| | 光刻(photoetching)是通過一係列生産步驟將晶圓表面薄膜的特定部分除去的工藝（圖4.7）。在此之後，晶圓表面會留下帶有微圖形結構的薄膜。被除去的部分可能形狀是薄膜內的孔或是殘留的島狀部分。
光刻工藝也被稱為大傢熟知的photomasking, masking, photolithography, 或microlithography。在晶圓的製造過程中，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構成。這些部件是每次在一個掩膜層上生成的，並且結合生成薄膜及去除特定部分，通過光刻工藝過程，最終在晶圓上保留特徵圖形的部分。光刻生産的目標是根據電路設計的要求，生成尺寸精確的特徵圖形，並且在晶圓表面的位置正確且與其它部件（parts）的關聯正確。
光刻是所有四個基本工藝中最關鍵的。光刻確定了器件的關鍵尺寸。光刻過程中的錯誤可造成圖形歪麯或套準不好，最終可轉化為對器件的電特性産生影響。圖形的錯位也會導致類似的不良結果。光刻工藝中的另一個問題是缺陷。光刻是高科技版本的照相術，衹不過是在難以置信的微小尺寸下完成。在製程中的污染物會造成缺陷。事實上由於光刻在晶圓生産過程中要完成5層至20層或更多，所以污染問題將會放大。 | | 光刻(photoetching)是通過一係列生産步驟將晶圓表面薄膜的特定部分除去的工藝（圖4.7）。在此之後，晶圓表面會留下帶有微圖形結構的薄膜。被除去的部分可能形狀是薄膜內的孔或是殘留的島狀部分。
光刻工藝也被稱為大傢熟知的Photomasking, masking, photolithography, 或microlithography。在晶圓的製造過程中，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構成。這些部件是每次在一個掩膜層上生成的，並且結合生成薄膜及去除特定部分，通過光刻工藝過程，最終在晶圓上保留特徵圖形的部分。光刻生産的目標是根據電路設計的要求，生成尺寸精確的特徵圖形，並且在晶圓表面的位置正確且與其它部件（parts）的關聯正確。
光刻是所有四個基本工藝中最關鍵的。光刻確定了器件的關鍵尺寸。光刻過程中的錯誤可造成圖形歪麯或套準不好，最終可轉化為對器件的電特性産生影響。圖形的錯位也會導致類似的不良結果。光刻工藝中的另一個問題是缺陷。光刻是高科技版本的照相術，衹不過是在難以置信的微小尺寸下完成。在製程中的污染物會造成缺陷。事實上由於光刻在晶圓生産過程中要完成5層至20層或更多，所以污染問題將會放大。
一般的光刻工藝要經歷硅片表面清洗烘幹、塗底、旋塗光刻膠、軟烘、對準曝光、後烘、顯影、硬烘、刻蝕、檢測等工序。
1、硅片清洗烘幹（Cleaning and Pre-Baking）
方法：濕法清洗＋去離子水衝洗＋脫水烘焙（熱板150～250C,1～2分鐘，氮氣保護）
目的：a、除去表面的污染物（顆粒、有機物、工藝殘餘、可動離子）；b、除去水蒸氣，是基底表面由親水性變為憎水性，增強表面的黏附性（對光刻膠或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。
2、塗底（Priming）
方法：a、氣相成底膜的熱板塗底。HMDS蒸氣澱積，200～250C,30秒鐘；優點：塗底均勻、避免顆粒污染；b、旋轉塗底。缺點：顆粒污染、塗底不均勻、HMDS用量大。
目的：使表面具有疏水性，增強基底表面與光刻膠的黏附性。
3、旋轉塗膠（Spin-on PR Coating）
方法：a、靜態塗膠（Static）。硅片靜止時，滴膠、加速旋轉、甩膠、揮發溶劑（原光刻膠的溶劑約占65～85%,旋塗後約占10～20%）；b、動態（Dynamic）。低速旋轉（500rpm_rotation per minute）、滴膠、加速旋轉（3000rpm）、甩膠、揮發溶劑。
决定光刻膠塗膠厚度的關鍵參數：光刻膠的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻膠的厚度越薄；旋轉速度，速度越快，厚度越薄；
影響光刻膠均勻性的參數：旋轉加速度，加速越快越均勻；與旋轉加速的時間點有關。
一般旋塗光刻膠的厚度與曝光的光源波長有關（因為不同級別的曝光波長對應不同的光刻膠種類和分辨率）：I-line最厚，約0.7～3μm；KrF的厚度約0.4～0.9μm；ArF的厚度約0.2～0.5μm。
4、軟烘（Soft Baking）
方法：真空熱板，85～120C,30～60秒；
目的：除去溶劑（4～7%）；增強黏附性；釋放光刻膠膜內的應力；防止光刻膠玷污設備；
5、邊緣光刻膠的去除（EBR，Edge Bead Removal）。
光刻膠塗覆後，在硅片邊緣的正反兩面都會有光刻膠的堆積。邊緣的光刻膠一般塗布不均勻，不能得到很好的圖形，而且容易發生剝離（Peeling）而影響其它部分的圖形。所以需要去除。
方法：a、化學的方法（Chemical EBR）。軟烘後，用PGMEA或EGMEA去邊溶劑，噴出少量在正反面邊緣出，並小心控製不要到達光刻膠有效區域；b、光學方法（Optical EBR）。即硅片邊緣曝光（WEE，Wafer Edge Exposure）。在完成圖形的曝光後，用激光曝光硅片邊緣，然後在顯影或特殊溶劑中溶解；
6、對準（Alignment）
對準方法：a、預對準，通過硅片上的notch或者flat進行激光自動對準；b、通過對準標志（Align Mark），位於切割槽（Scribe Line）上。另外層間對準，即套刻精度（Overlay），保證圖形與硅片上已經存在的圖形之間的對準。
7、曝光（Exposure）
曝光中最重要的兩個參數是：曝光能量（Energy）和焦距（Focus）。如果能量和焦距調整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的圖形。表現為圖形的關鍵尺寸超出要求的範圍。
曝光方法：
a、接觸式曝光（Contact Printing）。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。缺點：光刻膠污染掩膜板；掩膜板的磨損，壽命很低（衹能使用5～25次）；1970前使用，分辨率〉0.5μm。
b、接近式曝光（Proximity Printing）。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。1970後適用，但是其最大分辨率僅為2～4μm。
c、投影式曝光（Projection Printing）。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倍製作。優點：提高了分辨率；掩膜板的製作更加容易；掩膜板上的缺陷影響減小。
投影式曝光分類：
掃描投影曝光（Scanning Project Printing）。70年代末～80年代初，〉1μm工藝；掩膜板1：1，全尺寸；
步進重複投影曝光（Stepping-repeating Project Printing或稱作Stepper）。80年代末～90年代，0.35μm（I line）～0.25μm（DUV）。掩膜板縮小比例（4：1），曝光區域（Exposure Field）22×22mm（一次曝光所能覆蓋的區域）。增加了棱鏡係統的製作難度。
掃描步進投影曝光（Scanning-Stepping Project Printing）。90年代末～至今，用於≤0.18μm工藝。采用6英寸的掩膜板按照4：1的比例曝光，曝光區域（Exposure Field）26×33mm。優點：增大了每次曝光的視場；提供硅片表面不平整的補償；提高整個硅片的尺寸均勻性。但是，同時因為需要反嚮運動，增加了機械係統的精度要求。
在曝光過程中，需要對不同的參數和可能缺陷進行跟蹤和控製，會用到檢測控製芯片/控片（Monitor Chip）。根據不同的檢測控製對象，可以分為以下幾種：a、顆粒控片（Particle MC）：用於芯片上微小顆粒的監控，使用前其顆粒數應小於10顆；b、卡盤顆粒控片（Chuck Particle MC）：測試光刻機上的卡盤平坦度的專用芯片，其平坦度要求非常高；c、焦距控片（Focus MC）：作為光刻機監控焦距監控；d、關鍵尺寸控片（Critical Dimension MC）：用於光刻區關鍵尺寸穩定性的監控；e、光刻膠厚度控片（PhotoResist Thickness MC）：光刻膠厚度測量；f、光刻缺陷控片（PDM，Photo Defect Monitor）：光刻膠缺陷監控。
舉例：0.18μm的CMOS掃描步進光刻工藝。
光源：KrF氟化氪DUV光源（248nm）；
數值孔徑NA：0.6～0.7；
焦深DOF：0.7μm；
分辨率Resolution：0.18～0.25μm（一般采用了偏軸照明OAI_Off-Axis Illumination和相移掩膜板技術PSM_Phase Shift Mask增強）；
套刻精度Overlay：65nm；
産能Throughput：30～60wafers/hour（200mm）；
視場尺寸Field Size：25×32mm；
8、後烘（PEB，Post Exposure Baking）
方法：熱板，110～130C,1分鐘。
目的：a、減少駐波效應；b、激發化學增強光刻膠的PAG産生的酸與光刻膠上的保護基團發生反應並移除基團使之能溶解於顯影液。
9、顯影（Development）
方法：a、整盒硅片浸沒式顯影（Batch Development）。缺點：顯影液消耗很大；顯影的均勻性差；b、連續噴霧顯影（Continuous Spray Development）/自動旋轉顯影（Auto-rotation Development）。一個或多個噴嘴噴灑顯影液在硅片表面，同時硅片低速旋轉（100～500rpm）。噴嘴噴霧模式和硅片旋轉速度是實現硅片間溶解率和均勻性的可重複性的關鍵調節參數。c、水坑（旋覆浸沒）式顯影（Puddle Development）。噴覆足夠（不能太多，最小化背面濕度）的顯影液到硅片表面，並形成水坑形狀（顯影液的流動保持較低，以減少邊緣顯影速率的變化）。硅片固定或慢慢旋轉。一般采用多次旋覆顯影液：第一次塗覆、保持10～30秒、去除；第二次塗覆、保持、去除。然後用去離子水衝洗（去除硅片兩面的所有化學品）並旋轉甩幹。優點：顯影液用量少；硅片顯影均勻；最小化了溫度梯度。
顯影液：a、正性光刻膠的顯影液。正膠的顯影液位鹼性水溶液。KOH和NaOH因為會帶來可動離子污染（MIC，Movable Ion Contamination），所以在IC製造中一般不用。最普通的正膠顯影液是四甲基氫氧化銨（TMAH）（標準當量濃度為0.26，溫度15～25C）。在I綫光刻膠曝光中會生成羧酸，TMAH顯影液中的鹼與酸中和使曝光的光刻膠溶解於顯影液，而未曝光的光刻膠沒有影響；在化學放大光刻膠（CAR，Chemical Amplified Resist）中包含的酚醛樹脂以PHS形式存在。CAR中的PAG産生的酸會去除PHS中的保護基團（t-BOC），從而使PHS快速溶解於TMAH顯影液中。整個顯影過程中，TMAH沒有同PHS發生反應。b、負性光刻膠的顯影液。二甲苯。清洗液為乙酸丁脂或乙醇、三氯乙烯。
顯影中的常見問題：a、顯影不完全（Incomplete Development）。表面還殘留有光刻膠。顯影液不足造成；b、顯影不夠（Under Development）。顯影的側壁不垂直，由顯影時間不足造成；c、過度顯影（Over Development）。靠近表面的光刻膠被顯影液過度溶解，形成臺階。顯影時間太長。
10、硬烘（Hard Baking）
方法：熱板，100～130C（略高於玻璃化溫度Tg），1～2分鐘。
目的：a、完全蒸發掉光刻膠裏面的溶劑（以免在污染後續的離子註入環境，例如DNQ酚醛樹脂光刻膠中的氮會引起光刻膠局部爆裂）；b、堅膜，以提高光刻膠在離子註入或刻蝕中保護下表面的能力；c、進一步增強光刻膠與硅片表面之間的黏附性；d、進一步減少駐波效應（Standing Wave Effect）。
常見問題：a、烘烤不足（Underbake）。減弱光刻膠的強度（抗刻蝕能力和離子註入中的阻擋能力）；降低針孔填充能力（Gapfill Capability for the needle hole）；降低與基底的黏附能力。b、烘烤過度（Overbake）。引起光刻膠的流動，使圖形精度降低，分辨率變差。
另外還可以用深紫外綫（DUV，Deep Ultra-Violet）堅膜。使正性光刻膠樹脂發生交聯形成一層薄的表面硬殼，增加光刻膠的熱穩定性。在後面的等離子刻蝕和離子註入（125～200C）工藝中減少因光刻膠高溫流動而引起分辨率的降低。 | | guangke
光刻
photoetching
利用照相復製與化學腐蝕相結合的技術，在工件表面製取精密、微細和復雜薄層圖形的化學加工方法。光刻原理雖然在19世紀初就為人們所知，但長期以來由於缺乏優良的光緻抗蝕劑而未得到應用。直到20世紀50年代，美國製成高分辨率和優異抗蝕性能的柯達光緻抗蝕劑(KPR)之後,光刻技術纔迅速發展起來，並開始用在半導體工業方面。光刻是製造高級半導體器件和大規模集成電路的關鍵工藝之一，並已用於刻劃光柵、綫紋尺和度盤等的精密綫紋。
光刻的基本原理是：利用光緻抗蝕劑(或稱光刻膠)感光後因光化學反應而形成耐蝕性的特點，將掩模板上的圖形刻製到被加工表面上。光刻半導體晶片二氧化硅的主要步驟（見圖光刻示意圖）是：①塗布光緻抗蝕劑；②套準掩模板並曝光：③用顯影液溶解未感光的光緻抗蝕劑層；④用腐蝕液溶解掉無光緻抗蝕劑保護的二氧化硅層；⑤去除已感光的光緻抗蝕劑層。
光緻抗蝕劑是一種對光敏感的高分子溶液，種類很多，根據光化學反應的特點一般可分為正性和負性兩大類。凡用顯影液能把感光的部分溶解去除的稱為正性光緻抗蝕劑；用顯影液能把未感光的部分溶解去除的稱為負性光緻抗蝕劑。
光刻的精度很高，可達微米數量級，為使蝕刻綫條清晰、邊緣陡直、分辨率小於1微米的超微細圖形,可采用遠紫外曝光、X射綫曝光、電子束掃描曝光,以及等離子體幹法蝕刻等新技術。
參考書目
傢植編：《半導體化學原理》，科學出版社，北京，1980。
（尹嘉詳）
| | - : photoetching
- n.: photoengraving
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