第二章-1(光学光刻技术)

职大09微电子光刻技术摘要：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目录第一章绪论 (2)第二章光刻技术的原理 (3)第三章光刻技术的工艺过程 (4)1基本光刻工艺流程—从表面准备到曝光 (4)1.1光刻十步法 (4)1.2基本的光刻胶化学物理属性 (4)1.2.1组成 (4)1.2.2光刻胶的表现要素 (4)1.2.3正胶和负胶的比较 (5)1.2.4光刻胶的物理属性 (5)1.3光刻工艺剖析 (5)1.3.1表面准备 (5)1.3.2涂光刻胶 (5)1.3.3软烘焙 (6)1.3.4对准和曝光（A&E） (6)2基本光刻工艺流程—从曝光到最终检验 (6)2.1显影 (6)2.1.1负光刻胶显影 (6)2.1.2正光刻胶显影 (7)2.1.3湿法显影 (7)2.1.4干法（或等离子）显影 (7)2.2硬烘焙 (7)2.3显影检验（develop inspect DI） (7)2.3.1检验方法 (8)2.3.2显影检验拒收的原因 (8)2.4刻蚀 (8)2.4.1湿法刻蚀 (8)2.4.2干法刻蚀（dry etching） (9)2.5光刻胶的去除 (10)2.6最终目检 (10)第四章光刻技术的发展与现状 (11)1 .EUV 光刻技术 (11)2 .PREVAIL 光刻技术 (12)3.纳米压印光刻技术 (12)4.展望 (14)参考文献15第一章绪论目前，集成电路已经从2O世纪6O年代的每个芯片上仅几十个器件发展到现在的每个芯片上可包含约1O亿个器件，其增长过程遵从摩尔定律，即集成度每3年提高4倍。

（总第１５９期）１引言光学光刻作为推动半导体制造技术的关键工艺一直以来备受业界的关注。

近年来，随着器件尺寸的不断缩小，作为现有光学光刻技术的延伸，浸没式光刻因其能获得更高的数值孔径而实现更高的分辨率为业界所青睐。

３０多年以来，集成电路技术的发展始终是随着光学光刻技术的不断创新所推进的。

在摩尔定律的驱动下，光学光刻技术经历了接触／接近（Ａｌｉｇｎｅｒ）、等倍投影、缩小步进投影（Ｓｔｅｐｐｅｒ）、步进扫描投影（Ｓｃａｎｎｅｒ）曝光方式的变革（见图１所示），曝光波长由４３６ｎｍ的ｈ线向３６５ｎｍ的ｉ线、继而到２４８ｎｍ的ＫｒＦ到１９３ｎｍ的ＡｒＦ准分子光源，技术上跨越了１μｍ、光学光刻技术的历史演变马建军（长庆实业集团有限公司，西安７１００２１）摘要：简要回顾了光学光刻技术的发展历程，从ＩＣ技术节点微细化要求对光刻技术的挑战方面讨论了光学光刻技术的发展趋势及进入３２ｎｍ技术节点的可能性。

关键词：光学光刻；缩小步进光刻；步进扫描光刻；浸没式光刻；双重图形光刻中图分类号：ＴＮ３０５．７文献标识码：Ａ文章编号：１００４－４５０７（２００８）０４－００２８－０５ＴｈｅＨｉｓｔｏｒｙＥｖｏｌｖｅｍｅｎｔｏｆＯｐｔｉｃｓＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＭＡＪｉａｎ－ｊｕｎ（ＣｈａｎｇｑｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＬｔｄ．Ｃｏ．，ＸｉＡｎ７１００２１）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｃｏｕｒｓｏｆｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｔｒｅｎｄｏｆｏｐｔｉｃｓｌｉｔｈｏｇｒａ－ｐｈｙａｎｄｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｉｔｅｎｔｅｒ３２ｎｍｎｏｄｅａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｌｌｅｎｇｅｆｏｒｏｐｔｉｃｓｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｔｅｃｈｎｉｃｎｏｄｅｄｅｍａｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＯｐｔｉｃｓＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＳｔｅｐｐｅｒ；Ｓｃａｎｎｅｒ；Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ；ＤｕａｌＥｘｐｏｓｕｒｅ收稿日期：２００８－０３－２４图１光学光刻的进展１９７０１９８０１９９０２０００Ｄｅｓｉｇｎｎｏｅ１０μｍ８μｍ６μｍ４μｍ２．５μｍ１．５μｍ１．２μｍ０．８μｍ０．５μｍ０．３５μｍ０．２５μｍＤＲＭ２５６１Ｋ４Ｋ１６Ｋ６４Ｋ２５６Ｋ１Ｍ４Ｍ１６Ｍ６４Ｍ２５６Ｍ接触式曝光→接近式曝光→步进式．扫描式硅片纯模版低缺陷接近式硅片掩模版高分辨接近式大圆片接触式低缺陷高分辨硅片硅片掩模版步进＆扫描步进＆扫描掩模版掩模版ｇ线ｉ线ＫｒＦ２８（总第１５９期）Ａｐｒ．２００８０．５μｍ、０．３５μｍ、０．１μｍ、９０ｎｍ、６５ｎｍ、４５ｎｍ等节点。

光刻技术的原理和应用1. 光刻技术简介光刻技术是一种半导体制造工艺中的核心技术，它通过使用光刻胶和强光源对半导体材料进行曝光和显影，从而形成精细的图案。

光刻技术广泛应用于集成电路、光学器件、光纤通信等领域，并在现代科技的高速发展中扮演着重要的角色。

2. 光刻技术的原理光刻技术的基本原理是利用紫外线或电子束照射光刻胶，通过光学或电子学的方式将图形投射到硅片表面上。

具体原理如下： - 掩膜制备：首先，根据设计要求，通过计算机辅助设计软件制作掩膜。

掩膜上的图形和模式将决定最终形成的芯片或器件的结构和功能。

掩膜制备完成后，可以进行下一步的光刻工艺。

- 光刻胶涂布：将光刻胶均匀涂布在硅片表面，待其干燥后，形成一层均匀的薄膜。

- 曝光：将掩膜放置在光刻机上，并通过强光源（紫外线或电子束）照射胶层，使胶层中被照射到的部分发生化学反应。

- 显影：将曝光后的光刻胶进行显影处理。

显影液会溶解胶层中未曝光或曝光光强较弱的部分，从而形成所需的图案结构。

- 刻蚀：使用化学腐蚀剂将显影后的光刻胶图案转移到硅片表面。

硅片经过刻蚀后，就可以进行后续的工艺步骤，如沉积材料、蚀刻、退火等。

3. 光刻技术的应用光刻技术作为半导体制造工艺的重要步骤，广泛应用于以下领域：3.1 集成电路制造•制造微电子芯片：光刻技术在集成电路制造中扮演着重要的角色。

它可以将复杂的电路图案转移到硅片上，制造出微米级别的微电子芯片。

光刻技术的精细度和稳定性对于芯片的性能和可靠性有着重要影响。

•多层薄膜的制备：光刻技术还可以用于制备多层薄膜。

通过在每一层上使用不同的掩膜和曝光显影工艺，可以制备出具有特定功能的多层薄膜结构。

这种技术在微电子器件和光学器件制造中得到广泛应用。

3.2 光学器件制造•制造光学透镜：光刻技术可以制造各种光学透镜和光学器件。

通过光刻胶的曝光显影工艺，可以在光学玻璃上形成精细的结构，从而调控光的传播和聚焦性能。

•制备光接头和光波导器件：光刻技术还可以用于制备光接头和光波导器件。

光刻技术的原理
集成电路制造中利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，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。

随着半导体技术的发展，光刻技术传递图形的尺寸限度缩小了2～3个数量级（从毫米级到亚微米级），已从常规光学技术发展到应用电子束、X射线、微离子束、激光等新技术；使用波长已从4000埃扩展到0.1埃数量级范围。

光刻技术成为一种精密的微细加工技术。

光刻技术是在一片平整的硅片上构建半导体MOS管和电路的基础，这其中包含有很多步骤与流程。

首先要在硅片上涂上一层耐腐蚀的光刻胶，随后让强光通过一块刻有电路图案的镂空掩模板（MASK）照射在硅片上。

被照射到的部分(如源区和漏区)光刻胶会发生变质，而构筑栅区的地方不会被照射到，所以光刻胶会仍旧粘连在上面。

接下来就是用腐蚀性液体清洗硅片，变质的光刻胶被除去，露出下面的硅片，而栅区在光刻胶的保护下不会受到影响。

随后就是粒子沉积、掩膜、刻线等操作，直到最后形成成品晶片（WAFER）。

光刻技术是集成电路制造中利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，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。

随着半导体技术的发展，光刻技术传递图形的尺寸限度缩小了2～3个数量级（从毫米级到亚微米级），已从常规光学技术发展到应用电子束、X射线、微离子束、激光等新技术；使用波长已从4000
埃扩展到0.1埃数量级范围。

光刻技术成为一种精密的微细加工技术。

《微纳制造技术》教学大纲课程代码：NANA2027课程名称：微纳制造技术英文名称：Nanofabrication课程性质：专业教学课程学分/学时： 2分/36时考核方式：闭卷考试、课堂报告、课后作业开课学期： 5适用专业：纳米材料与技术先修课程：半导体器件物理后续课程：新能源材料与技术、纳米材料表征技术选用教材：唐天同，《微纳加工科学原理》，电子工业出版社，2010年一、课程目标通过本课程的理论教学与课后作业，使学生具备以下能力：熟悉微纳制造常用的工艺及方法，了解其应用场景及对比不同方法之间优缺点；可以运用公式计算解决材料选择、加工参数相关问题；对新兴微纳制造技术及未来发展趋势有一定了解。

（支撑毕业要求1-2）了解微纳制造工艺的基本概念、方法、理论、加工设备的发展演变过程和发展趋势，并结合微纳制造工艺在集成电路、纳米传感、光电子等器件领域应用，对微纳制造这一前沿研究领域有初步认识，建立相关领域的知识储备结构，并能在今后的工作中加以结合与应用。

（支撑毕业要求2-2）二、教学内容第一章绪论（支撑毕业要求1-2）课时：1周，共2课时教学内容：一、微电子的发展历史二、集成电路基本工艺流程三、纳米制造的发展要求学生：了解微电子工业以及微纳制造技术的发展历史，认识当前集成电路加工的主要流程和工艺。

第二章微电子与光电子集成技术中使用的材料（支撑毕业要求1-2，2-2）课时：2周，共4课时教学内容第一节晶体结构与性质一、晶体的几何结构二、晶体的电学性质三、晶体的光学性质第二节半导体材料一、元素半导体二、I II-V族半导体三、I I-VI族半导体四、I V-IV族化合物半导体第三节纳米结构与材料一、半导体超晶格结构二、量子阱、量子线和量子点要求学生：对晶体材料的几何结构、能带结构和电学性质基础认知；了解硅与几种典型半导体材料的特点和用途；了解新型一维、二维材料的结构特点以及用途。

第三章光刻（支撑毕业要求1-2，2-2）课时：2周，共4课时教学内容第一节光学光刻一、接触式和接近式曝光光刻二、投射式光刻三、先进光刻技术和其他改进分辨率的方法第二节光刻胶一、光刻胶类型三、涂敷和显影工艺三、光刻胶的化学放大和对比度增强技术第三节 X射线曝光技术一、X射线曝光原理二、X射线曝光技术应用要求学生：了解光刻技术的种类；学会改进分辨率的方法及相关参数计算；熟悉光刻工艺的具体步骤；认识新型光刻设备的优点及其应用；掌握使用软件绘制简单的光刻掩膜版的能力。

光刻技术原理全解光刻技术是一种微电子制造中非常重要的技术方法，常用于半导体器件制造过程中。

它通过使用光刻胶光刻胶（photoresist）和光源光源（light source）制作芯片上各种测量、定义和纳米加工细节的光刻工艺步骤，实现高精度的微纳米尺寸特征的制作。

下面将为您介绍光刻技术的原理。

光刻技术的原理基于光的光的干涉和衍射原理。

首先，需要一个光源，通常使用的是紫外线（UV）光源，因为紫外线具有高能量和短波长，对于制作微小特征具有优势。

光源产生的UV光通过光学系统会聚到准直镜上，进一步聚焦到光刻胶表面。

光刻胶是光刻技术中非常关键的材料。

它是一种光敏树脂，通过特殊的化学处理使其对紫外线光有响应。

在曝光过程中，光刻胶对紫外线光会产生化学反应，发生聚合或降解的变化，被曝光的区域与未曝光区域的物性发生差异，从而形成图案。

在光刻胶的表面上，需要使用掩膜（mask）制作出期望的图案。

掩膜是一个类似于胶片的透明基片，其上涂有几层不同材料构成的图案。

掩膜上的不透明部分会阻挡光的透过，形成尺寸精确的光刻图案。

掩膜的图案是根据芯片设计师所需的结构进行设计和制作的。

当光刻胶在光源的照射下进行曝光时，通过光学系统重新聚焦到光刻胶表面，被曝光的区域会发生化学反应，使光刻胶发生改变。

在光刻胶材料中有两类最常用的光刻胶，一种是正相光刻胶（positive photoresist），另一种是负相光刻胶（negative photoresist）。

正相光刻胶在紫外线照射下，被照射的区域聚合形成硬化的物质，而负相光刻胶则是被照射区域发生降解，形成溶解物。

曝光之后，还需要进行显影（develop）的工艺步骤。

显影是使光刻胶发生物理或化学变化，从而去除未曝光或曝光后不需要的材料的过程。

对于正相光刻胶，未曝光区域显影后会被去除，而曝光区域则会保留下来。

对于负相光刻胶，则是未曝光区域保留，而曝光区域被去除。

经过显影之后，我们得到了期望的图案，其中未被照射的区域通过显影工艺去除的，形成了芯片上的光刻图案。

光学原理在光刻技术中的应用光刻技术是一种常见的微影制造工艺，广泛应用于半导体芯片、平板显示器、光通信器件等领域。

在光刻技术中，光学原理扮演着关键的角色，通过光学原理的应用实现了高分辨率、高精度的微细结构的制造。

本文将介绍光刻技术的基本原理以及光学原理在光刻技术中的关键应用。

一、光刻技术的基本原理光刻技术是一种利用光敏剂对物质进行化学或物理变化的技术。

它的基本原理是利用掩膜对光进行精确的控制，通过光照射将光敏剂上的图案转移至底物上。

光刻技术主要由掩膜制备、曝光暴光、显影和刻蚀等步骤组成。

1.掩膜制备：在光刻技术中，掩膜是一种从掩膜板上通过光刻胶转移图案的透光掩膜。

它的制备过程主要包括光刻胶涂布、预烘烤和曝光暴光等步骤。

2.曝光暴光：曝光暴光是光刻技术中最关键的步骤之一。

曝光暴光过程中，利用光学原理将掩膜上的图案通过透光掩膜传导至底物上。

光学原理中的干涉、衍射和透射等现象为曝光暴光提供了物理基础。

3.显影：显影是将暴光后的底物进行化学反应，将控制曝光后的图案转移至底物上的过程。

光刻胶中存在溶解和凝聚等反应，显影液的选择和显影时间的控制对于显影效果至关重要。

4.刻蚀：刻蚀是将显影后的底物上未被光刻胶保护的区域进行物理或化学蚀刻，将底物中不需要的物质去除的过程。

刻蚀技术中，对光刻胶剩余的控制和刻蚀速率的控制是非常重要的。

二、1.曝光光源选择：在光刻技术中，曝光光源的选择对于最终的曝光质量至关重要。

根据不同曝光要求，可以选择紫外光、深紫外光和电子束光源等。

光学原理中的衍射和干涉等现象为选择合适的光源提供了理论依据。

2.掩膜设计和制备：掩膜是光刻技术中非常重要的组成部分，它的设计和制备直接影响着图案的精度和稳定性。

光学原理中的透射和衍射现象为掩膜图案的设计提供了理论基础，掩膜的制备则需要光刻胶的涂布均匀性和预烘烤参数的控制。

3.显影液配方和显影时间：显影是将控制曝光图案转移至底物的关键步骤，显影液的配方和显影时间的控制对于显影效果至关重要。