什么是光刻工艺

        人们经常将 Photo Lithography（光刻）缩写成 Photo。得此名称的原因是，这个工艺在晶圆上利用光线来照射带有电路图形的光罩，从而绘制电路。光刻工艺类似于洗印黑白照片，将在胶片上形成的图像印在相纸上。

        随着半导体集成度的提高，构成芯片的单元元件也要使用微工艺做得更小。由于微电路图形的实现也全由光刻工艺决定，因此集成度越高, 光刻工艺技术就越需要更精细和更高级的技术。

        光刻技术是半导体芯片工艺中最昂贵的工艺，在先进工艺中，光刻步骤的成本可以占整个芯片加工成本的三分之一甚至更多。

光刻工艺

        那么我们开始正式了解一下光刻工艺是如何进行的吧！

电路设计与掩膜板制作

        首先，使用电脑系统设计(计算机辅助设计, CAD, computer-aided design)将要在晶圆上绘制的电路。依照电路图形(Pattern)所设计的图中包含工程师设计的精密电路，其精密度决定半导体的集成度。

        设计好的电路图形通过在由高纯度石英加工而成的基板上形成含铬(Cr)的微电路，从而成为光罩。光罩也称为掩膜，相当于可以反映电路模图形的胶卷，具有照片底片的功能。

        为了形成更精细的图形(Patterning)，光罩比半导体电路制作的更大，并且利用透镜减来少光的照射。 光刻工艺可以细分为涂胶、曝光、显影。

涂胶

        在晶圆表面均匀涂抹对光敏感的物质——光刻胶(PR, Photo Resist)。这就像冲洗照片一样，是将晶圆变成相纸的过程。为了获得更高质量的微电路图形，光刻胶(PR)膜必须薄且均匀，且对光要具有高度敏感性。

        其中晶圆上的氧化膜在文章【电子通识】半导体工艺——保护晶圆表面的氧化工艺 中我们讲到晶圆需要做氧化形成氧化膜，通过生成隔离膜防止短路的发生与其他物质的穿透。

曝光

        通过涂胶工序，形成光刻胶(PR)膜，使晶圆成为类似于相纸的状态后，使用曝光设备(步进式光刻机，Steper)使光穿过包含电路图形的光罩，将电路印在晶圆上。这个过程叫做“曝光”(Steper Exposure)。半导体工艺中的曝光是指选择性地照射光的工序。

 

显影

        光刻工艺的最后一个阶段是显影(Develop)，与照片的显影过程一样。显影过程决定图形的形 成，所以非常重要。

        显影(Develop) 是在晶圆上 喷洒显影液后，选择性的去除曝光区和非曝光区，从而形成电路图形的工序。 均匀涂抹在晶圆上的光刻胶(PR)根据其对光的反应方式分为正性(positive)或负性 (negative)。在正性光刻胶的情况下，留下未曝光的区域，而在负性光刻胶的情况下，仅使用曝光的区域。 显影过程结束后，光刻工艺就完成了。在用各种测量设备和光学显微镜仔细检查图形是否绘制好之后，只有完成这些工序的晶圆才能进入下一 个工程阶段。