半導(dǎo)體制造之光刻工藝講解

1半導(dǎo)體制造之光刻及原理

光刻工藝就是把芯片制作所需要的線路與功能做出來。利用***發(fā)出的光通過具有圖形的光罩對(duì)涂有光刻膠的薄片曝光，光刻膠見光后會(huì)發(fā)生性質(zhì)變化，從而使光罩上得圖形復(fù)印到薄片上，從而使薄片具有電子線路圖的作用。這就是光刻的作用，類似照相機(jī)照相。照相機(jī)拍攝的照片是印在底片上，而光刻刻的不是照片，而是電路圖和其他電子元件。

光刻膠又叫光致抗蝕劑，它是由光敏化合物、基體樹脂和有機(jī)溶劑等混合而成的膠狀液體。光刻膠受到特定波長光線的作用后，這類材料具有光（包括可見光、紫外光、電子束等）反應(yīng)特性，導(dǎo)致其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使光刻膠在某種特定溶液中的溶解特性發(fā)生顯著變化，即經(jīng)顯影液后溶解度降低甚至不溶，得到的圖案與掩膜版相反。有正性和負(fù)性光刻膠之分（正膠：光照區(qū)被顯影掉，負(fù)膠則相反），我們所使用光刻膠均為正膠。

光刻工藝主要流程：涂膠、烘干、曝光、顯影、刻蝕、去膠。

2光刻工藝的三要素

1.掩模版：主體為石英玻璃,透光性高，熱膨脹系數(shù)小。

2.光刻膠：又稱光致抗蝕劑，有正膠和負(fù)膠兩種。

3.***：用于曝光。

光刻膠作為影響光刻效果核心要素之一，是電子產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵材料。光刻膠由溶劑、光引發(fā)劑和成膜樹脂三種主要成分組成，是一種具有光化學(xué)敏感性的混合液體。其利用光化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)曝光、顯影等光刻工藝，將所需要的微細(xì)圖形從掩模版轉(zhuǎn)移到待加工基片上，是用于微細(xì)加工技術(shù)的關(guān)鍵性電子化學(xué)品。影響光刻膠厚度的主要因素：光刻膠本身的粘度和勻膠轉(zhuǎn)速，對(duì)于一款已確定的光刻膠，轉(zhuǎn)速是厚度的決定性因素。

3工藝流程

光刻工藝是半導(dǎo)體等精密電子器件制造的核心流程，工藝流程包括：來料清洗，烘干，HDMS增粘，冷板，涂膠，前烘，冷板，去邊，曝光，后烘，冷板，顯影，清洗，堅(jiān)膜。光刻工藝通過上述流程將具有細(xì)微幾何圖形結(jié)構(gòu)的光刻膠留在襯底上，再通過刻蝕等工藝將該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到襯底上。

4CD和Overlay

主要的評(píng)價(jià)參數(shù)包括CD和Overlay。Overlay是指在光刻過程中，不同層之間圖案的對(duì)準(zhǔn)精度，其對(duì)準(zhǔn)偏差與良率相關(guān)。芯片上的物理尺寸特征被稱為特征尺寸，其中最小的特征尺寸CD稱為關(guān)鍵尺寸，其大小代表了半導(dǎo)體制造工藝的復(fù)雜性水平。

Overlay是光刻過程中不同層之間圖案的對(duì)準(zhǔn)精度，對(duì)準(zhǔn)偏差與良率相關(guān)。芯片上的物理尺寸特征被稱為特征尺寸，其中最小的特征尺寸CD稱為關(guān)鍵尺寸，其大小代表了半導(dǎo)體制造工藝的復(fù)雜性。Overlay也可以稱為光學(xué)鄰近效應(yīng)。

5光刻膠感光范圍

光刻膠的感光范圍通常位于200nm-500nm，在這個(gè)范圍內(nèi)的光線可以使光刻膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。200-500nm的光線有紫外線，紫光，藍(lán)光。所以這三種光線在光刻區(qū)是一點(diǎn)也不能存在的。

紫外線：10納米到400納米

可見光：

紫色：約400納米到450納米

藍(lán)色：約450納米到495納米

綠色：約495納米到570納米

黃色：約570納米到590納米

橙色：約590納米到620納米

紅色：約620納米到750納米

紅外線：750納米到1毫米

光刻區(qū)選黃光燈主要有以下原因：

1.阻止紫外線

黃光的波長遠(yuǎn)離UV范圍，因此不會(huì)引起光刻膠的意外曝光。黃光燈通常不含有紫外線，從而保護(hù)光敏材料免受不必要的曝光。

2.減少眩光

黃光比白光或其他顏色的光更柔和，因此它不太可能在設(shè)備或晶圓的表面產(chǎn)生刺眼的反射或眩光。這有助于操作員更準(zhǔn)確地進(jìn)行工作。

3.顏色準(zhǔn)確性

使用黃光可以確保在光刻過程中，顏色敏感的化學(xué)品或其他材料的顏色不會(huì)受到其他光源的影響或失真。這有助于操作員更準(zhǔn)確地判斷和處理材料，確保制造過程的一致性。

4.舒適性

相對(duì)于其他光源，黃光對(duì)人眼更為友好，尤其是在長時(shí)間的操作下。減少眼睛的疲勞和刺激，對(duì)于長時(shí)間在光刻區(qū)工作的員工來說，這一點(diǎn)十分重要。

另外來說紅光和綠光的波長都大于500nm，雖然紅光和綠光對(duì)光刻膠沒影響，但是對(duì)人員的影響很大。紅光可能使細(xì)節(jié)更難以識(shí)別，而綠光可能對(duì)眼睛產(chǎn)生更多的眩光。

光刻室的照明不一定是純黃光，而可能是黃色到橙色的混合，關(guān)鍵是這些波長的光不會(huì)對(duì)光刻膠造成不必要的曝光。

6影響顯影后效果的主要因素

1.光刻膠的膜厚；

2.前烘的溫度和時(shí)間；

3.曝光時(shí)間；

4.顯影液的濃度；

5.顯影液的溫度；

6.顯影液的攪動(dòng)情況。

7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(cè)壁不垂直，由顯影時(shí)間不足造成；

c、過度顯影（Over Development）?？拷砻娴墓饪棠z被顯影液過度溶解，形成臺(tái)階。顯影時(shí)間太長。

審核編輯：湯梓紅