挑战
第六章光刻曝光系统
微电子技术每十年产生一代的进步
十年一代 光刻光源 曝光波长 特征尺寸 存储器bit 主流CPU CPU晶体管
CPU主频
硅片尺寸
主流 设计工具
主要 封装形式
第一代 1975-1985
G线 436nm ≧1um ﹤4M 8086-386 104-105
2-33MHz
4-6″
LEP&R DIP 双列直插
➢ 作为微电子技术工艺基础的微光刻技术与微纳米加工技术是 人类迄今为止所能达到的精度最高的加工技术。
➢ 1980年左右曾经有人预言：光刻线宽不能小于1微米； 1989年曾经有预言：到1997年光刻技术将走到尽头； 1994年也曾经有比较乐观的长期预测，2007年线宽达到0.1 微米（保守的预计为0.5微米）。这些预测都被光刻技术神 话般进步的步伐远远抛在后头 ！
杰克. 基尔比
Jack S. Kilby
集成电路发明者 提出 大胆的设想： “能不能将电阻、电 容、晶体管等电子 元器件都安置在一 个半导体单片上？” 1958-9-12研制出世 界上第一块集成电 路 2000年获诺贝尔物 理学奖
罗伯特. 诺伊斯
Robert. Noyce
发明可商业化量产 的集成电路 1959-7研究出以二 氧化硅膜开窗口杂 质扩散技术、PN结 的隔离技术，氧化 膜上铝条连线技术 ，真正实现了半导 体硅平面工艺 创办仙童公司和英 特尔公司
戈登. 摩尔
Gordon .Moore
发现“摩尔定率” 1965-1975发现并预 言集成电路芯片晶 体管数每18个月翻 一番（约每三年翻 二番，特征尺寸缩 小到0.7倍，进一个 节点）的摩尔定率 英特尔(Intel)公司创 始人之一总裁兼
CEO
第六章光刻曝光系统
安迪 格罗夫
Andy Grove
使微处理器这颗数 字革命的心脏强劲 跳动，为数字时代 提供源源不断的动 力 1986年格罗夫提出 的新的口号“英特尔 ，微处理器公司”核 心、双核、四核 改 变世界 1987年接过英特尔
均匀胶层（正胶） 表面生长氧化层
硅片截面
图中为光刻的核心加工设备光刻机。 经过上版、版对准、上片、片 对准后执行曝光。将掩膜图形 复印到硅片表面的胶层上
第六章光刻曝光系统
光刻工艺的简介
紫外线曝光灯
曝光完成后，因为掩膜 图形遮挡的原因，只有 部分胶膜被紫外光充分 照射，化学性质发生了 改变（图中橘黄色所示 位置被曝光）。
第二代 1985-1995
I线 365nm 1-0.35um 4M-64M Pentiun pro 106-107
33-200MHz
第三代 1995-2005 准分子激光
248nm 0.35u-65nm
64M-1G P4
108-109
200-3800
第四代 2005-2015 浸没/二次
193nm 65-22nm 1G-16G
表面生长氧化层 硅片截面
第六章光刻曝光系统
光刻工艺的简介
曝光完成，接下来的工艺 是显影，通过浸泡显影液 ，被曝光的正性光刻胶或 未曝光的负性光刻胶会被 溶除。从而实现将掩膜上 的图形复印到胶层。
表面生长氧化层 硅片截面
上图为显影机，构 造与匀胶机类似
第六章光刻曝光系统
光刻工艺的简介
至此，光刻工艺简介告一段落，经过显影后的QC检验后 即可送往下步工序。 光刻的下步工序为：湿法腐蚀、干法刻蚀、离子注入 下图是以湿法腐蚀为例：
Nikon
Cano n
据2007年统计，在中高阶光刻机市场，ASML占有份额达60%左 右，而在最高阶光刻机市场， ASML占有份额达90%左右
第六章光刻曝光系统
光刻发展背景
信息时代 半导体 产业
集成电路
光刻技术
第六章光刻曝光系统
什么是光刻？
定义：光刻是将掩模版上的图形转移到涂有光致抗蚀剂（或 称光刻胶）的硅片上,通过一系列生产步骤将硅片表面薄膜的 特定部分除去的一种图形转移技术。
的 CEO接力棒
张忠谋
Zhang zhonmou
创建了一个纯芯片 制造代工的台积电 模式的产业 1987创建了全球第 一家专业代工公司-台湾积体电路制造 股份有限公司（台 积电）开创了半导 体代工时代 1985年台湾工研究 院院长
光刻机发展历史
* 光刻机发展路线图
第六章L
➢ 过去的几十年证明，通过科学家的努力，人类就有办法实现 当时看来已经超过当时光刻工艺物理极限的加工精度，不断 地续写着新的神话。 第六章光刻曝光系统
光刻发展历史
摩尔定律
芯片集成度18个月翻一番，每三年器件尺寸缩小0.7
倍的速度发展。大尺寸、细线宽、高精度、高效率、
低成本的IC生产，正在对半导体设备带来前所未有的
光学仪器工程及系统设计
第六章 光刻曝光系统
第六章光刻曝光系统
光刻曝光系统
光刻发展历史
光刻工艺及光刻机结构
光刻原理 曝光系统基本结构 曝光系统技术难点 曝光系统发展前景
第六章光刻曝光系统
光刻发展历史
➢ 1958年世界上出现第一块平面集成电路，在短短的五十多 年中，微电子技术以令世人震惊的速度突飞猛进地发展，创 造了人间奇迹。人类社会和整个世界都离不开微电子技术。
Lithography = Transfer the pattern of circuitry from a mask onto a wafer.
第六章光刻曝光系统
光刻定义
Image (on reticle)
die
Image (on wafer)
第六章光刻曝光系统
wafer
Cell
光刻定义
第六章光刻曝光系统
光刻工艺的简介
硅片截面
第六章光刻曝光系统
光刻工艺的简介
表面生长氧化层 硅片截面
氧化层的生长在扩散炉， 图中为扩散炉
第六章光刻曝光系统
光刻工艺的简介
均匀胶层（正胶）
表面生长氧化层
硅片截面
光刻进行加工的片子，都 必须经过的步骤-匀胶。 上图中为2道匀胶机
第六章光刻曝光系统
光刻工艺的简介
紫外线曝光灯
多核 1010-10X 非主频标准
6-8″
8-12″
P&R-
Synthesis-
Synthesis
DFM
第六章光刻曝光系统
QFP
BGA
平面安装
球栅封装
12-18″
SoC 系统设计
SiP 系统封装
第五代 2015-2025 EUV/EBL 13.5/10-6
22-7nm ﹥16G
5
集成电路五十年中对世界最具影响力的五个人