光 刻 工 艺
一、目的：
按照平面晶体管和集成电路的设计要求，在SiO 2或金属蒸发层上面刻蚀出与掩模板完全相对应的几何图形，以实现选择性扩散和金属膜布线的目的。
二、原理：
光刻是一种复印图象与化学腐蚀相结合的综合性技术，它先采用照像复印的方法，将光刻掩模板上的图形精确地复制在涂有光致抗蚀剂的SiO 2层或金属蒸发层上，在适当波长光的照射下，光致抗证剂发生变化，从而提高了强度，不溶于某些有机溶剂中，未受光照射的部分光致抗蚀剂不发生变化，很容易被某些有机溶剂溶解。然后利用光致抗蚀剂的保护作用，对SiO 2层或金属蒸发层进行选择性化学腐蚀，从而在SiO 2层或金属层上得到与光刻掩模板相对应的图形。
（一）光刻原理图
（一）光刻胶的特性：
1．性能，光致抗蚀剂是一种对光敏感的高分子化合物。当它受适当波长的光照射后就能吸收一定波长的光能量，使其发生交联、聚合或分解等光化学反应。由原来的线状结构变成三维的网状结构，从而提高了抗蚀能力，不再溶于有机溶剂，也不再受一般腐蚀剂的腐蚀．
2．组成：以KPR 光刻胶为例：
感光剂－－聚乙烯醇肉桂酸酯。
溶 剂－－环己酮。
增感剂－－5·硝基苊，
3．配制过程：
将一定重量的感光剂溶解于环己酮里搅拌均匀，然后加入一定量的硝基苊,再继续揖拌均匀，静置于暗室中待用。
感光剂聚乙烯醇肉桂酸酯的感光波长为3800?以内，加入5·硝基苊后感光波长范围发生了变化从2600—4700 ?。
（二）光刻设备及工具： 在SiO 2层上涂复光刻胶膜 将掩模板覆盖 在光刻胶膜上 在紫外灯下曝光
显影后经过腐蚀得到光刻窗口
1．曝光机－－光刻专用设备。
2．操作箱甩胶盘－－涂复光刻胶。
3．烘箱――烤硅片。
4．超级恒温水浴锅－－腐蚀SiO2片恒温用。
5．检查显为镜――检查SiO2片质量。
6．镊子――夹持SiO2片。
7．定时钟――定时。
8．培养皿及铝盒――装Si片用。
9．温度计――测量温度。
图（二）受光照时感光树脂分子结构的变化
三、光刻步骤及操作原理
1．涂胶：利用旋转法在SiO2片和金属蒸发层上，涂上一层粘附性好、厚度适当、均匀的光刻胶。
将清洁的SiO2片或金属蒸发片整齐的排列在甩胶盘的边缘上，然后用滴管滴上数滴光刻胶于片子上，利用转动时产生的离心力，将片子上多余的胶液甩掉，在光刻胶表面粘附能力和离心力的共同作用下形成厚度均匀的胶膜。
涂胶时间约为1分钟。
要求：厚度适当（观看胶膜条纹估计厚薄），胶膜层均匀，粘附良好，表面无颗粒无划痕。
图（三）光刻工艺流程示意图
2. 前烘：将硅片放入铅盒中，然后在红外灯下烘焙，促使胶膜内溶剂充分地挥发掉，使胶膜干燥，增加胶膜与SiO2或金属膜之间的粘附性和提高胶膜的耐磨性，不沾污掩模板，只有干燥的光刻胶才能充分进行光化学反应。
（1）前烘时间：约15′
（2）前烘温度：T＝80℃
3．曝光：接触式曝光法，在专用的光刻机上，它包括“定位”和“曝光”两部分。
预热紫外光灯（高压水银灯）使光源稳定—将光刻掩模板安装在支架上，使有图形的玻璃面向下—把涂有光刻胶的Si片放在可微调的工作台上胶面朝上—在显微镜下仔细调节微动装置，使掩模板上的图形与硅片相应的位置准确套合—顶紧Si片和掩模板—复查是否对准—曝光－－取下片子。
（1）曝光时间的选择：
a．光源强弱；b．光源与Si片距离远近；c．光刻胶性能；d．光刻图形尺寸大小。一般情况下，先试曝光一片，显影后检查一下表面，看其图形是否清晰。
a，曝光不足：光刻胶反应不充分，显影时部分胶膜被溶解，显微镜下观察胶膜发黑。
b．曝光时间过长：使不感光部分的边缘微弱感光，产生“晕光”现象，边界模糊，出现皱纹。
曝光时间：约8″一25″
4．显影：将未感光部分的光刻胶溶除，以获得腐蚀时所需要的、有抗蚀剂保护的图形。
（1）将曝光后的片子依次放入两杯丁酮液中－－取出放入丙酮液中漂洗。
t：1～2′（大概）
（2）显影后的图形必须认真检查，保证光刻质量。
a．图形是否套刻准确；b．图形边缘是否整齐；c．是否有皱胶或胶膜发黑；d．有无浮胶；e．Si片表面胶膜有无划伤。
5，坚膜：显影时胶膜发生软化、膨胀，显影后必须进行坚固胶膜的工作，坚固后可以使胶膜与SiO2层或金属蒸发层之间粘贴的更牢，以增强胶膜本身的抗蚀能力。
红外灯烘箱内烘栲30′左右，T＝180℃
6．腐蚀：选用适当的腐蚀液，将无光刻胶复盖的氧化层或金属蒸发层腐蚀掉，而有光刻胶复盖的区域保存下来。
（1）腐蚀液的配方与配制：
a．配方：选用氢氟酸缓冲剂：
氢氟酸﹕氟化铵﹕去离子水＝3（ml）﹕6（g）﹕lO（ml）
氢氟艘－－腐蚀剂；氟化铵－－缓冲剂；去离子水—溶剂。
b．配制：先称出氟化铵的重量，溶于去离子水中，搅拌使其混合均匀。
（2）SiO2层的腐蚀时间和温度选择：
a．腐蚀温度：T＝30—40℃
b．腐蚀时间；约为30″—10′
讨论：
1．腐蚀时间的确定：首先观看SiO2层颜色，根据辨色法初步判断SiO2层
的厚度；然后放入腐蚀液中腐蚀，SiO2层在HF酸缓冲液中的腐蚀速度是1000?／分,利用初步估计的SiO2层厚度与腐蚀速度之比确定腐蚀时间。
此方法误差较大,因为SiO2层的颜色随其厚度的增加而呈周期性的变化，对应同一颜色可能有几种厚度。
2腐蚀时间的长短是根据：a．腐蚀速度；腐蚀速度与氧化层生长的方法有关，依干氧法、湿氧法、低温沉积法、磷扩散等不同而定；b．腐蚀液浓度；c．腐蚀液温度。
腐蚀后的SiO2层要求：
（1）边缘整齐；（2）图形完整干净；（3）图形无畸变；（4）无钻蚀、浮胶、针孔等弊病。
7．去胶：去除复盖在硅片表面的保护胶膜，一般使用化学试剂使其胶膜碳化脱落。用浓硫酸煮两遍使胶膜碳化脱落—冷却－－用去离子水冲洗净。
最后检查光刻质量。
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
光刻技术及其应用的状况和未来发展 光刻技术及其应用的状况和未来发展1 引言 光刻技术作为半导体及其相关产业发展和进步的关键技术之一，一方面在过去的几十年中发挥了重大作用；另一方面，随着光刻技术在应用中技术问题的增多、用户对应用本身需求的提高和光刻技术进步滞后于其他技术的进步凸显等等，寻找解决技术障碍的新方案、寻找COO更加低的技术和找到下一俩代可行的技术路径，去支持产业的进步也显得非常紧迫，备受人们的关注。就像ITRS对未来技术路径的修订一样，上世纪基本上3～5年修正一次，而进入本世纪后，基本上每年都有修正和新的版本出现，这充分说明了光刻技术的重要性和对产业进步的影响。如图1所示，是基于2005年ITRS对未来几种可能光刻技术方案的预测。也正是基于这一点，新一轮技术和市场的竞争正在如火如荼的展开，大量的研发和开发资金投入到了这场竞赛中。因此，正确把握光刻技术发展的主流十分重要，不仅可以节省时间和金钱，同时可以缩短和用户使用之间的周期、缩短开发投入的回报时间，因为光刻技术开发的投入比较庞大。 2 光刻技术的纷争及其应用状况 众说周知，电子产业发展的主流和不可阻挡的趋势是"轻、薄、短、小"，这给光刻技术提出的技术方向是不断提高其分辨率，即提高可以完成转印图形或者加工图形的最小间距或者宽度，以满足产业发展的需求；另一方面，光刻工艺在整个工艺过程中的多次性使得光刻技术的稳定性、可靠性和工艺成品率对产品的质量、良率和成本有着重要的影响，这也要求光刻技术在满足技术需求的前提下，具有较低的COO和COC。因此，光刻技术的纷争主要是厂家可以提供给用户什么样分辨率和产能的设备及其相关的技术。 以Photons为光源的光刻技术 2.1 以Photons为光源的光刻技术 在光刻技术的研究和开发中，以光子为基础的光刻技术种类很多，但产业化前景较好的主要是紫外(UV)光刻技术、深紫外(DUV)光刻技术、极紫外(EUV)光刻技术和X射线(X-ray)光刻技术。不但取得了很大成就，而且是目前产业中使用最多的技术，特别是前两种技术，在半导体工业的进步中，起到了重要作用。 紫外光刻技术是以高压和超高压汞(Hg)或者汞-氙(Hg-Xe)弧灯在近紫外(350～450nm)的3条光强很强的光谱(g、h、i线)线，特别是波长为365nm的i线为光源，配合使用像离轴照明技术(OAI)、移相掩模技术(PSM)、光学接近矫正技术(OPC)等等，可为0.35～0.25μm的大生产提供成熟的技术支持和设备保障，在目前任何一家FAB中，此类设备和技术会占整个光刻技术至少50％的份额；同时，还覆盖了低端和特殊领域对光刻技术的要求。光学系统的结构方面，有全反射式(Catoptrics)投影光学系统、折反射式(Catadioptrics)系统和折射式(Dioptrics)系统等，如图2所示。主要供应商是众所周知的ASML、NIKON、CANON、ULTRATECH 和SUSS MICROTECH等等。系统的类型方面，ASML以提供前工程的l:4步进扫描系统为主，分辨率覆盖0.5～0.25μm：NIKON以提供前工程的1：5步进重复系统和LCD的1：1步进重复系统为主，分辨率覆盖0.8～0.35μm和2～0.8μm；CANON以提供前工程的1：4步进重复系统和LCD的1：1步进重复系统为主，分辨率也覆盖0.8～0.35μm和1～0.8μm；ULTRATECH以提供低端前工程的1：5步进重复系统和特殊用途(先进封装／MEMS／，薄膜磁头等等)的1：1步进重复系统为主；而SUSS MICTOTECH以提供低端前工程的l：1接触／接近式系统和特殊用途(先进封装／MEMS／HDI等等)的1：1接触／接近式系为主。另外，在这个领域的系统供应商还有USHlO、TAMARACK和EV Group等。 深紫外技术
光 刻 工 艺 一、目的： 按照平面晶体管和集成电路的设计要求，在SiO 2或金属蒸发层上面刻蚀出与掩模板完全相对应的几何图形，以实现选择性扩散和金属膜布线的目的。 二、原理： 光刻是一种复印图象与化学腐蚀相结合的综合性技术，它先采用照像复印的方法，将光刻掩模板上的图形精确地复制在涂有光致抗蚀剂的SiO 2层或金属蒸发层上，在适当波长光的照射下，光致抗证剂发生变化，从而提高了强度，不溶于某些有机溶剂中，未受光照射的部分光致抗蚀剂不发生变化，很容易被某些有机溶剂溶解。然后利用光致抗蚀剂的保护作用，对SiO 2层或金属蒸发层进行选择性化学腐蚀，从而在SiO 2层或金属层上得到与光刻掩模板相对应的图形。 （一）光刻原理图 （一）光刻胶的特性： 1．性能，光致抗蚀剂是一种对光敏感的高分子化合物。当它受适当波长的光照射后就能吸收一定波长的光能量，使其发生交联、聚合或分解等光化学反应。由原来的线状结构变成三维的网状结构，从而提高了抗蚀能力，不再溶于有机溶剂，也不再受一般腐蚀剂的腐蚀． 2．组成：以KPR 光刻胶为例： 感光剂－－聚乙烯醇肉桂酸酯。 溶 剂－－环己酮。 增感剂－－5·硝基苊， 3．配制过程： 将一定重量的感光剂溶解于环己酮里搅拌均匀，然后加入一定量的硝基苊,再继续揖拌均匀，静置于暗室中待用。 感光剂聚乙烯醇肉桂酸酯的感光波长为3800?以内，加入5·硝基苊后感光波长范围发生了变化从2600—4700 ?。 （二）光刻设备及工具： 在SiO 2层上涂复光刻胶膜 将掩模板覆盖 在光刻胶膜上 在紫外灯下曝光 显影后经过腐蚀得到光刻窗口
1．曝光机－－光刻专用设备。 2．操作箱甩胶盘－－涂复光刻胶。 3．烘箱――烤硅片。 4．超级恒温水浴锅－－腐蚀SiO2片恒温用。 5．检查显为镜――检查SiO2片质量。 6．镊子――夹持SiO2片。 7．定时钟――定时。 8．培养皿及铝盒――装Si片用。 9．温度计――测量温度。 图（二）受光照时感光树脂分子结构的变化 三、光刻步骤及操作原理 1．涂胶：利用旋转法在SiO2片和金属蒸发层上，涂上一层粘附性好、厚度适当、均匀的光刻胶。 将清洁的SiO2片或金属蒸发片整齐的排列在甩胶盘的边缘上，然后用滴管滴上数滴光刻胶于片子上，利用转动时产生的离心力，将片子上多余的胶液甩掉，在光刻胶表面粘附能力和离心力的共同作用下形成厚度均匀的胶膜。 涂胶时间约为1分钟。 要求：厚度适当（观看胶膜条纹估计厚薄），胶膜层均匀，粘附良好，表面无颗粒无划痕。 图（三）光刻工艺流程示意图
第41卷第5期红外与激光工程2012年5月Vol.41No.5Infrared and Laser Engineering May.2012 激光光刻技术的研究与发展 邓常猛1,2，耿永友1，吴谊群1,3 (1.中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院强激光材料重点实验室，上海201800； 2.中国科学院研究生院，北京100049； 3.功能无机材料化学省部共建教育部重点实验室(黑龙江大学)，黑龙江哈尔滨150080) 摘要：光刻技术作为制备半导体器件的关键技术之一将制约着半导体行业的发展和半导体器件的性能。随着半导体工业的发展，集成电路的特征尺寸越来越小，光刻技术将面临新的挑战。分析了激光光刻技术，包括投影式光刻和激光无掩膜光刻技术的研究现状，着重介绍了极紫外光刻(EUVL)作为下一代光刻技术的发展前景和技术难点、激光无掩膜光刻技术的发展，特别是激光近场扫描光刻、激光干涉光刻、激光非线性光刻等新技术的最新进展及其在高分辨率纳米加工领域的应用前景。 关键词：投影式光刻；无掩膜光刻；发展趋势 中图分类号：TN305.7文献标志码：A文章编号：1007-2276(2012)05-1223-09 Research development of laser lithography technology Deng Changmeng1,2,Geng Yongyou1,Wu Yiqun1,3 (1.Key Laboratory of Material Science and Technology for High Power Lasers,Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai201800,China;2.Graduate University of the Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China;3.Key Laboratory of Functional Inorganic Material Chemistry(Heilongjiang University), Ministry of Education,Harbin150080,China) Abstract:Lithography technology,as one of the key technologies in the manufacture of semiconductor devices,has played an important role in the development of semiconductor industry.As the critical dimension of integrated circuit is decreased to smaller and smaller,lithography technology will face new challenges.In this review,the progress and status on laser lithography were presented,including projection lithography and laser maskless lithography.The foreground and technology challenges of extreme ultraviolet lithography(EUVL),which was considered to be the next generation lithography,were analyzed.The progress and application prospect in high-resolution nano lithography patterning of laser maskless lithography,especially of near-field scanning optical microscopy,laser interference and nonlinearity lithography etc,were discussed. Key words:projection lithography;maskless lithography;development trend 收稿日期：2011-09-05；修订日期：2011-10-03 基金项目：国家自然科学基金(60977004，50872139) 作者简介：邓常猛(1985-)，男，博士生，主要从事光刻技术和光刻材料方面的研究。Email:chmdeng@https://www.doczj.com/doc/142047068.html, 导师简介：吴谊群(1957-)，女，研究员，博士生导师，主要从事高密度光存储和光电子学功能材料方面的研究。Email:yqwu@https://www.doczj.com/doc/142047068.html,
光刻技术及其应用的现状与展望
1 引言 光刻技术作为半导体及其相关产业发展和进步的关键技术之一，一方面在过去的几十年中发挥了重大作用；另一方面，随着光刻技术在应用术问题的增多、用户对应用本身需求的提高和光刻技术进步滞后于其他技术的进步凸显等等，寻找解决技术障碍的新方案、寻找COO更加低的技术和找到下一俩代可行的技术路径，去支持产业的进步也显得非常紧迫，备受人们的关注。就像ITRS对未来技术路径的修订一样，上世纪基本上3～5年修正一次，而进入本世纪后，基本上每年都有修正和新的版本出现，这充分说明了光刻技术的重要性和对产业进步的影响。2005年ITRS对未来几种可能光刻技术方案进行预测。也正是基于这一点，新一轮技术和市场的竞争正在如火如荼的展开，大量的研发和开发资金投入到了这场竞赛中。因此，正确把握光刻技术发展的主流十分重要，不仅可以节省时间和金钱，同时可以缩短和用户使用之间的周期、缩短开发投入的回报时间，因为光刻技术开发的投入比较庞大。 2 光刻技术的现状及其应用状况
众说周知，电子产业发展的主流和不可阻挡的趋势是“轻、薄、短、小”，这给光刻技术提出的技术方向是不断提高其分辨率，即提高可以完成转印图形或者加工图形的最小间距或者宽度，以满足产业发展的需求；另一方面，光刻工艺在整个工艺过程中的多次性使得光刻技术的稳定性、可靠性和工艺成品率对产品的质量、良率和成本有着重要的影响，这也要求光刻技术在满足技术需求的前提下，具有较低的COO和COC。因此，光刻技术的纷争主要是厂家可以提供给用户什么样分辨率和产能的设备及其相关的技术。 2.1 以Photons为光源的光刻技术 在光刻技术的研究和开发中，以光子为基础的光刻技术种类很多，但产业化前景较好的主要是紫外(UV)光刻技术、深紫外(DUV)光刻技术、极紫外(EUV)光刻技术和X射线(X-ray)光刻技术。不但取得了很大成就，而且是目前产业中使用最多的技术，特别是前两种技术，在半导体工业的进步中，起到了重要作用。 紫外光刻技术是以高压和超高压汞(Hg)或者汞-氙(Hg-Xe)弧灯在近紫外(350～450nm)的3条光强很强的光谱(g、h、i线)线，特别是波长为365nm的i线为光源，配合使用像离轴照明技术(OAI)、移相掩模技术(PSM)、光学接近矫正技术(OPC)等等，可为0.35～0.25μm的大生产提供成熟的技术支持和设备保障，在目前任何一家FAB中，此类设备和技术会占整个光刻技术至少50％的份额；同时，还覆盖了低端和特殊领域对光刻技术的要求。光学系统的结构方面，有全反射式(Catoptrics)投影光学系统、折反射式(Catadioptrics)系统和折射式(Dioptrics)系统等。主要供应商是众所周知的ASML、NIKON、CANON、ULTRATECH和SUSS MICROTECH等等。系统的类型方面，ASML以提供前工
集成技术中心技术报告
电子束曝光技术
中国科学院半导体研究所 半导体集成技术工程研究中心
韩伟华
Email: weihua@https://www.doczj.com/doc/142047068.html,
提
要
? 设备的组成、性能及相关工艺设备 ? 电子束曝光设备的操作程序 ? 电子束曝光的关键技术
?
? ? ? ? ? ?
曝光模板的设计 电子束光刻胶的厚度控制 电子束的聚焦 坐标系的建立与写场对准 纳米套刻技术 电子束扫描方式与曝光 电子束剂量的比较与技术参数
? 高分辨率的纳米曝光图形的实现 ? 电子束光刻用户的培训
设备的组成与性能
德国EBL Raith150
主要用途
? 量子纳米器件的微结构：如纳米电子器件，AB环 ? 集成光学器件：光子晶体, 光栅, 弯曲波导 ? NEMS 结构 ? 小尺寸的光刻板，如1×1 cm2 ? 对应版图进行SEM观察
主要特征
? 电子枪：高分辨率的热场(Schottky)发射源 (尺寸: 20nm) ? 束能量可调：200eV-30keV ? 图形直写(<0.5μm) ：最小线宽分辨率20nm ? 写场可调： 0.5μm-1000μm ? 图形快速生成：10MHz 描写速度 ? 晶片支架：1cm2 样片~ 6inch晶片 ? 水平控制：三点压电接触(自动)或6”激光干涉平台(手动) ? 双PC机控制系统：曝光与SEM测量 ? 图形编辑：GDSII格式，剂量可调
设备的组成
电子束曝光及其相关工艺设备
光刻
衬底
甩胶
衬底 电子束曝光 微米工艺 + 纳米工艺
电子束套刻 ICP刻蚀
衬底
显影
等离子体
衬底 图形转移
金属 衬底 衬底
金属蒸发
去胶 SEM 观察
大连理工大学研究生试卷 系别：机械工程学院 课程名称：微制造与微机械电子系统 学号： 姓名： 考试时间：2015年1 月15日
PDMS软光刻技术的研究现状 摘要：软光刻技术作为一种新型的微图形复制技术，和传统的光刻技术相比，软光刻技术更加灵活，而且 有许多技术方面的优势。软光刻技术已经广泛应用于光学、生物技术、微电子、传感器以及微全分析系统 的加工诸领域，并且取得了一定的进展。本文，从软光刻技术的原理、分类、国内外以及我们实验室的应 用上来说明软光刻技术的研究现状，是一种很有发展的重要光刻技术。 关键词：软光刻技术研究现状应用 Research Status of PDMS Soft Lithography Abstract：Soft lithography technology as a new type of micro-replication technology graphics, and compared to conventional lithographic techniques, soft lithography technology is more flexible and has many technical advantages. Soft lithography technology has been widely used in optical processing areas such as biotechnology, microelectronics, sensors and micro total analysis system, and has made some progress. In this paper, the principle soft lithography techniques, classification, abroad and in our lab up on the status of the application of soft lithography, photolithography technique is a very important development. Keywords：Soft lithography technologyResearch StatusApplication 1. 软光刻技术概况 20世纪90年代末，一种新的微图形复制技术脱颖而出。该技术用弹性模（大多为PDMS 材料制作）替代传统光刻技术中使用的硬模来产生微结构或者微模具，被称作软光刻技术[1]。软光刻技术作为一种新型的微图形复制技术，和传统的光刻技术相比，软光刻技术更加灵活，而且有许多技术方面的优势，主要有：能制造复杂的多层结构或者三维结构，甚至能在不规则曲面上来制作模具，而且不受材料和化学表面的限制；能突破光刻技术100nm 的限制，实现更为精细的微加工等。此外，它所需设备比较简单，进而在制作成本上也比以前的光刻技术更经济使用。在普通的实验室环境下就能应用，因此软光刻是一种便宜、方便、适于实验室使用的技术。 目前，软光刻技术已经广泛应用于光学、生物技术、微电子、传感器以及微全分析系统的加工诸领域，并且取得了一定的进展。 1.1 软光刻技术的分类 软光刻的核心技术是制作弹性模印章（elastomeric stamp）。通过光刻蚀和模塑的方法，可以快速、高效的获得这种印章。PDMS，即聚二甲基硅氧烷，是软光刻中最常用的弹性模印章制作材料，在设计过程中应该注意防止在PDMS弹性模上产生缺陷，此外，由于PDMS 材料的弹性，过大的深宽比也会导致弹性模结构的倒塌。软光刻的关键技术包括：毛细管成模（micromolding in capillaries，MIMIC）、再铸模（replica molding，REM）、微接触印刷（microcontact printing，uCP）、溶剂辅助成模（solventassistedmicromolding，SAMIM）、
光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60%。 光刻机是生产线上最贵的机台，5～15百万美元/台。主要是贵在成像系统（由15～20个直径为200～300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。光刻部分的主要机台包括两部分：轨道机（Tracker），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning ) 光刻工艺的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻胶具有高的光学敏感性；准确地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。 光刻工艺过程 一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。 1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking） 方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮 气保护） 目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是 HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。 2、涂底（Priming) 方法：a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸汽淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染； b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS 用量大。
目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。 3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating） 方法：a、静态涂胶（Static）。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）； b、动态（Dynamic）。低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速 旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。 决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄； 影响光刻胶厚度均运性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时 间点有关。 一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关（因为不同级别的曝光波长对应不 同的光刻胶种类和分辨率）： I-line最厚，约0.7～3μm；KrF的厚度约0.4～0.9μm；ArF的厚度约0.2～ 0.5μm。 4、软烘（Soft Baking） 方法：真空热板，85～120℃,30～60秒； 目的：除去溶剂（4～7%）；增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶 玷污设备； 边缘光刻胶的去除（EBR，Edge Bead Removal）。光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离（Peeling）而影响其它部分的图形。所以需要去除。
光刻技术及其应用的现状与展 望 标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
光刻技术及其应用的现状与展望
1 引言 光刻技术作为半导体及其相关产业发展和进步的关键技术之一，一方面在过去的几十年中发挥了重大作用；另一方面，随着光刻技术在应用中技术问题的增多、用户对应用本身需求的提高和光刻技术进步滞后于其他技术的进步凸显等等，寻找解决技术障碍的新方案、寻找COO更加低的技术和找到下一俩代可行的技术路径，去支持产业的进步也显得非常紧迫，备受人们的关注。就像ITRS对未来技术路径的修订一样，上世纪基本上3～5年修正一次，而进入本世纪后，基本上每年都有修正和新的版本出现，这充分说明了光刻技术的重要性和对产业进步的影响。2005年ITRS对未来几种可能光刻技术方案进行预测。也正是基于这一点，新一轮技术和市场的竞争正在如火如荼的展开，大量的研发和开发资金投入到了这场竞赛中。因此，正确把握光刻技术发展的主流十分重要，不仅可以节省时间和金钱，同时可以缩短和用户使用之间的周期、缩短开发投入的回报时间，因为光刻技术开发的投入比较庞大。 2 光刻技术的现状及其应用状况 众说周知，电子产业发展的主流和不可阻挡的趋势是“轻、薄、短、小”，这给光刻技术提出的技术方向是不断提高其分辨率，即提高可以完成转印图形或者加工图形的最小间距或者宽度，以满足产业发展的需求；另一方面，光刻工艺在整个工艺过程中的多次性使得光刻技术的稳定性、可靠性和工艺成品率对产品的质量、良率和成本有着重要的影响，这也要求光刻技术在满足技术需求的前提下，具有较低的COO和COC。因此，光刻技术的纷争主要是厂家可以提供给用户什么样分辨率和产能的设备及其相关的技术。 以Photons为光源的光刻技术 在光刻技术的研究和开发中，以光子为基础的光刻技术种类很多，但产业化前景较好的主要是紫外(UV)光刻技术、深紫外(DUV)光刻技术、极紫外(EUV)光刻技术和X射线(X-ray)光刻技术。不但取得了很大成就，而且是目前产业中使
目录 目录 摘要 ............................................................................................................................... I ABSTRACT ................................................................................................................... III 第1章绪论 . (1) 1.1课题背景及研究的目的和意义 (1) 1.2周期减小光刻技术的研究现状 (2) 1.2.1 干涉光刻技术 (2) 1.2.2 泰伯光刻技术 (5) 1.3周期减小光刻技术的新发展 (8) 1.3.1 表面等离子干涉光刻技术 (8) 1.3.2 双曲线超材料光刻技术 (10) 1.4本研究领域存在的关键技术问题和科学问题 (14) 1.5本文的主要研究内容 (15) 第2章基于表面等离子干涉和ENZ超材料的周期减小光刻理论和设计 (16) 2.1引言 (16) 2.2基于表面等离子干涉和ENZ超材料的周期减小光刻原理 (16) 2.2.1 表面等离子干涉的激发结构 (17) 2.2.2 ENZ双曲线超材料结构 (22) 2.3周期减小光刻结构设计 (25) 2.3.1 干涉激发结构设计 (26) 2.3.2 ENZ双曲线超材料结构的设计 (30) 2.4周期减小光刻结构的设计实例 (42) 2.5本章小结 (45) 第3章超大曝光深度周期减小光刻的研究 (46) 3.1引言 (46) 3.2超大曝光深度周期减小光刻原理 (46) 3.2.1 MIM光栅结构 (47) 3.2.2 多层波导结构 (49) 3.3超大曝光深度周期减小光刻结构设计 (52) 3.3.1 SPP干涉波与一阶衍射波的匹配 (52) 3.3.2 多层波导的耦合 (53) 3.3.3 基于高折射率介质的超透镜结构设计 (55)
摘要： 光刻在半导体集成电路制造工艺中，无论是从占用的资金、技术还是人员来看，都有举足轻重的地位。光刻工艺的发展历史就是集成电路的发展历史，光刻技术的发展现状就是集成电路的发展现状，不论是最低端的，还是今天最为先进的集成电路制造，光刻技术水平始终决定着集成电路的生产水平。 关键词：光刻曝光分辨率 引言： 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l所示)，曝光波长由436nm的h线向365nm的i线、继而到248nm的KrF0．5 m、0．35 m、0．1 m、90 nnl、65 nm、45 nnl等节点。光刻技术始终为摩尔定律的不断向前推进而孜孜不懈地努力着，目前已迈向了32 nn]节点的开发阶段。 一．推动光刻技术和设备发展的动力 经济利益是si片直径由200ram向300mm转移的主要因素。Canon于1995年着手300ram曝光机，推出了EX3L和[5L步进机，于1997～1998年提供日本半导体超前边缘技术(SELETE)集团使用，ASML公司的300ram步进扫描曝光机使用193nm波长，型号为FPA2500，也于1999年提供给SELETE集团使用。曝光是芯片制造中最关键的制造工艺，由于光学曝光技术的不断创新，一再突破人们预期的极限，使之成为当前曝光的主流技术。1997年美国GCA公司推出了第一台分布重复投影曝光机，被视为曝光技术的一大里程碑，1991年美国SVC公司推出了步进扫描曝光机，它集分布投影曝光机的高分辨率和扫描投影机的大视场、高效率于一身，更适合 (<0125 m)线条的大规模生产曝光。后来Nikon公司又推出了NSR2S204B，用KrF，使用变形照明(MBI)可做到0115 111的曝光。ASML公司也推出PAS15500／750E，使用该公司的AERILAIJII 照明，可解决0113 in曝光。但1999ITRS建议。01l3 111曝光方案是用193nm或248nm加分辨率提高技术 (RET)；0110 nl曝光方案是用157、193nm加RET、接近式x光曝光(PxL)或离子束投影曝光(IPL)。目前，Ic加工中线宽在0．25 m 以上的大生产光刻设备，基本都采用i谱线光源，当线宽在0．25g．m--~0．18 m 时，将采用248nm DUV(远紫外)投影光刻技术，若将DUV 辅以提高光刻分辨率的诸多措施，将可用于0．15 m IC器件的研制，这种光源多采用KrF准分子激光器。但到了0．18 m 以下时，人们还是认为光学光刻将会发展193nm 和157nmVUV(真空紫外／深紫外)准分子激光光刻技术。193nm技术已比较成熟[4]，商品化在即，只是还有些问题正在解决，比如抗蚀剂等问题。157nm 的F。准分子激光光刻技术，被认为是193nm 的后续技术，可用于0．10 m尺寸IC器件的加工，现已有工业级的F2激光器，由Lambda Physik 公司研制[5]。不过，该技术要达到实用化，估计要到2010年左右。 用于0．10 m 以下尺寸器件~JnY_的光刻技术即EUV[极紫外(辅射)]，或许会采用126nm 的Ar。准分子激光氩灯源，但在目前看来，不能不说还处于想象阶段，除光源本身外，各种配套技术、原材料、全反射光学系统等等价格昂贵得将会难以承受。也许，到了这个时候，非光学光刻技术才会真正成为这个技术领域的超微细加工技术的主流，比如采用X-ray曝光技术、电子束(EB—stepper)曝光技术、离子束曝光技术，尽管这种设备的价格也相当昂贵。据了解，日本东京精密有限公司(ACCRETECH)，正在联合日本十几家大公司，共同研制用于0．10 m 及以下尺寸器件加工的大型系统设备EB—stepper，有望于5年内问世，NIKON 公司也在开展相关研究，整个行业正拭目以待。最后，以NIKON 公司光刻系统设备及技术为例。。9O年代以来，为适应IC集成度逐步提高的要求，微细加工的技术也迅速提高，相继出现了g谱线，h谱线、i谱线光源及KrF、ArF、F：、Ar：等准分子激光光源，x 射线、电子束、离子束等非光学曝光技术也得到了发展。8O年代，普遍认为光学分辨率的极限只能达到0．5 m 左右，而现在的大多数业内人士则认为可以达到0．1 m 甚至以下[3]。表1给出了不同光源波长的分辨率 二．光刻技术的发展前景
浸没式光刻技术 摘要：光刻工艺直接决定了大规模集成电路的特征尺寸，是大规模集成电路制造的关键工艺。作为光刻工艺中最重要设备之一，光刻机一次次革命性的突破，使大模集成电路制造技术飞速向前发展。因此，了解光刻技术的基本原理，了解提高光刻机性能的关键技术以及了解下一代光刻技术的发展情况是十分重要的。本文就以上几点进行了简要的介绍。 沉浸式光刻技术是在传统的光刻技术中，其镜头与光刻胶之间的介质是空气，而所谓浸入式技术是将空气介质换成液体。实际上，浸入式技术利用光通过液体介质后光源波长缩短来提高分辨率，其缩短的倍率即为液体介质的折射率。沉浸式光刻技术是在传统的光刻技术中，其镜头与光刻胶之间的介质是空气，而所谓浸入式技术是将空气介质换成液体。实际上，浸入式技术利用光通过液体介质后光源波长缩短来提高分辨率，其缩短的倍率即为液体介质的折射率。 关键词：沉浸式光刻、大规模集成电路、折射率
目录 浸没式光刻技术 (1) 目录 (2) 第一章背景 (3) 1.1 概论 (3) 第二章光刻技术 (4) 2.1 193nm浸没式光刻技术 (4) 2.1.1浸没液体（积淀、气泡、光吸收） (5) 2.1.2液体浸没方式(局部浸没法) (5) 2.1.3大数值孔径投影物镜的设计（折反式投影物镜） (7) 2.1.4 偏振光照明(无损偏振光照明系统) (8) 2.1.5液体温度变化带来的影响(热量累积效应) (9) 2.1.6气泡的消除(曝光缺陷) (9) 2.1.7光刻胶与污染(污染沉积) (9) 2.2 浸没式光刻机浸液控制技术研究 (9) 2.2.1 浸液控制关键技术研究 (9) 2.2.2 浸液控制系统的研制 (11) 2.3 控制总结 (13) 第三章展望 (14) 参考文献 (15)
光刻机的技术原理和发展趋势 王平0930******* 摘要： 本文首先简要介绍了光刻技术的基本原理。现代科技瞬息万变，传统的光刻技术已经无法满足集成电路生产的要求。本文又介绍了提高光刻机性能的关键技术和下一代光刻技术的研究进展情况。 关键字：光刻；原理；提高性能；浸没式光刻；下一代光刻 引言： 光刻工艺直接决定了大规模集成电路的特征尺寸，是大规模集成电路制造的关键工艺。作为光刻工艺中最重要设备之一，光刻机一次次革命性的突破，使大模集成电路制造技术飞速向前发展。因此，了解光刻技术的基本原理，了解提高光刻机性能的关键技术以及了解下一代光刻技术的发展情况是十分重要的。本文就以上几点进行了简要的介绍。 光刻技术的基本原理： 光刻工艺通过曝光的方法将掩模上的图形转移到涂覆于硅片表面的光刻胶上，然后通过显影、刻蚀等工艺将图形转移到硅片上。 1、涂胶 要制备光刻图形，首先就得在芯片表面制备一层均匀的光刻胶。截止至2000年5月23日，已经申请的涂胶方面的美国专利就达118项。在涂胶之前，对芯片表面进行清洗和干燥是必不可少的。目前涂胶的主要方法有：甩胶、喷胶和气相沉积，但应用最广泛的还是甩胶。甩胶是利用芯片的高速旋转，将多余的胶甩出去，而在芯片上留下一层均匀的胶层，通常这种方法可以获得优于+2%的均匀性（边缘除外）。胶层的厚度由下式决定： 式中：F T为胶层厚度，ω为角速度，η为平衡时的粘度，ρ为胶的密度，t为时间。由该式可见，胶层厚度和转速、时间、胶的特性都有关系，此外旋转时产生的气流也会有一定的影响。甩胶的主要缺陷有：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。
电子束光刻系统参数要求 采购预算：1300万，具体参数要求如下： 一、工作条件 1. 电源电压：AC 230V 10%，50 Hz三相 2. 环境温度：15-25 ℃，电子枪区域 21 +/- 0.25 ℃ 3. 相对湿度：40 - 70% 二、设备配置 高斯束电子束曝光系统 1.电子束曝光系统主机 2.热场发射电子枪 50KeV/100KeV可切换，电子枪寿命不低于8000 - 12000 小时 3.210mm*210mm运动范围激光干涉样品台 4.激光干涉仪精度 0.15nm 5.自动动态对焦，像散矫正，写场畸变矫正系统 6.自动激光高度测量 7.升级125MHz图形发生器 8.升级1mm大写场 9.2工位真空仓自动进样系统 10.预对准显微镜系统 11.预装Linux的计算机系统（至强4核处理器，HP Z840同等或以上档 次）含电子束曝光设备系统控制软件 12.电子束曝光数据处理优化软件及临近效应修正/蒙特卡洛模拟计算软 件，含数据处理用计算机系统 13.标配3个以上样品架，包括6”掩模版，6”硅片，4”硅片，2”硅片 及散片。其中一个可同时安放至少4个样品包括2”硅片，散片样品。（用户也可根据需要自行选择） 14.配备至少20kVA的不间断电源。 15.其他附件、零配件 三、技术服务 1技术文件（印刷版和详细电子版各一套) 1.1设备的基本结构和使用说明书、操作手册及维修保养说明书 8
1.2主机和各功能部件的性能指标、基本结构和使用说明书，全套维修保养说 明书 1.3软件的操作手册 1.4各类操作指令手册 2安装调试 2.1设备安装： a) 合同生效两周内投标方应提供设备安装、调试等必备的技术文件，协助 用户提前作好设备安装的准备工作。 b) 设备抵达安装现场后一周内，供应商按照用户通知的日期选派经验丰富 的工程师负责检验和安装调试，二个月内完成验收。 2.2验收标准： 卖方须提供该设备出厂质量检测标准和试验方法，应及时更换在验收中指标未达到要求的部件，验收指标必须满足或优于标书的技术指标。 3技术培训 安装后进行2周的现场培训（地点在厦门大学），内容包括仪器的技术原理、操作、数据处理、基本维护等确保所有基本参数准确可以运用。公司提供免费参加国内设备用户交流培训会。 4售后和保修服务 4.1保修服务期至少3年（自设备验收合格之日起）。 4.2保修期内： a，保修包括所有投标商制造部分，包括人工费，差旅费及零部件费，免运输费用。不在保修范围内的部件及事项需在合同中注明。 b，故障响应：在保修期内仪器出现问题，接到用户报修要求，响应时间为24小时内，如果无法通过网络和电话诊断排除故障，需要在72小时到达现场。 c，保修期外，出现故障，每次维修，必须问题排除后再支付费用。维修部分质保半年。 d，维修不得超过10个工作日（运输时间和在中国海关报关时间不计入）， 8
光刻实验 一．实验目的 了解光刻在集成电路工艺中的作用，熟悉光刻工艺的步骤和操作。 二．实验原理 光刻是一种复印图象与化学腐蚀相结合的综合性技术，它先采用照像复印的方法，将光刻掩模板上的图形精确地复制在涂有光致抗蚀剂的SiO2层或金属蒸发层上，在适当波长光的照射下，光致抗证剂发生变化，从而提高了强度，不溶于某些有机溶剂中，未受光照射的部分光致抗蚀剂不发生变化，很容易被某些有机溶剂溶解。然后利用光致抗蚀剂的保护作用，对SiO2层或金属蒸发层进行选择性化学腐蚀，从而在SiO2层或金属层上得到与光刻掩模板相对应的图形。 （一）光刻原理图 晶片表面必须有如照相底片般的物质存在，属于可感光的胶质化合物（光刻胶），经与光线作用和化学作用方式处理后，即可将掩膜版上的图形一五一十地转移到晶片上。因此在光刻成像工艺上，掩膜版、光刻胶、光刻胶涂布显影设备及对准曝光光学系统等，皆为必备的条件。 三、实验药品及设备 化学药品：光刻胶（正胶）、显影液：5‰氢氧化钠溶液、甲醇、蒸馏水、丙酮；实验仪器：匀胶台、烘胶台、光刻机、真空泵、气泵
四．实验步骤 1.清洁硅片：去离子水和有机溶液冲洗，边旋转边冲洗，以去除污染物； 2.预烘硅片：在烘胶台商烘干硅片，去除硅片上的水蒸气，使光刻胶可以更加牢固的粘结在硅片表面； 3.涂胶：开启气泵，吸盘吸住硅片，在硅片上滴加适量的光刻胶；启动转台利用旋转产生的离心力使光刻胶均匀的涂覆在硅片表面；涂胶时间大约为1分钟左右； 4.前烘：将硅片放在烘胶台上烘干，促使胶膜内溶剂充分的挥发掉，使胶膜干燥，增加胶膜与硅片之间的黏附性； 5.曝光：接触式曝光，在光刻机上依次操作吸版 吸片 升降 -接触 密着 曝光；曝光时间结束后取出硅片； 6. 显影：将曝光后的硅片在0.5% NaOH 碱溶液中进行显影操作，将为感光部分的光刻胶溶除，以获得所需的图形； 显影后的硅片应立即用去离子水冲洗，之后将硅片放在匀胶机上旋转甩干上面的水渍； 7.后烘：将甩干后的硅片在烘胶台上烘干再次烘干，使显影后的光刻胶硬化，提高强度； 8.观测：在显微镜下观测拍照。 （二）光刻流程示意图