半導體制造之光刻工藝講解

1半導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***發出的光通過具有圖形的光罩對涂有光刻膠的薄片曝光，光刻膠見光后會發生性質變化，從而使光罩上得圖形復印到薄片上，從而使薄片具有電子線路圖的作用。這就是光刻的作用，類似照相機照相。照相機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）反應特性，導致其化學結構發生變化，使光刻膠在某種特定溶液中的溶解特性發生顯著變化，即經顯影液后溶解度降低甚至不溶，得到的圖案與掩膜版相反。有正性和負性光刻膠之分（正膠：光照區被顯影掉，負膠則相反），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，熱膨脹系數小。

2.光刻膠：又稱光致抗蝕劑，有正膠和負膠兩種。

3.***：用于曝光。

光刻膠作為影響光刻效果核心要素之一，是電子產業的關鍵材料。光刻膠由溶劑、光引發劑和成膜樹脂三種主要成分組成，是一種具有光化學敏感性的混合液體。其利用光化學反應，經曝光、顯影等光刻工藝，將所需要的微細圖形從掩模版轉移到待加工基片上，是用于微細加工技術的關鍵性電子化學品。影響光刻膠厚度的主要因素：光刻膠本身的粘度和勻膠轉速，對于一款已確定的光刻膠，轉速是厚度的決定性因素。

3工藝流程

光刻工藝是半導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，堅膜。光刻工藝通過上述流程將具有細微幾何圖形結構的光刻膠留在襯底上，再通過刻蝕等工藝將該結構轉移到襯底上。

4CD和Overlay

主要的評價參數包括CD和Overlay。Overlay是指在光刻過程中，不同層之間圖案的對準精度，其對準偏差與良率相關。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稱為關鍵尺寸，其大小代表了半導體制造工藝的復雜性水平。

Overlay是光刻過程中不同層之間圖案的對準精度，對準偏差與良率相關。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稱為關鍵尺寸，其大小代表了半導體制造工藝的復雜性。Overlay也可以稱為光學鄰近效應。

5光刻膠感光范圍

光刻膠的感光范圍通常位于200nm-500nm，在這個范圍內的光線可以使光刻膠發生化學反應。200-500nm的光線有紫外線，紫光，藍光。所以這三種光線在光刻區是一點也不能存在的。

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

光刻區選黃光燈主要有以下原因：

1.阻止紫外線

黃光的波長遠離UV范圍，因此不會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備或晶圓的表面產生刺眼的反射或眩光。這有助于操作員更準確地進行工作。

3.顏色準確性

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

4.舒適性

相對于其他光源，黃光對人眼更為友好，尤其是在長時間的操作下。減少眼睛的疲勞和刺激，對于長時間在光刻區工作的員工來說，這一點十分重要。

另外來說紅光和綠光的波長都大于500nm，雖然紅光和綠光對光刻膠沒影響，但是對人員的影響很大。紅光可能使細節更難以識別，而綠光可能對眼睛產生更多的眩光。

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，關鍵是這些波長的光不會對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.前烘的溫度和時間；

3.曝光時間；

4.顯影液的濃度；

5.顯影液的溫度；

6.顯影液的攪動情況。

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）。顯影的側壁不垂直，由顯影時間不足造成；

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

審核編輯：湯梓紅