光(guang)刻(ke)是半導體(ti)芯片生產流程(cheng)中(zhong)最復雜、最關(guan)(guan)鍵的(de)工(gong)(gong)藝步驟，耗時長、成(cheng)本高(gao)。半導體(ti)芯片生產的(de)難點和關(guan)(guan)鍵點在于將電路圖從掩模上轉移至硅片上，這一過程(cheng)通(tong)過光(guang)刻(ke)來實現，光(guang)刻(ke)的(de)工(gong)(gong)藝水平直接決定芯片的(de)制程(cheng)水平和性(xing)能水平......

光刻概念

光刻(ke)是平面(mian)(mian)型晶體管和(he)集成電(dian)路生(sheng)產中的(de)一個主要(yao)工藝。是對半(ban)導(dao)體晶片表面(mian)(mian)的(de)掩蔽物(如二氧化(hua)硅)進(jin)行開孔，以便(bian)進(jin)行雜質的(de)定域擴(kuo)散的(de)一種加工技術。

一(yi)般(ban)的光刻工(gong)藝要(yao)經歷硅(gui)片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準曝(pu)光、后烘、顯影、硬烘、刻蝕(shi)、檢測(ce)等工(gong)序。

1.襯底預處理（SubstratePre-treatment）：

半(ban)導(dao)體(ti)襯底(di)(di)(di)是一種用于制造半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件的(de)材料(liao)基底(di)(di)(di)。半(ban)導(dao)體(ti)襯底(di)(di)(di)是最常用的(de)半(ban)導(dao)體(ti)材料(liao)之(zhi)一，常用的(de)半(ban)導(dao)體(ti)襯底(di)(di)(di)包括(kuo)硅、鍺和碳化硅等。半(ban)導(dao)體(ti)襯底(di)(di)(di)具有(you)良好(hao)的(de)電學特(te)性(xing)和熱(re)學特(te)性(xing)，可(ke)以提(ti)供半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件所需(xu)要的(de)物理特(te)性(xing)和結構(gou)支持。半(ban)導(dao)體(ti)襯底(di)(di)(di)是半(ban)導(dao)體(ti)制造工藝中的(de)重要組成部分，對半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件的(de)性(xing)能(neng)和穩定性(xing)具有(you)至關重要的(de)作用。

①去除表面污染物(wu)（顆粒、有機物(wu)、工(gong)藝殘(can)余、可動離子）以(yi)及水蒸氣；

②預烘(hong)烤至100~200℃可有助于增強光刻膠(jiao)與襯底的(de)黏附性；

③對(dui)于親水性襯底，使(shi)用增附(fu)(fu)劑增加襯底與光(guang)刻膠的(de)黏附(fu)(fu)性，稱為增附(fu)(fu)或者助黏。

2.涂膠（Coating）：

對于半(ban)導體光刻技術(shu)，在晶圓片(pian)(pian)上(shang)涂(tu)(tu)(tu)光刻膠(jiao)最廣泛(fan)采用的(de)方式是旋(xuan)轉涂(tu)(tu)(tu)膠(jiao)法(fa)和自(zi)動噴涂(tu)(tu)(tu)法(fa)兩種。自(zi)動噴涂(tu)(tu)(tu)法(fa)是將硅(gui)片(pian)(pian)放入(ru)涂(tu)(tu)(tu)膠(jiao)機上(shang)盛片(pian)(pian)的(de)容器里，借助計算(suan)機設(she)定程序，讓硅(gui)片(pian)(pian)自(zi)動地進(jin)入(ru)涂(tu)(tu)(tu)膠(jiao)盤內(nei)進(jin)行噴涂(tu)(tu)(tu)，然后用傳送(song)帶將涂(tu)(tu)(tu)好的(de)硅(gui)片(pian)(pian)送(song)入(ru)前(qian)烘機。旋(xuan)轉涂(tu)(tu)(tu)膠(jiao)法(fa)使用十(shi)分普遍(bian)，旋(xuan)轉涂(tu)(tu)(tu)膠(jiao)工(gong)藝和設(she)備都十(shi)分簡單(dan)，主要包括4個基本步驟。

（1）滴膠。將晶(jing)圓片(pian)在涂膠機(ji)上用(yong)吸氣法固(gu)定，在晶(jing)圓片(pian)靜止或旋轉非常(chang)慢時，將光刻膠滴在晶(jing)圓片(pian)表面的中心位置上。

（2）高(gao)速旋轉(zhuan)。使晶圓片(pian)(pian)快速旋轉(zhuan)到(dao)一個(ge)較高(gao)的速度，光刻膠伸展到(dao)整個(ge)晶圓片(pian)(pian)表面。

（3）甩掉多余的(de)(de)膠。甩去(qu)多余的(de)(de)光(guang)刻(ke)膠，在晶圓(yuan)片(pian)上得到(dao)均勻的(de)(de)光(guang)刻(ke)膠覆蓋層。

（4）溶(rong)劑揮發(fa)。以固定轉速繼續旋轉已涂(tu)膠(jiao)的(de)硅(gui)片，直至溶(rong)劑揮發(fa)，光刻膠(jiao)的(de)膠(jiao)膜幾乎干燥。

旋涂光刻膠(jiao)的厚(hou)度(du)(du)和均勻性都(dou)是(shi)非常關鍵的參數。影(ying)響光刻膠(jiao)厚(hou)度(du)(du)的主要因素是(shi)轉(zhuan)速(su)(su)和光刻膠(jiao)的黏(nian)度(du)(du)，黏(nian)度(du)(du)越高，轉(zhuan)速(su)(su)越低，光刻膠(jiao)的厚(hou)度(du)(du)就越厚(hou)。

3.前烘（Softbake）：

前烘是光刻(ke)工藝的基本(ben)步(bu)驟之(zhi)一，也(ye)被稱為(wei)軟(ruan)烘。即在一定的溫(wen)度(du)下(xia)，使光刻(ke)膠膜(mo)里面(mian)的溶劑緩慢地、充分地逸出來，使光刻(ke)膠膜(mo)干燥(zao)。

①前烘目的：1.將(jiang)硅片(pian)上覆(fu)蓋的光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)溶劑(ji)去(qu)除；2.增強光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)的粘附性以便在(zai)顯影時光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)可以更好地粘附；3.緩和在(zai)旋轉(zhuan)過程中光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)膠(jiao)(jiao)膜內產(chan)生的應(ying)力；4.防止光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)沾到設備上（保持器械潔凈）；

②常見的(de)烘(hong)烤(kao)(kao)方式(shi)：熱板，烘(hong)烤(kao)(kao)時(shi)間(jian)短，但易受(shou)外(wai)界環境影響，烘(hong)箱，烘(hong)烤(kao)(kao)時(shi)間(jian)長，不適合厚膠的(de)烘(hong)烤(kao)(kao)；

③欠(qian)烘，易導(dao)致殘(can)余溶劑(ji)影響曝光及(ji)顯(xian)影過(guo)程，過(guo)烘會減小(xiao)光刻膠中感光成(cheng)分(fen)的(de)活性；

④對(dui)于(yu)襯底對(dui)溫(wen)(wen)度敏感的應(ying)用中，前烘溫(wen)(wen)度可在較低溫(wen)(wen)度（＜60℃）下(xia)進行，但需要適當(dang)延長烘烤時間；

⑤烘烤后需要(yao)冷卻至室溫再進(jin)行(xing)后續(xu)工(gong)藝，特(te)別是厚膠，曝(pu)光前需要(yao)等待一(yi)段時間來實現再吸水過程，保證顯影速度和高對比度。

4.曝光（exposure）：

曝光(guang)(guang)是利用光(guang)(guang)照將掩模版(ban)上的圖形經過(guo)光(guang)(guang)學系統后(hou)投影到光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)上，實現(xian)圖形轉移，是集成(cheng)電(dian)路(lu)制造中光(guang)(guang)刻(ke)工藝的重要(yao)工序之一。

曝光方法：

a、接觸(chu)式曝光（ContactPrinting）。掩(yan)(yan)膜板(ban)直接與光刻膠(jiao)層接觸(chu)。曝光出來的圖形與掩(yan)(yan)膜板(ban)上(shang)的圖形分辨率相(xiang)當，設備簡單。

b、接近式曝光(guang)（ProximityPrinting）。掩膜板與(yu)光(guang)刻膠(jiao)層的略微分(fen)開，大約為10～50μm。可以避免與(yu)光(guang)刻膠(jiao)直(zhi)接接觸而引起的掩膜板損傷(shang)。但是同時引入了衍射效應，降低了分(fen)辨(bian)率(lv)。

c、投影式曝光(guang)（ProjectionPrinting）。在掩(yan)膜板與光(guang)刻膠之間使用透鏡聚集(ji)光(guang)實(shi)現曝光(guang)。一般掩(yan)膜板的尺寸會以需要(yao)轉移(yi)圖形(xing)的4倍制(zhi)作。

5.后烘（postexposurebake-PEB）：

曝光后，顯影前(qian)的烘(hong)(hong)(hong)(hong)烤步(bu)(bu)驟叫做(zuo)后烘(hong)(hong)(hong)(hong)（postbake），后烘(hong)(hong)(hong)(hong)步(bu)(bu)驟需要視(shi)工藝需要選(xuan)做(zuo)，通常(chang)有以(yi)下幾種情(qing)況下我們需要做(zuo)后烘(hong)(hong)(hong)(hong)步(bu)(bu)驟：

①化學(xue)(xue)放大(da)膠(jiao)(jiao)，在(zai)化學(xue)(xue)放大(da)膠(jiao)(jiao)工藝(yi)中(zhong)(zhong)，后烘(hong)又叫交聯烘(hong)烤(kao)，曝(pu)光環節中(zhong)(zhong)產生的光酸(suan)在(zai)交聯烘(hong)烤(kao)中(zhong)(zhong)使得(de)聚合物(wu)發生交聯反應(ying)；②圖(tu)形反轉膠(jiao)(jiao)，圖(tu)形反轉膠(jiao)(jiao)的負膠(jiao)(jiao)工藝(yi)中(zhong)(zhong)，顯影前需要(yao)進行后烘(hong)和泛曝(pu)光；③消(xiao)除駐(zhu)波，后烘(hong)可以使得(de)光刻膠(jiao)(jiao)中(zhong)(zhong)的光活(huo)性物(wu)質擴散(san)，從而(er)消(xiao)除駐(zhu)波效應(ying)，但需要(yao)注意，這種橫向擴散(san)也會導致圖(tu)形質量降低。

6.顯影（development）：

光(guang)(guang)刻膠(jiao)涂敷的(de)晶圓通過(guo)曝(pu)光(guang)(guang)、PEB及光(guang)(guang)學EBR之后，將被(bei)送去顯(xian)影。顯(xian)影會去除不需(xu)要的(de)光(guang)(guang)刻膠(jiao)，并形成由光(guang)(guang)刻版(ban)或(huo)倍(bei)縮(suo)光(guang)(guang)刻版(ban)所定義(yi)的(de)圖形。對于常(chang)用(yong)的(de)正膠(jiao)，曝(pu)光(guang)(guang)的(de)部分會溶解在(zai)顯(xian)影劑中。

顯影(ying)過(guo)(guo)程是指將硅片(pian)表面(mian)的光刻膠進行化學反應(ying)，從而形成微(wei)小(xiao)結構(gou)的過(guo)(guo)程。顯影(ying)過(guo)(guo)程主(zhu)要包(bao)括以下幾個步驟(zou)：

（1）涂覆顯影(ying)劑：將(jiang)顯影(ying)劑涂覆在硅(gui)片(pian)表(biao)面，以溶解光刻膠。

（2）顯影(ying)：通過化學反應將(jiang)硅片表(biao)面的光刻膠進行溶解，從而形(xing)成微小的結(jie)構。

（3）清洗：將硅(gui)片表面的顯影劑和(he)光(guang)刻膠殘留物清洗干凈，以準備下一次(ci)曝光(guang)。

顯(xian)影(ying)(ying)的影(ying)(ying)響因素(su)主要有顯(xian)影(ying)(ying)液(ye)、顯(xian)影(ying)(ying)方式(shi)以(yi)及(ji)溫(wen)度等，同種光刻(ke)膠顯(xian)影(ying)(ying)液(ye)稀(xi)釋后顯(xian)影(ying)(ying)速度降(jiang)低(di)，對比(bi)度提(ti)高(gao)、顯(xian)影(ying)(ying)方式(shi)決定了光刻(ke)膠與新鮮(xian)顯(xian)影(ying)(ying)液(ye)的接觸是否(fou)充分，溫(wen)度高(gao)，顯(xian)影(ying)(ying)速度快。

7.定影（stopping）：

定(ding)影(ying)(ying)，終(zhong)止顯影(ying)(ying)過程(cheng)，紫外(wai)光刻膠由于常用的是水溶(rong)性堿(jian)作為(wei)顯影(ying)(ying)液，故常用水沖(chong)洗(xi)即可；電(dian)子束膠常用有機溶(rong)劑作為(wei)顯影(ying)(ying)液，所以需要(yao)專門的定(ding)影(ying)(ying)液來進行定(ding)影(ying)(ying)。

需要(yao)注意的(de)是，電子束曝光獲得(de)的(de)深寬比很高(gao)的(de)光刻膠(jiao)結(jie)構，由于(yu)自身強度較弱，在表面張力作(zuo)用(yong)下(xia)容易坍塌。

在lift-off工藝中，顯影后(hou)底膠的(de)處理，也需要特別注意(yi)。

8.堅膜（hardbake）：

又稱堅(jian)膜(mo)烘焙，是將顯影后的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)中剩(sheng)余的(de)(de)(de)(de)(de)溶劑(ji)、顯影液、水及其他不(bu)(bu)必要的(de)(de)(de)(de)(de)殘留成分通過(guo)加熱(re)蒸(zheng)發去除(chu)，以(yi)提高光(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)與硅襯(chen)底的(de)(de)(de)(de)(de)黏(nian)附性及光(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)抗刻蝕能力。堅(jian)膜(mo)過(guo)程的(de)(de)(de)(de)(de)溫度視光(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)(tong)及堅(jian)膜(mo)方(fang)法的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)(tong)而有所不(bu)(bu)同(tong)(tong)，以(yi)光(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)圖(tu)形(xing)不(bu)(bu)發生形(xing)變為(wei)前提，并應使光(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)變得足夠堅(jian)硬。

另外，一定要(yao)注意堅膜的溫(wen)度，溫(wen)度通常要(yao)高于前烘溫(wen)度100-130℃，時間2分鐘。過高的溫(wen)度會光刻膠(jiao)結構變形(xing)(xing)、融化甚(shen)至圖形(xing)(xing)消(xiao)失。

9.圖形轉移（patterntransfer）：

⑴刻(ke)(ke)(ke)(ke)蝕(shi)(shi)工藝：最常用的(de)(de)(de)圖案轉移方(fang)案，將(jiang)顯(xian)影后(hou)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)放(fang)在(zai)高(gao)真空環境中(zhong)，然(ran)后(hou)注入刻(ke)(ke)(ke)(ke)蝕(shi)(shi)氣體、液體、等離子體等。未被(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)保護(hu)的(de)(de)(de)部分(fen)襯(chen)底(di)(di)(di)會(hui)與刻(ke)(ke)(ke)(ke)蝕(shi)(shi)劑反(fan)應，在(zai)表面(mian)被(bei)(bei)刻(ke)(ke)(ke)(ke)蝕(shi)(shi)出(chu)圖案，被(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)覆蓋的(de)(de)(de)區域則不會(hui)被(bei)(bei)刻(ke)(ke)(ke)(ke)蝕(shi)(shi)。沉積的(de)(de)(de)過(guo)程與刻(ke)(ke)(ke)(ke)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)過(guo)程相反(fan)，通(tong)過(guo)鍍膜等方(fang)式在(zai)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)表面(mian)沉積上一層目標(biao)材料。在(zai)沒有光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)的(de)(de)(de)區域目標(biao)材料與襯(chen)底(di)(di)(di)直接接觸，在(zai)有光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)的(de)(de)(de)區域，目標(biao)材料與襯(chen)底(di)(di)(di)之間被(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)隔(ge)離開(kai)來。

⑵離(li)(li)子注入(ru)：摻雜一(yi)定量的(de)(de)污(wu)染(ran)物來改變半導體的(de)(de)導電性能。離(li)(li)子注入(ru)使用一(yi)束摻雜離(li)(li)子在(zai)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)圖(tu)案襯底上方加速。光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)殘(can)留的(de)(de)區(qu)域(yu)離(li)(li)子會被阻擋，未被光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)覆蓋的(de)(de)區(qu)域(yu)被離(li)(li)子嵌入(ru)，形成(cheng)了選擇性摻雜的(de)(de)區(qu)域(yu)。

⑶金屬剝(bo)離(li)（lift-off）：它是在(zai)(zai)襯(chen)底上用光(guang)刻工藝獲得圖(tu)(tu)(tu)案(an)化的(de)(de)光(guang)刻膠(jiao)結構或(huo)者金屬等掩膜，然后以具有一定圖(tu)(tu)(tu)形的(de)(de)光(guang)致抗蝕劑膜為掩模，帶膠(jiao)蒸發所需的(de)(de)金屬，最后在(zai)(zai)去除光(guang)致抗蝕劑的(de)(de)同(tong)時，把膠(jiao)膜上的(de)(de)金屬一起剝(bo)離(li)干凈，在(zai)(zai)基片上只剩下原刻出圖(tu)(tu)(tu)形的(de)(de)金屬。

10.去膠（remove）：

光(guang)(guang)刻(ke)膠作為掩(yan)膜(mo)材料在半導(dao)體加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝中起到了圖形(xing)復(fu)制(zhi)和傳遞的(de)作用(yong)，而一旦刻(ke)蝕工(gong)(gong)藝（或者其他工(gong)(gong)藝）完(wan)成，光(guang)(guang)刻(ke)膠的(de)使命也(ye)就(jiu)完(wan)成，必須(xu)將其完(wan)全(quan)清除干凈，這一工(gong)(gong)序(xu)就(jiu)是去膠。

在集成電路?藝(yi)中(zhong)，去(qu)(qu)(qu)(qu)膠(jiao)的(de)(de)(de)?法(fa)包括濕法(fa)去(qu)(qu)(qu)(qu)膠(jiao)和?法(fa)去(qu)(qu)(qu)(qu)膠(jiao)，在濕法(fa)去(qu)(qu)(qu)(qu)膠(jiao)中(zhong)?分(fen)為(wei)有(you)機(ji)(ji)溶(rong)(rong)劑(ji)去(qu)(qu)(qu)(qu)膠(jiao)和?機(ji)(ji)溶(rong)(rong)劑(ji)去(qu)(qu)(qu)(qu)膠(jiao)。使?有(you)機(ji)(ji)溶(rong)(rong)劑(ji)去(qu)(qu)(qu)(qu)膠(jiao)，主(zhu)要(yao)是使光刻膠(jiao)溶(rong)(rong)于有(you)機(ji)(ji)溶(rong)(rong)劑(ji)中(zhong)，從?達到去(qu)(qu)(qu)(qu)膠(jiao)的(de)(de)(de)?的(de)(de)(de)。有(you)機(ji)(ji)溶(rong)(rong)劑(ji)去(qu)(qu)(qu)(qu)膠(jiao)中(zhong)使?的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)劑(ji)主(zhu)要(yao)有(you)丙酮和芳(fang)?族的(de)(de)(de)有(you)機(ji)(ji)溶(rong)(rong)劑(ji)。?機(ji)(ji)熔(rong)液(ye)去(qu)(qu)(qu)(qu)膠(jiao)的(de)(de)(de)原理是利?光刻膠(jiao)本?也(ye)是有(you)機(ji)(ji)物的(de)(de)(de)特點（主(zhu)要(yao)由碳(tan)(tan)和氫(qing)等元(yuan)素(su)構成的(de)(de)(de)化合物），通過使??些?機(ji)(ji)溶(rong)(rong)劑(ji)（如硫(liu)酸和雙氧?等），將光刻膠(jiao)中(zhong)的(de)(de)(de)碳(tan)(tan)元(yuan)素(su)氧化稱為(wei)?氧化碳(tan)(tan)，這(zhe)樣(yang)就可以把(ba)光刻膠(jiao)從硅(gui)?的(de)(de)(de)表?除去(qu)(qu)(qu)(qu)。

寫在最后

以(yi)上(shang)是光刻工(gong)(gong)藝(yi)(yi)的一般步驟(zou)，具體的工(gong)(gong)藝(yi)(yi)參(can)數和步驟(zou)可能(neng)因應(ying)用(yong)和芯片制(zhi)造技術(shu)的不(bu)同而有(you)所變化。光刻工(gong)(gong)藝(yi)(yi)的優化和控(kong)制(zhi)是集成電(dian)路制(zhi)造中(zhong)的關鍵技術(shu)之一，對于(yu)實(shi)現高精度、高性能(neng)的微(wei)納米器件具有(you)重(zhong)要意義。