光刻工艺综述在线视频

同学们好

今天我们要开始讲述

微纳加工工艺中

非常重要的一个工艺模块

叫光刻工艺

光刻工艺呢

就是图形化的过程中

英文我们叫patterning

那么光刻在英文中

我们也叫lithography

或者说litho

那么在第一小节中

我们会对光刻工艺进行综述

整体的了解一下光刻工艺

那么让我们先回到这一页图

同学们还记得

这是我们前面讲MOS工艺的时候

这是讲了MOS工艺的主要步骤

那么我们再简单回忆一下

这些步骤里面都有哪些工艺模块呢

我们可以看到

这是整个工艺流程中

从场氧化层的生长

栅极氧化层的生长

多晶硅栅极的生长

氮化硅层的生长

金属层的生长

这些都是材料生长的方法

我们前面已经学习过了

那么我们再看到

它含有的这个刻蚀过程

比如说氧化物的刻蚀

多晶硅的刻蚀等等过程

那么这些刻蚀是减材料的部分

那剩下还有什么呢

大家可以发现

这边有大量的模块是关于光刻的

那这些光刻的模块

就是一个图形化材料的过程

那么包括有源区的图形化

包括栅极的图形化

接触孔的图形化和金属图形化

可见图形化的光刻步骤

是微纳加工中极为重要的部分

那光刻工艺是什么呢

我们简单的说

光刻工艺就是将电路

或者器件的图形

从计算机上的版图

转移到硅片上的过程

我们来看这个图

这个图 上半部分

是一束平行光

它平行光光源照到掩膜版上面

这是平行光 这是掩膜版

那么掩膜版上面

带了所需要的图形

我们术语叫版图

平行光束经过掩膜版的衍射后

形成的图形就照在了光刻胶上

那光刻胶是有机物

当光照到有机物上会发生反应

那么也发生一个性质的改变

也就是说这个时候

在光刻胶内部

也由于光照没有照到

而形成了一个图形

光刻胶这一层我们一般是涂在

我们的目标硅片上的

那下半边的图显示了光刻胶

在显影液的作用下

经过光刻、光照的光刻胶部分

就溶解在显影液里面

最后留下了没有经过光照的光刻胶

这就是将图形转移到了

光刻胶里面了

那光刻就体现了图形化

和图形转移的过程

好 我们再看下一页

那这一页的图片

显示了一个CMOS结构

里面包含了NMOS 也包含了PMOS

那么这张图希望说明什么呢

大家同学注意到

衍射光照到光刻胶的表面后

形成了一个

叫做Aerial Image的图形

翻译就是空中图形

其实是紧挨着光刻胶表面的空中

它有一个图形

是光的一个演示图形

那这个光和光刻胶作用后

在光刻胶

光刻胶一般是1微米厚左右

里面呢

就形成了一个叫Latent Image

那么那这个Latent Image在显影过程中

显影我们的英文叫develop

在显影过程中

这个显影液对这个Latent Image

有影响

那么最后留下的

就是由光刻胶形成的图形

光刻胶的图形

就可以用来作为下一层

做一层掩膜来转移刻蚀图形

注入图形等等

好 我们再看下一张图

那这张图

那这张图

是IBM公司Tim Brunner

这个研究员画出来的

他充分体现了从设计

到最后硅片上面

图形可能会发生什么样的变化

大家可以看到

第一步是设计人员

在计算机上用CAD软件

设计了一个图形 电路或者器件

然后转移到掩膜版的Mask上面

那通过光刻工艺

在光刻胶表面

形成了aerial image

之后转移到光刻胶的表面

就是Real Image了

再之后

在1微米的光刻胶里面

就形成了Latent image

那显影之后呢

又形成了一个Resist Image

就是光刻胶本身的图形

最后在刻蚀或者注入后

在物理器件

就硅片上面形成了

最后的Device layer

所以整个这个信息从计算机

或者研究员的大脑里

去试想的时候到计算机里面

到这个Mask上面

到这个光刻胶里面

到器械里面

是一个整个信息流的过程

那在信息流的每一步过程中

都有可能丢掉信息 扭曲图形

最后呢

器件和设计的工程师

开始想是不一样的

那如何弥补呢

这中间有块信息的丢失

现在呢 我们先埋个伏笔

我们后面会讲一种技术

来解决这里面这个图形扭曲的问题

和信息流丢失的问题

好 学习了光刻过程的信息流之后

我们来简单的看一下

光刻都有什么过程

我们看这个一个流程图

那么其实硅片

是两面都有一层二氧化硅的薄膜

光刻工艺的第一步

就是在硅片上面通过旋转的方法

涂上一层光刻胶

第二步就是曝光

曝光就是平行光束通过掩膜版

那么衍射的光线

在光刻胶里面形成图形

第三步是显影

在光刻胶里面形成图形

第四步就是刻蚀

利用图形化的光刻胶作为掩膜

对下面的氧化层进行刻蚀

最后一步

就是将光刻胶去除

因为光刻胶这一层是一个临时的一个层

它只是起到图形转移作用

在最后我们的器件或电路里面

是不存在

那这就是一个简单的

光刻工艺的描述

同学们可以看到

光刻工艺就是将掩膜版上面的图形

转移到了光刻胶上面

然后通过光刻胶再转移到

下面器件上

这整就是一个光刻工艺的

一个流程

最后让我们来看这么一张图

这从另外一个角度

来讲这个光刻工艺

刚刚我们讲的信息流

我们再讲能量流

为什么这么说

我们可以看到在最上面这个光源

把这个光发出来

就是把这个能量打出来 对吧

那么这个能量是个平行光源

平行光束的方式来体现的

那这个能量

通过这个掩膜版Mask之后

这个能量就被图形化了

这里光刻机

还起到一个对准作用

因为我们之前面说过

现代的集成电路工艺

经常有60多层掩膜版

那后面的每一层

都需要和前面的层对准

那这个对准的操作

在英文里面我们叫alignment

那么这个alignment

对于微纳加工

是非常非常重要的

同学们在超净间里面

自己做实验的时候

你会发现这个对准不是很容易的

会容易发生旋转偏差

等等各种各样的偏差

后面我们会举一个具体例子

加以说明

那这个图形化的能量

经过Mask之后能量被图形化了

这个图形化的能量

会传递给光刻胶

那这个能量跟光刻胶

就会发生作用

导致一部分光刻胶

容易溶解在显影液中

那么另外一部分就不容易溶解

这样就成功的实现了

把图形从掩膜版

转移到光刻胶里面

其实这个图形转移的过程

也是个能量转移的过程

所以我们刚刚讲了

这个光刻的过程

可以从信息流的过程来讲

也可以从能量流的过程来讲

好 下面

请大家看一段

关于光刻的一段录像

了解一下光刻的过程

在硅圆片上

首先将光刻胶旋涂在硅片上

然后用紫外光将光刻胶曝光

显影后只留下掩膜形成的图案

（利用步进投影光刻机）可以在图形转移区域内生产更多的器件

投影光利用图形缩小比率为5:1进行曝光

利用该掩膜转移图形

在目标器件中有很细的线但在器件之间有刮线

这些目标线或许被用于接下来套刻对准

在步进光刻机里面

我们可以看到矩形板放置与还原线之上

这就是wafer的平台 其中具有三个可移动的点用于调平

基片必须精确对齐

该步进光刻机会测量10个硅圆片的位置来矫正x,y,z轴

基平台也被用于发现对准标记

硅原片平台的位置由激光干涉来确定

当找到正确位置时，硅圆片就会被曝光

曝光系统在每平方厘米提供比较大范围的单位能量剂量

好的 通过今天的课程

同学们对于光刻总体流程有了一个印象

知道光刻是一个信息从掩模板到光刻胶的过程

知道光刻是将电路或者器件图形

转移到了光刻胶进而到物理器件和电路的过程

谢谢大家