光刻工藝的基本步驟

傳統的光刻工藝是相對目前已經或尚未應用于集成電路產業的先進光刻工藝而言的，普遍認為 193nm 波長的 ArF 深紫外光刻工藝是分水嶺（見下表）。這是因為 193nm 的光刻依靠浸沒式和多重曝光技術的支撐，可以滿足從 0.13um至7nm 共9個技術節點的光刻需要。

為了將掩模版（也稱掩膜版）上的設計線路圖形轉移到硅片 上，首先需要通過曝光工藝（俗稱光刻）來實現轉移，然后通過刻蝕工藝得到硅圖形：由于光刻工藝區的照明采用的是感光材料不敏感的黃色光源，因此又稱黃光區。光刻技術最先應用于印刷行業，并且是早期制造 PCB 的主要技術。

自20世紀 50年代起，光刻技術逐步成為集成電路芯片制造中圖形轉移的主流技術。光刻工藝的關鍵指標包括分辦率、靈敏度、套準精度、缺陷率等。光刻工藝中最關鍵的材料是作為感光材料的光刻膠，由于光刻膠的敏感性依賴于光源波長，所以g/i線、248nm KrF、193nm ArF 等光刻工藝需要采用不同的光刻膠材料，如i線光刻膠中最常見的重氮荼醌(DNQ）線性酚醛樹脂就不適用于 193nm 光刻工藝。

光刻膠按極性可分為正光刻膠（簡稱正膠）和負光刻膠（簡稱負膠）兩種，其性能差別在于：負光刻膠曝光區域在曝光顯影后變硬而留在圓片表面，未曝光部分被顯影劑溶解；正光刻膠經過曝光后，曝光區域的膠連狀聚合物會因為光溶解作用而斷裂變軟，最后被顯影劑溶解，而未曝光的部分則保留在圓片表面。先進芯片的制造大都使用正光刻膠，這是因為正光刻膠能達到納米圖形尺寸所要求的高分辦率。16nm/14nm 及以下技術代在通孔和金屬層又發展出正膠負顯影技術，將末經曝光的正光刻膠使用負顯影液清洗掉，留下曝光的光刻膠，這種方法可提高小尺寸溝槽的成像對比度。

典型的光刻工藝主要過程包括8個步驟：底膜準備 一 涂光刻膠 一 軟烘 一 對準和曝光 一 曝光后烘  —  顯影 一 堅膜 一 顯影檢測。

(1）底膜準備：主要是清洗和脫水。因為任何污染物都會減弱光刻膠與硅片之間的附著力，所以徹底的清洗可以提升硅片與光刻膠之間的黏附性

(2）涂光刻膠：通過旋轉硅片的方式實現。不同的光刻膠要求不同的涂膠工藝參數，包括旋轉速度、膠厚度和溫度等。

(3）軟烘：通過烘烤可以提高光刻膠與硅片的黏附性，以及光刻膠厚度的均勻性，以利于后續刻蝕工藝的幾何尺寸的精密控制。

(4）對準和曝光 (Alignment and Exposure)：這是光刻工藝中最重要的環節，是指將掩模版圖形與硅片已有圖形（或稱前層圖形）對準，然后用特定的光照射，光能激活光刻膠中的光敏成分，從而將掩模版圖形轉移到光刻膠上。對準和曝光所用的設備為光刻機，它是整個集成電路制造工藝中單臺價格最高的工藝設備。光刻機的技術水平代表了整條生產線的先進程度。

(5） 曝光后烘烤 (Post Exposure Bake, PEB)：即曝光后進行短時間的烘烤處理，其作用與在深紫外光刻膠和常規 i-線光刻膠中的作用有所不同。對于深紫外光刻膠，曝光及后烘去除了光刻膠中的保護成分，使得光刻膠能溶解于顯影液，因此曝光后烘是必須進行的；對于常規 i-線光刻膠，后烘可提高光刻膠的黏附性并減少駐波（駐波對光刻膠邊緣形貌會有不良影響）。

(6)   顯影(Development)：即用顯影液溶解曝光后的光刻膠可溶解部分(正光刻膠)，將掩模版圖形準確地用光刻膠圖形顯現出來。顯影工藝的關鍵參數包括顯影溫度和時間、顯影液用量和濃度、清洗等，通過調整顯影中的相關參數可提高曝光與未曝光部分光刻膠的溶解速率差，從而獲得所需的顯影效果。

(7）堅膜(Hard Bake)：又稱堅膜烘焙，是將顯影后的光刻膠中剩余的溶劑、顯影液、水及其他不必要的殘留成分通過加熱蒸發去除，以提高光刻膠與硅襯底的黏附性及光刻膠的抗刻蝕能力。堅膜過程的溫度視光刻膠的不同及堅膜方法的不同而有所不同，以光刻膠圖形不發生形變為前提，并應使光刻膠變得足夠堅硬。

(8）顯影檢測 ( After Development InspecTIon, ADI)：即檢查顯影后光刻膠圖形的缺陷。通常利用圖像識別技術，自動掃描顯影后的芯片圖形，與預存的無缺陷標準圖形進行比對，若發現有不同之處，就視為存在缺陷。如果缺陷超過一定的數量，則該硅片被判定未通過顯影檢測，視情況可對該硅片進行報廢或返工處理。在集成電路制造過程中，絕大多數工藝都是不可逆的，而光刻是極少數可進行返工（Rework）的一道工序。

當特征尺寸縮小時，縮短曝光的波長能滿足圖形分辦率的要求。有兩種光源被廣泛使用在光刻技術中，即水銀燈管和準分子激光。曝光的光源必須穩定、可靠、可調整，且波長短、強度高、壽命長。特征尺寸縮小到亞微米后，必須用單一波長的光源才能達到分辨率的要求。

目前，主流的關鍵工藝層的光刻工藝主要使用深紫外光源。