半导体之光刻工艺

　　造芯片，首先要有光，人类如何用飘渺无形的光，雕刻出一枚精巧至极的芯片，今天就来跟大家分享一下。

　　光刻原理

　　光刻是半导体器件制造工艺中的一个重要步骤，该步骤利用曝光和显影在光刻胶层上刻画几何图形结构，然后通过刻蚀工艺将光掩模上的图形转移到所在衬底上。以下为大家分享下光刻环节的工艺流程。

　　光刻工艺制程

　　1.清洗、涂胶

　　清洗：除去表面的污染物(颗粒、有机物、工艺残余、可动离子)，除去水蒸气，使基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性。进行光刻前，首先要在晶圆上涂覆光敏材料“光刻胶”，然后将晶圆放入光刻机。

　　静态涂胶：硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂。

　　动态涂胶：低速旋转、滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂。

　　2.前烘

　　烘烤目的：去除光刻胶中的溶剂、增强黏附性、释放光刻胶膜内应力以及防止光刻胶污染设备。烘烤后需要冷却至室温再进行后续工艺，特别是厚胶，曝光前需要等待一段时间来实现在吸水过程，保证显影速度和高对比度。

　　3.曝光

　　曝光中最重要的两个参数是：曝光能量(Energy)和焦距(Focus)。如果能量和焦距调整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的图形。表现为图形的关键尺寸超出要求的范围。曝光方式分为：接触时曝光、接近式曝光、投影式曝光，在曝光过程中，光源发出的光线经汇聚透镜照射在掩模板上，透过掩模板产生衍射光束，这些衍射光束携带了掩模板上的图形信息，光束经过投影透镜聚焦到晶圆表面，在晶圆表面形成掩模图形的像(如图)。

　　曝光技术是光刻工艺中重要的一步，主要分为两种：UV曝光和激光曝光。

　　UV曝光是使用UV光将设计好的电路图形模式转化为实际电路板的技术，激光曝光是使用激光将设计好的电路图形模式转化为实际电路板的技术，UV曝光中的波长分布如下：

　　曝光技术在光刻工艺中扮演着重要的角色，通过使用不同的曝光技术可以实现不同的功能，在制造电路板的过程中起至关重要的作用。因此，在光刻工艺中要求曝光技术的精度要高，以保证线路板的功能和使用寿命。

　　4.后烘与显影

　　晶圆离开光刻机后，要再次进行烘烤，以减少驻波效应，激发化学增强光刻胶的PAG产生的酸与光刻胶上的保护基团发生反应并移除基团使之溶解于显影液。

　　后烘之后，把之前曝光的部分溶解清除，光掩模上的图形就复现在了光刻胶上，这就是显影。

　　5.硬烘

　　再次烘烤，完全蒸发掉光刻胶里的溶剂，以提高光刻胶在离子注入或蚀刻中保护下表面的能力，进一步增强光刻胶和硅片之间的粘附性，减少驻波效应，使光刻的图案永久固定。

　　6.蚀刻

　　硬烘完成后，使用气体等材料去除多余的空白部分，形成3D电路图案。

　　7.去胶与清洗

　　光刻胶的主要功能是在整个区域进行化学或机械处理工艺时，保护光刻胶下的衬底部分。所以当蚀刻或离子注入之后，已经不再需要光刻胶作保护层，可以将其除去，这一步骤简称去胶 。最后再次清洗去除表面污物，整个光刻工艺就完成了。