半导体制造之光刻工艺及原理

光刻工艺就是把芯片制作所需要的线路与功能做出来。利用光刻机发出的光通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光，光刻胶见光后会发生性质变化，从而使光罩上得图形复印到薄片上，从而使薄片具有电子线路图的作用。这就是光刻的作用，类似照相机照相。照相机拍摄的照片是印在底片上，而光刻刻的不是照片，而是电路图和其他电子元件。

光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体。光刻胶受到特定波长光线的作用后，这类材料具有光（包括可见光、紫外光、电子束等）反应特性，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性发生显著变化，即经显影液后溶解度降低甚至不溶，得到的图案与掩膜版相反。有正性和负性光刻胶之分（正胶：光照区被显影掉，负胶则相反），我们所使用光刻胶均为正胶。

光刻工艺主要流程：涂胶、烘干、曝光、显影、刻蚀、去胶。

2、光刻工艺的三要素

1.掩模版：主体为石英玻璃,透光性高，热膨胀系数小。

2.光刻胶：又称光致抗蚀剂，有正胶和负胶两种。

3.光刻机：用于曝光。

光刻胶作为影响光刻效果核心要素之一，是电子产业的关键材料。光刻胶由溶剂、光引发剂和成膜树脂三种主要成分组成，是一种具有光化学敏感性的混合液体。其利用光化学反应，经曝光、显影等光刻工艺，将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工基片上，是用于微细加工技术的关键性电子化学品。影响光刻胶厚度的主要因素：光刻胶本身的粘度和匀胶转速，对于一款已确定的光刻胶，转速是厚度的决定性因素。

3、工艺流程

光刻工艺是半导体等精密电子器件制造的核心流程，工艺流程包括：来料清洗，烘干，HDMS增粘，冷板，涂胶，前烘，冷板，去边，曝光，后烘，冷板，显影，清洗，坚膜。光刻工艺通过上述流程将具有细微几何图形结构的光刻胶留在衬底上，再通过刻蚀等工艺将该结构转移到衬底上。

4、CD和Overlay

主要的评价参数包括CD和Overlay。Overlay是指在光刻过程中，不同层之间图案的对准精度，其对准偏差与良率相关。芯片上的物理尺寸特征被称为特征尺寸，其中最小的特征尺寸CD称为关键尺寸，其大小代表了半导体制造工艺的复杂性水平。

Overlay是光刻过程中不同层之间图案的对准精度，对准偏差与良率相关。芯片上的物理尺寸特征被称为特征尺寸，其中最小的特征尺寸CD称为关键尺寸，其大小代表了半导体制造工艺的复杂性。Overlay也可以称为光学邻近效应。

5、光刻胶感光范围

光刻胶的感光范围通常位于200nm-500nm，在这个范围内的光线可以使光刻胶发生化学反应。200-500nm的光线有紫外线，紫光，蓝光。所以这三种光线在光刻区是一点也不能存在的。

紫外线：10纳米到400纳米

可见光：

紫色：约400纳米到450纳米

蓝色：约450纳米到495纳米

绿色：约495纳米到570纳米

黄色：约570纳米到590纳米

橙色：约590纳米到620纳米

红色：约620纳米到750纳米

红外线：750纳米到1毫米

光刻区选黄光灯主要有以下原因：

1.阻止紫外线

黄光的波长远离UV范围，因此不会引起光刻胶的意外曝光。黄光灯通常不含有紫外线，从而保护光敏材料免受不必要的曝光。

2.减少眩光

黄光比白光或其他颜色的光更柔和，因此它不太可能在设备或晶圆的表面产生刺眼的反射或眩光。这有助于操作员更准确地进行工作。

3.颜色准确性

使用黄光可以确保在光刻过程中，颜色敏感的化学品或其他材料的颜色不会受到其他光源的影响或失真。这有助于操作员更准确地判断和处理材料，确保制造过程的一致性。

4.舒适性

相对于其他光源，黄光对人眼更为友好，尤其是在长时间的操作下。减少眼睛的疲劳和刺激，对于长时间在光刻区工作的员工来说，这一点十分重要。

另外来说红光和绿光的波长都大于500nm，虽然红光和绿光对光刻胶没影响，但是对人员的影响很大。红光可能使细节更难以识别，而绿光可能对眼睛产生更多的眩光。

光刻室的照明不一定是纯黄光，而可能是黄色到橙色的混合，关键是这些波长的光不会对光刻胶造成不必要的曝光。

6、影响显影后效果的主要因素

1.光刻胶的膜厚；

2.前烘的温度和时间；

3.曝光时间；

4.显影液的浓度；

5.显影液的温度；

6.显影液的搅动情况。

7、显影中的常见问题

a、显影不完全（Incomplete Development）。表面还残留有光刻胶。显影液不足造成；

b、显影不够（Under Development）。显影的侧壁不垂直，由显影时间不足造成；

c、过度显影（Over Development）。靠近表面的光刻胶被显影液过度溶解，形成台阶。显影时间太长。

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