《集成電路制造工藝項目化實踐》項目1硅片制造工藝項目2薄膜制備項目3光刻項目4摻雜與蝕刻項目5晶圓測試工藝項目6晶圓貼膜與劃片項目7芯片粘接與引線鍵合項目8芯片塑封與成型項目9轉塔式設備芯片測試工藝項目10重力式設備芯片測試工藝項目11硅片制造工藝全套可編輯PPT課件

項目1硅片制造工藝項目導讀

本項目從第一個任務硅提純入手，先讓讀者對硅片制造工藝有一個初步了解；然后詳細介紹硅片制造的硅提純、單晶硅生長等專業技能。通過單晶硅生長的任務實施，讓讀者進一步了解硅片制造工藝。知識目標1.了解硅片制造工藝2.掌握單晶硅片制備的工藝操作3.掌握單晶硅錠的質量評估4.會識讀單晶硅片制備工藝相關的隨件單技能目標1.能正確操作制備多晶硅的設備，設置相關設備的常規參數2.能正確操作單晶爐，設置單晶爐的常規參數教學重點1．單晶硅片制備的工藝2．硅提純、單晶硅生長3．檢驗制備產物的質量教學難點硅提純和單晶硅生長的實施建議學時6學時推薦教學方法從任務入手，通過硅提純的操作，讓讀者了解單晶硅片制備的工藝操作，進而通過單晶硅生長的操作，熟悉單晶硅錠的質量評估推薦學習方法勤學勤練、動手操作是學好硅片制造工藝的關鍵，動手完成硅提純和單晶硅生長任務實施，通過“邊做邊學”達到更好的學習效果本課件是可編輯的正常PPT課件項目11.1.1集成電路制造工藝1.1.1集成電路制造工藝知識目標1.掌握什么是集成電路2.了解集成電路制造工藝的四個主要環節本課件是可編輯的正常PPT課件分立器件組成的電路集成電路1.什么是集成電路集成電路：IntegratedCircuit，縮寫為IC,即把組成電路的大量的元器件及相互間的連線，通過半導體工藝集成在一起形成具有特定功能的電路1.1.1集成電路制造工藝本課件是可編輯的正常PPT課件2.集成電路制造工藝集成電路設計集成電路制造集成電路封裝集成電路測試封裝好的芯片1.1.1集成電路制造工藝本課件是可編輯的正常PPT課件1.1.1集成電路制造工藝本課件是可編輯的正常PPT課件1.1.1集成電路制造工藝硅片

硅襯底

晶圓wafer晶圓wafer晶粒

裸晶die單元cell

芯片

集成電路Chip/IC硅棒硅錠

本課件是可編輯的正常PPT課件1.1.1集成電路制造工藝課程小結1.集成電路定義2.集成電路工藝的四個主要環節3.了解集成電路制造工藝中常用名詞本課件是可編輯的正常PPT課件項目11.1.2硅片制造工藝本課件是可編輯的正常PPT課件1.1.2硅片制造工藝知識目標1.了解單晶、多晶以及單晶硅、多晶硅的區別2.掌握硅片制造的主要工藝環節本課件是可編輯的正常PPT課件1.單晶和多晶的區別單晶示意圖多晶示意圖1.1.2硅片制造工藝本課件是可編輯的正常PPT課件1.單晶和多晶的區別單晶示意圖多晶示意圖1.1.2硅片制造工藝本課件是可編輯的正常PPT課件2.單晶硅和多晶硅的區別多晶硅片單晶硅片1.1.2硅片制造工藝本課件是可編輯的正常PPT課件沙子（SiO2）多晶硅單晶硅0.5元/Kg1000元/Kg10000元/Kg2.單晶硅和多晶硅的區別1.1.2硅片制造工藝電子級硅（EG）：Si>99.9999%以上，超高純達到9～11個9太陽能級硅：99.99%~99.9999%,也就是4~6個9工業硅/冶金級硅/粗硅：90%~95%以上(98%)本課件是可編輯的正常PPT課件1.1.2硅片制造工藝3.硅片制造工藝本課件是可編輯的正常PPT課件多晶硅（99.99...9%）硅提純主要有三種方法：四氯化硅氫還原法，三氯氫硅還原法，硅烷熱分解法1.1.2硅片制造工藝3.硅片制造工藝硅提純單晶生長硅片制造粗硅（98%）制備示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件3.硅片制造工藝硅提純單晶生長硅片制造

直拉法（CzochralskiCZ）把具有一定晶向的籽晶插入熔融硅中，控制一定的過冷溫度，以一定的速度將籽晶緩慢提升并同時旋轉籽晶軸，生長出新的晶體直拉法示意圖1.1.2硅片制造工藝本課件是可編輯的正常PPT課件

外形整理

切片

研磨

倒角

拋光清洗、檢查3.硅片制造工藝1.1.2硅片制造工藝硅提純單晶生長硅片制造本課件是可編輯的正常PPT課件1.1.2硅片制造工藝本課件是可編輯的正常PPT課件1.1.2硅片制造工藝知識總結1.單晶、多晶以及單晶硅、多晶硅的區別2.硅片制造的三個工藝環節本課件是可編輯的正常PPT課件項目11.1.3硅片制造流程本課件是可編輯的正常PPT課件1.1.3硅片制造流程知識目標進一步掌握硅片制造的三個主要環節本課件是可編輯的正常PPT課件1.1.3硅片制造流程本課件是可編輯的正常PPT課件1.1.3硅片制造流程（1）沙子（二氧化硅）先在電爐里與碳一起加熱，通過碳對二氧化硅進行還原，得到粗硅。1.硅提純（2）經過氯化處理后形成一種氯化物，如四氯化硅（SiCl4）或三氯氫硅（SiHCl3）硅提純單晶生長硅片制造本課件是可編輯的正常PPT課件（3）通過多重蒸餾和其他液體提純之后，可得到超純度的SiCl4或SiHCl3。（4）用化學方法對高純度的氯化物進行還原1.硅提純硅提純單晶生長硅片制造1.1.3硅片制造流程本課件是可編輯的正常PPT課件單晶硅生長是在多晶硅加熱熔化，待溫度合適后，經過將籽晶浸入、熔接、引晶、縮頸、放肩、轉肩、等徑生長、收尾等步驟，完成一個單晶硅棒的拉制。硅提純單晶生長硅片制造2.單晶硅生長1.1.3硅片制造流程本課件是可編輯的正常PPT課件（1）切割分段首先將籽晶部分、肩部、尾部、檢查后不符合直徑要求的部分等進行切除，減少生產成本。切除的部分可以回收再利用。（2）徑向研磨通過滾磨外圓來產生精確的材料直徑。3.硅片制造工藝-外形整理切割后切割前徑向研磨1.1.3硅片制造流程硅提純單晶生長硅片制造本課件是可編輯的正常PPT課件3.硅片制造工藝1.1.3硅片制造流程P(111)N(111)P(100)N(100)定位邊和定位槽（3）定位面研磨本課件是可編輯的正常PPT課件3.硅片制造工藝

圖1內圓切割(8inch及以下尺寸)圖2線切割1.1.3硅片制造流程(12inch及以上尺寸)（4）定位面切片本課件是可編輯的正常PPT課件3.硅片制造工藝-研磨1.1.3硅片制造工藝（5）研磨本課件是可編輯的正常PPT課件倒角是去除晶圓周圍鋒利的棱角，其目的如下:①防止熱應力[1導致的缺陷在邊緣產生，并阻止其向內部移動;②防止晶圓受到撞擊而導致邊緣破裂;③增加晶圓邊緣的平坦度，為后續工序做準備。3.硅片制造工藝圖1倒角效果圖1.1.2硅片制造工藝（6）倒角本課件是可編輯的正常PPT課件3.硅片制造工藝1.1.2硅片制造工藝（7）拋光本課件是可編輯的正常PPT課件（6）清洗晶圓加工過程中接觸了研磨料、拋光劑等試劑及微粒的污染,需要清除雜質。（7）檢查通過晶圓尺寸檢查設備和晶圓邊緣和背面檢測系統對晶圓的直徑、表面進行檢查,確保晶圓符合生產需求，為后續工藝做準備。3.硅片制造工藝1.1.2硅片制造工藝本課件是可編輯的正常PPT課件1.1.3硅片制造工藝本課件是可編輯的正常PPT課件項目11.2.1認識硅提純本課件是可編輯的正常PPT課件1.2.1認識硅提純知識目標1.了解硅提純的作用與原料2.掌握硅提純的原理本課件是可編輯的正常PPT課件1.硅提純的作用及原料石英石沙子多晶硅1.2.1認識硅提純本課件是可編輯的正常PPT課件（1）四氯化硅氫還原法2.硅提純的方法（2）三氯氫硅還原法（3）硅烷熱分解法1.2.1認識硅提純本課件是可編輯的正常PPT課件2.硅提純的方法-四氯化硅氫還原法（1）不純的二氧化硅先在電爐里與碳一起加熱，通過碳對不純的二氧化硅進行還原，得到不純的硅。（2）經過氯化處理后形成一種氯化物，如四氯化硅（SiCl4）或三氯氫硅（SiHCl3）1.2.1認識硅提純本課件是可編輯的正常PPT課件（3）通過多重蒸餾和其他液體提純之后，可得到超純度的SiCl4或SiHCl3。2.硅提純的方法-四氯化硅氫還原法1.2.1認識硅提純本課件是可編輯的正常PPT課件2.硅提純的方法-四氯化硅氫還原法1.2.1認識硅提純（4）用化學方法對高純度的氯化物進行還原本課件是可編輯的正常PPT課件2.硅提純的方法-三氯氫硅還原法1.2.1認識硅提純本課件是可編輯的正常PPT課件2.硅提純的方法-硅烷熱分解法硅鎂合金工藝由于成本過高,該方法還沒有用于大規模多晶硅生產線，是一種非常有潛力的硅提純方法。1.2.1認識硅提純Si+MgMg2SiMg2Si+NH4ClSiH4+MgCl2+NH3本課件是可編輯的正常PPT課件2.硅提純的方法1.2.1認識硅提純本課件是可編輯的正常PPT課件知識總結硅提純的作用以及原材料硅片制造的三個主要環節1.2.1認識硅提純本課件是可編輯的正常PPT課件項目11.2.2硅提純設備本課件是可編輯的正常PPT課件1.2.1認識硅提純知識目標了解硅提純主要設備本課件是可編輯的正常PPT課件1.2.2硅提純設備（1）四氯化硅氫還原法1.硅提純的方法（2）三氯氫硅還原法（3）硅烷熱分解法本課件是可編輯的正常PPT課件2.硅提純原理及設備還原爐電爐沙子/石英石粗硅四氯化硅高純四氯化硅高純多晶硅精餾塔1.2.2硅提純設備本課件是可編輯的正常PPT課件硅提純原理及設備1.2.2硅提純設備本課件是可編輯的正常PPT課件知識總結硅提純主要設備：電爐、精餾塔、還原爐

1.2.2硅提純設備本課件是可編輯的正常PPT課件項目11.2.3硅提純實施本課件是可編輯的正常PPT課件1.2.3硅提純實施掌握硅提純實施流程技能目標本課件是可編輯的正常PPT課件硅提純的原理沙子/石英石粗硅四氯化硅高純四氯化硅高純多晶硅1.2.3硅提純實施本課件是可編輯的正常PPT課件

1.領料確認--2.參數設置--3.粗硅制備--4.四氯化硅提純--5多晶硅制備1.2.3硅提純實施本課件是可編輯的正常PPT課件1.2.3硅提純實施

電爐控制界面參數設置界面1.領料確認--2.參數設置--3.粗硅制備--4.四氯化硅提純--5多晶硅制備本課件是可編輯的正常PPT課件

閥門狀態控制粗硅制備質量確認1.領料確認--2.參數設置--3.粗硅制備--4.四氯化硅提純--5多晶硅制備1.2.3硅提純實施本課件是可編輯的正常PPT課件

閥門狀態控制四氯化硅制備1.領料確認--2.參數設置--3.粗硅制備--4.四氯化硅提純--5多晶硅制備1.2.3硅提純實施本課件是可編輯的正常PPT課件

精餾法與吸附法1.領料確認--2.參數設置--3.粗硅制備--4.四氯化硅提純--5多晶硅制備1.2.3硅提純實施本課件是可編輯的正常PPT課件

閥門狀態控制多晶硅制備1.領料確認--2.參數設置--3.粗硅制備--4.四氯化硅提純--5多晶硅制備1.2.3硅提純實施本課件是可編輯的正常PPT課件

記錄多晶硅制備情況1.2.3硅提純實施本課件是可編輯的正常PPT課件完成硅提純操作1.2.3硅提純實施本課件是可編輯的正常PPT課件項目11.2.4加熱停止異常故障排除本課件是可編輯的正常PPT課件1.2.3硅提純實施能對加熱異常故障進行排除技能目標本課件是可編輯的正常PPT課件1.現象描述1.2.4加熱停止異常故障排除本課件是可編輯的正常PPT課件2.故障分析與處理1.2.4加熱停止異常故障排除“加熱停止”故障可能是由于線路連接異常、溫控系統（如溫度傳感器、加熱器）異常等造成的，需要根據造成故障的原因，進行分析排查。故障處理后，設備正常繼續作業。本課件是可編輯的正常PPT課件項目11.3.1認識單晶硅生長本課件是可編輯的正常PPT課件1.3.1認識單晶硅生長知識目標1.掌握單晶硅生長原理2.掌握直拉法單晶硅生長方式本課件是可編輯的正常PPT課件1.單晶生長的作用單晶多晶1.3.1認識單晶硅生長本課件是可編輯的正常PPT課件2.單晶生長原理1.3.1認識單晶硅生長要有一個排列標準排列好的原子能穩定下來原子具有一定動能，以重新排列單晶制備需滿足條件本課件是可編輯的正常PPT課件2.單晶生長原理原子具有一定動能，以重新排列要有一個排列標準排列好的原子能穩定下來單晶制備需滿足條件加熱使多晶硅熔融，提高原子的遷移能力，以便重新排列單晶制備對策提供過冷溫度使原子穩定提供籽晶作為排列標準籽晶1.3.1認識單晶硅生長本課件是可編輯的正常PPT課件3.單晶生長的方式直拉法（Czochralski，CZ）區熔法（FloatingZone，FZ）外延法1.3.1認識單晶硅生長本課件是可編輯的正常PPT課件3.單晶生長的方式

直拉法

（CzochralskiCZ）把具有一定晶向的籽晶插入熔融硅中，控制一定的過冷溫度，以一定的速度將籽晶緩慢提升并同時旋轉籽晶軸，生長出新的晶體。1.3.1認識單晶硅生長本課件是可編輯的正常PPT課件

裝料

抽真空

檢漏、調壓

熔硅

引晶

放肩

轉肩

等徑

收尾

停爐

拆爐準備生長過程結束3.單晶生長的方式1.3.1認識單晶硅生長直拉法實施流程本課件是可編輯的正常PPT課件

直拉法（CZ法）是目前IC用硅片主流拉制方法，可拉制大直徑硅單晶（6inch以上）由于使用石英坩堝和石墨坩堝托，硅單晶中0、C雜質含量較高應用于集成電路、半導體器件、太陽能電池等1.3.1認識單晶硅生長1inch=25.4mm本課件是可編輯的正常PPT課件3.單晶生長的方式--懸浮區熔法

懸浮區熔法

（FloatingZone）也稱FZ法，是利用高頻線圈在單晶籽晶和其上方懸掛的多晶硅棒的接觸處產生熔區，然后使熔區向上移動進行單晶生長。1.3.1認識單晶硅生長FZ法特點硅片尺寸偏小單晶硅純度更高主要用于功率器件，如可控硅等懸浮區熔法示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件知識總結1.單晶硅生長原理2.單晶硅生長方式1.3.1認識單晶硅生長本課件是可編輯的正常PPT課件項目11.3.2單晶硅生長設備本課件是可編輯的正常PPT課件1.3.2單晶硅生長設備知識目標1.掌握單晶爐的組成2.掌握單晶爐各部分的作用本課件是可編輯的正常PPT課件1.單晶生長方法直拉法懸浮區熔法1.3.2單晶硅生長設備本課件是可編輯的正常PPT課件1.3.2單晶硅生長設備本課件是可編輯的正常PPT課件爐體籽晶軸石英坩堝石墨坩堝托石墨加熱器爐體結構示意圖（圖片來源

微納加工技術

清華大學）1.3.2單晶硅生長設備本課件是可編輯的正常PPT課件1.3.2單晶硅生長設備電氣控制系統控制單晶生長基本工藝參數電氣控制系統通過偵測感應，結合電腦控制，達到控制熔硅溫度、升降提拉速度等基本工藝參數的效果。本課件是可編輯的正常PPT課件1.3.2單晶硅生長設備機械傳動系統提拉機構：籽晶升降、旋轉坩堝升降和轉動機構氣氛控制系統真空氣氛常壓氬氣氛低壓氬氣氛本課件是可編輯的正常PPT課件知識總結1.3.2單晶硅生長設備1.掌握單晶爐的組成2.掌握單晶爐各部分的組成及作用本課件是可編輯的正常PPT課件項目11.3.3單晶硅生長實施本課件是可編輯的正常PPT課件1.3.3單晶硅生長實施知識目標1.掌握單晶硅生長實施流程2.掌握單晶硅檢測本課件是可編輯的正常PPT課件直拉法1.3.3單晶硅生長實施直拉單晶爐本課件是可編輯的正常PPT課件

1.領料確認2.拉單晶準備3.單晶爐運行4.質量檢測1.3.3單晶硅生長實施本課件是可編輯的正常PPT課件

1.領料確認1.3.3單晶硅生長實施本課件是可編輯的正常PPT課件

2.拉單晶前準備點擊單晶爐艙門將其打開多晶硅放入石英坩堝中，并固定籽晶點擊控制系統界面，彈出“參數設置”1.3.3單晶硅生長實施本課件是可編輯的正常PPT課件

3.單晶爐運行開始加工界面拉單晶過程1.3.3單晶硅生長實施本課件是可編輯的正常PPT課件

4.質量檢查--物理性能檢查物理性能檢測1.3.3單晶硅生長實施質量直徑晶向外觀本課件是可編輯的正常PPT課件

4.質量檢查--電學參數檢測四探針法電學參數檢測結果1.3.3單晶硅生長實施本課件是可編輯的正常PPT課件

4.質量檢查--缺陷檢查單晶硅錠中常見的缺陷有點缺陷、線缺陷、面缺陷和微缺陷，其中線缺陷對產品的質量影響最大。1.3.3單晶硅生長實施位錯示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件知識總結1.單晶硅生長基本操作流程。2.單晶硅生長后的質量檢測1.3.3單晶硅生長實施本課件是可編輯的正常PPT課件硅片制造工藝項目11.3.4單晶爐常見異常故障排除本課件是可編輯的正常PPT課件能夠處理單晶硅生長常見的故障異常技能目標1.3.4單晶硅生長爐常見異常故障排除本課件是可編輯的正常PPT課件1.3.4單晶硅生長爐常見異常故障排除在單晶硅生長過程中，可能出現各種異常，如設備故障，檢測數據超出合格范圍，體內或表面存在缺陷等。這些異常會影響單晶硅生長工序的正常進行，要及時分析原因并做出相應的處理以減少損失。本課件是可編輯的正常PPT課件知識總結

單晶生長過程中常見的異常現象及處理方法1.3.3單晶爐常見異常故障排除本課件是可編輯的正常PPT課件1．集成電路所用的原材料主要是硅、鍺和砷化鎵，其中，由硅制備的半導體器件約占95%。2．硅提純是制備多晶硅的過程，它是指從化合物中將硅元素提煉出來并進行提純。多晶硅的制備方式主要有3種：四氯化硅氫還原法、三氯氫硅氫還原法和硅烷熱分解法。3．硅提純操作過程有：領料上料、硅提純設備參數設置、粗硅制備、多晶硅制備、檢查多晶硅質量以及結批等。4．多晶硅的制備主要經歷以下幾個過程：（1）利用硅與氯氣的反應，將制得的粗硅轉化為硅的氯化物（2）將反應得到的四氯化硅進行精餾提純。四氯化硅作為硅純化過程的中間產物，它的純度決定了最終制得的多晶硅的純度（3）高純度的四氯化硅與氫氣在高溫下反應，得到高純度的多晶硅。關鍵知識點本課件是可編輯的正常PPT課件5．多晶硅制備常見故障：設備的反應爐內溫度異常，不能進行加熱。6．單晶硅生長是制備單晶硅過程，是指將電子級純的多晶硅轉化成單晶硅錠。7．從多晶硅轉變為單晶硅的本質是原子按照晶向的要求進行統一的重新排列。8．將多晶硅轉換成單晶硅有2種技術，分別是直拉法和懸浮區熔法。9．單晶硅生長操作過程有：領料確認、拉單晶前期準備、單晶爐運行、質量檢查以及結批等。10．單晶硅生長爐簡稱單晶爐，它是通過直拉法生產單晶硅的制造設備，主要由作業爐體、加熱電源和計算機控制系統3大部分組成。11．單晶爐常見故障：設備爐腔內的拉伸機構停止上升的動作，同時設備界面顯示報警內容，無法正常進行拉單晶作業。關鍵知識點本課件是可編輯的正常PPT課件1-1填空題（1）制造集成電路所用的原材料主要是______，需經過____________、____________、____________等環節使硅半導體符合集成電路制造工業的基本要求。（2）石英砂是工業上制備集成電路常用的原料，它的主要成分是________。（3）多晶硅的制備方式主要有3種：____________還原法、____________還原法和____________分解法。（4）將多晶硅轉換成單晶硅有2種技術，分別是____________和____________。問題與實踐本課件是可編輯的正常PPT課件1-2簡述硅提純操作過程。1-3簡述多晶硅制備常見故障、故障分析與處理。1-4從多晶硅轉變為單晶硅必須滿足哪3個條件？1-5簡述單晶硅生長操作過程。1-6簡述單晶爐常見故障、故障分析與處理。1-7完成硅提純和單晶硅生長操作。問題與實踐本課件是可編輯的正常PPT課件Companyname2015ANNUALSUMMARY謝

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本課件是可編輯的正常PPT課件項目2薄膜制備工藝項目導讀

本項目從氧化工藝任務入手，先讓讀者對薄膜制備工藝有一個初步了解；然后詳細介紹薄膜制備、物理氣相淀積和化學氣相淀積等專業技能。通過物理氣相淀積的任務實施，讓讀者進一步了解氧化與物理氣相淀積工藝。知識目標1.了解薄膜制備工藝2.掌握氧化與物理氣相淀積的工藝操作3.掌握氧化與物理氣相淀積的質量評估4.會識讀氧化與物理氣相淀積工藝相關的隨件單技能目標1.能正確操作氧化與物理氣相淀積的設備，設置相關設備的常規參數2.能正確排查氧化與物理氣相淀積的常見故障教學重點1．氧化與物理氣相淀積的工藝2．檢驗氧化與物理氣相淀積的質量教學難點氧化與物理氣相淀積的實施建議學時6學時推薦教學方法從任務入手，通過氧化的操作，讓讀者了解氧化的工藝操作，進而通過物理氣相淀積的操作，熟悉物理氣相淀積的質量評估推薦學習方法勤學勤練、動手操作是學好薄膜制備工藝的關鍵，動手完成氧化工藝與物理氣相淀積任務實施，通過“邊做邊學”達到更好的學習效果項目22.1.1晶圓制造工藝知識目標2.1.1晶圓制造工藝1.掌握晶圓制造流程2.掌握晶圓制造各個工藝環節的原理晶圓硅片2.1.1晶圓制造工藝晶圓制造工藝流程2.1.1晶圓制造工藝所謂薄膜，就是在襯底上生長出的一種固體物質，主要有半導體薄、金屬膜和絕緣介質膜。半導體芯片的加工就是對薄膜進行加工的過程氧化物理氣相淀積PVD化學氣相淀積CVD1.薄膜制備2.1.1晶圓制造工藝外延光刻就是利用光對材料進行雕刻2.光刻光刻是形成材料圖形化結構的一種非常精細的表面加工技術2.1.1晶圓制造工藝2.光刻--光刻工藝原理2.1.1晶圓制造工藝3.刻蝕它是將硅片表面上淀積的各種絕緣介質、金屬薄膜等按照掩膜版的圖形結構選擇性地去除，以便形成各種器件結構和電路互連。2.1.1晶圓制造工藝未經刻蝕的襯底刻蝕后的襯底4.摻雜摻雜是通過熱擴散或離子注入的方式將雜質摻入到半導體等材料中，使其數量和濃度分布達到一定要求，從而改變材料的電學性質或機械性能。MOS結構示意圖2.1.1晶圓制造工藝4.摻雜--離子注入離子注入原理圖2.1.1晶圓制造工藝5金屬化金屬化是芯片制造過程中在元器件表面上淀積金屬薄膜，隨后刻印圖形以便形成互連線和集成電路填充塞的過程，是構成器件功能的關鍵工序。2.1.1晶圓制造工藝金屬化示意圖鋁互連到銅互連的轉變晶圓制造工藝流程2.1.1晶圓制造工藝知識總結1.晶圓制造流程2.晶圓制造各個工藝環節的原理2.1.1晶圓制造工藝項目22.1.2薄膜制備工藝2.1.2薄膜制備工藝知識目標1.了解薄膜基礎知識2.掌握薄膜制備方法所謂薄膜，就是在襯底上生長出的一種固體物質，厚度一般小于1um。絕緣介質膜二氧化硅

氮化硅PSG半導體薄膜單晶硅多晶硅砷化鎵金屬膜鋁銅鎢1.薄膜基礎知識--薄膜定義及種類2.1.2薄膜制備工藝①良好的臺階覆蓋能力;②結構完整、厚度均勻;③良好的粘附性;④高的深寬比填充;.⑤應力小。1.薄膜基礎知識--薄膜特性2.1.2薄膜制備工藝2.1.2薄膜制備工藝1.薄膜制備方法氧化物理氣相淀積PVD化學氣相淀積CVD外延2.薄膜制備（1）氧化干氧氧化氧化膜結構致密，但氧化速度慢水汽氧化氧化膜結構疏松，氧化速度快濕氧氧化膜質量和氧化速度介于干氧和水汽氧化間。2.1.2薄膜制備工藝2.薄膜制備(2)物理氣相淀積（PVD）PVD是利用某種物理過程實現物質轉移，將原子或分子由源(或靶)氣相轉移到硅襯底表面形成薄膜的過程。2.1.2薄膜制備工藝

蒸鍍在高真空室內加熱源材料使之氣化，源氣相轉移到達襯底，在襯底表面凝結形成薄膜。

濺射在一定真空度下，用高能粒子從某種物質的表面撞擊出原子并在襯底表面淀積成膜的物理過程。2.薄膜制備(3)化學氣相淀積（CVD）CVD:是通過氣體混合的化學反應在硅片表面淀積一層固體薄膜的工藝1）反應氣體向襯底表面擴散2）反應氣體被吸附于襯底表面3）在表面進行化學反應、表面移動、成核及膜生長4）反應副產物分子從襯底表面解吸，擴散到主氣流中，排出沉積區2.1.2薄膜制備工藝外延（Epitaxy）：在硅單晶襯底上，沿其原來晶向，生長一層厚度、導電類型、電阻率及晶格結構都符合要求的新單品薄膜。新生的單晶薄膜即外延層。2.薄膜制備2.1.2薄膜制備工藝外延按工藝方法分類：氣相外延，液相外延，固相外延，分子束外延（MBE）外延按材料分類：同質外延、異質外延（4）外延外延特點2.薄膜制備2.1.2薄膜制備工藝（1）生長速率極慢(4)外延（2）外延生長溫度低，降低了界面上熱膨脹引入的晶格失配效應（3）外延層質量極好（4）可以生長普通熱平衡生長方法難以生長的膜（5）膜的組分和摻雜濃度可隨生長源的變化迅速調整知識總結1.薄膜基本知識2.薄膜制備的四種方法2.1.2薄膜制備工藝薄膜制備工藝項目22.2.1認識氧化工藝2.2.1認識氧化工藝知識目標1.掌握氧化的定義及作用2.掌握氧化的幾種方式3.了解氧化質量要求及并能進行異常分析1.氧化的定義氧化工藝也稱熱氧化工藝，是指在高溫條件下，潔凈的的硅片與氧化劑發生反應，在硅片表面生長出一層二氧化硅薄膜2.2.1認識氧化工藝2.氧化工藝的作用（1）雜質擴散掩蔽膜；雜質擴散掩蔽膜（4）MOS管的絕緣柵材料。MOS管絕緣柵材料（2）器件表面鈍化膜或緩沖層；緩沖層（3）電路隔離介質或絕緣介質，電容介質；電路隔離介質2.2.1認識氧化工藝干濕干氧化將干氧氧化和濕氧氧化結合起來3.氧化方式水汽氧化氧化層結構疏松，但生長速率快濕氧氧化膜的質量和生長速度介于干氧和水汽氧化之間干氧氧化氧化層結構致密，生長速率慢2.2.1認識氧化工藝干-濕-干-氧化Si第一次干氧氧化，獲得致密二氧化硅表面濕氧氧化，生長速度提高，快速生長所需厚度二氧化硅膜第二次干氧氧化，提高和光刻膠的粘附性SiO2SiO2SiO22.2.1認識氧化工藝4.氧化方式1）薄膜厚度均勻，且滿足厚度要求；2）薄膜表面光潔，無裂痕、無氣泡、無缺損；3）薄膜表面潔凈，無沾污、無斑點；4）薄膜結構均勻，無層錯。5.氧化的質量要求2.2.1認識氧化工藝6.氧化層異常（1）爐溫設置不當；（2）進出石英舟太快。裂紋劃痕（1）設備作業區存在雜物；（2）操作員作業時意外損壞。（1）硅片表面有漩渦缺陷；（2）氧化前清洗不當；（3）純水或試劑過濾孔徑大；（4）氣體控制系統出問題。斑點針孔（1）氧化前清洗不當；（2）氣體控制系統問題。2.2.1認識氧化工藝知識總結1.掌握氧化的定義及作用2.掌握氧化的幾種方式3.了解氧化質量要求及并能進行異常分析2.2.1認識氧化工藝薄膜制備工藝項目22.2.2氧化工藝設備2.2.2氧化工藝設備知識目標1.了解氧化流程及所需設備2.掌握氧化爐的分類、組成及工作方式3.了解清洗和氧化后檢測設備氧化工藝也稱熱氧化工藝，是指在高溫條件下，潔凈的的硅片與氧化劑發生反應，在硅片表面生長出一層二氧化硅薄膜2.2.2氧化工藝設備2.氧化的流程與設備氧化前清洗熱氧化工藝氧化后檢查氧化流程清洗機氧化爐膜厚測量儀氧化所需設備2.2.2氧化工藝設備2.2.2氧化工藝設備1.清洗機硅片爐內氣體化學藥品石英舟濕式清洗：化學清洗清洗液：SC-1或SC-2清洗設備：清洗機上料臺清洗部分機械手抽風系統2.氧化爐臥式氧化爐示意圖2.2.2氧化工藝設備立式氧化爐示意圖（圖片來源

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孫萍主編）2.2.2氧化工藝設備2.立式氧化爐上料區氧化擴散區顯示區

立式氧化爐2.氧化爐2.2.2氧化工藝設備2.氧化爐2.2.2氧化工藝設備4片假片1片測試片75片生產硅片1片測試片75片生產硅片1片測試片4片假片2.氧化爐2.2.2氧化工藝設備3.膜厚測量儀膜厚測量儀外觀2.2.2氧化工藝設備膜厚測量界面知識總結1.氧化流程及所需設備2.清洗機、氧化爐和膜厚測量儀組成及工作方式2.2.2氧化工藝設備Companyname2015ANNUALSUMMARY謝謝2.2.2氧化工藝設備2.2.2氧化工藝設備1.清洗機硅片爐內氣體化學藥品石英舟濕式清洗：化學清洗清洗液：SC-1或SC-2清洗設備：清洗機2.氧化爐立式氧化爐系統示意圖（圖片來源

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孫萍主編

）2.2.2氧化工藝設備1.清洗機清洗設備外觀2.2.2氧化工藝設備薄膜制備工藝項目22.2.3氧化工藝實施2.2.3氧化工藝實施知識目標掌握氧化工藝實施流程能正確操作氧化設備，設置相關參數技能目標氧化前清洗熱氧化工藝氧化后檢查氧化流程1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批實施流程2.2.3氧化工藝實施1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批核對流程單與實物信息2.2.3氧化工藝實施領料記錄1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批2.2.3氧化工藝實施清洗參數設置1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批2.2.3氧化工藝實施選擇作業站ID1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批確認作業批次2.2.3氧化工藝實施氧化爐上料1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批氧化爐運行2.2.3氧化工藝實施膜厚檢測上料1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批膜厚檢測2.2.3氧化工藝實施1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批結批2.2.3氧化工藝實施2.2.3氧化工藝實施知識掌握氧化工藝實施流程能正確操作氧化設備，設置相關參數技能薄膜制備工藝項目22.2.4氧化工藝常見異常故障排除2.2.4氧化工藝常見異常故障排除知識目標1.了解氧化工藝常見異常故障現象2.掌握氧化工藝常見異常故障產生原因以及處理方法石英舟異常停止報警1.石英舟不動異常描述石英舟無法正常上升或者下降，界面出現石英舟異常停止的報警2.2.4氧化工藝常見異常故障排除1.石英舟不動石英舟異常停止報警

原因石英舟驅動電機異常、軌道上存在異物影響移動、底座軸承松動、石英舟自動校準系統異常等。石英舟異常停止報警2.2.4氧化工藝常見異常故障排除2.溫度異常報警異常描述氧化爐溫度面板無顯示，界面出現無溫度顯示的報警異常分析與處理面板無溫度顯示時，需要檢查熱電偶的電源、接觸是否良好，熱電偶本身質量是否正常，進行故障排查2.2.4氧化工藝常見異常故障排除3.真空異常報警真空異常報警異常描述氧化爐內無法正常抽真空，界面出現真空異常的報警異常分析與處理是否指示燈問題，發出了錯誤報警檢查設備窗口是否關閉緊密真空泵運行異常引起真空異常2.2.4氧化工藝常見異常故障排除知識總結氧化工藝常見異常故障產生原因以及處理方法2.2.4氧化工藝常見異常故障排除薄膜制備工藝項目22.3.1認識物理氣相淀積2.3.1認識物理氣相淀積知識目標1.掌握物理氣相淀積的作用2.掌握蒸發與濺射的分類、工藝原理及優缺點1.物理氣相淀積簡介物理氣相淀積（簡稱PVD）是一種重要的薄膜制備工藝，利用物理方式在硅片表面淀積一層薄膜。2.3.1認識物理氣相淀積PVD主要用于金屬、合金和金屬化合物薄膜的制備PVD主要有蒸發（蒸鍍）、濺射兩大類蒸發電阻絲加熱蒸發電子束蒸發2.物理氣相淀積的方式2.3.1認識物理氣相淀積蒸發是指通過加熱，是待淀積的金屬原子獲得足夠的能量，脫離金屬表面蒸發出來，在飛行途中遇到硅片，就淀積在硅表面，形成金屬薄膜。視頻來源

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哈爾濱工業大學成膜過程3.物理氣相淀積的方式--電阻絲加熱蒸發原理：利用電阻絲對待蒸發材料進行加熱使之熔化并蒸發出來簡單加熱蒸發裝置示意圖

（圖片來源

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孫萍主編）2.3.1認識物理氣相淀積3.物理氣相淀積的方式--電子束蒸發電子束蒸發系統原理：在高真空中，電子槍發出電子經系統加速聚焦形成電子束、再經磁場偏轉入射到坩鍋的成膜材料.上將其加熱，并使之變成氣態原子沉積到硅片上的物理過程。2.3.1認識物理氣相淀積3.物理氣相淀積的方式--濺射2.3.1認識物理氣相淀積

濺射在一定真空度下，用高能粒子從某種物質的表面撞擊出原子并在襯底表面淀積成膜的物理過程。3.物理氣相淀積的方式--濺射濺射原理示意圖（圖片來源

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孫萍主編）2.3.1認識物理氣相淀積A.在高真空腔等離子體中產生正氬離子，并向具有負電勢的靶材料加速。C.離子通過物理過程從靶上撞擊出濺射原子B.在加速過程中離子獲得動量并轟擊靶。D.被撞擊出的原子遷移到硅片表面F.額外材料由真空泵抽走。E.被濺射的原子在硅片表面凝聚并形成薄膜。濺射直流濺射射頻濺射磁控濺射2.3.1認識物理氣相淀積3.物理氣相淀積的方式--濺射3.物理氣相淀積的方式--濺射2.3.1認識物理氣相淀積直流濺射示意圖射頻濺射示意圖磁控濺射示意圖分類優點缺點電阻加熱蒸發（1）設備簡單；（2）成本較低。（1）不能淀積合金材料；（2）臺階覆蓋性差。電子束蒸發（1）直接加熱，功率大，成膜質量好；（2）不易產生污染。（1）臺階覆蓋性差；（2）不能淀積合金材料；（3）裝置復雜，要求真空，設備成本高；直流濺射（1）裝置結構簡單；（2）能在大面積襯底上淀積薄膜。（1）不能用于濺射絕緣介質薄膜；（2）薄膜沉積速率較低；（3）工作氣壓高。射頻濺射（1）可在低氣壓下進行，濺射速率高；（2）既能淀積金屬材料，也能淀積絕緣材料；（3）可獲得純度較高的薄膜。必須十分注意接地問題。磁控濺射（1）能淀積復雜的合金材料；（2）能淀積難熔金屬和非金屬；（3）臺階覆蓋性好；（4）濺射速率高，工作氣壓低設備復雜昂貴。2.3.1認識物理氣相淀積4.原材料鈦靶材2.3.1認識物理氣相淀積濺射靶材由所需濺射的材料組成。靶材要求組分均勻，顆粒適中，具有一定的結晶學取向知識總結2.3.1認識物理氣相淀積1.PVD作用2.蒸發與濺射的分類、工藝原理及優缺點薄膜制備工藝項目22.3.2物理氣相淀積設備2.3.2物理氣相淀積設備知識目標了解物理氣相淀積設備組成及各部分作用物理氣相淀積設備顯示區膜厚測量區淀積區

物理氣相淀積設備上料區2.3.2物理氣相淀積設備知識總結2.3.1認識物理氣相淀積了解物理氣相淀積設備組成及各部分作用薄膜制備工藝項目22.3.3物理氣相淀積實施2.3.3物理氣相淀積實施技能目標能夠利用虛擬仿真完成物理氣相淀積實施信息核對一致1.領料確認--2.設備準備--3設備運行--4結批2.3.3物理氣相淀積實施結批1.領料確認--2.設備準備--3設備運行--4結批2.3.3物理氣相淀積實施薄膜制備工藝項目22.3.4物理氣相淀積常見異常排除2.3.4物理氣相淀積常見異常故障排除斑點1.薄膜質量異常2.無法起輝無法起輝報警Companyname2015ANNUALSUMMARY謝謝光刻項目3項目導讀

本項目從涂膠工藝任務入手，先讓讀者對光刻工藝有一個初步了解；然后詳細介紹涂膠、曝光和顯影等專業技能。通過曝光和顯影工藝的任務實施，讓讀者進一步了解光刻工藝。知識目標1.了解光刻工藝2.掌握涂膠、曝光和顯影的工藝操作3.掌握涂膠、曝光和顯影的質量評估4.會識讀涂膠、曝光和顯影工藝相關的隨件單技能目標1.能正確操作涂膠、曝光和顯影的設備，設置相關設備的常規參數2.能正確排查涂膠、曝光和顯影的常見故障教學重點1．涂膠、曝光和顯影的工藝2．檢驗涂膠、曝光和顯影的質量教學難點涂膠、曝光和顯影的實施建議學時6學時推薦教學方法

從任務入手，通過涂膠的操作，讓讀者了解涂膠的工藝操作，進而通過曝光和顯影的操作，熟悉曝光和顯影的質量評估推薦學習方法

勤學勤練、動手操作是學好光刻工藝的關鍵，動手完成涂膠、曝光和顯影任務實施，通過“邊做邊學”達到更好的學習效果3.1認識光刻工藝

光刻工藝光刻（photolithography）工藝是利用曝光和顯影，在光刻膠層上刻畫出幾何圖形結構，然后通過刻蝕工藝將掩膜版上的圖形轉移到所在襯底上。在一般情況下，光刻工藝有預處理、涂膠、軟烘、對準和曝光、曝光后烘焙、顯影、堅膜烘焙、顯影檢查等8個工序。光刻工藝基本流程，如下圖所示。3.1認識光刻工藝

光刻工藝流程3.1認識光刻工藝

1．預處理在涂膠（即涂抹光刻膠）之前，晶圓一般需要進行預處理，步驟如下：（1）對晶圓進行清洗，然后進行脫水烘烤。脫水烘烤在一個封閉腔內完成，以除去吸附在晶圓表面上的大部分水汽。（2）為了提高光刻膠在晶圓表面的附著能力，在晶圓脫水烘焙后，要立即用化合物對其表面進行膜處理。目前應用的比較多的化合物是六甲基二硅氮烷（HMDS）和三甲基硅烷基二乙胺（TMSDEA）等。預處理的目的就是在晶圓表面形成一層底膜，以增強晶圓和光刻膠之間的粘附性。3.1認識光刻工藝

2．涂膠涂膠的目的就是在晶圓表面上，涂上一層均勻、平整的光刻膠。目前涂膠的方法，一般采用旋轉涂膠法。旋轉涂膠法的工藝過程主要有滴膠、加速旋轉、甩掉多余的膠、溶劑揮發等4個工序，如下圖所示。旋轉涂膠法的工藝過程3.1認識光刻工藝

在涂膠過程中，先將光刻膠溶液噴灑在晶圓表面上；然后加速旋轉載片臺（晶圓），直到達到所需的旋轉速度，并以這個速度保持一段時間。光刻膠在隨之旋轉受到離心力，使得光刻膠向著晶圓外圍移動，故涂膠也可以被稱作甩膠，經過甩膠之后，留在晶圓表面的光刻膠不足原有的1%。在旋轉涂膠的過程中，滴膠有以下2種方式：（1）靜態滴膠靜態滴膠是在載片臺不旋轉時進行滴膠，然后先低速旋轉，使光刻膠均勻鋪開，然后再按設定的轉速旋轉。（2）動態滴膠動態滴膠是在晶圓慢速旋轉時滴膠，然后再加速到設定的轉速。3.1認識光刻工藝

3．軟烘在完成涂膠之后，需要進行軟烘（即軟烘干）操作，這一步驟也被稱為前烘。在旋轉涂膠前，在液態的光刻膠中通常含有65%~85%的溶劑。在旋轉涂膠之后，液態的光刻膠已經成為固態的薄膜，但仍有10%－20%的溶劑，容易沾污灰塵。通過光刻膠軟烘，可以使溶劑從光刻膠中揮發出來（溶劑含量降至5%左右，光刻膠厚度也會減薄），從而降低了灰塵的沾污。同時，這一步驟還可以減輕因高速旋轉形成的薄膜應力，從而提高光刻膠的粘附性。3.1認識光刻工藝

4．對準和曝光對準和曝光的操作過程是：先將掩膜版的圖形與晶圓上的圖形嚴格對準；然后通過曝光燈或其他輻射源，將掩膜版的圖形轉移到晶圓的光刻膠圖層上。在曝光過程中，從光源發出的光會通過對準的掩膜版。在掩膜版上，有對準的和不對準的區域，這些區域形成了要最終轉移到晶圓表面的圖形。3.1認識光刻工藝

曝光后的晶圓，從曝光系統轉移到晶圓軌道系統后，需要進行短時間的曝光后烘焙。為促進光刻膠的化學反應，需要對光刻膠進行烘焙，其目的是提高光刻膠的粘附性并減小駐波反應。操作時，晶圓被放在自動軌道系統的一個熱板上，處理的溫度和時間需要根據光刻膠的類型來確定，一般情況下，烘焙溫度為110~130℃，烘焙時間為1~2min。5．曝光后烘焙3.1認識光刻工藝

6．顯影顯影就是利用顯影液，溶解掉晶圓上不需要的光刻膠。顯影分為正膠顯影和負膠顯影。對于負性光刻膠，常用的是二甲苯；對于正性光刻膠，常用的是堿性溶劑。在顯影過程中，一些關鍵參數必須被控制：顯影溫度、顯影時間、顯影液量、晶圓吸盤、當量濃度、清洗、排風等。3.1認識光刻工藝

7．堅膜烘焙在顯影后，需要進行堅膜烘焙，也稱為熱烘焙。堅膜烘焙的目的是蒸發掉光刻膠剩余的溶劑，改善膠膜與晶圓的黏附性，增強膠膜的抗蝕能力。堅膜烘焙溫度的起始點由光刻膠生產商的推薦設置來決定。然后根據產品要求的粘附性和尺寸控制需求對工藝進行調整。一般情況下，堅膜的溫度對于光刻膠是130℃，對于負膠是150℃。3.1認識光刻工藝

8．顯影檢查光刻膠在晶圓表面形成圖形后，需要檢查所形成的光刻膠圖形的質量。主要是檢查光刻膠是否有缺陷，以及光刻膠的工藝性能是否滿足規范要求。使用涂膠機、光刻膠，采用涂膠工藝，在晶圓表面上覆蓋一層均勻的、并且沒有缺陷的光刻膠任務。3.2任務5涂膠

3.2.1認識涂膠工藝在晶圓制造過程中，光刻是非常重要的環節，是將掩膜版上的圖形轉移至晶圓表面的光刻膠上的工藝。其中，晶圓表面的光刻膠需要通過涂膠工序來實現涂覆。任務要求3.2.1認識涂膠工藝

1．涂膠的作用涂膠是光刻工藝中的一部分，在晶圓完成預處理之后便要進行涂膠的操作。涂膠的目的是在晶圓表面覆蓋一層光刻膠，為光掩模版的圖形轉移到晶圓表面光刻膠上打好基礎；另外還可以在后續工藝中，保護光刻膠層下面的材料。3.2.1認識涂膠工藝

2．原材料在涂膠工序中，使用的主要原材料是光刻膠。光刻膠是一種有機化合物，當被紫外光曝光后，在顯影溶液中的溶解度會發生變化。光刻膠的技術復雜，品種較多，根據光刻膠在曝光前后溶解性變化的不同，可以把光刻膠分為正性膠和負性膠2大類，簡稱正膠和負膠。3.2.1認識涂膠工藝

（1）正性膠在經過紫外光曝光后的正性膠，變成了可溶物質，即可被溶解；而未被紫外光曝光的正性膠，還是一個不可溶物質，即不可被溶解（被保留）。正性膠的原理，如圖（a）所示。3.2.1認識涂膠工藝

（2）負性膠負性膠則與正性膠相反，在經過紫外光曝光后的負性膠，變成了不可溶物質，即不可被溶解（被保留）；而未被紫外光曝光的負性膠，還是一個可溶物質，即可被溶解。負性膠的原理，如圖（b）所示。在晶圓制造中，所用的光刻膠是以液態的形式涂在晶圓表面，而后被干燥成膠膜。3.2.1認識涂膠工藝

3．涂膠的質量要求在晶圓表面上，需要涂有一層均勻的、且無缺陷的光刻膠，合格的光刻膠層應滿足以下要求：（1）涂膠均勻、覆蓋完全且滿足厚度要求；（2）膠層表面光潔、無氣泡、無針孔；（3）烘烤適當，無脫膠現象。3.2.2涂膠設備

涂膠工序，是在涂膠機中進行的。涂膠機主要由上料區、顯示區、涂膠區、烘烤區等4個部分組成，是一臺涂膠、前烘一體的設備。涂膠機的外觀，如圖所示。涂膠機在下圖的涂膠區中，是采用旋轉滴涂的方式，給晶圓表面涂上一層光刻膠的。3.2.3涂膠實施

1．領料確認開始作業前，需要按照生產安排，領取對應的待涂膠的晶圓，進行信息核對，防止出現混料、錯料的情況發生。（1）操作員領料后，依次核對光刻工藝隨件單、流程單以及晶圓實物三者之間的信息。（2）信息全部核對一致，方可對該物料進行作業；若發現異常則需要上報相關人員，處理正常后繼續作業。所有信息核對正常，如下圖所示。3.2.3涂膠實施

信息核對一致（3）信息確認無誤后，點擊“繼續”按鍵，轉移至工位處進行作業。3.2.3涂膠實施

2．設備準備1）點擊裝有待涂膠晶圓的晶圓花籃，將其放置到涂膠區的上料區。根據本次作業晶圓的尺寸，應放置到相應的上料位，如下圖所示。涂膠機裝料注意：在放置時，需將晶圓正面要朝上放置。3.2.3涂膠實施

（2）打開顯示區界面，選擇設備需要作業的上料位，即點擊界面上的按鍵。（3）點擊“program”按鍵，打開程序文件，并根據隨件單選擇本次作業的涂膠程序，如下圖所示。程序調用3.2.3涂膠實施

（4）在上圖中，選擇程序并核對名稱，確認后點擊“OK”按鍵，完成程序調用進入啟動設備界面，如下圖所示。設備啟動3.2.3涂膠實施

（5）在上圖中，點擊“Start”按鍵，開始運行設備。同時，操作員需要在隨件單的程序確認處簽字，如下圖所示。程序選擇簽字確認3.2.3涂膠實施

3．設備運行（1）上料機械手首先開始動作，依次將上料區的晶圓轉移至涂膠區，如下圖所示。晶圓上料3.2.3涂膠實施

（2）涂膠區開始作業，將光刻膠滴在晶圓上，隨后加快晶圓旋轉速度，此時光刻膠借助離心力的作用，會覆蓋整個晶圓表面，并持續旋轉甩去多余的光刻膠，最終在晶圓表面得到均勻的光刻膠膠膜，如下圖所示。涂膠3.2.3涂膠實施

（3）光刻膠是一種粘稠體，不能直接進行曝光，需要進一步烘焙以除去光刻膠中的殘留溶劑，增強光刻膠的粘附性。涂膠完成后，機械手將涂膠區的晶圓轉移至烘烤區，進行前烘（即軟烘）操作，如下圖所示前烘在烘烤時，要注意控制烘烤溫度與時間，防止烘烤不足或過度烘烤。3.2.3涂膠實施

4．結批在涂膠工序操作正常完成后，操作員確認本次作業正常完成，且制品合格，記錄相關信息，完成結批，如下圖所示。結批作業完成后，要清理工位，等待下一批作業。3.2.4涂膠常見異常故障排除在涂膠過程中，可能會出現一些異常，需要及時進行相應的處理。在這里，主要介紹幾種常見的異常故障。1．設備異常報警（1）異常描述設備發出報警，并在顯示器處顯示異常，點擊界面進行查看，如下圖所示。異常報警界面3.2.4涂膠常見異常故障排除（2）異常分析與處理本次報警顯示設備轉速偏低，點擊“詳細信息”查看該故障出現的可能原因，按照提示信息中給出建議與處理方式，依次排查，直至完成異常故障排除，如下圖所示。異常故障詳細信息異常故障處理完成以及調試正常后，繼續運行設備。3.2.4涂膠常見異常故障排除2．涂膠不勻光刻膠的膠層外觀質量，需要利用顯微鏡進行檢查。點擊涂膠后的晶圓，將其放到顯微鏡下方觀察其涂膠情況，如下圖所示。外觀檢查3.2.4涂膠常見異常故障排除（1）異常描述在顯微鏡下觀察到晶圓表面的膠層顏色不均勻，存在涂膠不均的問題，如下圖所示。涂膠不勻3.2.4涂膠常見異常故障排除（2）異常分析與處理1）將出現問題的晶圓表面光刻膠洗掉，重新進行涂膠操作；2）經過樣片模擬加工過程，驗證出現該異常的原因；3）針對排查出的異常原因，制定對應的糾正/預防措施并實施。3.3任務6曝光

任務要求在晶圓制造過程中，光刻是非常重要的環節，是將光刻掩膜版上的圖形轉移至晶圓表面的光刻膠上的工藝。使用曝光機（光刻機）和光刻掩膜版，在涂了光刻膠的晶圓上，利用曝光來完成光刻掩膜版圖形轉移到光刻膠上的任務。3.3.1認識曝光工藝3.3.1認識曝光工藝1．曝光的作用曝光是光刻工藝中的重要部分，需要經過對準、曝光兩個過程。它利用光刻膠的性質，針對涂膠之后晶圓進行操作。3.3.1認識曝光工藝1．曝光的作用在曝光作業時，紫外光透過光刻掩膜版照射到晶圓表面的光刻膠上，被照射的光刻膠的溶解性改變。根據涂膠時選用的光刻膠的類型，光刻掩膜版上的圖形在光刻膠上成為了可溶或者不可溶的物質。光源：①高壓汞燈：240nm-500nm的紫外線②準分子激光源：深紫外線一般的，波長越小，做出來的圖形尺寸越小。重要工藝參數：曝光度曝光的目的是把光刻掩膜版上的電路圖形投影到光刻膠上，并引起光化學反應，最常規的光刻光源便是紫外光，還有X射線、電子束和離子束。2．原材料光刻掩膜版（又稱光罩，英文為MaskReticle），簡稱掩膜版，是光刻工藝中所用的圖形母版，每次光刻都必須有一塊掩膜版。一塊集成電路需要6~7次甚至10多次的光刻，每次光刻之間都要嚴格套準。光刻掩膜版的外觀，如下圖所示。光刻掩膜版3.3.1認識曝光工藝3.3.1認識曝光工藝由于掩膜版用于大量的圖形轉移，所以掩膜版上的缺陷將直接影響晶圓的質量，因此，對掩膜版的質量要求非常高。掩膜版上的缺陷一般來自2個方面，一個是掩膜版自身的缺陷，如針孔、黑點、黑區（即遮光區）突出、白區（即透光區）突出、邊緣不均勻、劃傷等，這些都是在掩膜版的制造過程中產生的，可通過目檢以及同原版進行比較而篩選掉；另一方面是附著在掩膜版上的異物，所以掩膜版上常常加一層保護膜以防止異物的影響。曝光后烘焙：方法：熱板加熱，溫度110-130℃，時間1-2分鐘。目的：①減少駐波反應（薄膜干涉）。②去除剩余溶劑，增粘。3.3.1認識曝光工藝3．曝光的質量要求合格的曝光應滿足以下要求：（1）曝光位置準確，曝光時需要對準標記，保證圖形位置符合要求；（2）圖形準確，光刻膠不可溶的部分是要保留的部分；（3）圖形完整，無缺失或多余部分；（4）表面潔凈，無沾污。3.3.2曝光設備

進行曝光作業的設備稱為曝光機，又稱光刻機，它能通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束投射過畫著線路圖的掩膜版，經物鏡補償各種光學誤差，將線路圖成比例縮小后映射到光刻膠上。光刻設備是芯片行業最主要，最關鍵也是最貴的設備。3.3.2曝光設備

曝光設備原理在曝光過程中，從光源發出的光通過對準的掩膜版。曝光設備的工作原理，如下圖所示。3.3.2曝光設備

在這里，以步進式重復曝光機為例進行介紹。曝光機主要由上料區、轉移區、曝光區和顯示區4個部分構成。步進式重復曝光機的外觀圖，如圖所示。曝光機荷蘭ASML（阿斯麥）的光刻設備是全球最好的光刻設備制造商。ASML-飛利浦成立之初-1980年-1985年-2002年摩爾定律：集成電路密度每年/每兩年翻一倍。為實現摩爾定律，光刻技術就需要每兩年把曝光關鍵尺寸(CD)降低30%-50%，縮短波長是最直接的手段。光刻光源被卡在193nm無法進步長達20年。工程解決方案！在晶圓光刻膠上方加1mm厚的水！-ASML3.3.3曝光實施

1．領料確認開始作業前，需要按照生產安排，領取對應的待曝光的晶圓，進行信息核對，防止出現混料、錯料的情況發生。（1）操作員領料后，依次核對光刻工藝隨件單、流程單以及晶圓實物三者之間的信息。信息核對一致（2）信息全部核對一致，方可對該物料進行作業；若發現異常則需要上報相關人員，處理正常后繼續作業。所有信息已核對無誤后，點擊“繼續”按鍵，轉移至工位處進行作業，如下圖所示。3.3.3曝光實施

2．設備準備領取物料后，到達對應工位進行曝光操作。（1）裝有待曝光晶圓的晶圓花籃已放置于上料區，點擊“上料”按鍵將其固定，如下圖所示。曝光機裝料注意：放置晶圓時，應根據晶圓的尺寸，放置到其的專用上料位；還應將晶圓正面朝上放置。3.3.3曝光實施

（2）打開顯示區界面，設置進料的首片晶圓位置，即點擊界面上的

按鍵，從01號片進行上料，如下圖所示。進料初始位選擇3.3.3曝光實施

（3）點擊“AddBatch”按鍵，打開程序文件，并根據隨件單選擇本次作業的曝光程序。選擇程序后核對名稱，點擊“確定”按鍵，調取批次信息后完成導入，如下圖所示。曝光程序調用3.3.3曝光實施

（4）程序調用后，點擊“StartProduction”按鍵，開始運行設備，如下圖所示。設備啟動3.3.3曝光實施

3．設備運行參數設置完成，開始進行曝光操作。（1）上料機械手首先開始動作，依次將上料區的晶圓轉移至曝光區，如下圖所示。曝光上料3.3.3曝光實施

機械臂將晶圓傳送至預對準的機械位置后，通過旋轉和傳感器作用尋找定位邊，同時掩膜版被送到指定位置。曝光臺上有一基準標記，光刻機的對準系統分別將掩膜版和晶圓與該基準線標記對準，從而確定位置，實現掩膜版圖形與晶圓對準。3.3.3曝光實施

（2）曝光區開始作業，通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透過掩膜版映射到光刻膠上。掩膜版上有透明和不透明的區域，透明區域可以透過紫外光，該區域的光刻膠被照射后可溶性改變，從而將掩膜版的圖形轉移光刻膠上，如下圖所示。曝光3.3.3曝光實施

（3）在曝光過程中易產生駐波效應，影響后期圖形的尺寸和分辨率。為了降低駐波效應的影響，同時增強光刻膠的粘附性，在曝光之后需要進行烘焙，即曝光后烘烤，如下圖所示。曝光后烘烤3.3.3曝光實施

4．結批曝光工序操作正常完成后，操作員確認本次作業正常完成，且制品合格，記錄相關信息，完成結批，如下圖所示。結批作業完成，清理工位，等待下一批作業。完成曝光的晶圓，通過后續的顯影環節，將光刻膠的圖形顯現出來。3.3.4曝光工藝常見異常故障排除

在曝光過程中可能會出現一些異常，比如設備異常報警或曝光外觀異常等，需要進行對應的處理。在這里，主要介紹幾種常見的異常故障。1．設備異常報警（1）異常描述設備發出報警，并在顯示器處顯示異常，點擊界面進行查看，如下圖所示。異常報警界面3.3.4曝光工藝常見異常故障排除

（2）查看報警分析與處理本次報警顯示設備的對準信號異常，點擊“詳細信息”查看該故障出現的可能原因，按照提示信息中給出建議與處理方式，依次排查，直至完成異常故障排除，如下圖所示。故障詳情異常故障處理完成以及調試正常后，繼續運行設備。3.3.4曝光工藝常見異常故障排除

2．場偏曝光的外觀質量需要利用顯微鏡進行檢查，點擊曝光后的晶圓，將其放到顯微鏡下方觀察其曝光情況，如下圖所示。外觀檢查3.3.4曝光工藝常見異常故障排除

在顯微鏡下，觀察到曝光后所有的圖形發生偏移，出現場偏的問題，如下圖所示。場偏（1）異常描述3.3.4曝光工藝常見異常故障排除

（2）異常處理1）洗去出現問題的晶圓表面的光刻膠，重新進行涂膠與曝光的操作。分析出現該異常的原因，場偏通常與對準異常有關。2）針對排查出的異常原因，制定對應的糾正/預防措施并實施。3.4任務7顯影

任務要求使用噴射自動顯影機和顯影液，采用旋覆浸沒的顯影方式，通過顯影液溶把經過曝光后的可溶性光刻膠溶解掉，使得光刻膠上的圖形顯現出來。3.4.1認識顯影顯影是光刻工藝中的一部分。曝光后，晶圓表面上的光刻膠性質已經發生了改變，利用顯影液溶可以溶解掉不需要的光刻膠，將光刻膠上的圖形顯現出來。顯影是將經過曝光后的可溶性光刻膠，使用一定的化學試劑溶解掉，從而在光刻膠上準確的顯示出與掩膜版對應的圖形。顯影的重點是要求產生的關鍵尺寸達到相應的規格要求。1．顯影的作用3.4.1認識顯影

2．原材料在顯影過程中需要使用顯影液，其是溶解不需要的光刻膠的化學溶劑。根據光刻膠的不同，顯影也分為正膠顯影和負膠顯影。對于正性光刻膠，由于顯影后生成羧酸類衍生物，所以正膠顯影液常用堿性溶劑，如KOH溶液；對于負性光刻膠，二甲苯是常用的化學品。晶圓在真空吸盤上旋轉時，顯影液被噴涂到光刻膠上。正性膠與負性膠在顯影前后的變化示意圖，如下圖所示。（a）正性光刻膠顯影（b）負性光刻膠顯影顯影前后變化示意圖3．顯影方式顯影最原始的方式是沉浸顯影，但其存在問題較多，現在不常使用。目前用于晶圓顯影的顯影方式，主要有連續噴霧顯影和旋覆浸沒顯影2種顯影方式。（1）用連續噴霧顯影時，顯影液以霧的形式噴灑，當一個或多個噴嘴噴灑顯影液到晶圓表面時，真空吸盤上的單個晶圓以很慢的速度旋轉。3.4.1認識顯影（2）用旋覆浸沒顯影時，顯影液以液體的形式噴射，噴到晶圓上的少量顯影液形成了水坑形狀。為在整個晶圓表面形成一個似水坑的彎月面，需要足夠的顯影液。同時要避免過量的顯影液，以最小化晶圓背面的濕度。旋覆浸沒顯影的工藝過程，如下圖所示。（a）旋覆浸沒式（b）甩掉去除的膠（c）DI超純水，即去離子水清洗（d）甩干旋覆浸沒顯影的工藝過程近年來，大部分的連續噴霧顯影工藝，已被旋覆浸沒顯影工藝替代。旋覆浸沒顯影具有以下特點：（1）為獲得最佳特性，顯影液的流動必須保持很低，以減少晶圓邊緣顯影速率的變化，這正是旋覆浸沒顯影的優點，因為使用了最少的顯影液；（2）需要足夠的顯影液實現整個晶圓的完整均勻覆蓋；（3）旋覆浸沒顯影的每一個晶圓都使用新的化學藥品，提高了晶圓間的均勻性；（4）旋覆浸沒顯影最小化了溫度梯度，實現了對影響單個晶圓光刻膠顯影均勻性的變量的控制。3.4.1認識顯影在顯影過程中，需要控制顯影溫度、顯影時間、顯影液量、晶圓吸盤、用量濃度、清洗、排風等關鍵參數。4．顯影工藝控制5．堅膜6．顯影檢查7．光刻質量分析3.4.2顯影設備

以旋覆浸沒顯影為例進行介紹，自動顯影機是由顯示區、上料區、顯影區幾個部分組成。自動顯影機的外觀圖，如下圖所示。自動顯影機3.4.2顯影設備

（1）顯示區：進行顯影工藝參數設置的區域，并可以監控工藝過程。（2）上料區：待顯影晶圓進料區域，自動上料機構通過機械手實現晶圓的轉移。（3）顯影區：顯影設備的主體部分，采用旋覆浸沒顯影，通過高壓氮氣將流經噴嘴的顯影液打成微小液珠，然后再噴射到旋轉的晶圓表面。3.4.3顯影實施1．領料確認開始作業前，需要按照生產安排，領取對應的待顯影的晶圓，進行信息核對，防止出現混料、錯料的情況發生。（1）操作員領料后，依次核對光刻工藝隨件單、流程單以及晶圓實物三者之間的信息。（點擊雙向箭頭進行核對）（2）信息全部核對一致，方可對該物料進行作業；若發現異常則需要上報相關人員，處理正常后繼續作業。所有信息已核對無誤后，點擊“繼續”按鍵，轉移至工位處進行作業，如下圖所示信息核對一致3.4.3顯影實施2．設備準備領取物料后，到達對應工位進行顯影操作。（1）點擊“上料”按鍵，將裝有待顯影晶圓的晶圓花籃放置于上料區，放置時將晶圓正面朝上，如圖下圖所示。顯影機裝料3.4.3顯影實施

（2）打開顯示區界面，點擊界面上的“LotControl”按鍵，進入作業批次信息設置的窗口，并根據隨件單信息設置作業晶圓的尺寸，如下圖所示。批次管理3.4.3顯影實施

（3）尺寸設置后，點擊“program”按鍵，打開程序文件，并根據隨件單選擇本次作業的顯影程序。選擇程序后核對名稱，點擊“OK”按鍵，調取批次信息后完成導入，如下圖所示。顯影程序調用3.4.3顯影實施

（4）程序調用后，點擊“Start”按鍵，開始運行設備，操作員確認信息，在隨件單上簽字記錄，如下圖所示。設備啟動3.4.3顯影實施

3．設備運行參數設置完成，開始進行顯影操作，去除需要溶解的光刻膠部分。（1）上料機械手首先開始動作，依次將上料區的晶圓轉移至顯影區。噴嘴將顯影液噴灑到光刻膠表面，通過一定時間的反應，完成顯影。顯影后，需要用去離子水清洗掉晶圓表面殘留的化學藥品，并甩干。顯影過程，如下圖所示