基本介紹
光刻工藝也被稱為大家熟知的Photomasking，masking，photolithography，或microlithography。在晶圓的制造過程中，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内構成。這些部件是每次在一個掩膜層上生成的，并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征圖形的部分。光刻生産的目标是根據電路設計的要求，生成尺寸精确的特征圖形，并且在晶圓表面的位置正确且與其它部件（parts）的關聯正确。
光刻是所有四個基本工藝中最關鍵的。光刻确定了器件的關鍵尺寸。光刻過程中的錯誤可造成圖形歪曲或套準不好，最終可轉化為對器件的電特性産生影響。圖形的錯位也會導緻類似的不良結果。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，隻不過是在難以置信的微小尺寸下完成。在制程中的污染物會造成缺陷。事實上由于光刻在晶圓生産過程中要完成5層至20層或更多，所以污染問題将會放大。
重要作用
光刻設備是半導體制造環節的核心設備之一。光刻工藝決定了半導體芯片的線寬，同時也決定了芯片的性能和功耗。
工序
一般的光刻工藝要經曆矽片表面清洗烘幹、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、矽片清洗烘幹
方法：濕法清洗+去離子水沖洗+脫水烘焙（熱闆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，使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-〉六甲基二矽胺烷）。
2、塗底（Priming）
方法：a、氣相成底膜的熱闆塗底。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、靜态塗膠。矽片靜止時，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、動态塗膠。低速旋轉（500rpm_rotation per minute）、滴膠、加速旋轉（3000rpm）、甩膠、揮發溶劑。
決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。
4、軟烘（Soft Baking）
方法：真空熱闆，85～120C,30～60秒；
目的：除去溶劑（4～7%）；增強黏附性；釋放光刻膠膜内的應力；防止光刻膠玷污設備；
5、邊緣光刻膠的去除（EBR，Edge Bead Removal）。
光刻膠塗複後，在矽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，而且容易發生剝離而影響其它部分的圖形。所以需要去除。
方法：a、化學的方法。軟烘後，用PGMEA或EGMEA去邊溶劑，噴出少量在正反面邊緣處，并小心控制不要到達光刻膠有效區域；b、光學方法。即矽片邊緣曝光。在完成圖形的曝光後，用激光曝光矽片邊緣，然後在顯影或特殊溶劑中溶解；
6、對準
對準方法：a、預對準，通過矽片上的notch或者flat進行激光自動對準；b、通過對準标志，位于切割槽上。另外層間對準，即套刻精度，保證圖形與矽片上已經存在的圖形之間的對準。
7、曝光
曝光中最重要的兩個參數是：曝光能量和焦距。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。掩膜闆直接與光刻膠層接觸。曝光出來的圖形與掩膜闆上的圖形分辨率相當，設備簡單。缺點：光刻膠污染掩膜闆；掩膜闆的磨損，壽命很低（隻能使用5～25次）；1970前使用，分辨率〉0.5μm。
b、接近式曝光。掩膜闆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闆損傷。但是同時引入了衍射效應，降低了分辨率。1970後适用，但是其最大分辨率僅為2～4μm。
c、投影式曝光。在掩膜闆與光刻膠之間使用透鏡聚集光實現曝光。一般掩膜闆的尺寸會以需要轉移圖形的4倍制作。優點：提高了分辨率；掩膜闆的制作更加容易；掩膜闆上的缺陷影響減小。
8、後烘
方法：熱闆，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并移除基團使之能溶解于顯影液。
9、顯影
方法：a、整盒矽片浸沒式顯影。缺點：顯影液消耗很大；顯影的均勻性差；
b、連續噴霧顯影/自動旋轉顯影。一個或多個噴嘴噴灑顯影液在矽片表面，同時矽片低速旋轉（100～500rpm）。噴嘴噴霧模式和矽片旋轉速度是實現矽片間溶解率和均勻性的可重複性的關鍵調節參數。c、水坑（旋複浸沒）式顯影。噴複足夠（不能太多，最小化背面濕度）的顯影液到矽片表面，并形成水坑形狀（顯影液的流動保持較低，以減少邊緣顯影速率的變化）。矽片固定或慢慢旋轉。一般采用多次旋複顯影液：第一次塗複、保持10～30秒、去除；第二次塗複、保持、去除。然後用去離子水沖洗（去除矽片兩面的所有化學品）并旋轉甩幹。優點：顯影液用量少；矽片顯影均勻；最小化了溫度梯度。
10、硬烘（Hard Baking）
方法：熱闆，100～130C（略高于玻璃化溫度Tg），1～2分鐘。
目的：a、完全蒸發掉光刻膠裡面的溶劑（以免在污染後續的離子注入環境，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注入或刻蝕中保護下表面的能力；c、進一步增強光刻膠與矽片表面之間的黏附性；d、進一步減少駐波效應。
