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1、Introduction to Micro-Electro-Mechanical Systems,哈尔滨工业大学超精密光电仪器与工程研究所金 鹏 教授,微光刻与电子束光刻技术,信息产业,计算机,移动通讯,网络系统,数码技术,卫星通讯,卫星电视接收机,视频音频,航天,测控,航空,电脑,手机,汽车,影像,带动整个,CPU,内存,闪存,Information Technology,微光刻与微纳米加工技术进步,促进集成电路制造业发展,IntegratedCircuit,MicroLithographyMicro-Nano Facturing,基础工艺,单元技术,芯片器件,系统,自从1958年世界上出现
2、第一块平面集成电路开始算起，在短短的五十年中，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、世界、科学、未来都离不开微电子。,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的进步的步伐远远抛在后头 ！,过去的几十年中证明，只要通过光刻技术的专家们的努力，就有办法实现当时看来已经超过现有光刻工艺物理极限的
3、加工精度，不断地编写着新的神话。,中国微电子与微光刻技术发展的历程,Developmental course of Micro-Electronics & Micro-Lithography Technology in China,1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016,16K,1M,16M,1G,16G,光刻工艺特征尺寸,芯片集成度,11012 256109 64109 16109 4109 1109256106 64106 16106 4106 1106 256
4、103 64103 16103 4103 1103,开展PSM ，OPC，OAI， PXL，PEL，EUV，EPL，ML2研究,8.0 um5.0 um3.0 um2.0 um1.3 um0.8 um0.5 um0.35um0.25um0.18um0.13um 90 nm 65 nm 45 nm 32 nm 22 nm,1986年最细线宽0.5um,1995年最细线宽0.18um,2004年最细线宽 2250nm,1980年最细线宽1.0um,尽管设备条件落后，但我们的微纳加工技术始终紧紧咬住国际先进水平!,移相掩模研究达 0.18 0.2um,3,4,6,12,12,6,5,4,3,5,8,
5、中国研究实验室,在中国的产业,世界产业,8,546nm E线 -10um半自动精缩机与劳动牌光刻机 超微粒干板,E线 +G线 10-2.0um自动精缩机与劳动牌光刻机 超微粒干板+铬板,E线 +G线 2.0-0.5um GCA3600+3696+ASML1500投影光刻,365nm I线 0.08-0.28um ASML5000投影光刻+电子束制版,248nm KrF 0.5-0.13um JBX5000LS 电子束光刻,PSM+OPC+OAIMEBES4700S电子束,1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 20
6、04 2007 2010 2013 2016,16K,1M,16M,1G,16G,光刻工艺特征尺寸,芯片集成度,11012 256109 64109 16109 4109 1109256106 64106 16106 4106 1106 256103 64103 16103 4103 1103,开展PSM ，OPC，OAI， PXL，PEL，EUV，EPL，ML2研究,8.0 um5.0 um3.0 um2.0 um1.3 um0.8 um0.5 um0.35um0.25um0.18um0.13um 90 nm 65 nm 45 nm 32 nm 22 nm,1986年最细线宽0.5um,19
7、95年最细线宽0.18um,2004年最细线宽 2250nm,1980年最细线宽1.0um,移相掩模研究达 0.18 0.2um,3,4,6,12,12,6,5,4,3,5,8,中国研究实验室,在中国的产业,世界产业,8,15 nm,High beam current exposure (100kV)(500nm pitch L/S pattern writing with 1m thick resist),10 nm,100kV 600pAHSQ (30 nm)6400 C/cm2,100kV ； 100nm ZEP520 ；50nm pitch 32295C/cm2 100pA Nicke
8、l-chromium lift-off,Beam Current: 15nASensitivity: 3210C/cm2Designed pattern width: 48nmScanning Step: 16nmWriting result: 100nm,Beam Current: 100nASensitivity: 1792C/cm2Designed pattern width: 1nmScanning Step: 42nmWriting result: 250nm,10nm CD Uniformity within 500m field (40nm pitch L&S),电子束光刻,CM
9、OS器件和电路直写实验,实验条件：电压100KV；曝光束流 6nA；扫描步距 4nm；抗蚀剂厚度170nm；（Fox14：MIBK=1：1） 2000转60秒；TMAH2.38%显影，23，5分钟；灵敏度3200uC/cm2,五十年代半导体制造基本工艺材料的十年,世界IC与微光刻发展史,中国IC与微光刻发展史,发明半导体材料,世界第一台电子管计算机 ENIAC,世界第一台机械计算机,贝尔实验室发明世界第一只点接触晶体管,1947,那时的我国制版光刻还是个空白我国半导体技术教育和科研还处在起步阶段,五十年代半导体制造基本工艺材料的十年,世界IC与微光刻发展史,中国IC与微光刻发展史,发明重氮萘醌
10、酚醛树脂系光刻胶,发表集成电路设想,结型晶体管诞生,开创聚乙烯醇肉桂酸酯系光刻胶,发明场效应晶体管,奥耳发明离子注入工艺,1950,1956,周总理主持制定“十年科学技术发展远景规划纲要” 半导体科技等列为国家重要科技项目。北大复旦南大厦大东北人大等五校在北大成立联合半导体专门化;中国科学院应用物理所成立半导体研究室,黄昆,谢希德,林兰英,王守武,我国研制成功第一只锗合金晶体管 1956,富勒提出扩散结工艺,五十年代半导体制造基本工艺材料的十年,世界IC与微光刻发展史,中国IC与微光刻发展史,世界第一台晶体管计算机TX-O,提出光刻工艺,仙童第一只商品化原始平面晶体管,生产出环化橡胶双叠氮系光
11、刻胶,德州仪器研制成功世界第一块数字集成电路（锗）,仙童半导体研制世界第一块适用单结构硅芯片集成电路,1959,我国建立第一条半导体实验线研制成功锗合金晶体三极管,建立109厂(微电子所前身）研制的锗合金晶体三极管和磁膜存贮器用于109丙计算机,1957,1958,六十年代半导体从实验室走向生产的十年,世界IC与微光刻发展史,中国IC与微光刻发展史,卢耳发明外延生长工艺,研制出外延平面晶体管,1964,MOS IC制造工艺研制出12个元件基础IC模块,世界第一台IC计算机IBM-360,发明化学气相淀积技术,仙童提出互补金属氧化物半导体场效应晶体CMOS IC制造工艺,研制成功MOSFET,人
12、工为主的制版光刻技术萌芽年代沿用古老传统的照相术及显微镜缩小曝光，人工光刻，坐标纸 + 喷黑漆铜板纸 + 手术刀，精度和特征尺寸为几十微米,我国成立中国科学院半导体研究所和河北半导体研究所,我国研制成功第一只硅平面晶体管,1964,六十年代半导体从实验室走向生产的十年,世界IC与微光刻发展史,中国IC与微光刻发展史,1968,提出摩尔定律 1965,研制出100个元件的小规模集成电路（SSI）1000个元件的中规模集成电路（MSI）,研制成功CMOS门阵列（50门）,世界第一条2英寸集成电路生产线,GCA公司开发出光学图形发生器(PG)和分步重复精缩机（PR）,我国研制成功第一块硅平面数字集成
13、电路 1965,我国研制成功第一台第三代计算机,我国研制成功PMOS 集成电路NMOS 集成电路,开发超微粒感光乳胶湿板制造工艺技术开发超微粒感光乳胶干板制造工艺技术制造第一批接触式曝光小掩模版,七十年代大规模集成电路制造设备的十年,世界IC与微光刻发展史,中国IC与微光刻发展史,研制出1024位DRAM进入LSI时代 （8微米工艺）,Bell Western 开发出激光扫描图形发生器,研制出第一块微处理器 Intel 4004,世界第一条3英寸集成电路生产线,斯皮勒等发明光刻工艺,我国研制成功CMOS集成电路1971,1972,我国进入大规模集成电路(LSI)研制时代,我国也投入大量的人力物
14、力研制大型刻绘图机、大型照相机、图形发生器、超微粒干版E 线精缩机和接触式光刻机制版光刻精度 1微米、特征尺寸为十微米,七十年代大规模集成电路制造设备的十年,世界IC与微光刻发展史,中国IC与微光刻发展史,1975,1973年半导体设备和材料国际组织（SEMI）举行第一次国际标准化会议,相继开发出电子束曝光机、投影光刻机、离子注入机、洁净室等关键工艺设备技术,世界第一条4英寸集成电路生产线,Dennard 提出等比例缩小定律,推出第一块CMOS微处理器 1802,我国研制成功 1024位DRAM1975,北京大学研制成功我国第一台100万次计算机 1975,中科院研制成功我国第一台1000万次
15、计算机1976,七十年代大规模集成电路制造设备的十年,世界IC与微光刻发展史,中国IC与微光刻发展史,1979,16K位DRAM和4K位SRAM问世,研制出64K位DRAM世界进入VLSI时代,IBM推出世界第一台PC机（Intel 8088）,我国研制成功4096位N沟DRAM GaAs 单片 IC1978,我国第一条2英寸集成电路生产线,我国研制成1024位PMOS GaAs 场效应DRAM1977,1978,七十年代大规模集成电路制造设备的十年,世界IC与微光刻发展史,中国IC与微光刻发展史,1979,16K位DRAM和4K位SRAM问世,研制出64K位DRAM世界进入VLSI时代,IB
16、M推出世界第一台PC机（Intel 8088）,我国研制成功4096位N沟DRAM GaAs 单片 IC1978,我国第一条2英寸集成电路生产线,我国研制成1024位PMOS GaAs 场效应DRAM1977,1978,八十年代集成电路进入自动化大生产的十年,世界IC与微光刻发展史,中国IC与微光刻发展史,研制出256K DRAM和64K CMOS SRAM 1980,研制出世界上第一台便携式计算机 Osborne I 1981,世界第一条5英寸集成电路生产线 1982,16位微处理器 1.5微米工艺,80286 CPU 80C86 CPU 1M DRAM,1984,我国研制成功1024位 S
17、RAM；8位微处理器,研制成4096位 SRAM; 16K DRAM,研制成硅栅 CMOS 1024位DRAM,我国第一条3英寸集成电路生产线 江南无线电器材（742）1980,国务院成立计算机和IC领导小组1984改名为国务院电子振兴领导小组;提出建立南北基地航天点,1984,八十年代集成电路进入自动化大生产的十年,世界IC与微光刻发展史,中国IC与微光刻发展史,1987,1987,开发出准分子激光光源的曝光工艺,研制出32位微处理器 1微米工艺,研制出4M DRAM世界进入集成度达1亿个单元的极大规模集成电路（ULSI）时代,世界第一条6英寸集成电路生产线,80386 CPU 20MHz,
18、我国研制成功64K DRAM,研制成16K SRAM；16位微处理器 1985,我国引进一批GCA光学曝光系统 1985,我国原国家标准局组织成立“SEMI标准研究与转化”协调小组，翻译出版SEMI标准1987中译版,厦门七五IC普5发3攻1发展战略1986,八十年代集成电路进入自动化大生产的十年,世界IC与微光刻发展史,中国IC与微光刻发展史,1989,1989,研制出16M 位DRAM，进入ULSI时代,世界第一条8英寸集成电路生产线 1988,研制出32位 80486微处理器25、50MHz 1微米, 0.8微米 CMOS工艺 120万个晶体管； 1MB DRAM 进入市场,我国第一条4
19、英寸集成电路生产线 1988,无锡八五IC战略研讨加快基地建设,标志着我国也进入 VLSI和微米级微细加工技术时代；掩模制造业形成规模, 分辨率优于1.25微米以CAD制版为主,九十年代 特征尺寸向深亚微米推进的十年,世界IC与微光刻发展史,中国IC与微光刻发展史,研制出64M DRAM 1990,研制出64位 Pentium MMX微处理器133-200M 0.6-0.35微米工艺 1995,研制出 256M DRAM,研制出64位微处理器 1992,80586 CPU 0.8微米工艺 1991,研制出66MHz Pentium 微处理器,我国成立南方产业基地北方研究基地 1990,我国研制
20、成功1M汉字ROM 2000门门阵列 1991,我国第一条5英寸集成电路生产线 1992,国家计委机电部决定实施908工程目标达到 0.5-0.8微米工艺,1991年9月24日国家技术监督局组织成立“中国SEMI标准化工作组”翻译出版SEMI标准1990中译版成立 “SEMI 中国标准化委员会”,九十年代 特征尺寸向深亚微米推进的十年,世界IC与微光刻发展史,中国IC与微光刻发展史,研制出 1G位 SDRAM0.18 微米工艺,研制出 1G DRAM世界进入集成度达10亿个单元的巨大规模集成电路（GLSI）时代,研制出64位Pentium II 微处理器233-453M 0.35-0.25 微米工艺,研制出光子计算机芯片 1999,世界第一条12英寸集成电路生产线,研制出64位Pentium III 微处理器450-550M 0.25 微米工艺,我国研制成功万门门阵列 0.5 um,我国第一条8英寸集成电路生产线2月工艺技术提升到 0.35微米工艺,我国第一条6英寸集成电路生产线,我国开展亚微米加工技术研究,逐渐进入以EB高精度制版光刻年代特征尺寸近 0.5微米邻接精度0.1 微米 1999,
