第五讲-光刻工艺
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光刻工艺主要步骤
1. 基片前处理
为确保光刻胶能和晶圆表面很好粘贴,形成平滑且结合得很好的膜,必须进行表面准备,保持表面干燥且干净,
2. 涂光刻胶
涂胶的目标是在晶圆表面建立薄的、均匀的,并且没有缺陷的光刻胶膜。
3. 前烘(软烘焙)
前烘的目的是去除胶层内的溶剂,提高光刻胶与衬底的粘附力及胶膜的机械擦伤能力。
4. 对准和曝光(A&E)
保证器件和电路正常工作的决定性因素是图形的准确对准,以及光刻胶上精确的图形尺寸的形成。
所以,涂好光刻胶后,第一步是把所需图形在晶圆表面上准确定位或对准。
第二步是通过曝光将图形转移到光刻胶涂层上。
5. 显影
显影是指把掩膜版图案复制到光刻胶上。
6. 后烘(坚膜)
经显影以后的胶膜发生了软化、膨胀,胶膜与硅片表面粘附力下降。
为了保证下一道刻蚀工序能顺利进行,使光刻胶和晶圆表面更好地粘结,必须继续蒸发溶剂以固化光刻胶。
7. 刻蚀
刻蚀是通过光刻胶暴露区域来去掉晶圆最表层的工艺,主要目标是将光刻掩膜版上的图案精确地转移到晶圆表面。
8. 去除光刻胶
刻蚀之后,图案成为晶圆最表层永久的一部分。
作为刻蚀阻挡层的光刻胶层不再需要了,必须从表面去掉。
正胶的纵横比更高、负胶的粘结力更强曝光速度更快、正胶的针孔数量更好阶梯覆盖度更好,但成本更高、正胶使用水溶性溶剂显影而负胶使用有机溶剂显影。
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。
光刻工艺介绍一、定义与简介光刻是所有四个基本工艺中最关键的,也就是被称为大家熟知的photo,lithography,photomasking, masking, 或microlithography。
在晶圆的制造过程中,晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成,这些部件是预先做在一块或者数块光罩上,并且结合生成薄膜,通过光刻工艺过程,去除特定部分,最终在晶圆上保留特征图形的部分。
光刻其实就是高科技版本的照相术,只不过是在难以置信的微小尺寸下完成,现在先进的硅12英寸生产线已经做到22nm,我们这条线的目标6英寸砷化镓片上做到0.11um。
光刻生产的目标是根据电路设计的要求,生成尺寸精确的特征图形,并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件的关联正确。
二、光刻工艺流程介绍光刻与照相类似,其工艺流程也类似:实际上,普通光刻工艺流程包括下面的流程:1)Substrate Pretreatment 即预处理,目的是改变晶圆表面的性质,使其能和光刻胶(PR)粘连牢固。
主要方法就是涂HMDS,在密闭腔体内晶圆下面加热到120℃,上面用喷入氮气加压的雾状HMDS,使得HMDS和晶圆表面的-OH健发生反应已除去水汽和亲水健结构,反应充分后在23℃冷板上降温。
该方法效果远比传统的热板加热除湿好。
2)Spin coat即旋转涂光刻胶,用旋转涂布法能提高光刻胶薄膜的均匀性与稳定性。
光刻胶中主要物质有树脂、溶剂、感光剂和其它添加剂,感光剂在光照下会迅速反应。
一般设备的稳定工作最高转速不超过4000rpm,而最好的工作转速在2000~3000rpm。
3)Soft Bake(Pre-bake)即软烘,目的是除去光刻胶中溶剂。
一般是在90℃的热板中完成。
4)Exposure即曝光,这也是光刻工艺中最为重要的一步,就是用紫外线把光罩上的图形成像到晶圆表面,从而把光罩上面的图形转移到晶圆表面上的光刻胶中。
光刻工艺简介概述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蒸气淀积,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。
光刻工艺流程光刻工艺流程是制备微电子器件的关键步骤之一,它的主要目的是通过光照和化学腐蚀的方法在硅片表面形成所需的图形,从而制造出微小而精确的电子元件。
下面是一个典型的光刻工艺流程示例。
1. 硅片准备:在光刻工艺开始前,首先需要对硅片进行准备。
这包括清洗硅片表面,去除上面的杂质和残留物,并确保硅片表面光滑和干净。
2. 底部防反射涂层(BARC)涂覆:为了减少光的反射和增强图案的对比度,需要在硅片表面涂覆一层BARC。
这层涂层通常是一种光阻材料,可以有效地防止光的反射。
3. 光刻胶涂覆:在硅片表面涂覆一层光刻胶,光刻胶是一种特殊的聚合物材料,它可以在光照后发生化学反应,并形成所需的图案。
4. 预烘烤:为了去除光刻胶中的溶剂和使其固化,需要将硅片进行预烘烤。
这个步骤通常在约100摄氏度的温度下进行。
5. 光刻胶暴光:使用光刻机器将硅片表面的光刻胶进行曝光。
光刻机器通过照射光的特定波长和强度,实现对光刻胶的化学反应。
6. 显影:在曝光后,需要将硅片进行显影,即将未暴露到光的区域的光刻胶去除。
通常使用化学溶液来实现显影,溶剂的选择会根据光刻胶的化学性质进行调整。
7. 后烘烤:在显影后,需要将硅片进行后烘烤,以去除残存的光刻胶,并使得图案更加精确。
后烘烤的温度和时间根据光刻胶的要求进行调整。
8. 金属蒸镀:在完成光刻后,通常需要对硅片表面进行金属蒸镀。
金属蒸镀是将金属材料蒸发到硅片表面,以形成所需的电子元件。
9. 后处理:最后,需要对完成的硅片进行后处理。
这包括去除任何残留的脏污和残留物,清洗硅片表面,并对器件进行测试和检验。
以上是一个典型的光刻工艺流程示例。
实际的光刻工艺会因器件的具体要求和工艺的不同而有所不同。
然而,这个示例提供了一个基本的框架,描述了光刻工艺的一般步骤。
光刻工艺是制备微电子器件的关键步骤之一,对于微电子工业和科研领域都具有重要的意义。