光刻是半導體芯片生產流程中最復雜、最關鍵的工藝步驟，耗時長、成本高。半導體芯片生產的難點和關鍵點在于將電路圖從掩模上轉移至硅片上，這一過程通過光刻來實現，光刻的工藝水平直接決定芯片的制程水平和性能水平......

光刻概念

光刻是平面型晶體管和集成電路生產中的一個主要工藝。是對半導體晶片表面的掩蔽物(如二氧化硅)進行開孔，以便進行雜質的定域擴散的一種加工技術。

一般的光刻工藝要經歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準曝光、后烘、顯影、硬烘、刻蝕、檢測等工序。

1.襯底預處理（SubstratePre-treatment）：

半導體襯底是一種用于制造半導體器件的材料基底。半導體襯底是最常用的半導體材料之一，常用的半導體襯底包括硅、鍺和碳化硅等。半導體襯底具有良好的電學特性和熱學特性，可以提供半導體器件所需要的物理特性和結構支持。半導體襯底是半導體制造工藝中的重要組成部分，對半導體器件的性能和穩定性具有至關重要的作用。

①去除表面污染物（顆粒、有機物、工藝殘余、可動離子）以及水蒸氣；

②預烘烤至100~200℃可有助于增強光刻膠與襯底的黏附性；

③對于親水性襯底，使用增附劑增加襯底與光刻膠的黏附性，稱為增附或者助黏。

2.涂膠（Coating）：

對于半導體光刻技術，在晶圓片上涂光刻膠最廣泛采用的方式是旋轉涂膠法和自動噴涂法兩種。自動噴涂法是將硅片放入涂膠機上盛片的容器里，借助計算機設定程序，讓硅片自動地進入涂膠盤內進行噴涂，然后用傳送帶將涂好的硅片送入前烘機。旋轉涂膠法使用十分普遍，旋轉涂膠工藝和設備都十分簡單，主要包括4個基本步驟。

（1）滴膠。將晶圓片在涂膠機上用吸氣法固定，在晶圓片靜止或旋轉非常慢時，將光刻膠滴在晶圓片表面的中心位置上。

（2）高速旋轉。使晶圓片快速旋轉到一個較高的速度，光刻膠伸展到整個晶圓片表面。

（3）甩掉多余的膠。甩去多余的光刻膠，在晶圓片上得到均勻的光刻膠覆蓋層。

（4）溶劑揮發。以固定轉速繼續旋轉已涂膠的硅片，直至溶劑揮發，光刻膠的膠膜幾乎干燥。

旋涂光刻膠的厚度和均勻性都是非常關鍵的參數。影響光刻膠厚度的主要因素是轉速和光刻膠的黏度，黏度越高，轉速越低，光刻膠的厚度就越厚。

3.前烘（Softbake）：

前烘是光刻工藝的基本步驟之一，也被稱為軟烘。即在一定的溫度下，使光刻膠膜里面的溶劑緩慢地、充分地逸出來，使光刻膠膜干燥。

①前烘目的：1.將硅片上覆蓋的光刻膠溶劑去除；2.增強光刻膠的粘附性以便在顯影時光刻膠可以更好地粘附；3.緩和在旋轉過程中光刻膠膠膜內產生的應力；4.防止光刻膠沾到設備上（保持器械潔凈）；

②常見的烘烤方式：熱板，烘烤時間短，但易受外界環境影響，烘箱，烘烤時間長，不適合厚膠的烘烤；

③欠烘，易導致殘余溶劑影響曝光及顯影過程，過烘會減小光刻膠中感光成分的活性；

④對于襯底對溫度敏感的應用中，前烘溫度可在較低溫度（＜60℃）下進行，但需要適當延長烘烤時間；

⑤烘烤后需要冷卻至室溫再進行后續工藝，特別是厚膠，曝光前需要等待一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）：

曝光是利用光照將掩模版上的圖形經過光學系統后投影到光刻膠上，實現圖形轉移，是集成電路制造中光刻工藝的重要工序之一。

曝光方法：

a、接觸式曝光（ContactPrinting）。掩膜板直接與光刻膠層接觸。曝光出來的圖形與掩膜板上的圖形分辨率相當，設備簡單。

b、接近式曝光（ProximityPrinting）。掩膜板與光刻膠層的略微分開，大約為10～50μm。可以避免與光刻膠直接接觸而引起的掩膜板損傷。但是同時引入了衍射效應，降低了分辨率。

c、投影式曝光（ProjectionPrinting）。在掩膜板與光刻膠之間使用透鏡聚集光實現曝光。一般掩膜板的尺寸會以需要轉移圖形的4倍制作。

5.后烘（postexposurebake-PEB）：

曝光后，顯影前的烘烤步驟叫做后烘（postbake），后烘步驟需要視工藝需要選做，通常有以下幾種情況下我們需要做后烘步驟：

①化學放大膠，在化學放大膠工藝中，后烘又叫交聯烘烤，曝光環節中產生的光酸在交聯烘烤中使得聚合物發生交聯反應；②圖形反轉膠，圖形反轉膠的負膠工藝中，顯影前需要進行后烘和泛曝光；③消除駐波，后烘可以使得光刻膠中的光活性物質擴散，從而消除駐波效應，但需要注意，這種橫向擴散也會導致圖形質量降低。

6.顯影（development）：

光刻膠涂敷的晶圓通過曝光、PEB及光學EBR之后，將被送去顯影。顯影會去除不需要的光刻膠，并形成由光刻版或倍縮光刻版所定義的圖形。對于常用的正膠，曝光的部分會溶解在顯影劑中。

顯影過程是指將硅片表面的光刻膠進行化學反應，從而形成微小結構的過程。顯影過程主要包括以下幾個步驟：

（1）涂覆顯影劑：將顯影劑涂覆在硅片表面，以溶解光刻膠。

（2）顯影：通過化學反應將硅片表面的光刻膠進行溶解，從而形成微小的結構。

（3）清洗：將硅片表面的顯影劑和光刻膠殘留物清洗干凈，以準備下一次曝光。

顯影的影響因素主要有顯影液、顯影方式以及溫度等，同種光刻膠顯影液稀釋后顯影速度降低，對比度提高、顯影方式決定了光刻膠與新鮮顯影液的接觸是否充分，溫度高，顯影速度快。

7.定影（stopping）：

定影，終止顯影過程，紫外光刻膠由于常用的是水溶性堿作為顯影液，故常用水沖洗即可；電子束膠常用有機溶劑作為顯影液，所以需要專門的定影液來進行定影。

需要注意的是，電子束曝光獲得的深寬比很高的光刻膠結構，由于自身強度較弱，在表面張力作用下容易坍塌。

在lift-off工藝中，顯影后底膠的處理，也需要特別注意。

8.堅膜（hardbake）：

又稱堅膜烘焙，是將顯影后的光刻膠中剩余的溶劑、顯影液、水及其他不必要的殘留成分通過加熱蒸發去除，以提高光刻膠與硅襯底的黏附性及光刻膠的抗刻蝕能力。堅膜過程的溫度視光刻膠的不同及堅膜方法的不同而有所不同，以光刻膠圖形不發生形變為前提，并應使光刻膠變得足夠堅硬。

另外，一定要注意堅膜的溫度，溫度通常要高于前烘溫度100-130℃，時間2分鐘。過高的溫度會光刻膠結構變形、融化甚至圖形消失。

9.圖形轉移（patterntransfer）：

⑴刻蝕工藝：最常用的圖案轉移方案，將顯影后的光刻膠放在高真空環境中，然后注入刻蝕氣體、液體、等離子體等。未被光刻膠保護的部分襯底會與刻蝕劑反應，在表面被刻蝕出圖案，被光刻膠覆蓋的區域則不會被刻蝕。沉積的過程與刻蝕的過程相反，通過鍍膜等方式在光刻膠表面沉積上一層目標材料。在沒有光刻膠的區域目標材料與襯底直接接觸，在有光刻膠的區域，目標材料與襯底之間被光刻膠隔離開來。

⑵離子注入：摻雜一定量的污染物來改變半導體的導電性能。離子注入使用一束摻雜離子在光刻膠圖案襯底上方加速。光刻膠殘留的區域離子會被阻擋，未被光刻膠覆蓋的區域被離子嵌入，形成了選擇性摻雜的區域。

⑶金屬剝離（lift-off）：它是在襯底上用光刻工藝獲得圖案化的光刻膠結構或者金屬等掩膜，然后以具有一定圖形的光致抗蝕劑膜為掩模，帶膠蒸發所需的金屬，最后在去除光致抗蝕劑的同時，把膠膜上的金屬一起剝離干凈，在基片上只剩下原刻出圖形的金屬。

10.去膠（remove）：

光刻膠作為掩膜材料在半導體加工工藝中起到了圖形復制和傳遞的作用，而一旦刻蝕工藝（或者其他工藝）完成，光刻膠的使命也就完成，必須將其完全清除干凈，這一工序就是去膠。

在集成電路?藝中，去膠的?法包括濕法去膠和?法去膠，在濕法去膠中?分為有機溶劑去膠和?機溶劑去膠。使?有機溶劑去膠，主要是使光刻膠溶于有機溶劑中，從?達到去膠的?的。有機溶劑去膠中使?的溶劑主要有丙酮和芳?族的有機溶劑。?機熔液去膠的原理是利?光刻膠本?也是有機物的特點（主要由碳和氫等元素構成的化合物），通過使??些?機溶劑（如硫酸和雙氧?等），將光刻膠中的碳元素氧化稱為?氧化碳，這樣就可以把光刻膠從硅?的表?除去。

寫在最后

以上是光刻工藝的一般步驟，具體的工藝參數和步驟可能因應用和芯片制造技術的不同而有所變化。光刻工藝的優化和控制是集成電路制造中的關鍵技術之一，對于實現高精度、高性能的微納米器件具有重要意義。