光刻過程圖片解說課件

集成電路工藝之光刻集成電路工藝之光刻1光刻

1、基本描述和過程2、光刻膠3、光刻機4、光刻工藝5、新技術簡介光刻

1、基本描述和過程2光刻基本介紹在硅片表面勻膠，然后將掩模版上的圖形轉(zhuǎn)移光刻膠上的過程將器件或電路結構臨時“復制”到硅片上的過程。光刻在整個硅片加工成本中幾乎占三分之一。光刻占40%到50%的流片時間。決定最小特征尺寸。IC制程中最重要的模塊,是集成電路中關鍵的工藝技術最早的構想來源于印刷技術中的照相制版。光刻技術最早于1958年開始應用，并實現(xiàn)了平面晶體管的制作。光刻基本介紹在硅片表面勻膠，然后將掩模版上的圖形轉(zhuǎn)移光刻3光刻的一般要求

圖形的分辨率高光刻膠敏感度高層間對準精密高缺陷密度低光刻的一般要求

圖形的分辨率高4光刻膠

開始于印刷電路1950年起應用于半導體工業(yè)是圖形工藝的關鍵有正膠和負膠兩種光敏材料均勻涂布在硅片表面用曝光的方法轉(zhuǎn)移設計圖形到光刻膠上類似于光敏材料涂布在照相用的底片上光刻膠

開始于印刷電路5光刻膠的成分

聚合物溶劑感光劑添加劑光刻膠的成分

聚合物6聚合物

固體有機材料（膠膜的主體）轉(zhuǎn)移圖形到硅片上UV曝光后發(fā)生光化學反應，溶解性質(zhì)發(fā)生改變.聚合物

固體有機材料（膠膜的主體）7

溶劑溶解聚合物經(jīng)過旋轉(zhuǎn)涂布可得到薄光刻膠膜.

感光劑控制和或改變光化學反應決定曝光時間和強度添加劑為達到不同的工藝結果而添加多種不同的化學物質(zhì)，如添加染色劑以減少反射。溶劑8光刻膠的要求

高分辨率–光刻膠越薄，分辨率越高–光刻膠越薄，抗刻蝕和離子注入能力越低高抗刻蝕性（要求厚膜）好的黏附性注入屏蔽能力強和針孔少（要求厚膜）寬工藝窗口–能適應工藝的變更光刻膠的要求

高分辨率9光刻膠的種類光刻膠的種類10光刻過程圖片解說ppt課件11光刻機IC制造中最關鍵的步驟IC晶圓中最昂貴的設備最有挑戰(zhàn)性的技術決定最小特征尺寸接觸式光刻機接近式光刻機投影式光刻機步進式光刻機光刻機IC制造中最關鍵的步驟12接觸式光刻機

設備簡單70年代中期前使用分辨率:有微米級的能力掩膜版和硅片直接接觸,掩膜版壽命短接觸式光刻機

設備簡單13接觸式光刻機接觸式光刻機14接近式光刻機距硅片表面10微米無直接接觸更長的掩膜壽命分辨率:>3μm接近式光刻機距硅片表面15接近式光刻機接近式光刻機16投影光刻機（掃描型）

投影光刻機（掃描型）

17光刻過程圖片解說ppt課件18步進光刻機

先進的IC中最流行的光刻設備高分辨率0.25微米或以下非常昂貴掩膜圖形尺寸5X：10X能夠得到更好的分辨率，但是，它的曝光時間是5X的四倍。曝光時間和分辨率折中的結果。步進光刻機

先進的IC中最流行的光刻設備19光刻的基本步驟

光刻的基本步驟

20硅片清洗

去除沾污去除微粒減少針孔和其他缺陷提高光刻膠黏附性硅片清洗

去除沾污21硅片清洗工藝硅片清洗工藝22光刻工藝－前烘去水烘干去除硅片表面的水份提高光刻膠與表面的黏附性通常在100°C與前處理同時進行光刻工藝－前烘去水烘干23光刻工藝－前處理防止顯影時光刻膠脫離硅片表面通常和前烘一起進行勻膠前硅片要冷卻光刻工藝－前處理防止顯影時光刻膠脫離硅片表面24光刻過程圖片解說ppt課件25硅片冷卻

勻膠前硅片需冷卻硅片在冷卻平板上冷卻溫度會影響光刻膠的黏度–影響光刻膠的厚度硅片冷卻

勻膠前硅片需冷卻26勻膠

硅片吸附在真空卡盤上液態(tài)的光刻膠滴在硅片的中心卡盤旋轉(zhuǎn)，離心力的作用下光刻膠擴散開高速旋轉(zhuǎn)，光刻膠均勻地覆蓋硅片表面先低速旋轉(zhuǎn)~500rpm再上升到~3000-7000rpm勻膠

硅片吸附在真空卡盤上27硅片自動輸送軌道系統(tǒng)；真空卡盤吸住硅片；膠盤排氣系統(tǒng)；可控旋轉(zhuǎn)馬達；給膠管和給膠泵邊緣清洗（去邊）硅片自動輸送軌道系統(tǒng)；真空卡盤吸住硅片；膠盤28光刻過程圖片解說ppt課件29去邊(EBR)光刻膠擴散到硅片的邊緣和背面在機械搬送過程中光刻膠可能回剝落成為微粒正面和背面去邊EBR正面光學去邊EBR去邊(EBR)光刻膠擴散到硅片的邊緣和背面30光刻過程圖片解說ppt課件31勻膠后烘

使光刻膠中的大部分溶劑蒸發(fā)。溶劑幫助得到薄的光刻膠膜但是吸收光且影響?zhàn)じ叫云毓夂蠛鏁r間和溫度取決于工藝條件過烘:聚合,光敏性降低后烘不足:影響?zhàn)じ叫院推毓鈩蚰z后烘

使光刻膠中的大部分溶劑蒸發(fā)。32光刻過程圖片解說ppt課件33硅片冷卻

需要冷卻到環(huán)境溫度硅片在冷卻板上冷卻硅的熱膨脹率:2.5×10-6/°C對于8英寸硅片,改變1°C引起0.5微米的直徑差硅片冷卻

需要冷卻到環(huán)境溫度34對準和曝光接觸式曝光：分辨率較高，但是容易造成掩膜版和光刻膠膜的損傷。接近式曝光：在硅片和掩膜版之間有一個很小的間隙(10～25

m)，可以大大減小掩膜版的損傷，分辨率較低投影式曝光：利用透鏡或反射鏡將掩膜版上的圖形投影到襯底上，優(yōu)點：掩模版與晶片不接觸，掩模不受損傷；對準是觀察掩模平面上的反射圖像，不存在景深問題；掩模版上的圖形是通過光學技影的方法縮小，并聚焦于感光膠膜上，掩模版上可以有比實際尺寸大得多的圖像(通常掩模圖形的尺寸是實際尺寸的1～10倍)，提高了對準精度，避免了微細圖形制作的困難，也減弱了灰塵微粒的影響。缺點：投影系統(tǒng)光路復雜,對物鏡成像能力要求高。對準和曝光接觸式曝光：分辨率較高，但是容易造成掩膜版和光刻膠35曝光后烘

玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg烘烤溫度大于Tg光刻膠分子熱遷移過曝光和曝光不足的光刻膠分子重排平衡駐波效應,平滑光刻膠側(cè)壁提高分辨率曝光后烘

玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg36硅片冷卻

PEB后，顯影前，硅片放置在冷卻板上冷卻至環(huán)境溫度高溫會加速化學反應引起過顯影光刻膠CD變小硅片冷卻

PEB后，顯影前，硅片放置在冷卻板上冷卻至環(huán)境溫度37顯影

顯影液溶解部分光刻膠正膠顯影液通常使用弱堿性的溶劑最常用的是四甲基氫銨將掩膜上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上三個基本步驟:顯影－清洗－干燥顯影

顯影液溶解部分光刻膠38光刻過程圖片解說ppt課件39光刻過程圖片解說ppt課件40光刻過程圖片解說ppt課件41光刻過程圖片解說ppt課件42顯影后烘

使光刻膠中的溶劑蒸發(fā)提高抗刻蝕和抗離子注入性提高光刻膠和硅片表面的黏附性聚合化并穩(wěn)定光刻膠光刻膠流動填平針孔顯影后烘

使光刻膠中的溶劑蒸發(fā)43圖形檢查

不合格的硅片將被去除光刻膠返工–光刻膠的圖形是臨時性的–刻蝕和注入后的圖形是永久的.光刻是可以返工的刻蝕和注入后不能返工光學顯微鏡掃描電子顯微鏡(SEM)圖形檢查

不合格的硅片將被去除光刻膠返工44檢查

對準精度–放大,縮小,掩膜旋轉(zhuǎn),硅片旋轉(zhuǎn),X方向漂移,Y方向漂移關鍵尺寸(CD)表面缺陷如，刮痕，針孔，污點，污染物等檢查

對準精度45檢查

如果硅片檢查合格，將會流出光刻模塊，進入下一道工藝刻蝕或離子注入檢查

如果硅片檢查合格，將會流出光刻模塊，進入下一道工藝46光刻過程圖片解說ppt課件47目前新技術相移掩膜浸沒式光刻目前新技術相移掩膜48光刻過程圖片解說ppt課件49浸沒式光刻

是目前領域最有趣的問題非常有前景193nm浸沒式光刻技術已在2006年投入使用利用水提高分辨率浸沒式光刻

是目前領域最有趣的問題50浸沒式實現(xiàn)方法

噴淋vs浸泡主要的光刻機生產(chǎn)商的主要研發(fā)方向都是噴淋系統(tǒng)在透鏡和硅片之間有水大約1mm的間距大約100mm的直徑浸沒式實現(xiàn)方法

噴淋vs浸泡51光刻過程圖片解說ppt課件52此外，目前正在研究的還有X-ray光刻、電子束光刻（EBL）、離子束（IBL）光刻。此外，目前正在研究的還有X-ray光刻、電子束光刻（EBL）53安全化學制品安全濕法清洗–硫酸(H2SO4）:強腐蝕性–雙氧水(H2O2):強氧化劑二甲苯(負膠溶劑和顯影液):易燃易爆HMDS(前處理):易燃易爆TMAH（正膠顯影溶劑):有毒，有腐蝕性汞(Hg,UVlamp)蒸氣–高毒性;氯(Cl2,受激準分子激光器)–有毒，有腐蝕性氟(F2,受激準分子激光器)–有毒，有腐蝕性機械安全活動部件熱表面高壓燈電安全高壓供電源掉電地面靜電荷標注清晰和鎖緊放射性安全UV光可破壞化學鍵有機分子有長化學鍵結構更易因UV引起損傷UV光通常用于消毒殺菌