最新光刻与刻蚀工艺流程教学讲义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

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。

光刻与刻蚀工艺流程资料111页PPT

▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
111
光刻与刻蚀工艺流程资料
21、没有人陪你走一辈子，所以你要适应孤独，没有人会帮你一辈子，所以你要奋斗一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该是坚强。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之首，因为这种德性保证了所有其余的德性。--温斯顿．丘吉尔。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的，它只是让人们的脚放上一段时间，以便让别一只脚快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭

(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)

光刻与刻蚀演示幻灯片

EUV = extreme ultraviolet
下一代光刻技术 EPL = electron projection lithography
ML2 = maskless lithography
+PSM +OPC+OAI 64×103
157nm F2
16×103
IPL = ion projection lithography
1
log10(Dc
/
D0)
负胶：
rn
1 log10(Dg0
/ Dgi )
❖ 对比度越高，侧面越陡，线宽更准确 ❖ 对比度高，减少刻蚀过程中的钻蚀效应，提高分辨率
55
其他特性
❖ 光敏度 ❖ 膨胀性 ❖ 抗刻蚀能力和热稳定性 ❖ 黏着力 ❖ 溶解度和黏滞度 ❖ 微粒含量和金属含量 ❖ 储存寿命
理想的曝光图形
68
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
69
ASM 2500/5000 投影光刻机
70
分辨率增强技术使光学光刻不断突破分辨率极限
1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016
光学M曝EF光光区学光刻技术潜力挖掘区光刻工艺特征尺寸19805接485321000触6........n50000383式m5uuuuuuuummmmmmmm光EM线掩刻a模4接s-3k-精触61En0度r式murmo控光Gr4投制F线3刻a影6技cn1t光m术o0r-刻G23投.线06u影5mn2光m.0-刻I-2线04.850nu.1小年比0预远m0m9.188于光较测抛微K-0-年1刻乐都在0r米F微.2左技观被后（08米.右术的光头u5保；m-曾将长刻。-守10经9走期技.的1183G有9到预术预u年m人尽测神计曾预头：话为经言2；般0有0.：501的1预7微96光年9进言4米G刻年线步：）线也宽的22到，6156541宽曾达步146646××1这××××××9不经到伐119些111111007能有远000000991996692

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

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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。
+PR & -PR 树脂分子结构
正胶：曝光时切断树脂聚合体主链和从链之间的联系，
达到削弱聚合体的目的，所以曝光后光刻胶在随后的显影处理中溶解度升高，曝光后溶解度几乎是未曝光时的10倍；更高分辨率（无膨胀现象）在IC制造应用更为普遍；
负胶：曝光时树脂聚合体主链的随机十字链接更为紧密
，并且从链下坠物增长，所以聚合体溶解度降低；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；
一人性的沉沦与挣扎：《雷雨》
• 多重解读的可能性
（1）主流意识形态解读——社会阶级斗争的缩影。
周朴园：资本家、剥削者、封建宗法专制的体现者前提：资产阶级的罪恶条件：人们的觉醒与斗争结果：资产阶级的必然灭亡主题：封建宗法制、资产阶级的罪恶本性以及不可避免的灭亡命运这样的解读不能说错，但无法解释如下问题： A 曹禺本人对《雷雨》的看法；B 周朴园心中有没有爱？C 曹禺对周朴园结局的安排Βιβλιοθήκη +PR & -PR
Negative Photo-resist 负性光刻胶－负胶
Positive Photo-resist 正性光刻胶－正胶
曝光后不可溶解显影时未曝光的被溶解便宜
曝光后可溶解显影时曝光的被溶解高分辨率
+PR & -PR基本原理
正胶工艺
基板处理
负胶工艺
涂胶 + 烘烤曝光
显影、光刻
Mask制作
！！！注意：正图 / 反图！！！
曝光剂量
曝光剂量是指光刻胶所吸收紫外光的总和，曝光剂量可用下式来表示：
E(x)I(x)t
式中Ex为光刻胶的曝光剂量（mJ/cm2），Ix为曝光灯发出的光强（mW/cm2），t为曝光时间(s)。
在光刻工艺中，当曝光剂量Ex >E0时：光刻胶显影后能完全去除；当曝光剂量Ex <E0时: 光刻胶显影时会残留余胶；
预烘（前烘）
目的：促使胶膜内溶剂充分地挥发，使胶膜干燥，以提高光刻胶在基片上的粘附性和均匀性，以及提高胶膜的耐磨性而不玷污mask；前烘温度过高或时间太长：会导致光刻胶中的树脂分子发生光聚合或交联，造成显影困难，图形边缘锯齿严重。反之：预烘烤不充分，光刻胶中的溶剂仍会有部分残留在胶膜中，曝光时会导致胶膜与掩膜版粘连，损害掩膜版；同时也影响到显影的质量，光刻胶在显影时容易脱落，光刻图形不完整。
❖ •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 135 °C ； ❖•退胶 NaOH ；
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；
T/℃
140 120 100
80 60 40 20
0 0
20 40 60 80 100 120 t/min
❖ 氢氧化钠溶液
正胶工艺
退胶
基板处理
负胶工艺
涂胶 + 烘烤曝光
显影、光刻
第十七讲现代中国的戏剧大师——曹禺
曹禺（1910～1996）本名万家宝，祖籍湖北潜江，生于天津。中国
现代著名剧作家、戏剧教育家。代表作品有《雷雨》（1933年）、《日出》（1935年）、《原野》（1937年）、《北京人》（1941 年）、《家》（1942年）、《明朗的天》（1952年）、《胆剑篇》（1961年）、《王昭君》（1978 年）等。
光刻胶概述
❖ 光刻胶是TFT制作的基本工艺材料之一：由树脂、感光化合物、溶剂 3 个基本部分组成；
❖ 具有光化学敏感性：被紫外光、电子束、X射线、电子束等曝光光源照射后，发生光化学反应，溶解度发生变化；
❖ 高分辨率 High Resolution； ❖ 高光敏性 High PR Sensitivity ❖ 精确对准 Precision Alignment
光刻基本步骤
❖• 涂胶 Photo-resist coating ❖• 对准和曝光 Alignment and exposure ❖• 显影 Development
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
曝光时间差异
a) 、9s
b) 、10s (9.36μm )
c) 、11s (10.44μm )
d) 、12s (16.6μm )
显影
❖ 碳酸氢钠（1%）----负胶 ❖HCL( 5% )---正胶
❖喷淋 ❖水浴
坚膜
➢在显影过程中，显影液溶解掉了需要去除的那部分光刻胶膜，同时也使不需要去除的光刻胶膜软化，含有过多的水分，并且与基片的附着性变差，降低了后续刻蚀工艺的耐蚀性，必须经过一定温度和时间的烘烤，以挥发掉残留的显影液和水分，使胶膜致密坚固，进一步提高胶膜与基体表面的附着力和抗化学腐蚀性，减少刻蚀时所出现的钻蚀和针孔现象。
光刻胶涂布-旋转涂布法
滴胶基片
旋转
旋涂结果
旋转涂布也称为甩胶，用转速和旋转时间可自由设定的甩胶机来进行，是利用高速旋转的离心力作用，将光刻胶在基片表面均匀地展开，多余的光刻胶被甩掉，最终获得一定厚度的光刻胶膜，光刻胶的膜厚是由光刻胶的粘度和甩胶的转速来控制，通常这种方法可以获得优于±2%的涂布均匀性（边缘除外）。光刻胶涂布的厚度与转速、时间、胶的特性有关系，此外旋转时产生的气流也会有一定的影响。同时也存在一定的缺陷：气泡、彗星(胶层上存在的一些颗粒)、条纹、边缘效应等，其中边缘效应对于小片和不规则片尤为明显。