1.光刻膠

正膠

負(fù)膠

光刻膠也稱(chēng)為光致抗蝕劑，是一種光敏材料，它受到光照后特性會(huì)發(fā)生改變。光刻膠主要用來(lái)將光刻掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓片上。

    光刻膠有正膠和負(fù)膠之分。正膠經(jīng)過(guò)曝光后，受到光照的部分變得容易溶解，經(jīng)過(guò)顯影后被溶解，只留下未受光照的部分形成圖形；而負(fù)膠卻恰恰相反，經(jīng)過(guò)曝光后，受到光照的部分會(huì)變得不易溶解，經(jīng)過(guò)顯影后，留下光照部分形成圖形。

    負(fù)膠在光刻工藝上應(yīng)用最早，其工藝成本低、產(chǎn)量高，但由于它吸收顯影液后會(huì)膨脹，導(dǎo)致其分辨率（即光刻工藝中所能形成最小圖形）不如正膠，因此對(duì)于亞微米甚至更小尺寸的加工技術(shù)，主要使用正膠作為光刻膠。

2.光刻掩膜版

集成電路設(shè)計(jì)與工藝制造之間的接口是版圖。那么什么是版圖呢？集成電路的版圖就是對(duì)應(yīng)于晶圓片上電路元器件結(jié)構(gòu)的幾何圖形組合，只不過(guò)這些幾何圖形是由不同層的圖形組合而成的，如有源層、多晶硅、N+注入或P+注入，N阱（用于制作PMOS晶體管）以及金屬層等。

    集成電路的版圖是由設(shè)計(jì)工程師在工作站上完成的，最終得到的是關(guān)于版圖的圖像或數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)被交付給集成電路制造商，而制造商要將版圖的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓片上，就需要經(jīng)過(guò)一個(gè)重要的中間環(huán)節(jié)──制版，即制作一套相應(yīng)的光刻掩膜版。制版的目的就是產(chǎn)生一套分層的版圖光刻掩膜版，為將來(lái)進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移（光刻和刻蝕）做準(zhǔn)備。

    制造商將設(shè)計(jì)工程師交付的標(biāo)準(zhǔn)制版數(shù)據(jù)傳送給一個(gè)稱(chēng)作圖形發(fā)生器的設(shè)備，圖形發(fā)生器會(huì)根據(jù)該數(shù)據(jù)完成圖形的縮小和重復(fù)，并將版圖數(shù)據(jù)分層轉(zhuǎn)移到各層光刻掩膜版（為涂有感光材料的優(yōu)質(zhì)玻璃板）上，這就是制版。每層版圖對(duì)應(yīng)于不同的光刻掩膜版，并對(duì)應(yīng)于不同的工藝步驟。

光刻掩膜版質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響光刻圖形的質(zhì)量。在芯片制造過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)十幾乃至幾十次的光刻，每次光刻都需要一塊光刻掩膜版，每塊光刻掩膜版的質(zhì)量都會(huì)影響光刻的質(zhì)量。因此要有高的成品率，就必須制作出高質(zhì)的光刻掩膜版。

3.曝光系統(tǒng)

曝光機(jī)

 將光刻掩膜版與涂上光刻膠的晶圓片對(duì)準(zhǔn)，用一定波長(zhǎng)的紫外光經(jīng)過(guò)光刻掩膜版照射晶圓片，使晶圓片上受光照的光刻膠的特性發(fā)生變化，這就是曝光。

曝光系統(tǒng)（光刻機(jī)）主要有光學(xué)曝光系統(tǒng)和非光學(xué)曝光系統(tǒng)。光學(xué)曝光系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)階段，即接觸式曝光、接近式曝光、投影式曝光、掃描投影式曝光以及步進(jìn)掃描投影曝光，其中接觸式曝光、接近式曝光和投影式曝光為普通的曝光系統(tǒng)。

非光學(xué)曝光系統(tǒng)有電子束曝光、X射線曝光和離子束曝光，這種曝光系統(tǒng)容易達(dá)到較高的分辨率，其中，限角度投影式電子束光刻系統(tǒng)是目前最具應(yīng)用前景的非光學(xué)光刻系統(tǒng)。

三、精妙的光刻工藝

光刻工藝能刻蝕出多細(xì)的線條直接影響芯片的集成度。工藝線上能夠刻蝕出最細(xì)的線條即為該工藝的特征尺寸，它反應(yīng)了生產(chǎn)線的工藝水平。

    光刻工藝的過(guò)程非常復(fù)雜。在進(jìn)行光刻時(shí)，首先需要通過(guò)曝光將光刻掩膜版的圖形精確地復(fù)制到光刻膠上，然后經(jīng)過(guò)顯影后，去掉需要進(jìn)行進(jìn)一步加工那部分的光刻膠（即開(kāi)出窗口），露出下層的待刻材料，然后在未去除的光刻膠的保護(hù)下，對(duì)窗口處待刻材料進(jìn)行刻蝕，得到所需的圖形，為下一步工藝如摻雜等做好準(zhǔn)備。

    通常將整個(gè)光刻工藝過(guò)程分為底膜處理、涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、刻蝕以及去膠等八個(gè)工藝步驟。

1.底膜處理

晶圓片制造過(guò)程中許多問(wèn)題都是由于表面污染和缺陷造成的，因此晶圓片表面的處理對(duì)于集成電路制造成品率是非常重要的。

    底膜處理是光刻工藝的第一步，其主要目的是對(duì)晶圓片表面進(jìn)行處理，以增強(qiáng)晶圓片與光刻膠之間的黏附性。

    底膜處理包括以下步驟：

    1、清洗

    使晶圓片表面潔凈、干燥，這樣的晶圓片表面才能與光刻膠形成良好的接觸。

    2. 烘干

    晶圓片表面容易吸附濕氣，從而會(huì)影響光刻膠的黏附性，所以需將晶圓片表面烘烤干燥。

    3．增粘處理

為了使晶圓片與光刻膠之間粘附良好，需在烘干后的晶圓片表面涂上一層增粘劑，使晶圓片和光刻膠之間的黏著力增強(qiáng)。

2.涂膠

勻膠機(jī)（甩膠機(jī)）

對(duì)晶圓片進(jìn)行底膜處理后，便可以進(jìn)行涂膠，即在晶圓片上涂上一層粘附良好、厚度適當(dāng)、均勻的光刻膠膜。

涂膠時(shí)的晶圓片表面必須是清潔干燥的。如果晶圓擱置較久，就需要重新進(jìn)行清潔處理后再涂膠。晶圓片最好在氧化后立即涂膠，此時(shí)其表面未被沾污。

一般采用旋轉(zhuǎn)法對(duì)晶圓片進(jìn)行涂膠。其原理是利用晶圓片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生離心力，將滴于片上的膠液甩開(kāi)。在光刻膠表面張力和晶圓片旋轉(zhuǎn)離心力的共同作用下，最終展成厚度均勻的光刻膠膜。 膠膜厚度由晶圓片轉(zhuǎn)速和膠的濃度來(lái)控制。要求厚度適當(dāng)，膜層均勻，粘附良好。

3.前烘

烘膠臺(tái)

涂膠完成后，仍有一定量的溶劑殘存在膠膜內(nèi)，若直接曝光，會(huì)影響圖形的尺寸及完好率。因此，涂膠后，需經(jīng)過(guò)一個(gè)高溫加熱的步驟即前烘，也叫軟烘，它對(duì)后序的一些工藝參數(shù)有很大的影響。

    前烘就是在一定的溫度下，使光刻膠膜里面的溶劑緩慢地、充分地逸出來(lái)，使光刻膠膜干燥，其目的是增加光刻膠與襯底間的粘附性、增強(qiáng)膠膜的光吸收以及抗腐蝕能力，以及緩和涂膠過(guò)程中膠膜內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力等。

4.曝光

曝光是使光刻掩膜版與涂上光刻膠的晶圓片對(duì)準(zhǔn)，用光源經(jīng)過(guò)光刻掩膜版照射晶圓片，使接受到光照的光刻膠的光學(xué)特性發(fā)生變化。

    曝光中要特別注意曝光光源的選擇和對(duì)準(zhǔn)：

    1、曝光光源

    光源的波長(zhǎng)對(duì)光刻膠的感光性有很大的影響，每種光刻膠都有自己的吸收峰和吸收范圍，它只對(duì)波長(zhǎng)在吸收范圍內(nèi)的光才比較敏感，因此選擇的曝光光源必須要滿(mǎn)足光刻膠的感光特性。

    2、對(duì)準(zhǔn)

    對(duì)準(zhǔn)指光刻掩膜版與光刻機(jī)之間的對(duì)準(zhǔn)，二者均刻有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，使標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)即可達(dá)到光刻掩膜版與光刻機(jī)的對(duì)準(zhǔn)。

5.顯影

顯影就是用顯影液溶解掉不需要的光刻膠，將光刻掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上。

    正膠經(jīng)過(guò)曝光和顯影后，只留下未受光照的部分形成圖形；而負(fù)膠經(jīng)過(guò)曝光和顯影后，只留下光照部分形成圖形。

    顯影液和顯影時(shí)間的選擇對(duì)顯影效果的影響是極為重要的。顯影液的選擇原則是：對(duì)需要去除的那部分光刻膠膜溶解得快，溶解度大，對(duì)需要保留的那部分光刻膠膜溶解度極小。

    顯影工藝（包括溫度、時(shí)間、劑量等）的控制非常重要，控制不當(dāng)，光刻膠圖形就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，繼而影響到后面的刻蝕工藝。

6.堅(jiān)膜

和前烘一樣，堅(jiān)膜也是一個(gè)熱處理步驟。就是在一定的溫度下，對(duì)顯影后的晶圓片進(jìn)行烘焙。

經(jīng)過(guò)顯影的光刻膠膜已經(jīng)軟化、膨脹，膠膜與晶圓片表面之間的黏附性下降。堅(jiān)膜的目的是要使殘留的光刻膠溶劑全部揮發(fā)，提高光刻膠與晶圓片表面的黏附性以及光刻膠的抗腐蝕能力，使光刻膠確實(shí)能夠起到保護(hù)作用，為下一步的刻蝕做好準(zhǔn)備。堅(jiān)膜同時(shí)也除去了剩余的顯影液和水。

7.刻蝕

經(jīng)過(guò)前面的一系列工藝已將光刻掩膜版的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上。為了制作集成電路元器件，需將光刻膠上的圖形進(jìn)一步轉(zhuǎn)移到光刻膠下層的材料上。這個(gè)任務(wù)就由刻蝕來(lái)完成。

    刻蝕就是將涂膠前所淀積的薄膜中沒(méi)有被光刻膠（經(jīng)過(guò)曝光和顯影后）覆蓋和保護(hù)的那部分去除掉，達(dá)到將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到其下層材料上的目的。

    光刻膠的下層薄膜可能是二氧化硅、氮化硅、多晶硅或者金屬材料。材料不同或圖形不同，刻蝕的要求不同。

    實(shí)際上，光刻和刻蝕是兩個(gè)不同的加工工藝，但因?yàn)檫@兩個(gè)工藝只有連續(xù)進(jìn)行，才能完成真正意義上的圖形轉(zhuǎn)移，而且在工藝線上，這兩個(gè)工藝經(jīng)常是放在同一工序中，因此有時(shí)也將這兩個(gè)步驟統(tǒng)稱(chēng)為光刻。

8.去膠

超聲波清洗機(jī)

光刻膠除了在光刻過(guò)程中用作從光刻掩膜版到晶圓片的圖形轉(zhuǎn)移媒介，還用做刻蝕時(shí)不需刻蝕區(qū)域的保護(hù)膜。當(dāng)刻蝕完成后，光刻膠已經(jīng)不再有用，需要將其徹底去除，完成這一過(guò)程的工序就是去膠。此外，刻蝕過(guò)程中殘留的各種試劑也要清除掉。

    常用的去膠方法有溶劑去膠、氧化去膠以及等離子去膠三種。

    1、溶劑去膠

    將帶有光刻膠的晶圓片浸泡在去膠容劑中去膠。

    2、氧化去膠

    利用氧化劑與光刻膠反應(yīng)來(lái)去膠。

    3. 等離子去膠

    利用高頻電磁場(chǎng)使氧氣在高頻電場(chǎng)作用下電離形成等離子體，其氧化能力非常強(qiáng)，與光刻膠反應(yīng)使光刻膠變成易揮發(fā)的物質(zhì)被排出系統(tǒng)，達(dá)到去膠的目的。

    去膠結(jié)束，整個(gè)光刻流程也就結(jié)束了。