(一)光刻的基础流程
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发布时间：2024-09-17 01:41
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时间：2024-09-21 00:25
光刻的基础流程，是将掩模版上的图形准确转移到光刻胶上的过程。光刻后基板上的图案为二元图案，部分覆盖光刻胶，其他部分裸露。光刻工艺包括基板制备、旋涂光刻胶、前烘、曝光、曝光后烘烤、显影和后烘。刻蚀、离子注入等步骤也是IC制造的必需步骤。
基板制备涉及使用直径为6、8或12英寸的单晶硅圆片，硅晶圆的直径越大，硅材料利用率越高，成本越低。然而，大尺寸硅晶圆的制备难度增加，导致良品率降低。基板表面与光刻胶之间的吸附能力以及表面污染物影响图案转移过程，需进行缺陷修正。表面杂质去除后，需进行疏水处理，通过高温高压环境下wafer与HMDS蒸汽的反应，形成有机官能团，实现疏水。疏水性用wafer表面水滴的接触角表征，50-70度接触角表明表面具有较好的疏水性。
光刻胶涂敷是将光刻胶以指定厚度均匀覆盖到wafer表面的过程，涉及光刻胶的原材料、粘度、旋转台参数等。气流产生的负压吸附wafer，少量光刻胶滴加后高速旋转，离心力使得光刻胶扩散，粘度带来的摩擦力*扩散，溶剂挥发后光刻胶形成薄膜。匀胶参数通过实验优化。
前烘是去除光刻胶中残留溶剂的过程，通过烘烤使大部分溶剂去除，薄膜在室温下稳定。去除溶剂影响薄膜厚度、后烘和显影性能、附着力和粘性。典型过程保留3%-10%残余溶剂，足够少以保持薄膜稳定性。
对准和曝光需要对wafer进行校准，包括水平和垂直位置校准。对准过程涉及识别标记物并将其移动到对准镜头视野内，通过拍照和算法实现坐标系对齐。曝光本质是通过激光照射改变光刻胶材料性质，产生溶解度差异以区分曝光区域和未曝光区域。
光刻机曝光方式分为接触式、接近式和投影式。接触式分辨率高但易导致掩模版污染，接近式分辨率受距离*，投影式是主流方式，分辨率由k、lambda和NA决定。投影式曝光系统包括扫描式和步进重复式，能够实现高分辨率成像。曝光后烘烤减弱光学误差，使显影后光刻胶侧壁更平滑，对化学放大光刻胶至关重要。
显影是将曝光后的wafer放入显影液中，通过搅拌实现溶解度差异，显影过程关键在于均匀性和批量技术。显影液种类和浓度取决于光刻胶和目标线宽。后烘通过高温聚合物交联提高光刻胶保护能力，去除挥发性成分，提高真空相容性，离子注入改变导电性能。
图案转移采用刻蚀、沉积、离子注入方法。刻蚀将显影后的光刻胶在真空环境中与刻蚀剂反应，形成图案；沉积在未光刻胶区域沉积目标材料；离子注入在光刻胶覆盖区域选择性掺杂。光刻胶剥离通过湿玻璃溶解或等离子体处理实现。完整的光刻流程还包括检测与量测，确保每个步骤的准确性。当前高性能芯片需求推动下，芯片经历多次曝光，实现超光学分辨率制程和复杂架构。
