光刻与刻蚀工艺流程 PPT

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光刻与刻蚀工艺ppt课件

6.1 概述
在集成电路制造中，主要的光刻设备是利用紫外光(≈0.2～ 0.4m)的光学仪器。
刻蚀：在光刻胶掩蔽下，根据需要形成微图形的膜层不同，采用不同的刻蚀物质和方法在膜层上进行选择性刻蚀。
这样，去掉光刻胶以后，三维设计图形就转移到了衬底的相关膜层上。图形转移工艺是如此重要，以至一种微电子工艺技术的水平通常以光刻和刻蚀的图形线宽（特征尺寸）表示。
8.2 光刻工艺
以ULSI为例，对光刻技术的基本要求包括几个方面： a. 高分辨率：以线宽作为光刻水平的标志； b. 高灵敏度光刻胶：为提高产量，希望曝光时间尽量短； c. 低缺陷：光刻引入缺陷所造成的影响比其它工艺更为严重； d. 精密的套刻对准：一般器件结构允许套刻误差为线宽的10％； e. 对大尺寸基片的加工：在大尺寸基片上光刻难度更大。
下图(a)为典型的曝光反应曲线与正胶的影像截面图。反应曲线描述
在曝光与显影过程后，残存刻胶的百分率与曝光能量间的关系。值
得注意的是，即使未被曝光，少量刻胶也会溶于显影液中。图 (a)的截面图说明了掩模版图形边缘与曝光后光刻胶图形边缘的关系。由于衍射，光刻胶图形边缘一般并不位于掩模版边缘垂直投影的位置，而是位于光总吸收能量等于其阈值能量ET处。图 (b)为负胶的曝光反应曲线与图形的截面图。
8.2 光刻工艺
正胶和负胶图形转移
光刻胶通常可分为正性胶和负性胶两类，两者经曝光和显影后得到的图形正好相反。显影时，正胶的感光区较易溶解而未感光区不溶解，所形成的光刻胶图形是掩模版图形的正映象。负胶的情况正相反，显影时感光区较难溶解而未感光区溶解，形成的光刻胶图形是掩模版图形的负映象。
6.1 概述
微电子单项工艺
掺杂薄膜制备图形转移

光刻与刻蚀工艺

第十五页，共118页。
1、涂胶
第十六页，共118页。
1、涂胶
❖涂胶目的 ❖在硅片表面形成厚度均匀、附着性强、并
且没有(méi yǒu)缺陷的光刻胶薄膜。 ❖怎样才能让光刻胶粘的牢一些？
第十七页，共118页。
可以(kěyǐ)开始涂胶了……
❖ 怎么涂？ ❖旋转涂胶法：把胶滴在硅片，然后使硅片
高速旋转，液态胶在旋转中因离心力作用 (zuòyòng)由轴心沿径向（移动）飞溅出去，但粘附在硅表面的胶受粘附力的作用 (zuòyòng)而留下。在旋转过程中胶所含的溶剂不断挥发，故可得到一层均匀的胶膜 ❖ 怎样才算涂的好？
❖一个英制等级100的洁净室相当于公制等级
第八页，共118页。
洁净室（4）
❖ 对一般的IC制造区域，需要等级100的洁净室，约比一般室内空气低4个数量级。
❖ 在图形(túxíng)曝光的工作区域，则需要等级10或1的洁净室。
第九页，共118页。
lithography
❖Introduction ❖光刻 ❖洁净室 ❖工艺流程(ɡōnɡ yì liú chénɡ) ❖光刻机 ❖光刻胶 ❖掩膜版
第十四页，共118页。
resist substrate
maБайду номын сангаасk
negative tone
光刻工艺(gōngyì)过程
❖ 涂胶 coating ❖ 前烘 prebaking ❖ 曝光(bào guāng) exposure ❖ 显影 development ❖ 坚膜 postbake ❖ 刻蚀 etch ❖ 去胶 strip ❖ 检验 inspection
第二十八页，共118页。
❖显4、影之显后影的(x检iǎ查n yǐng)（Development）

光刻与刻蚀工艺ppt

提高分辨率和对比度
采用旋转涂胶方法可以提高生产效率，同时采用快速热处理技术可以加速光刻胶的化学反应，进一步缩短处理时间。
提高生产效率
光刻工艺的优化
03
刻蚀工艺详细介绍
离子刻蚀机
以离子束或离子束辅助化学反应的方式进行刻蚀。具有各向异性刻蚀、高分辨率和低损伤等优点，但刻蚀速率较慢，设备昂贵。
刻蚀机的种类与特点
国外光刻与刻蚀工艺发展现状
光刻工艺技术创新
介绍光刻工艺中具有代表性的技术创新，包括高分辨率光刻技术、浸润式光刻技术、多晶圆对准技术等。
刻蚀工艺技术创新
介绍刻蚀工艺中具有代表性的技术创新，包括离子束刻蚀技术、等离子刻蚀技术、反应离子刻蚀技术等。
光刻与刻蚀工艺的技术创新
光刻与刻蚀工艺的发展趋势
从技术、应用和产业三个维度分析光刻与刻蚀工艺未来的发展趋势，包括技术发展方向、应用领域拓展和产业布局优化等方面。
挑战1
挑战2
挑战3
挑战4
需要严格控制各种参数，如温度、湿度和压力等。
需要不断优化工艺流程，提高生产效率。
对操作人员的技能和经验有较高的要求。
提高工艺精度的对策
采用先进的设备和技术，提高设备的稳定性和精度。
对策1
优化工艺参数，建立完善的数据库，实现参数的快速检索和准确控制。
对策2
采用高精度测量仪器，对产品进行准确的尺寸测量和质量控制。
曝光系统
曝光系统将掩膜上的图形转换为光束，并投射到光刻胶上。通常由光源、光阑、反射镜和投影透镜等组成。
运动系统
运动系统用于在光刻胶上扫描光束，以实现大面积的光刻。
光刻机工作原理
光学接触剂和干法接触剂
正性胶和负性胶
厚胶和薄胶

半导体工艺光刻+蚀刻 ppt课件

芯片制造技术中的光刻刻蚀工艺
ppt课件
1
▪ 芯片制造工艺 ▪ 光刻工艺
▪ 刻蚀工艺
ppt课件
2
精品资料
ppt课件
4
光刻+蚀刻
最重要
决定着芯片的最小尺寸制造时间的40-50% 制造成本的30%
ppt课件
5
玻璃模版光刻胶膜
硅片
光刻光化学反应
蚀刻
腐蚀
ppt课件
6
ppt课件
7
光刻原理
模版上的铬岛
紫外光
光刻胶的曝光区
光p刻ho胶tor层esist 氧化ox层ide
sil硅ico衬n 底substrate
使光衰弱的被曝光区
光刻胶上的阴影
岛
光刻胶层
窗口
氧化层硅衬底
光刻胶显影后的最终图形
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8
▪ 使用光敏材料（光刻胶）和可控制的曝光在光刻胶膜层形成三维图形
▪ 在后续工艺(蚀刻)中,保护下面的材料
ppt课件
9
HMDS
清洗+喷涂粘附剂
光刻工艺步骤
紫外光
光刻胶
模版
旋转涂胶
软烘
对准和曝光
曝光后烘焙
显影
坚膜烘焙
显影检查
ppt课件
10
涂胶
模板曝光
显影
ppt课件
11
Normal under
Incomplete
over
ppt课件
12
光刻工艺 —— 显影后
ppt课件
13
蚀刻工艺
▪ 光刻胶上的IC设计图形
晶圆表面
▪ 腐蚀作用，从Si片表面去除不需要的材料，如Si、SiO2，金属、光刻胶等

光刻与刻蚀工艺流程ppt

硅片准备
涂胶种类
根据光刻掩膜版的要求，选择合适的涂胶材料。
涂胶厚度
控制涂胶的厚度，一般要求均匀、无气泡、无杂质。
涂胶
曝光方式
根据光刻掩膜版图形设计要求，选择合适的曝光方式。
曝光时间
控制曝光时间，保证光刻胶充分反应且不过度曝光。
曝光
显影液选择
根据光刻胶的性质，选择合适的显影液。
控制显影时间
显影时间要适当，以充分溶解光刻胶，同时避免损伤硅片表面。
纳米科技领域需要借助光刻和刻蚀技术来制造纳米级结构，从而进一步探索纳米世界的奥秘。
在生物医学工程领域，光刻和刻蚀技术可以制造出复杂的微纳结构，用于药物输送、组织工程等应用。
纳米科技
生物医学工程
建议与展望
06
优化工艺参数
通过严格控制实验参数，如波长、功率、曝光时间等，以提高工艺稳定性和效率。
引入先进设备
xx年xx月xx日
光刻与刻蚀工艺流程ppt
CATALOGUE
目录
光刻和刻蚀工艺简介光刻工艺详细流程刻蚀工艺详细流程光刻和刻蚀工艺的控制因素光刻和刻蚀工艺的未来发展建议与展望
光刻和刻蚀工艺简介
01
1
光刻工艺发展历程
2
3
最早的光刻工艺，分辨率较低，制程技术限制较大。
接触式光刻工艺
改善了分辨率和制程技术限制的问题，但仍然存在接触式光刻工艺的一些缺点。
采用先进的自动控制系统和智能化设备，实现工艺过程的实时监控和精准调控。
改进工艺流程
简化工艺流程，减少重复步骤，降低工艺时间和成本。
提高工艺稳定性与效率的措施
技术交叉融合
加强光刻和刻蚀工艺与材料科学、物理学、化学等学科的交叉融合，引入新技术，如纳米压印、离子束刻蚀等，提高工艺水平和效率。

光刻与刻蚀工艺流程-PPT课件

光刻胶涂布-辊涂法
辊涂法主要是利用圆筒滚动的方法来转移光刻胶，如图所示，利用辊筒1和辊筒2 的转动将光刻胶转移在刻有精细凹槽的辊筒2上，再通过辊筒2和辊筒3之间的挤压将辊筒2上凹槽里的光刻胶转移至基片上。这种方法的最大优点是可以实现流水线式运作，自动化程度高，生产效率也比较高。但是转移光刻胶均匀性不好，辊涂后的基片上也容易留下辊筒凹槽的痕迹，而且仪器清洗困难，辊筒也容易损坏，设备的购买成本和维护成本比较高；
详细光刻工序
•基板清洗、烘干
目的：去除污染物、颗粒；减少针孔和其它缺陷；提高光刻胶黏附性；
•PR涂布
小尺寸：旋涂；中大尺寸：丝网印刷&滚轮
•预烘
110 °C ；
•Mask制作、曝光
auto CAD / Corel-draw；小型曝光机：中型曝光机
•坚膜 •退胶
135 °C ； NaOH ；
高分辨率 High Resolution；高光敏性 High PR Sensitivity 精确对准 Precision Alignment
+PR & -PR
Negative Photo-resist 负性光刻胶－负胶曝光后不可溶解显影时未曝光的被溶解便宜 Positive Photo-resist 正性光刻胶－正胶曝光后可溶解显影时曝光的被溶解高分辨率
光刻胶涂布-丝网印刷法
丝网印刷的基本原理是：利用丝网印版图文部分的网孔渗透油墨，非图文部分的网孔不渗透油墨的基本原理进行印刷。印刷时在丝网印版一端上倒入油墨，用刮印刮板在丝网印版上的油墨部位施加一定压力，同时朝丝网印版另一端移动，油墨在移动中被刮板从图文部分的网孔中挤压到承印物上，如图所示。印刷过程中刮板始终与丝网印版和基片呈线接触，一般接触角为30-60度。这种制作方法操作简单、成本低、易实现大面积制作等优点。

(完整版)光刻与刻蚀工艺

光刻工艺过程
❖涂胶 coating ❖前烘 prebaking ❖曝光 exposure ❖显影 development ❖坚膜 postbake ❖刻蚀 etch ❖去胶 strip ❖检验 inspection
1、涂胶
SiO2
Si （1）氧化、清洗
光刻胶 SiO2
Si （2）涂胶、前烘
1、涂胶
❖ 在图形曝光的工作区域，则需要等级 10或1的洁净室。
lithography
❖Introduction
❖ 光刻 ▪ 洁净室 ▪ 工艺流程 ▪ 光刻机 ▪ 光刻胶 ▪ 掩膜版
光刻原理（1）
❖ 掩膜版图形转移到光刻胶
▪ 在光刻过程中，光刻胶受到光辐射之后发生光化学反应，其内部分子结构发生变化，在显影液中光刻胶感光部分与未感光部分的溶解速度相差非常大。
❖涂胶目的
▪ 在硅片表面形成厚度均匀、附着性强、并且没有缺陷的光刻胶薄膜。
❖怎样才能让光刻胶粘的牢一些？
可以开始涂胶了……
❖ 怎么涂？
▪ 旋转涂胶法：把胶滴在硅片，然后使硅片高速旋转，液态胶在旋转中因离心力作用由轴心沿径向（移动）飞溅出去，但粘附在硅表面的胶受粘附力的作用而留下。在旋转过程中胶所含的溶剂不断挥发，故可得到一层均匀的胶膜
▪ （2）等级为M3.5的洁净室（公制），直径大于或等于0.5um的尘埃粒子总数不超过103.5 （约3500个/m3)
❖ 100个/ft3= 3500个/m3
▪ 一个英制等级100的洁净室相当于公制等级 M3.5的洁净室。
洁净室（4）
❖ 对一般的IC制造区域，需要等级100 的洁净室，约比一般室内空气低4个数量级。
Resist coat (wafer track)

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

硅集成电路工艺——光刻与刻蚀89页PPT

硅集成电路工艺——光刻与刻蚀
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 78、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根

半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程PPT文档共115页

半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处罚才能使犯罪得到偿还。— —达雷尔
50、弱者比强者更能得到法律的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！

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显影液溶剂溶解掉光刻胶中软化部分从掩膜版转移图形到光刻胶上三个基本步骤:
– 显影 – 漂洗 – 干燥
显影
显影后剖面
正常显影欠显影
不完全显影过显影
光刻9－坚膜（Hard Bake）
蒸发PR中所有有机溶剂提高刻蚀和注入的抵抗力提高光刻胶和表面的黏附性聚合和使得PR更加稳定 PR流动填充针孔
不易溶于显影液，导致显影不干净。
5&6、Alignment and Exposure
Most critical process for IC fabrication Most expensive tool (stepper) in an IC fab. Most challenging technology Determines the minimum feature size Currently 0.13 μm and pushing to 0.09 or 0.065
光刻4－前烘
①作用：促进胶膜内溶剂充分挥发，使胶膜干燥；增加胶膜与SiO2 （Al膜等）的粘附性及耐磨
性。 ②影响因素：温度，时间。烘焙不足（温度太低或时间太短）－显影时易浮胶，
图形易变形。烘焙时间过长－增感剂挥发，导致曝光时间增长，
甚至显不出图形。烘焙温度过高－感光剂反应（胶膜硬化），
4、前烘 Soft Bake
5、对准 Alignment
6、曝光Exposure
7、后烘 Post Exposure Bake
8、显影 Development
9、坚膜 Hard Bake
10、图形检测 Pattern Inspection
光刻1－硅片清洗
目的 --去除污染物、颗粒 --减少针孔和其它缺陷 --提高光刻胶黏附性
光刻胶热流动填充针孔
坚膜（Hard Bake）
热板最为常用检测后可在烘箱中坚膜坚膜温度: 100 到130 °C 坚膜时间：1 到2 分钟坚膜温度通常高于前烘温度
光刻概述 Photolithography
临时性地涂覆光刻胶到硅片上把设计图形最终转移到硅片上 IC制造中最重要的工艺占用40 to 50% 芯片制造时间决定着芯片的最小特征尺寸
光刻需要
高分辨率 High Resolution 光刻胶高光敏性 High PR Sensitivity 精确对准 Precision Alignment
Photoresist(PR)－光刻胶
光敏性材料临时性地涂覆在硅片表面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
Photoresist
Negative Photoresist 负性光刻胶－负胶曝光后不可溶解显影时未曝光的被溶解便宜
Positive Photoresist 正性光刻胶－正胶曝光后可溶解显影时曝光的被溶解高分辨率
高分辨率
– Thinner PR film has higher the resolution – Thinner PR film, the lower the etching and ion implantation resistance
高抗蚀性好黏附性
光刻工艺 Photolitho收显影液中的溶剂由于光刻胶膨胀而使分辨率降低其主溶剂，如二甲苯等会引起环境和安全问题
正胶 Positive Photoresist
曝光部分可以溶解在显影液中正影（光刻胶图形与掩膜图形相同）更高分辨率（无膨胀现象）在IC制造应用更为普遍
对光刻胶的要求
接近式曝光机
接近式曝光
投影式曝光机
类似于投影仪掩膜与晶圆图形 1:1 分辨率：～1 um
投影系统
步进式曝光机
现代IC制造中最常用的曝光工具通过曝光缩小掩膜图形以提高分辨率分辨率：0.25 μm 或更小设备很昂贵
步进-&-重复对准/曝光
曝光光源
短波长高亮度（高光强）稳定
基本步骤 – 化学清洗 – 漂洗 – 烘干
光刻2－预烘
脱水烘焙--去除圆片表面的潮气增强光刻胶与表面的黏附性通常大约100 °C 与底胶涂覆合并进行底胶广泛使用: Hexamethyldisilazane (HMDS，六甲基
乙硅氮烷) HMDS的作用：去除SiO2表面的-OH基。
光刻3－涂胶 Spin Coating
硅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设备--光刻胶旋涂机
光刻胶厚度与旋转速率和粘性的关系
滴胶
光刻胶吸回
Photoresist Spin Coating
Photoresist Spin Coating
光刻基本步骤
• 涂胶 Photoresist coating • 对准和曝光 Alignment and exposure • 显影 Development
光刻工序
1、清洗硅片 Wafer Clean
2、预烘和底膜涂覆 Pre-bake and Primer Vapor
3、光刻胶涂覆 Photoresist Coating
μm
对准和曝光设备
接触式曝光机接近式曝光机投影式曝光机步进式曝光机（Stepper）
接触式曝光机
设备简单分辨率：可达亚微米掩膜与圆片直接接触，掩膜寿命有限微粒污染
接触式曝光机
接触式曝光
接近式曝光机
掩膜与圆片表面有5－50μm间距优点：较长的掩膜寿命缺点：分辨率低（线宽> 3 um）
高压汞灯受激准分子激光器
驻波效应
入射光与反射光干涉周期性过曝光和欠曝光影响光刻分辨率
光刻胶中的驻波效应
光刻7－曝光后烘焙（后烘，PEB）
机理：光刻胶分子发生热运动，过曝光和欠曝光的光刻胶分子发生重分布；
作用：平衡驻波效应，提高分辨率。
PEB减小驻波效应
光刻8－显影(Development)