photolithography process. Start the overview of lithography,etching and lithography profiles.Corrosion system introduced on the lithography and photoresists,including composition of the photoresist and positive and negative comparison of rubber.And then the traditional ten-step classification analysis of their content,describes the ten steps of system processes and describes quality analysis method of lithography.Finally in order to look to the future prospects of lithography,this article also describes advanced lithography technology,first raised problems in the integrated circuit,and then introduced the two new lithography technology,further deepening our awareness of new technology and new process of Photolithography process. Key Words:Photoresist、Exposure、Final testing、Prospects
清洗机超音波清洗机是现代工厂工业零件表面清洗的新技术,目前已广泛应用于半导体硅片的清洗。超声波清洗机“声音也可以清洗污垢”——超声波清洗机又名超声波清洗器，以其洁净的清洗效果给清洗界带来了一股强劲的清洗风暴。超声波清洗机（超声波清洗器）利用空化效应，短时间内将传统清洗方式难以洗到的狭缝、空隙、盲孔彻底清洗干净，超声波清洗机对清洗器件的养护，提高寿命起到了重要作用。CSQ系列超声波清洗机采用内置式加热系统、温控系统，有效提高了清洗效率；设置时间控制装置，清洗方便；具有频率自动跟踪功能，清洗效果稳定；多种机型、结构设计，适应不同清洗要求。CSQ系列超声波清洗机适用于珠宝首饰、眼镜、钟表零部件、汽车零部件，医疗设备、精密偶件、化纤行业（喷丝板过滤芯）等的清洗；对除油、除锈、除研磨膏、除焊渣、除蜡，涂装前、电镀前的清洗有传统清洗方式难以达到的效果。恒威公司生产CSQ系列超声波清洗机具有以下特点：不锈钢加强结构，耐酸耐碱；特种胶工艺连接，运行安全；使用IGBT模块，性能稳定；专业电源设计，性价比高。反渗透纯水机去离子水生产设备之一，通过反渗透原理来实现净水。 纯水机清洗半导体硅片用的去离子水生产设备，去离子水有毒，不可食用。 净化设备主要产品：水处理设备、灌装设备、空气净化设备、净化工程、反渗透、超滤、电渗析设备、EDI装置、离子交换设备、机械过滤器、精密过滤器、UV紫外线杀菌器、臭氧发生器、装配式洁净室、空气吹淋室、传递窗、工作台、高校送风口、空气自净室、亚高、高效过滤器等及各种配件。 风淋室：运用国外先进技术和进口电器控制系统,组装成的一种使用新型的自动吹淋室.它广泛用于微电子医院\制药\生化制品\食品卫生\精细化工\精密机械和航空航天等生产和科研单位,用于吹除进入洁净室的人体和携带物品的表面附着的尘埃,同时风淋室也起气的作用,防止未净化的空气进入洁净区域,是进行人体净化和防止室外空气污染洁净的有效设备. 抛光机整个系统是由一个旋转的硅片夹持器、承载抛光垫的工作台和抛光浆料供给装置三大部分组成。化学机械抛光时，旋转的工件以一定的压力压在旋转的抛光垫上，而由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在工件与抛光垫之间流动，并产生化学反应，工件表面形成的化学反应物由磨粒的机械作用去除，即在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现超精密表面加工，人们称这种CMP为游离磨料CMP。 电解抛光电化学抛光是利用金属电化学阳极溶解原理进行修磨抛光。将电化学预抛光和机械精抛光有机的结合在一起，发挥了电化学和机构两类抛光特长。它不受材料硬度和韧性的限制，可抛光各种复杂形状的工件。其方法与电解磨削类似。导电抛光工具使用金钢石导电锉或石墨油石，接到电源的阴极，被抛光的工件（如模具）接到电源的阳极。 光刻胶又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂（见光谱增感染料）和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像（见图光致抗蚀剂成像制版过程）。光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。①光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。②光分解型，采用含有叠氮醌类化合
集成电路制造工艺 光刻工艺流程 作者：张少军 陕西国防工业职业技术学院电子信息学院电子****班 24 号 710300 摘要：摘要：光刻(photoetching)是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去 的工艺，在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的岛状部分。 关键词：光刻胶；曝光；烘焙；显影；前景 Abstract: photoetching lithography (is) through a series of steps will produce wafer surface film of certain parts of the process, remove after this, wafer surface will stay with the film structure. The part can be eliminated within the aperture shape is thin film or residual island. Keywords: the photoresist, Exposure; Bake; Enhancement; prospects 基本光刻工艺流程— 1 基本光刻工艺流程—从表面准备到曝光 1.1 光刻十步法 表面准备—涂光刻胶—软烘焙—对准和曝光—显影—硬烘焙—显影目测—刻蚀—光刻胶去除—最终目检。 1.2 基本的光刻胶化学物理属性 1.2.1 组成聚合物+溶剂+感光剂+添加剂,普通应用的光刻胶被设计成与紫外线和激光反应，它们称为光学光刻胶（optical resist），还
编号： 河南大学2010届本科毕业论文 光刻技术研究 论文作者姓名：张永攀 作者学号：1023009650 所在学院：物理院 所学专业：电子信息科学与技术 导师姓名：谷城 导师职称：讲师 2014 年 4 月 25 日
光刻技术研究 摘要 光刻技术是集成电路制造中至关重要的一环，同时光刻技术的发展速度也在一定程度上决定了集成电路更新换代的周期，因此对光刻技术的研究对于集成电路的发展进程就显得尤为关键。本文首先讲述了光刻技术的含义以及它在集成电路制造工艺中的作用和地位，给读者一个直观的感受，然后具体介绍了光刻技术主要用到的设备和材料并且一一阐释了光刻的每个步骤，并结合每个步骤探讨未来可能会出现改进的地方，最后从理论和可实现性两方面结合自己的理解预测未来光刻技术的走向，试着找到最有可能实现大规模生产的新的工艺技术。 关键词：光刻技术，重要作用，流程，发展方向
Abstract Lithography is a vital part of the integrated circuit , at the same time, the speed of the development of lithography technology determines the integrated circuit upgrade cycle to a certain extent, so studying lithography process is particularly critical in the development of integrated circuit. First, this article tells us the definition of lithography and its role and status in the integrated circuit process to give the readers an intuitive feeling, then it introduced equipment and materials of lithography in detail and illustrates the each step of lithography, then combined with the steps to explore where it can be improved. Finally, from the two aspects of theory and reality it predicts the future lithography combined with own understanding, and try to find the new technology which most likely to achieve mass production. Keywords: Lithography,important role, process, direction
https://www.doczj.com/doc/8f19116266.html, UV压印光刻刻蚀工艺研究 史永胜, 丁玉成, 卢秉恒, 刘红忠 （西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 710049, 西安） 摘 要：针对UV压印光刻和传统光学光刻不同的技术特点，提出压印光刻刻蚀工艺路线。本文对反应离子刻 蚀和感应耦合等离子体刻蚀技术对阻蚀胶残留膜刻蚀进行了比较实验，确定了在第一步刻蚀中的刻蚀方式选择，并分析了压印光刻阻蚀膜残膜的反应离子刻蚀原理，通过对刻蚀诸参数如反应压力、气体流量、射频功 率的调节获得了稳定的刻蚀速率及优异的各向异性。并对第二步刻蚀进行了深入的理论分析和大量的实验研究，保证了刻蚀图形的质量。 关键词：UV压印二步刻蚀反应离子刻蚀阻蚀胶残留膜感应耦合等离子体刻蚀 1.引 言 随着技术的不断发展与进步，集成电路制造工艺已经进入100nm以下的技术节点[1,2]，各大光刻机制造商 曝光出几十纳米特征线宽的新闻时见报端。在特征尺寸进入100nm以下时，由于衍射现象的存在和光学透镜 系统值数孔径的物理极限的限制，传统光学曝光技术的缺陷十分明显，光刻机制造商运用各种新技术来克服 这些困难，并取得了一定的成绩，但是昂贵的光学系统却使得这些新技术缺乏吸引力。 于是各种下一代光刻技术NGL(Next Generation Lithography）应运而生。NGL主要包括极紫外光刻EUVL、 X射线光刻XRL、电子束投影光刻IBPL和压印光刻。 压印光刻将传统的模具复型原理应用到微观制造领域，通过阻蚀胶的受力变形来实现图形化，因此分辨 率不受光的衍射，阻蚀胶表面光反射、阻蚀胶内部光散射、衬底材料反射和显影剂等制约传统光学曝光的因 素的影响，可以突破光学曝光的分辨率极限。因此压印光刻技术一出现就因分辨率高，成本低，产能大的优 势成为NGL技术中最为潜力的竞争者之一[3,4,5]。 ITRS明确把压印光刻（imprint lithography）列入最有竞争力的集成电路制造技术路线图，而且压印光刻 技术是作为32nm和22nm节点技术的候选。目前普林斯顿大学已经利用LADI（激光辅助压印）技术复制出6nm 尺寸的结构[6]。 在针对压印光刻技术的研究中，各研究者大多针对压印过程的实现展开研究，以期获得更小的线宽，更 适用于压印技术的各种材料和设备平台，而把后续的刻蚀工艺作为传统的集成电路制造中的简单兼容技术而 少去研究。 但事实上，由于压印光刻技术在原理上与光学光刻的不同，所采用材料要求上的差别，导致刻蚀工艺与 光学光刻相比，有很大的独立性。 本文针对压印光刻刻蚀工艺做了深入的理论分析与实验研究，揭示了压印光刻刻蚀工艺与传统光学曝光 刻蚀工艺原理上的区别，比较了各种刻蚀方式的优缺点，确定了刻蚀工艺路线，并得出了满意的实验结果。2.压印光刻刻蚀原理 压印光刻由于原理上的不同使得整个工艺路线与光学光刻相比有很大的独立性，如下图１所示 作者简介：史永胜(1981~)，男. 博士生. 基金项目：国家自然科学基金(50505037), 国家973重点基础研究发展计划(2003CB716203)，国家自然科学基金资助项目（50275118）资助
半导体的生产工艺流程 -------------------------------------------------------------------------------- 一、洁净室 一般的机械加工是不需要洁净室(clean room)的，因为加工分辨率在数十微米以上，远比日常环境的微尘颗粒为大。但进入半导体组件或微细加工的世界，空间单位都是以微米计算，因此微尘颗粒沾附在制作半导体组件的晶圆上，便有可能影响到其上精密导线布局的样式，造成电性短路或断路的严重后果。 为此，所有半导体制程设备，都必须安置在隔绝粉尘进入的密闭空间中，这就是洁净室的来由。洁净室的洁净等级，有一公认的标准，以class 10为例，意谓在单位立方英呎的洁净室空间内，平均只有粒径0.5微米以上的粉尘10粒。所以class后头数字越小，洁净度越佳，当然其造价也越昂贵。 为营造洁净室的环境，有专业的建造厂家，及其相关的技术与使用管理办法如下： 1、内部要保持大于一大气压的环境，以确保粉尘只出不进。所以需要大型鼓风机，将经滤网的空气源源不绝地打入洁净室中。 2、为保持温度与湿度的恒定，大型空调设备须搭配于前述之鼓风加压系统中。换言之，鼓风机加压多久，冷气空调也开多久。 3、所有气流方向均由上往下为主，尽量减少突兀之室内空间设计或机台摆放调配，使粉尘在洁净室内回旋停滞的机会与时间减至最低程度。 4、所有建材均以不易产生静电吸附的材质为主。 5、所有人事物进出，都必须经过空气吹浴(air shower) 的程序，将表面粉尘先行去除。 6、人体及衣物的毛屑是一项主要粉尘来源，为此务必严格要求进出使用人员穿戴无尘衣，除了眼睛部位外，均需与外界隔绝接触(在次微米制程技术的工厂内，工作人员几乎穿戴得像航天员一样。) 当然，化妆是在禁绝之内，铅笔等也禁止使用。 7、除了空气外，水的使用也只能限用去离子水(DI water, de-ionized water)。一则防止水中粉粒污染晶圆，二则防止水中重金属离子，如钾、钠离子污染金氧半(MOS) 晶体管结构之带电载子信道(carrier channel)，影响半导体组件的工作特性。去离子水以电阻率(resistivity) 来定义好坏，一般要求至17.5MΩ-cm以上才算合格；为此需动用多重离子交换树脂、RO逆渗透、与UV紫外线杀菌等重重关卡，才能放行使用。由于去离子水是最佳的溶剂与清洁剂，其在半导体工业之使用量极为惊人！ 8、洁净室所有用得到的气源，包括吹干晶圆及机台空压所需要的，都得使用氮气(98%)，吹干晶圆的氮气甚至要求99.8%以上的高纯氮！以上八点说明是最基本的要求，另还有污水处理、废气排放的环保问题，再再需要大笔大笔的建造与维护费用! 二、晶圆制作 硅晶圆(silicon wafer) 是一切集成电路芯片的制作母材。既然说到晶体，显然是经过纯炼与结晶的程序。目前晶体化的制程，大多是采「柴可拉斯基」(Czycrasky) 拉晶法(CZ 法)。拉晶时，将特定晶向(orientation) 的晶种(seed)，浸入过饱和的纯硅熔汤(Melt) 中，并同时旋转拉出，硅原子便依照晶种晶向，乖乖地一层层成长上去，而得出所谓的晶棒(ingot)。晶棒的阻值如果太低，代表其中导电杂质(impurity dopant) 太多，还需经过FZ悬浮区熔法法(floating-zone) 的再结晶(re-crystallization)，将杂质逐出，提高纯度与阻值。
第九章基本光刻工艺流程-曝光到最终检验概述 在本章，将解释从光刻胶的显影到最终检验所使用的基本方法。本章末尾将涉及膜版工艺的使用和定位错误的讨论。 目的 完成本章后您将能够： 1.划出晶圆在显影之前及之后的剖面图。 2.列出显影的方法。 3.解释硬烘焙的方法和作用。 4.列出晶圆在显影检验时被拒绝的至少五个原因。 5.划出显影-检验-重做工作过程的示意图。 6.解释湿法刻蚀和干法刻蚀的方法和优缺点。 7.列出从氧化膜和金属膜上去除光刻胶的机器 8.解释最终检验的方法和作用。 显影 晶圆完成定位和曝光后，器件或电路的图案被以曝光和未曝光区域的形式记录在光刻胶上（图9.1）。通过对未聚合光刻胶的化学分解来使图案显影。显影技术被设计成使之把完全一样的膜版上图案复制到光刻胶上。不良的显影工艺造成的问题是不完全显影，它会导致开孔的不正确尺寸，或使开孔的侧面内凹。在某些情况下，显影不够深而在开孔内留下一层光刻胶。第三个问题是过显影它会过多地从图形边缘或表面上去除光刻胶。要在保证开孔的直径一致和由于清洗深孔时液体不易进入而造成的清洗困难的情况下保持具有良好形状的开孔是一个特殊的挑战。 负和正的光刻胶有不同的显影性质并要求不同的化学品和工艺。 负光刻胶显影 在光刻胶上成功地使图案显影要依靠光刻胶的曝光机理。负光刻胶暴露在光时会有一个聚合的过程它会导致光刻胶聚合在显影液中分解。在两个区域间有足够高的分解率以使聚合的区域只失去很小部分光刻胶。对于大多数的负光刻胶显影二甲苯是受欢迎的化学品。它也在作负光刻胶中作溶液使用。显影完成前还要进行冲洗。对于负光刻胶，通常使用n-丁基醋酸盐作为冲洗化学品，因为它既不会使光刻胶
化学清洗总结 1.3各洗液的清洗说明；1.3.1SC-1洗液；1.3.1.1去除颗粒；硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜(约6mm；①自然氧化膜约0.6nm厚，其与NH4OH、H2；②SiO2的腐蚀速度随NH4OH的浓度升高而加快；③Si的腐蚀速度，随NH4OH的浓度升高而快当，；④NH4OH促进腐蚀，H2O2阻碍腐蚀；⑤若H2O2的浓度一定，NH4OH浓度越低，颗粒 1.3 各洗液的清洗说明 1.3.1 SC-1洗液 1.3.1.1 去除颗粒 硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜(约6mm呈亲水性)，该氧化膜又被NH4OH腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒也随腐蚀层而落入清洗液内。 ①自然氧化膜约0.6nm厚，其与NH4OH、H2O2浓度及清洗液温度无关。 ②SiO2的腐蚀速度随NH4OH的浓度升高而加快，其与H2O2的浓度无关。 ③Si的腐蚀速度，随NH4OH的浓度升高而快当，到达某一浓度后为一定值，H202浓度越高这一值越小。 ④NH4OH促进腐蚀，H2O2阻碍腐蚀。 ⑤若H2O2的浓度一定，NH4OH浓度越低，颗粒去除率也越低，如果同时降低H2O2浓度可抑制颗粒的去除率的下降。 ⑥随着清洗液温度升高，颗粒去除率也提高在一定温度下可达最大值。 ⑦颗粒去除率与硅片表面腐蚀量有关为确保颗粒的去除要有一定量以上的腐蚀。 ⑧超声波清洗时由于空化现象只能去除≥0.4μm颗粒。兆声清洗时由于0.8Mhz的加速度作用能去除≥0.2μm颗粒，即使液温下降到40℃也能得到与80℃超声清洗去除颗粒的效果，而且又可避免超声清洗对晶片产生损伤。 ⑨在清洗液中硅表面为负电位有些颗粒也为负电位，由于两者的电的排斥力作用可防止粒子向晶片表面吸附，但也有部分粒子表面是正电位，由于两者电的吸引力作用，粒子易向晶片表面吸附。
光刻工艺问答
PHOTO 流程? 答：上光阻→曝光→顯影→顯影後檢查→CD量測→Overlay量測 何为光阻？其功能为何？其分为哪两种？ 答：Photoresist(光阻).是一种感光的物质，其作用是将Pattern从光罩(Reticle)上传递到Wafer上的一种介质。其分为正光阻和负光阻。 何为正光阻? 答：正光阻，是光阻的一种，这种光阻的特性是将其曝光之后，感光部分的性质会改变，并在之后的显影过程中被曝光的部分被去除。 何为负光阻? 答：负光阻也是光阻的一种类型，将其曝光之后，感光部分的性质被改变，但是这种光阻的特性与正光阻的特性刚好相反，其感光部分在将来的显影过程中会被留下，而没有被感光的部分则被显影过程去除。 什幺是曝光？什幺是显影？ 答：曝光就是通过光照射光阻，使其感光；显影就是将曝光完成后的图形处理，以将图形清晰的显现出来的过程。 何谓 Photo? 答：Photo=Photolithgraphy,光刻，将图形从光罩上成象到光阻上的过程。Photo主要流程为何? 答：Photo的流程分为前处理，上光阻，Soft Bake, 曝光，PEB，显影，Hard Bake 等。 何谓PHOTO区之前处理? 答：在Wafer上涂布光阻之前，需要先对Wafer表面进行一系列的处理工作，以使光阻能在后面的涂布过程中能够被更可靠的涂布。前处理主要包括Bake，HDMS等过程。其中通过Bake将Wafer表面吸收的水分去除，然后进行HDMS工作，以使Wafer表面更容易与光阻结合。 何谓上光阻? 答：上光阻是为了在Wafer表面得到厚度均匀的光阻薄膜。光阻通过喷嘴（Nozzle）被喷涂在高速旋转的Wafer表面，并在离心力的作用下被均匀的涂布在Wafer的表面。
2020年半导体清洗设备行业分析报告 2020年9月
目录 一、半导体清洗，芯片制造的重要环节 (5) 1、污染源：颗粒、金属、有机物等沾污，芯片良率下降的罪魁 (5) 2、清洗方法：湿法清洗占据主导，物理方法决定工艺难度 (8) （1）湿法清洗：化学方法 (8) （2）湿法清洗：物理方法 (10) （3）干法清洗 (12) 二、清洗设备：全球市场超30亿美元，DNS是绝对龙头 (14) 1、清洗设备：芯片良率的重要保障，单片设备成为主流 (14) 2、全球市场规模超30亿美元，DNS是绝对龙头 (16) 三、国产替代：差异化路线追赶，国内份额快速提升 (21) 1、差异化路线研发，国产单片、槽式清洗设备全方位追赶 (21) 2、大陆芯片厂开启扩建大潮，清洗设备加速国产替代 (23) （1）全球半导体设备市场空间庞大 (23) （2）中国大陆半导体设备连续多年景气向上 (23) （3）半导体设备国产化率提升空间巨大 (24) （4）半导体设备国产替代机会来自于国内晶圆厂的扩产 (24) 四、相关企业 (27) 五、主要风险 (27) 1、全球半导体周期向下风险 (27) 2、国内晶圆厂投资不及预期风险 (27) 3、国内设备公司技术进步不及预期风险 (28) 4、竞争加剧的风险 (28)
半导体清洗，用于去除芯片生产中产生的各种沾污杂质，是芯片制造中步骤最多的工艺。每一步光刻、刻蚀、沉积、离子注入、CMP （化学机械抛光）后均需要清洗。长久以来，半导体清洗设备没有光刻机、刻蚀机、沉积设备的耀眼光芒，常常被人们所忽视，甚至有人认为，芯片生产中所用的清洗设备，并不具有很高的技术门槛。事实真的如此吗？半导体清洗设备是好的投资赛道吗？国产替代进度又 如何？本文将从半导体清洗工艺、清洗设备技术难度、市场空间、竞争格局等角度，来探讨上述问题。 半导体清洗：芯片制造的重要环节，物理辅助方法是工艺难点。半导体清洗对于芯片制造意义重大，如果清洗不达要求，残留的沾污杂质将导致芯片失效。半导体清洗贯穿硅片制造、晶圆制造、封装三大环节。半导体清洗方法分为湿法清洗和干法清洗，目前湿法清洗占据90%以上的份额。湿法清洗可选用化学药液清洗，同时辅以物理方法辅助，如洗刷器、超/兆声波、旋转喷淋、二流体等方法。清洗过程中，化学药液基本相同，辅助方法往往成为不同工艺的主要差别，也成为半导体清洗工艺的主要难点。 清洗设备：高价值、高毛利，芯片良率的重要保障。半导体清洗设备是芯片制造良率的重要保障，主要分为单片设备和槽式设备两类。在40nm及以下的先进工艺中，单片清洗设备凭借无交叉污染和良率优势，已替代槽式设备成为主流。不同的清洗方法往往构成不同设备厂家的核心竞争力，相关厂家通过专利对各自的技术路线进行保护。对于同一类型、相同清洗方法的设备而言，不同的硬件组合和工艺方