电路图形——掩膜版——光刻胶——芯片
芯片图形的转移和实现
EDA设计 投影和离子束曝光
光刻 刻蚀/注入
光刻是通过光化
合反应,将掩膜版上
的电路图图形暂时转
移到覆盖在半导体晶
片上的光刻胶,然后
利用光刻胶为掩膜,
对下方材料选择性加
工(刻蚀或注入),
从而在半导体晶片上
获得相应电路图形
光刻的基本原理
负性光刻 正性光刻
光刻术语
1.分辨率:将硅片上两个相邻特征图形区别
开来的能力
2.套准精度:光刻要求硅片
表
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面存在的图案
与掩膜版上的图形对准,此特性指标就是
套准精度
3.关键尺寸:硅片上形成图形的实际尺寸即
特征尺寸,最小的特征尺寸即关键尺寸
4.工艺宽容度:光刻始终如一的处理符合特
定要求产品的的能力。追求最大的工艺宽
容度
5.光谱:能量要满足激活光刻胶并将图形从
掩膜版中转移到硅片上的要求。
紫外光源(uv) 汞灯
光刻胶的类型与光刻工艺
光刻胶的类型—两种光刻工艺
又名(光致)抗蚀剂,光阻、photoresist
曝光后溶解性的变化 优缺点
正
胶
不溶——可溶
显影后光刻胶上的图形
与掩膜版上图形一致
分辨率高,对比度高,线条边缘清
晰,在深亚微米(1um)工艺中占
主导地位
负
胶
可溶——不溶
…..相反
和硅片有良好的粘附性和抗蚀性,
针孔少,感光度高但显影时会变形
和膨胀,分辨率2um左右。
CD变化
负胶光刻图形变化差
0.8~1.0um
正胶光刻图形变化差
0um
光刻胶的组分和感光原理
1。光刻胶的物理特性
分辨率、对比度、敏感度、粘滞性、粘附性、抗蚀
性等
a.分辨率:形成的关键尺寸越小,光刻胶的分辨率
越高
b.对比度:光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度
c.敏感度:在硅片表面光刻胶中形成一个良好图形所
需要的 一定波长光的最小能量值
d.粘滞性:光刻胶的流动特性
e.粘附性:光刻胶粘附于衬底的强度。
2。基本组分:
感光剂、增感剂和溶剂
3。感光原理
1)负胶:
典型:KPR(聚乙烯醇肉桂酸脂)
聚合硬化:线性——网状
2)正胶:
典型:DNQ(重氮萘醌)
光分解
光刻的基本
流程
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前处理
1.脱水:片架式坚膜烘箱 200℃
2.OAP(HMDS)
两类:高温 低温
作用:增加黏附力 正胶与负胶的区别
原理: 有机氯硅烷 六甲基二硅胺烷(HMDS)
涂胶
目的:在硅片表面获得一定厚度且均匀的光刻
胶。
方法:旋转涂胶
涂胶参数
滴胶量:与光刻胶的黏度有关
厚度:与转速及胶粘度有关
均匀性:高的旋转加速度变化斜率及滴胶
位置
前烘(软烘)
目的:通过加热去处光刻胶中的溶剂,改进其于
硅片表面的粘附性及缓和光刻胶内部应力。
方法
曝光
目的:对光刻胶进行选择性光化学反应,将掩膜
版图形转移到光刻胶。
方法:
1。接触式(PLA501)
z 设备简单
z 70年代中前期
z 掩膜版和硅片直接接触,
掩膜版寿命短
z 图形缺陷多,颗粒沾污大
z 分辨率:〉5um
z 应用:分立器件,SSI
2。接近式曝光
z 距硅片表面2~10um
z 无直接接触,无损伤,
沾污少,更长的掩膜寿
命
z 分辨率>3um
z 应用:分立器件,
SSI,MSI
3。(扫描)投影式
(MPA500/600)
z 利用透镜把掩膜版上的
图形1:1的投影到硅片
上
z 减少了对操作者依赖,
沾污少,无边缘衍射
z 分辨率:>1um
4。步进重复式(STEPPER)
z 将掩膜版上的图形缩小4X,5X,10X倍后投
影到硅片表面的光刻胶上。
z 掩膜图形更精确和易制作,实现更小图形
z 采用投影式掩膜版(1或几个芯片图形)以
步进方式多次重复曝光
z 分辨率:大约0.35um
曝光后烘(PEB)
PEB的作用
提高黏附性并减少驻波
PEB与软烘的关系
显影
目的:显现图形
方法:浸没式、喷淋式、PUDDLE
浸没-正胶显影台
喷淋-ETN6000、SSI超声波、AIO
PUDDLE-SVG series、AIO
显影参数
温度:23±0.1℃
时间
液量
浓度:正胶2.38%
清洗
排风
PUDDLE显影
PUDDLE显影方式的注意点:
液温 浸润 背面吹氮 背清 冲水甩干
坚膜(后烘、 Hard Bake)
目的:
z 1)蒸发光刻胶中的溶液,固化和稳定光
刻胶性质;
z 2)提高光刻胶的抗蚀能力和抗注入能
力;
z 3)提高光刻胶与硅片表面的粘附性;
方法:同前烘,通常热板烘烤,温度略高
于前烘。(正胶:120℃;负胶:160℃)
显影检查
检查的内容:对准精度、关键尺寸
(CD)、图形缺陷等
不合格的硅片将去胶重新返工:
z 光刻胶上的图形式临时的;
z 方法:聚光灯检查、显微镜检查
五点检查
光刻的关键问题
1。衍射
光的波粒二象性
Lmin>λ/2,波长越短,分辨
率越高
2。数值孔径(NA)
反应透镜收聚衍射光的能力
3。焦深(DOF)
成像时得到最好分辨率的焦
距
4。硅片表面起伏对分辨率的
限制
下一代光刻技术
极紫外光(EUV )λ=10~14nm
电子束光刻 λ=0.04nm
离子束光刻 λ=0.0001nm
X-射线 λ=4nm
结束 谢谢!
光刻工艺培训
设备
原理
工艺
1、生产线的分布及组成部分
4
寸
线
5
寸
线
前
处
理
匀
胶
曝
光
显
影
检
查
2、工艺分类
负胶光刻工艺
正胶光刻工艺
正胶、负胶工艺的选择
2.1 CD变化差
负胶光刻图形变化差
0.8~1.0um
正胶光刻图形变化差
0um
2.1区别
作业流程-前处理1
氧化膜的三种类型
作业流程-前处理2
前处理:片架式坚膜烘箱
OAP(HMDS)
两类:高温 低温
作用:增加黏附力
原理: 有机氯硅烷 六甲苯二硅氧烷
作业流程-匀胶1
涂布原理:离心力作用
涂布结构:
上
料
架
C
O
A
T
E
R
下
料
架
Soft bake
作业流程-匀胶2
45/60 ETN6000 SVG88series结构区
别及影响
涂布因素
转速 加速度 滴胶状态 回吸 排风
EBR(T&B) CUPRINSE
因素的影响
作业流程-匀胶3
曝光前烘
作用:溶剂挥发、胶膜干燥
温度与时间的选择
作业流程-曝光1
光学曝光方法分类
光
学
曝
光
方
式
接
触
式
投
影
式
硬接触
软接触
真空压紧
喷气压紧
1:1投影曝光
缩小投影曝光
1:1DSW
透镜光学系统
反射镜光学系统
1/2 1/5 1/10
作业流程-曝光2
接触式曝光:PLA501
曝光的氮气氛围,保持较高的留膜率
优点:
缺点:均匀性 光刻版 作业圆片图形
不适合正胶作业 分辨率
作业流程-曝光3
1:1投影式曝光:MPA500/600
负胶留膜受氧的影响降低
缺点:负胶光刻胶厚 分辨率低
优点:正胶分辨率高 节省光刻版
均匀性 圆片表面
最佳套刻精度
作业流程-曝光4
5:1步进式曝光:ASML STEPPER
最佳套刻精度
作业流程-显影1
显影原理:
4-甲基氢氧化铵 2.38% 23±0.1℃
显影结构:
上
料
架
D
E
V
E
L
O
P
下
料
架
P
E
B
Hard Bake
作业流程-显影2
显影方式:
浸没-正胶显影台
喷淋-ETN6000、SSI超声波
PUDDLE-SVG series
作业流程-显影3
PUDDLE显影方式的注意点:
液温 浸润 背面吹氮 背清 冲水甩干
PEB的作用
消除驻波效应
Soft Bake 与PEB的关系
Hard Bake
作业流程-聚酰亚胺
作用:电介质隔离 平坦化
材料:光敏性-HTR100、HTR50
非光敏性-PI (K60)
显影检查
5点检查规则
表面状态
图形情况
曝光图形线宽控制
检查的作用
光刻1.
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光刻的基本原理�
光刻胶的类型与光刻工艺
CD变化
光刻的基本流程
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曝光后烘(PEB)
PUDDLE显影�� PUDDLE显影方式的注意点:� 液温 浸润 背面吹氮 背清 冲水甩干��
结束
光刻2.PPT
光刻工艺培训
1、生产线的分布及组成部分
2、工艺分类
2.1 CD变化差
2.1区别
作业流程-前处理1
作业流程-前处理2
作业流程-匀胶1
作业流程-匀胶2
作业流程-匀胶3
作业流程-曝光1
作业流程-曝光2
作业流程-曝光3
作业流程-曝光4
作业流程-显影1
作业流程-显影2
作业流程-显影3
作业流程-聚酰亚胺
显影检查