光刻技術(shù)歷史與發(fā)展

1、Word格式光刻技術(shù)歷史與發(fā)展光刻工藝是集成電路最重要的加工工藝，他起到的作用如題金工車間中車床的作用，光刻機(jī)如同金屬加工工車間的車床。在整個芯片制造工藝中， 幾乎每個工藝的實(shí)施， 都離不開光刻的技束。光刻也是制造 IC的最關(guān)鍵技術(shù)，他占芯片制造成本的35函上。在如今的科技與社會發(fā)展中，光刻已經(jīng)每年以百分之三十五的速度增長，他的增長，直接關(guān)系到大型計(jì)算機(jī)的運(yùn)作等高科技領(lǐng)域，現(xiàn)在大型計(jì)算機(jī)的每個芯片上可以大約有10億個零件。這就需要很高的光刻技術(shù)。如今各個大國都在積極的發(fā)展光科技束。光刻技術(shù)與我們的生活息息相關(guān)，我們用的手機(jī)，電腦等各種各樣的電子產(chǎn)品，里面的芯片制作離不開光科技束。在我們的日常生

2、活中， 也需要用到光刻技術(shù)制造的各種各樣的芯片，最普通的就是我們手里的手機(jī)和電腦。如今是一個信息社會，在這個社會中各種各樣的信息流在世界流動。而光刻技術(shù)是保證制造承載信息的載體。在社會上擁有不可替代的作用。本論文的作用是向大家普及光刻的發(fā)展歷史和光刻的發(fā)展方向，以及光刻的種類，每種 光刻種類的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。 并且向大家講述光刻的發(fā)展前景。在光刻這一方面，我國的專利意識稀薄，很多技術(shù)都沒有專利，希望我輩能改變這個狀況Lithography process is the most important processing technology of integratedcircuit, he pla

3、y a role Such as the role of the lathe in machining shop, lithography as metalworking shop lathe. In the whole chip manufacturing technology, implementation of almost every process is inseparable from the lithography technology of beam. Lithography is the key technology of manufacturing IC, he warmo

4、re than 35%of the chip manufacturing cost. In todays science and technology and social development, lithography has been growing at thirty-fivepercent a year, hisgrowth, is directly related to the operation of large computer and other high-tech areas, large computer per chip can now has about 1 bill

5、ion parts. This will require a very high lithography. Nowthe big countries are actively the development of light beam technology.Lithography is closely related to our life, we use the phone, all kinds of electronic products such as computer, the inside of the chip productionwithout light beam of sci

6、ence and technology.In our daily life, also need to use photolithography technology manufacturing all kinds of chips, the most common is our cell phones and computers. Today is a informationsociety, inthe societyall kinds of traffic flowin the world. And makethe bearinglithographytechnologyis to mak

7、e sure thecarrier of information. Hasan irreplaceable role in society.Role of this paper is to popularize the development direction of the development history of lithography and lithography, and the types of lithography, and to talk about the development of lithography. In lithography on the one han

8、d, Chinas patent consciousness is thin, a lot of technology patents, hope that we can change the situation.Key words: lithography; Lithography species; Lithography Chinese and foreignhistory編號 錯誤！未定義書簽。 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 第一章 緒論 -2 - HYPERLINK l bookmark4 o Curren

9、t Document 第二章，光刻的歷史 -3-光科技束的誕生 -3-光科技束的發(fā)展初級階段 -3-光刻發(fā)展歷史的快速階段 -4-十一世紀(jì)光科技束的發(fā)展 -5-第三章光刻的分類 -5-光學(xué)光刻 -5-電子束光刻 -6-聚焦粒子束光刻 -6-移相掩模 -7-X射線光刻 -8-第四章總結(jié)與感謝 錯誤！未定義書簽。第一章 緒論光刻的作用就是把芯片制作所需要的線路與功能區(qū)做出來。 利用光刻機(jī)發(fā)出的光 通過具有圖形的光罩對涂有光刻膠的薄片曝光，光刻膠見光后會發(fā)生性質(zhì)變化，從而使光罩上得圖形復(fù)印到薄片上， 從而使薄片具有電子線路圖的作用。 這就是 光刻的作用，類似照相機(jī)照相。照相機(jī)拍攝的照片是印在底片上，

10、 而光刻刻的不 是照片，而是電路圖和其他電子元件。第二章，光刻的歷史光科技束的誕生1947年，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明第一只點(diǎn)接觸晶體管。從此光刻技術(shù)開始了發(fā)展.當(dāng)時(shí)的人們已經(jīng)開始了計(jì)算機(jī)的發(fā)展，人們大量利用計(jì)算機(jī)，芯片的需求量大增， 許多科學(xué)家都在研究證明發(fā)展計(jì)算機(jī)， 于是光刻技術(shù)迅速被人們重視，并飛速發(fā) 展，不過比較遺憾的是當(dāng)時(shí)我國仍處于戰(zhàn)亂之中，制版光刻還是個空白，半導(dǎo)體技術(shù)和科研號處在起步階段。光科技束的發(fā)展初級階段在五十年代，結(jié)晶晶體管在國外誕生奧爾發(fā)明離子注入工藝，弗雷提出擴(kuò)散節(jié)工藝。在五十年代的國外，光刻技術(shù)是百花齊放。在1959年制造出來世界上第一架晶體管計(jì)算機(jī)，提出光刻工藝，仙童半導(dǎo)體

11、研制世界第一個適用單結(jié)構(gòu) 硅晶片。新中國成立后，也很重視光刻技術(shù)的發(fā)展。有周總理親自掛帥主持制定 “十年科學(xué)發(fā)展技術(shù)遠(yuǎn)景規(guī)劃綱要”光科技束半導(dǎo)體技術(shù)等列為國家重點(diǎn)研究 科目。北大復(fù)旦南大廈大和東北人大等高校抽調(diào)精兵強(qiáng)將成立聯(lián)合半導(dǎo)體專門 化，中國科學(xué)院物理研究所成立半導(dǎo)體研究室。黃昆，謝希德，林蘭英，王守武 等前輩開始研究光刻技術(shù)。1956年我國研制出來了第一根錯合金晶體管。1957 年我國建立第一條半導(dǎo)體試驗(yàn)線研制成功錯合金三極管。1958年建立了 109廠，這是微電子所的前身，研制的錯合金三極管和磁膜儲存器應(yīng)用于109丙計(jì)算機(jī)1如果說在五十年代對于光刻技術(shù)是以研究為主的話， 那么在六十年代

12、就是以生 產(chǎn)為主了。經(jīng)過了十年發(fā)展，光刻技術(shù)已經(jīng)基本成型。在六十年代，光科技束已 經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向了生產(chǎn)線。魯爾發(fā)明外延生長工藝仙童提出互補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體場 效應(yīng)晶體CMOSICJ造工藝，并且成功研制了世界上第一臺IC計(jì)算機(jī)舊M36Q在1965出摩爾定律，研制出100個元件的小鬼嗎集成電路和1000個元件的中閨 蜜集成電路。成功研制CMOSH系列，并且建立了世界上第一臺2英寸集成電路生 產(chǎn)線，GC慫司開發(fā)出光學(xué)圖形發(fā)生器和分布重復(fù)精縮機(jī)。在世界技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，我國的仍以三極管為主的制版光科技束萌芽年 代，沿用古老傳統(tǒng)的照相術(shù)級顯微鏡縮小曝光， 人工光刻，坐標(biāo)值加噴黑漆銅版 紙加手術(shù)刀，精度和特征尺

13、寸為幾十微米，在1964年，我國成立中國半導(dǎo)體研究 所和河北半導(dǎo)體研究所，并且研制成功第一只硅平面晶體管。 并且在1964年成功 研制第一個硅平面數(shù)字集成電路，并且成功研制第一臺第三代計(jì)算機(jī)，在此后不 久我國研制了 PMOSi成電路和NMOS1成電路，開發(fā)并制造第一批接觸式曝光小 掩模板。經(jīng)過六十年代的小規(guī)模制造和技術(shù)研究，到了七十年代，微光刻技術(shù)已經(jīng)基 本成熟，在七十年代，大規(guī)模集成電路制造設(shè)備已經(jīng)蓬勃的發(fā)展起來。斯皮勒等發(fā)明光刻工藝研制出來了 1024位DRAMS入LSI時(shí)代，這個時(shí)代是以八微米工藝 為代表的。并且在這個時(shí)代研制出來了第一塊微處理器Intel4004 ,建立了世界上第一條3

14、英寸集成電路生產(chǎn)線、在197孫半導(dǎo)體設(shè)備和材料國際組織舉行了第 一次國際標(biāo)準(zhǔn)化會議，并且退出了第一塊CMO微處理器1802.外國科學(xué)家提出比 例縮小定律。隨后國外相機(jī)開發(fā)出地字?jǐn)?shù)曝光機(jī)， 投影光刻機(jī)等關(guān)鍵工藝設(shè)備技 術(shù)，并且在1973年建立世界上第一條4英寸集成電路生產(chǎn)線，在1979年舊M推出 世界第一臺PC機(jī)intel8088.在六七十年代，我國正在經(jīng)受著文革的陣痛和西方的封鎖，在這場浩劫下， 我們的光刻水平缺依然向前發(fā)展。我國在 1975年成功研制出了 1024為DRAM在 1975年，北京大學(xué)研制成功我國第一臺100萬次計(jì)算機(jī)。在197附，中科院研制 成功我國第一臺100W次計(jì)算機(jī)，并且

15、在1978年我國建立了第一條2英寸集成電 路生產(chǎn)線1光刻發(fā)展歷史的快速階段八十年代，是偉光刻集成電路進(jìn)行自動化大生產(chǎn)的十年，在198孫，世界上第一條8寸集成電路生產(chǎn)線建立，并研制出了 16M位DRAM進(jìn)入U(xiǎn)LSI時(shí)代，CMOS 工藝120萬個晶體管，舊M DRAMS入市場。集成電路和光科技束已經(jīng)百花齊放的 時(shí)代。而在此時(shí)，我國的技術(shù)也在突飛猛進(jìn)的發(fā)展著，汲取著來自世界的只是。 在198期我國第一條4英寸集成電路生產(chǎn)線建立。這標(biāo)志著我國在國科技術(shù)的進(jìn) 步，而且國家重視技術(shù)，無錫八五IC戰(zhàn)略研討加快基地建設(shè)。我國的掩模制造 業(yè)形成規(guī)模，分辨路猶豫1.25微米以CAC版為主。（參考集成電路制造工藝光

16、 刻技術(shù)的歷史演化）經(jīng)過三十年的發(fā)展，在九十年代，為光科技束特征尺寸想沈微米推進(jìn)。在1990 年研制出了 64M DRAM 1991年研制1.8為你工藝，1992年研制出了 64位微處理 器,在199研，研制出來了 64位微處理器DRAMt口66MHZPentium散處理器.在1999 年，研制出1G DRAM,世界上進(jìn)入集成度打到10億個單元的巨大規(guī)模集成電路時(shí)代并且研制出來1G位SDRAM0.1微米工藝和光子計(jì)算機(jī)芯片。在這個年代，我國成立了南方產(chǎn)業(yè)基地和北方研究基地， 1991年9月24日國 家技術(shù)監(jiān)督局組織成立“中國SEMI標(biāo)準(zhǔn)化工作組”翻譯出版SEMI標(biāo)準(zhǔn)1990中譯版成立。在199

17、2年，我國第一條五英寸集成電力生產(chǎn)線建立。在1999年，我 國第一臺哦8英寸集成電路生產(chǎn)線2月工藝技術(shù)提升到0.35微米工藝。我國開展亞 微米加工技術(shù)研究，逐漸進(jìn)入壹 EB高精度制版光刻年代。雖然我國的光刻技術(shù)發(fā)展十分迅速， 但是不可避免的出現(xiàn)很多問題，很多高 校的研究重復(fù)，很多單位的研發(fā)處于較低的重復(fù)工作。而且不重視精細(xì)化分工， 不能充分發(fā)揮研究成員多的優(yōu)勢。在科研項(xiàng)目的集體公關(guān)、科技成果轉(zhuǎn)化、成果 走產(chǎn)業(yè)化道路等方面進(jìn)行深層次的合作，從而為我國實(shí)現(xiàn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的道 路。十一世紀(jì)光科技束的發(fā)展進(jìn)入二十一世紀(jì)，人們對電子產(chǎn)品的要求也在提高，以前電腦的運(yùn)算速度在現(xiàn)在已經(jīng)完全落后。隨著智能手機(jī)

18、的發(fā)明，芯片的縮小技術(shù)已經(jīng)越來越重要，智能手機(jī)的運(yùn)算速度快， 越來越對光刻技術(shù)的縮小有了更高的要求。進(jìn)入二十一世紀(jì)，光刻技術(shù)向著縮小化的方向飛速發(fā)展?，F(xiàn)在光刻的線寬以每三年減少70%勺速度減少。第三章光刻的分類光學(xué)光刻光學(xué)光刻是通過廣德照射用投影方法將掩模上的大規(guī)模集成電路器件的結(jié) 構(gòu)圖形畫在涂有光刻膠的硅片上，通過光的照射，光刻膠的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 從而生成電路圖。限制成品所能獲得的最小尺寸與光刻系統(tǒng)能獲得的分辨率直接 相關(guān)，而減小照射光源的波長是提高分辨率的最有效途徑。因?yàn)檫@個原因，開發(fā)新型短波長光源光刻機(jī)一直是各個國家的研究熱點(diǎn)。目前，商業(yè)化光刻機(jī)的光源波長已經(jīng)從過去的汞燈紫外光波段進(jìn)

19、入到深紫外波段（DUV,如用于0.25微米技術(shù)的分子激光（波長為248納米）和用于0.18微米技術(shù)的準(zhǔn)分子激光（波長為 193納米）。除此之外，根據(jù)光的干涉特性，利用各種波前技術(shù)優(yōu)化工藝參數(shù)也是提高 分辨率的重要手段。這些技術(shù)是運(yùn)用電磁理論結(jié)合光刻實(shí)際對曝光成像進(jìn)行深入 的分析所取得的突破。其中有移相掩膜、離軸照明技術(shù)、鄰近效應(yīng)校正等。運(yùn)用 這些技術(shù)，可在目前的技術(shù)水平上獲得更高分辨率的光刻圖形。如 1999年初 Canon公司推出的FPA-1000ASI掃描步進(jìn)機(jī)，該機(jī)的光源為193納米，通過采用 波前技術(shù)，可在300毫米硅片上實(shí)現(xiàn)0.13微米光刻線寬。光刻技術(shù)是包含光刻機(jī)、掩模、光刻材料等

20、一系列技術(shù)，涉及光、機(jī)、電、 物理、化學(xué)、材料等多個研究方向。目前科學(xué)家正在探索更短波長的 F2激光（波 長為157納米）光刻技術(shù)。由于大量的光吸收，獲得用于光刻系統(tǒng)的新型光學(xué)及 掩模襯底材料是該波段技術(shù)的主要困難。光科技束是很多學(xué)科的綜合，任何一門學(xué)科的突破就能對光刻技術(shù)的發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。圖為光學(xué)光刻原理圖， 電子束光刻電子束光刻技術(shù)是微型技術(shù)加工發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，他在納米制造領(lǐng)域中起著不可替代的作用。電子束光刻主要是刻畫微小的電路圖，電路通常是以納米微單位的隨著中國納米技術(shù)和納米電子學(xué)的蓬勃發(fā)展，納米加工技術(shù)的研究越來越重要，而電子束光刻技術(shù)將是納米結(jié)構(gòu)圖形加工中非常重要的手段。電子束光刻

21、技術(shù)要應(yīng)用于納米尺度微小結(jié)構(gòu)的加工和集成電路的光刻，必須解決幾個關(guān)鍵的技術(shù)問題：電子束高精度掃描成像曝光效 率低；電子在抗蝕劑和基片中的散射和背散射現(xiàn)象造成的鄰近效應(yīng)；在實(shí)現(xiàn)納米尺度加工中電子抗蝕劑和電子束曝光及顯影、刻蝕等工藝技術(shù)問題2。實(shí)踐證明，電子束鄰近效應(yīng)校正技術(shù)、電子束曝光與光學(xué)曝光系統(tǒng)的匹配和混合光刻技術(shù)及抗蝕劑曝光工藝優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，是一種提高電子束光刻系統(tǒng)實(shí)際光刻分辨能力非常有效的辦法。電子束光刻最主要的就是金屬化剝離，第一步是在光刻膠表面掃描到自己需要的圖形。第二部是將曝光的圖形進(jìn)行顯影，去除未曝光的部分， 第三部在形成的圖形上沉淀金屬，第四部將光刻膠去除，在金屬剝離的過程中

22、，關(guān)鍵在于光刻工藝的膠型控制。最好使用厚膠，這樣有利于膠劑的滲透，形成清晰的形貌。聚焦粒子束光刻聚焦離子束(Focused Ion beam, FIB)的系統(tǒng)是利用電透鏡將離子束聚焦成 非常小尺寸的顯微切割儀器，她的原理與電子束光刻相近，不過是有電子變成離 子。目前商業(yè)用途系統(tǒng)的離子束為液態(tài)金屬離子源，金屬材質(zhì)為錢，因?yàn)殄X元素具有熔點(diǎn)低、低蒸氣壓、及良好的抗氧化力；典型的離子束顯微鏡包括液相金屬 離子源、電透鏡、掃描電極、二次粒子偵測器、5-6軸向移動的試片基座、真空系統(tǒng)、抗振動和磁場的裝置、電子控制面板、和計(jì)算機(jī)等硬設(shè)備，外加電場于液 相金屬離子源 可使液態(tài)線形成細(xì)小尖端，再加上負(fù)電場(Ex

23、tractor)牽引尖端 的錢，而導(dǎo)出錢離子束，在一般工作電壓下，尖端電流密度約為1埃10-8 Amp/cm2 以電透鏡聚焦，經(jīng)過一連串變化孔徑 (Automatic Variable Aperture, AVA) 可 決定離子束的大小，再經(jīng)過二次聚焦至試片表面，利用物理碰撞來達(dá)到切割之目 的。在成像方面，聚焦離子束顯微鏡和掃描電子顯微鏡的原理比較相近，其中離 子束顯微鏡的試片表面受錢離子掃描撞擊而激發(fā)出的二次電子和二次離子是影 像的來源，影像的分辨率決定于離子束的大小、 帶電離子的加速電壓、二次離子 訊號的強(qiáng)度、試片接地的狀況、與儀器抗振動和磁場的狀況，目前商用機(jī)型的影 像分辨率最高已達(dá)4n

24、m,雖然其分辨率不及掃描式電子顯微鏡和穿透式電子顯微 鏡，但是對于定點(diǎn)結(jié)構(gòu)的分析，它沒有試片制備的問題，在工作時(shí)間上較為經(jīng)濟(jì)。聚焦離子束投影曝光除了前面已經(jīng)提到的曝光靈敏度極高和沒有鄰近效應(yīng)之外還包括焦深大于曝光深度可以控制。離子源發(fā)射的離子束具有非常好的平行性，離子束投影透鏡的數(shù)值孔彳5只有0.001 ,其焦深可達(dá)100dmi也就是說，硅片表面任何起伏在100dm 之內(nèi)，離 子束的分辨力基本不變。而光學(xué)曝光的焦深只有12dm為。她的主要作用就是在電路上進(jìn)行修補(bǔ)，和生產(chǎn)線制成異常分析或者進(jìn)行光阻切割。移相掩模光刻分辨率取決于照明系統(tǒng)的部分相干性、掩模圖形空間頻率和襯比及成象 系統(tǒng)的數(shù)值孔徑等。相移掩模技術(shù)的應(yīng)用有可能用傳統(tǒng)的光刻技術(shù)和i線光刻機(jī)在最佳照明下刻劃出尺寸為傳統(tǒng)方法之半的圖形，而且具有更大的焦深和曝光量 范圍。例如使用PSM在NA=0.5,入=248nm分辨率可達(dá)0.15um； NA=0.6,入=365nm 實(shí)際分辨率可達(dá)0.2um。相移掩模方法有可能克服線/間隔圖形傳統(tǒng)光刻方法的局 限性。隨著移相掩模技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出眾多的種類，大體上可分為交替式移相掩 膜技術(shù)、衰減式移相掩模技術(shù)；邊緣增強(qiáng)型相移掩模，包括亞分辨率相移掩模和 自對準(zhǔn)相移掩模；無銘全透明移相掩模及復(fù)合移相方式(交替移相十全透明移相 +衰減移相十二