光刻工藝(光刻工藝的原理是什么?)

1.光刻工藝的原理是什么?

光刻工藝是利用類似照相制版的原理，在半導(dǎo)體晶片表面的掩膜層上面刻蝕精細(xì)圖形的表面加工技術(shù)。也就是使用可見光和紫外光線把電路圖案投影“印刷”到覆有感光材料的硅晶片表面，再經(jīng)過(guò)蝕刻工藝去除無(wú)用部分，所剩就是電路本身了。光刻工藝的流程中有制版、硅片氧化、涂膠、曝光、顯影、腐蝕、去膠等。

光刻是制作半導(dǎo)體器件和集成電路的關(guān)鍵工藝。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，都是用帶有圖形的掩膜覆蓋在被加工的半導(dǎo)體芯片表面，制作出半導(dǎo)體器件的不同工作區(qū)。隨著集成電路所包含的器件越來(lái)越多，要求單個(gè)器件尺寸及其間隔越來(lái)越小，所以常以光刻所能分辨的最小線條寬度來(lái)標(biāo)志集成電路的工藝水平。國(guó)際上較先進(jìn)的集成電路生產(chǎn)線是1微米線，即光刻的分辨線寬為1微米。日本兩家公司成功地應(yīng)用加速器所產(chǎn)生的同步輻射X射線進(jìn)行投影式光刻，制成了線寬為0.1微米的微細(xì)布線，使光刻技術(shù)達(dá)到新的水平。

2.光刻技術(shù)的原理是什么?

光刻技術(shù)的原理集成電路制造中利用光學(xué)- 化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)、物理刻蝕方法，將電路圖形傳遞到單晶表面或介質(zhì)層上，形成有效圖形窗口或功能圖形的工藝技術(shù)。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，光刻技術(shù)傳遞圖形的尺寸限度縮小了2~3個(gè)數(shù)量級(jí)（從毫米級(jí)到亞微米級(jí)），已從常規(guī)光學(xué)技術(shù)發(fā)展到應(yīng)用電子束、X射線、微離子束、激光等新技術(shù)；使用波長(zhǎng)已從4000埃擴(kuò)展到 0.1埃數(shù)量級(jí)范圍。光刻技術(shù)成為一種精密的微細(xì)加工技術(shù)。

光刻技術(shù)是在一片平整的硅片上構(gòu)建半導(dǎo)體MOS管和電路的基礎(chǔ)，這其中包含有很多步驟與流程。首先要在硅片上涂上一層耐腐蝕的光刻膠，隨后讓強(qiáng)光通過(guò)一塊刻有電路圖案的鏤空掩模板（MASK）照射在硅片上。

被照射到的部分（如源區(qū)和漏區(qū)）光刻膠會(huì)發(fā)生變質(zhì)，而構(gòu)筑柵區(qū)的地方不會(huì)被照射到，所以光刻膠會(huì)仍舊粘連在上面。接下來(lái)就是用腐蝕性液體清洗硅片，變質(zhì)的光刻膠被除去，露出下面的硅片，而柵區(qū)在光刻膠的保護(hù)下不會(huì)受到影響。

隨后就是粒子沉積、掩膜、刻線等操作，直到最后形成成品晶片（WAFER）。

3.光刻技術(shù)的工藝流程

常規(guī)光刻技術(shù)是采用波長(zhǎng)為2000~4500埃的紫外光作為圖像信息載體，以光致抗蝕劑為中間（圖像記錄）媒介實(shí)現(xiàn)圖形的變換、轉(zhuǎn)移和處理，最終把圖像信息傳遞到晶片（主要指硅片）或介質(zhì)層上的一種工藝（圖1）。在廣義上，它包括光復(fù)印和刻蝕工藝兩個(gè)主要方面。

①光復(fù)印工藝：經(jīng)曝光系統(tǒng)將預(yù)制在掩模版上的器件或電路圖形按所要求的位置，精確傳遞到預(yù)涂在晶片表面或介質(zhì)層上的光致抗蝕劑薄層上。

②刻蝕工藝：利用化學(xué)或物理方法，將抗蝕劑薄層未掩蔽的晶片表面或介質(zhì)層除去，從而在晶片表面或介質(zhì)層上獲得與抗蝕劑薄層圖形完全一致的圖形。集成電路各功能層是立體重疊的，因而光刻工藝總是多次反復(fù)進(jìn)行。例如，大規(guī)模集成電路要經(jīng)過(guò)約10次光刻才能完成各層圖形的全部傳遞。在狹義上，光刻工藝僅指光復(fù)印工藝，即圖1中從④到⑤或從③到⑤的工藝過(guò)程。 常用的曝光方式分類如下：

接觸式曝光和非接觸式曝光的區(qū)別，在于曝光時(shí)掩模與晶片間相對(duì)關(guān)系是貼緊還是分開。接觸式曝光具有分辨率高、復(fù)印面積大、復(fù)印精度好、曝光設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便和生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。但容易損傷和沾污掩模版和晶片上的感光膠涂層，影響成品率和掩模版壽命，對(duì)準(zhǔn)精度的提高也受到較多的限制。一般認(rèn)為，接觸式曝光只適于分立元件和中、小規(guī)模集成電路的生產(chǎn)。

非接觸式曝光主要指投影曝光。在投影曝光系統(tǒng)中，掩膜圖形經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像在感光層上，掩模與晶片上的感光膠層不接觸，不會(huì)引起損傷和沾污，成品率較高，對(duì)準(zhǔn)精度也高，能滿足高集成度器件和電路生產(chǎn)的要求。但投影曝光設(shè)備復(fù)雜，技術(shù)難度高，因而不適于低檔產(chǎn)品的生產(chǎn)?，F(xiàn)代應(yīng)用最廣的是 1:1倍的全反射掃描曝光系統(tǒng)和x:1倍的在硅片上直接分步重復(fù)曝光系統(tǒng)。 直接分步重復(fù)曝光系統(tǒng) （DSW） 超大規(guī)模集成電路需要有高分辨率、高套刻精度和大直徑晶片加工。直接分步重復(fù)曝光系統(tǒng)是為適應(yīng)這些相互制約的要求而發(fā)展起來(lái)的光學(xué)曝光系統(tǒng)。主要技術(shù)特點(diǎn)是：①采用像面分割原理，以覆蓋最大芯片面積的單次曝光區(qū)作為最小成像單元，從而為獲得高分辨率的光學(xué)系統(tǒng)創(chuàng)造條件。②采用精密的定位控制技術(shù)和自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行重復(fù)曝光，以組合方式實(shí)現(xiàn)大面積圖像傳遞，從而滿足晶片直徑不斷增大的實(shí)際要求。③縮短圖像傳遞鏈，減少工藝上造成的缺陷和誤差，可獲得很高的成品率。④采用精密自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)，避免高溫工藝引起的晶片變形對(duì)成像質(zhì)量的影響。⑤采用原版自動(dòng)選擇機(jī)構(gòu)（版庫(kù)），不但有利于成品率的提高，而且成為能靈活生產(chǎn)多電路組合的常規(guī)曝光系統(tǒng)。這種系統(tǒng)屬于精密復(fù)雜的光、機(jī)、電綜合系統(tǒng)。它在光學(xué)系統(tǒng)上分為兩類。一類是全折射式成像系統(tǒng)，多采用1/5~1/10的縮小倍率，技術(shù)較成熟；一類是1:1倍的折射-反射系統(tǒng)，光路簡(jiǎn)單，對(duì)使用條件要求較低。

4.光刻工藝

光刻是通過(guò)一系列生產(chǎn)步驟將晶圓表面薄膜的特定部分除去的工藝（圖4。

7）。在此之后，晶圓表面會(huì)留下帶有微圖形結(jié)構(gòu)的薄膜。

被除去的部分可能形狀是薄膜內(nèi)的孔或是殘留的島狀部分。 光刻工藝也被稱為大家熟知的Photomasking, masking, photolithography， 或microlithography。

在晶圓的制造過(guò)程中，晶體三極管、二極管、電容、電阻和金屬層的各種物理部件在晶圓表面或表層內(nèi)構(gòu)成。這些部件是每次在一個(gè)掩膜層上生成的，并且結(jié)合生成薄膜及去除特定部分，通過(guò)光刻工藝過(guò)程，最終在晶圓上保留特征圖形的部分。

光刻生產(chǎn)的目標(biāo)是根據(jù)電路設(shè)計(jì)的要求，生成尺寸精確的特征圖形，并且在晶圓表面的位置正確且與其它部件（parts）的關(guān)聯(lián)正確。 光刻是所有四個(gè)基本工藝中最關(guān)鍵的。

光刻確定了器件的關(guān)鍵尺寸。光刻過(guò)程中的錯(cuò)誤可造成圖形歪曲或套準(zhǔn)不好，最終可轉(zhuǎn)化為對(duì)器件的電特性產(chǎn)生影響。

圖形的錯(cuò)位也會(huì)導(dǎo)致類似的不良結(jié)果。光刻工藝中的另一個(gè)問(wèn)題是缺陷。

光刻是高科技版本的照相術(shù)，只不過(guò)是在難以置信的微小尺寸下完成。 在制程中的污染物會(huì)造成缺陷。

事實(shí)上由于光刻在晶圓生產(chǎn)過(guò)程中要完成5層至20層或更多，所以污染問(wèn)題將會(huì)放大。 。