本篇文章是看了以下视频后的笔记提炼，欢迎各位观看原视频，这里附上地址

芯片制造详解04：光刻技术与基本流程｜国产之路不容易

一、引子

造芯片，首先要先有光。人类如何用飘渺无形的光来雕刻出一枚精巧至极的芯片。为什么光刻是芯片制程中一切工序的基础。而晶圆厂中的光刻流程，具体又有哪些步骤呢。

二、光刻

光刻：用光来雕刻。

为什么是光呢？

答：因为它快。对于24小时运转的芯片厂来说，时间就是金钱，速度决定产量。而在我们所处的宇宙之中，光就是速度的极限。

那我们如何驾驭光来刻出芯片的呢？

答：通过光掩膜（MASK）、光刻机、光刻胶。

(1).光掩膜

光掩膜：是芯片的蓝图，刻有集成电路版图的玻璃遮光板。

(2).光刻机

光刻机：像一台纳米级的打印机，通过发光将光掩膜上的图形投射在硅片上。

(3).光刻胶

光刻胶：是把光影化为现实的胶体，有着正胶和负胶之分。

正胶：是一种见光死的材料，在暗中坚挺，但是只要被特定波长的光照射，就会疲软。进而可以被溶解清除。

负胶：则正好相反。
我们利用光刻胶的光敏性，就能用光来雕刻芯片了。

(4).挖坑道

比如我们想做一个沟槽式的内存芯片(DRAM),就得在平整的芯片上，挖几千个坑道(Trench),来做电容器矩阵。

那如何给芯片挖坑道呢？

4.1 Resist

Resist:暗中给硅片涂抹一层光刻胶。

4.2 Thin coat of resist

Thin coat of resist：涂抹薄层

4.3 Patterned mask

Patterned mask：再照上光掩膜进行曝光

让光线按照光掩膜上设计好的坑位通过

4.4 Chemical reaction

被照射的这一部分胶体就会疲软，随即被溶剂洗掉

4.5 Developing

剩余坚挺的光刻胶就形成了保护膜。

4.6 Organic solvent

Organic solvent：有机溶剂，通过能腐蚀硅的溶剂，把没有光刻胶保护的坑位区域腐蚀掉一层，最后再把光刻胶保护膜清除。

4.7 Etching

Etching:蚀刻
这样，我们就在同一时间内，完成大量深坑的精确雕刻工作。而这种雕刻后，对硅片定向做减法的腐蚀，就叫刻蚀。

4.8 Deposition

Deposition:沉积,与刻蚀定向做减法相反，沉积是给硅片定向做加法的过程。

Lift-off Technique

Lift-off Technique:剥离技术
除此之外，我们也可以对硅片做加法来造坑，比如通入化学气体，在硅片上均匀生长出一层物质。此时没被光刻胶保护的部位，厚度就会增加，而长在光刻胶保护膜上的物质，会随着之后胶体的清除而一同被清理，相当于厚度不变。

这种定向做加法，就是沉积(Deposition)

三、狭义上的光刻

狭义上的光刻，刻的不是硅片，而是硅片上的这一层光刻胶。

四、离子注入

把刻好的光刻胶作为蓝图，再结合下一步的刻蚀或者沉积。才能对硅片进行雕刻和加工，另外为了给半导体硅赋予电特性，我们还要在特定区域做离子注入。为此也得先进行光刻，把不想注入离子的区域，用光刻胶贴膜保护。

五、光刻的地位

正因为每一次刻蚀、沉积和离子注入几乎都需要光刻作为前提，所以在芯片制造的一切工序之中，光刻是根基。往往占据整套工艺近一半的工时。和1/3的成本。

六、光刻的详细流程

光刻流程总结来说就是：
涂胶-曝光-冲洗

详细来说要经历八个步骤，三次烘焙

1.清洁及表面处理 wafer clean and vapor prime

硅片清洁和表面预处理（湿法和去离子水清洗），光刻对干净的要求，远远超过最先进的手术室。
所以光刻前，要给芯片洗个澡，先湿法清洗，再用去离子水清洗。来去除吸附在硅片表面的污染物。上一道工序的残留物，以及溶剂中的金属离子等杂质。

之后再通入一种叫六甲基二硅胺烷的气体，简称HMDS，经过气体熏蒸后，硅片表面会被充分脱水，因为表面亲水羟基，被置换成了疏水基，这样硅片就能更好的黏附光刻胶，所以这一步又称为增粘处理。

2.旋转涂胶 spin coat

把光刻胶滴在硅片中央，让硅片先高速转动，把胶体摊开，再以较慢的速度旋转，让胶体厚度稳定。这个过程大部分光刻胶会被甩出去浪费掉，只留一层均匀的胶体，相当于给硅片贴了个膜。

我们都知道贴膜是怕气泡的，所以涂胶机器的转速控制和排风大小都非常讲究，因为光刻胶中一旦产生了气泡，会影响后续的工艺。造成诸如过渡刻蚀之类的问题。

而另一个问题，是硅片生产要磨边(倒角)，光刻胶在旋涂的时候容易因为离心力在边缘处累积，这种堆积在边缘，甚至流到背面的光刻胶滴，会影响硅片在光刻机中的曝光。所以涂胶完成后，还要去边(Edge Bead Removal)：也就是在硅片边缘喷涂溶剂，去掉边缘处一圈的光刻胶。

3.前烘 soft bake

涂胶后，要对硅片进行曝光前的烘焙。
这一步，机械臂会将硅片取出，放在烤箱或者热板上进行烘焙，目的是减少光刻胶中的溶剂含量。让其更加浓稠坚固，提高与硅片附着的稳定性，前烘一般只用100度左右的温度，“烤”一分钟，光刻胶是不耐高温的。

4.对准与曝光 alignment and exposure

前烘完成后，光刻机上场，对硅片进行曝光。
主要发生了以下事情：

1.光掩膜、透镜组（蔡司）和硅片工件台会精密对准和调平。
2.光源放光，由40千瓦激光驱动的极紫外光(EUV)
3.移动工件台，让硅片有序曝光

这三道工序，花费10亿元。

5.后焙 post exposure bake

简称PEB。
这一步的目的是通过加热，让光刻胶中的光化学反应充分完成，可以弥补曝光强度不足的问题，同时还能减少光刻胶显影后，因为驻波效应产生的一圈圈纹路。

6.显影冲洗 develop and rinse

后烘之后，把之前曝光的部分溶解清除，光掩膜上的图形就复现在了光刻胶之上。

通常的做法是，先用去离子水，润湿硅片，然后把显影液(四甲基氢氧化铵的水溶液，均匀喷淋在光刻胶表面)，让光刻中被曝光的部分充分溶解，最后再用去离子水冲走。假如是45nm以下的制程，因为尺寸太小，溶解残留物的比表面积过大，粘附 力强，甩不掉，冲不走，所以还要喷氮气，把它们吹走。

7.坚膜烘焙 hard bake

让保护膜更坚挺，更加顶得住刻蚀。以此减少光刻胶中的溶剂含量，防止多余的水分影响之后的湿法刻蚀。

8.测量检测 inspection

最后还要用仪器，测量光刻胶的膜厚。一般用电子显微镜甚至是原子力显微镜。光刻胶的分辨率必须达标，才能保证以此为蓝图的刻蚀、沉积或者离子注入能顺利进行。

七、光刻设备

涂胶-烘焙-显影 轨道式一体机

它是和光刻机搭配使用的，用来给硅片提供，除曝光以外的光刻一条龙服务。价格不算贵，只有光刻机的1/20。

目前基本被日本的迪恩士(SCREEN)和东京电子(TEL，占市场的90%)所垄断。

作为芯片制造的重要设备供应商，东京电子的知名度，远不如聚光灯下的阿斯麦。但是在业内，它举足轻重。设备涉足光刻胶、清洗、沉淀和干法刻蚀等各个制造环节。尤其在目前最先进的EUV制程中。光刻机只有阿斯麦能做，而光刻胶涂布只有东京电子能做。

目前涂胶-烘焙-显影 轨道式一体机，具备替代能力的，只有沈阳的芯源微。市占率目前只有4%左右，而且只能用于28nm以上的制程。但是能打破日本厂商的垄断地位，实现从0到1的转变，对于我们争夺技术话语权，提高谈判议价筹码，有非常重要的意义。