光刻过程图片解说课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,光刻过程图片解说优秀课件,*,单击此处编辑母版标题样式,集成电路工艺之光刻,光刻过程图片解说优秀课件,光刻,1、基本描述和过程,2、光刻胶,3、光刻机,4、光刻工艺,5、新技术简介,光刻过程图片解说优秀课件,光刻基本介绍,在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻,胶上的过程,将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。,光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。,光刻占40%到50%的流片时间。,决定最小特征尺寸。,IC制程中最重要的模块,是集成电路中关键的工艺技术最,早的构想来源于印刷技术中的照相制版。光刻技术最早于1958年开始应用，并实现了平面晶体管的制作。,光刻过程图片解说优秀课件,光刻的一般要求,图形的分辨率高,光刻胶敏感度高,层间对准精密高,缺陷密度低,光刻过程图片解说优秀课件,光刻胶,开始于印刷电路,1950年起应用于半导体工业,是图形工艺的关键,有正胶和负胶两种,光敏材料,均匀涂布在硅片表面,用曝光的方法转移设计图形到光刻胶上,类似于光敏材料涂布在照相用的底片上,光刻过程图片解说优秀课件,光刻胶的成分,聚合物,溶剂,感光剂,添加剂,光刻过程图片解说优秀课件,聚合物,固体有机材料（胶膜的主体）,转移图形到硅片上,UV曝光后发生光化学反应，溶解性质发,生改变.,光刻过程图片解说优秀课件,溶剂,溶解聚合物,经过旋转涂布可得到薄光刻胶膜.,感光剂,控制和或改变光化学反应,决定曝光时间和强度,添加剂,为达到不同的工艺结果而添加多种不同的化学物质，如添加染色剂以减少反射。,光刻过程图片解说优秀课件,光刻胶的要求,高分辨率,光刻胶越薄，分辨率越高,光刻胶越薄，抗刻蚀和离子注入能力越低,高抗刻蚀性（要求厚膜）,好的黏附性,注入屏蔽能力强和针孔少（要求厚膜）,宽工艺窗口,能适应工艺的变更,光刻过程图片解说优秀课件,光刻胶的种类,光刻过程图片解说优秀课件,光刻过程图片解说优秀课件,光刻机,IC制造中最关键的步骤,IC 晶圆中最昂贵的设备,最有挑战性的技术,决定最小特征尺寸,接触式光刻机,接近式光刻机,投影式光刻机,步进式光刻机,光刻过程图片解说优秀课件,接触式光刻机,设备简单,70年代中期前使,用,分辨率:有微米,级的能力,掩膜版和硅片直,接接触,掩膜版,寿命短,光刻过程图片解说优秀课件,接触式光刻机,光刻过程图片解说优秀课件,接近式光刻机,距硅片表面,10微米,无直接接触,更长的掩膜,寿命,分辨率:3m,光刻过程图片解说优秀课件,接近式光刻机,光刻过程图片解说优秀课件,投影光刻机（扫描型）,光刻过程图片解说优秀课件,光刻过程图片解说优秀课件,步进光刻机,先进的IC 中最流行的光刻设备,高分辨率,0.25微米或以下,非常昂贵,掩膜图形尺寸5X：10X能够得到更好的分辨率，但是，它的曝光时间是5X的四倍。曝光时间和分辨率折中的结果。,光刻过程图片解说优秀课件,光刻的基本步骤,光刻过程图片解说优秀课件,硅片清洗,去除沾污,去除微粒,减少针孔和其他缺陷,提高光刻胶黏附性,光刻过程图片解说优秀课件,硅片清洗工艺,光刻过程图片解说优秀课件,光刻工艺前烘,去水烘干,去除硅片表面的水份,提高光刻胶与表面的黏附性,通常在100C,与前处理同时进行,光刻过程图片解说优秀课件,光刻工艺前处理,防止显影时光刻胶脱离硅片表面,通常和前烘一起进行,匀胶前硅片要冷却,光刻过程图片解说优秀课件,光刻过程图片解说优秀课件,硅片冷却,匀胶前硅片需冷却,硅片在冷却平板上冷却,温度会影响光刻胶的黏度,影响光刻胶的厚度,光刻过程图片解说优秀课件,匀胶,硅片吸附在真空卡盘上,液态的光刻胶滴在硅片的中心,卡盘旋转，离心力的作用下光刻胶扩散开,高速旋转，光刻胶均匀地覆盖硅片表面,先低速旋转500 rpm,再上升到3000-7000 rpm,光刻过程图片解说优秀课件,硅片自动输送轨道系统；真空卡盘吸住硅片；胶盘,排气系统；可控旋转马达；给胶管和给胶泵,边缘清洗（去边）,光刻过程图片解说优秀课件,光刻过程图片解说优秀课件,去边(EBR),光刻胶扩散到硅片的边缘和背面,在机械搬送过程中光刻胶可能回剥落成为微粒,正面和背面去边EBR,正面光学去边EBR,光刻过程图片解说优秀课件,光刻过程图片解说优秀课件,匀胶后烘,使光刻胶中的大部分溶剂蒸发。,溶剂帮助得到薄的光刻胶膜但是吸收光且,影响黏附性,曝光后烘时间和温度取决于工艺条件,过烘:聚合,光敏性降低,后烘不足:影响黏附性和曝光,光刻过程图片解说优秀课件,光刻过程图片解说优秀课件,硅片冷却,需要冷却到环境温度,硅片在冷却板上冷却,硅的热膨胀率:2.510,-6,/C,对于8英寸硅片,改变1C引起0.5微米的直径差,光刻过程图片解说优秀课件,对准和曝光,接触式曝光：,分辨率较高，但是容易造成掩膜版和光刻胶膜的损伤。,接近式曝光：,在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙(1025,m)，可以大大减小掩膜版的损伤，分辨率较低,投影式曝光：,利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影到衬底上，优点：掩模版与晶片不接触，掩模不受损伤；对准是观察掩模平面上的反射图像，不存在景深问题；掩模版上的图形是通过光学技影的方法缩小，并聚焦于感光胶膜上，掩模版上可以有比实际尺寸大得多的图像(通常掩模图形的尺寸是实际尺寸的110倍)，提高了对准精度，避免了微细图形制作的困难，也减弱了灰尘微粒的影响。,缺点：投影系统光路复杂,对物镜成像能力要求高。,光刻过程图片解说优秀课件,曝光后烘,玻璃转化温度Tg,烘烤温度大于Tg,光刻胶分子热迁移,过曝光和曝光不足的光刻胶分子重排,平衡驻波效应,平滑光刻胶侧壁提高分辨率,光刻过程图片解说优秀课件,硅片冷却,PEB后，显影前，硅片放置在冷却板上冷却至环境温度,高温会加速化学反应引起过显影,光刻胶CD变小,光刻过程图片解说优秀课件,显影,显影液溶解部分光刻胶,正胶显影液通常使用弱碱性的溶剂,最常用的是四甲基氢铵,将掩膜上的图形转移到光刻胶上,三个基本步骤:显影清洗干燥,光刻过程图片解说优秀课件,光刻过程图片解说优秀课件,光刻过程图片解说优秀课件,光刻过程图片解说优秀课件,光刻过程图片解说优秀课件,显影后烘,使光刻胶中的溶剂蒸发,提高抗刻蚀和抗离子注入性,提高光刻胶和硅片表面的黏附性,聚合化并稳定光刻胶,光刻胶流动填平针孔,光刻过程图片解说优秀课件,图形检查,不合格的硅片将被去除光刻胶返工,光刻胶的图形是临时性的,刻蚀和注入后的图形是永久的.,光刻是可以返工的,刻蚀和注入后不能返工,光学显微镜,扫描电子显微镜(SEM),光刻过程图片解说优秀课件,检查,对准精度,放大,缩小,掩膜旋转,硅片旋转,X方向漂移,Y方向漂移,关键尺寸(CD),表面缺陷如，刮痕，针孔，污点，污染物等,光刻过程图片解说优秀课件,检查,如果硅片检查合格，将会流出光刻模块，进入下一道工艺,刻蚀或离子注入,光刻过程图片解说优秀课件,光刻过程图片解说优秀课件,目前新技术,相移掩膜,浸没式光刻,光刻过程图片解说优秀课件,光刻过程图片解说优秀课件,浸没式光刻,是目前领域最有趣的问题,非常有前景,193 nm浸没式光刻技术已在2006年投入使用,利用水提高分辨率,光刻过程图片解说优秀课件,浸没式实现方法,喷淋vs浸泡,主要的光刻机生产商的主要研发方向都是喷淋系统,在透镜和硅片之间有水,大约1 mm的间距,大约100 mm的直径,光刻过程图片解说优秀课件,光刻过程图片解说优秀课件,此外，目前正在研究的还有X-ray光刻、电子束光刻（EBL）、离子束（IBL）光刻。,光刻过程图片解说优秀课件,安全,化学制品安全,湿法清洗,硫酸(H2SO4）:强腐蚀性,双氧水(H2O2):强氧化剂,二甲苯(负胶溶剂和显影液):易燃易爆,HMDS(前处理):易燃易爆,TMAH（正胶显影溶剂):有毒，有腐蚀性,汞(Hg,UV lamp)蒸气,高毒性;,氯(Cl2,受激准分子激光器),有毒，有腐蚀性,氟(F2,受激准分子激光器),有毒，有腐蚀性,机械安全,活动部件,热表面,高压灯,电安全,高压供电源,掉电,地面静电荷,标注清晰和锁紧,放射性安全,UV光可破坏化学键,有机分子有长化学键结构,更易因UV引起损伤,UV光通常用于消毒杀菌,如果直视UV光源会伤害眼睛,有时需要戴防UV护目镜,光刻过程图片解说优秀课件,小结,光刻:形成暂时性图形的模块,IC制程中最重要的模块,要求:高分辨率,低缺陷密度,光刻胶：正胶和负胶,步骤:前烘和前处理,匀胶,匀胶后烘,曝光,曝光后烘,显影,显影后烘,检查,用于65,45,and 32 nm的浸没式光刻,可达到22 nm,NGL:离子束光刻和电子束光刻.,光刻过程图片解说优秀课件,