1.光刻膠

正膠

負膠

光刻膠也稱為光致抗蝕劑，是一種光敏材料，它受到光照后特性會發生改變。光刻膠主要用來將光刻掩膜版上的圖形轉移到晶圓片上。

    光刻膠有正膠和負膠之分。正膠經過曝光后，受到光照的部分變得容易溶解，經過顯影后被溶解，只留下未受光照的部分形成圖形；而負膠卻恰恰相反，經過曝光后，受到光照的部分會變得不易溶解，經過顯影后，留下光照部分形成圖形。

    負膠在光刻工藝上應用最早，其工藝成本低、產量高，但由于它吸收顯影液后會膨脹，導致其分辨率（即光刻工藝中所能形成最小圖形）不如正膠，因此對于亞微米甚至更小尺寸的加工技術，主要使用正膠作為光刻膠。

2.光刻掩膜版

集成電路設計與工藝制造之間的接口是版圖。那么什么是版圖呢？集成電路的版圖就是對應于晶圓片上電路元器件結構的幾何圖形組合，只不過這些幾何圖形是由不同層的圖形組合而成的，如有源層、多晶硅、N+注入或P+注入，N阱（用于制作PMOS晶體管）以及金屬層等。

    集成電路的版圖是由設計工程師在工作站上完成的，最終得到的是關于版圖的圖像或數據，該數據被交付給集成電路制造商，而制造商要將版圖的圖形轉移到晶圓片上，就需要經過一個重要的中間環節──制版，即制作一套相應的光刻掩膜版。制版的目的就是產生一套分層的版圖光刻掩膜版，為將來進行圖形轉移（光刻和刻蝕）做準備。

    制造商將設計工程師交付的標準制版數據傳送給一個稱作圖形發生器的設備，圖形發生器會根據該數據完成圖形的縮小和重復，并將版圖數據分層轉移到各層光刻掩膜版（為涂有感光材料的優質玻璃板）上，這就是制版。每層版圖對應于不同的光刻掩膜版，并對應于不同的工藝步驟。

光刻掩膜版質量的優劣直接影響光刻圖形的質量。在芯片制造過程中需要經過十幾乃至幾十次的光刻，每次光刻都需要一塊光刻掩膜版，每塊光刻掩膜版的質量都會影響光刻的質量。因此要有高的成品率，就必須制作出高質的光刻掩膜版。

3.曝光系統

曝光機

 將光刻掩膜版與涂上光刻膠的晶圓片對準，用一定波長的紫外光經過光刻掩膜版照射晶圓片，使晶圓片上受光照的光刻膠的特性發生變化，這就是曝光。

曝光系統（光刻機）主要有光學曝光系統和非光學曝光系統。光學曝光系統的發展經歷了五個階段，即接觸式曝光、接近式曝光、投影式曝光、掃描投影式曝光以及步進掃描投影曝光，其中接觸式曝光、接近式曝光和投影式曝光為普通的曝光系統。

非光學曝光系統有電子束曝光、X射線曝光和離子束曝光，這種曝光系統容易達到較高的分辨率，其中，限角度投影式電子束光刻系統是目前最具應用前景的非光學光刻系統。

三、精妙的光刻工藝

光刻工藝能刻蝕出多細的線條直接影響芯片的集成度。工藝線上能夠刻蝕出最細的線條即為該工藝的特征尺寸，它反應了生產線的工藝水平。

    光刻工藝的過程非常復雜。在進行光刻時，首先需要通過曝光將光刻掩膜版的圖形精確地復制到光刻膠上，然后經過顯影后，去掉需要進行進一步加工那部分的光刻膠（即開出窗口），露出下層的待刻材料，然后在未去除的光刻膠的保護下，對窗口處待刻材料進行刻蝕，得到所需的圖形，為下一步工藝如摻雜等做好準備。

    通常將整個光刻工藝過程分為底膜處理、涂膠、前烘、曝光、顯影、堅膜、刻蝕以及去膠等八個工藝步驟。

1.底膜處理

晶圓片制造過程中許多問題都是由于表面污染和缺陷造成的，因此晶圓片表面的處理對于集成電路制造成品率是非常重要的。

    底膜處理是光刻工藝的第一步，其主要目的是對晶圓片表面進行處理，以增強晶圓片與光刻膠之間的黏附性。

    底膜處理包括以下步驟：

    1、清洗

    使晶圓片表面潔凈、干燥，這樣的晶圓片表面才能與光刻膠形成良好的接觸。

    2. 烘干

    晶圓片表面容易吸附濕氣，從而會影響光刻膠的黏附性，所以需將晶圓片表面烘烤干燥。

    3．增粘處理

為了使晶圓片與光刻膠之間粘附良好，需在烘干后的晶圓片表面涂上一層增粘劑，使晶圓片和光刻膠之間的黏著力增強。

2.涂膠

勻膠機（甩膠機）

對晶圓片進行底膜處理后，便可以進行涂膠，即在晶圓片上涂上一層粘附良好、厚度適當、均勻的光刻膠膜。

涂膠時的晶圓片表面必須是清潔干燥的。如果晶圓擱置較久，就需要重新進行清潔處理后再涂膠。晶圓片最好在氧化后立即涂膠，此時其表面未被沾污。

一般采用旋轉法對晶圓片進行涂膠。其原理是利用晶圓片轉動時產生離心力，將滴于片上的膠液甩開。在光刻膠表面張力和晶圓片旋轉離心力的共同作用下，最終展成厚度均勻的光刻膠膜。 膠膜厚度由晶圓片轉速和膠的濃度來控制。要求厚度適當，膜層均勻，粘附良好。

3.前烘

烘膠臺

涂膠完成后，仍有一定量的溶劑殘存在膠膜內，若直接曝光，會影響圖形的尺寸及完好率。因此，涂膠后，需經過一個高溫加熱的步驟即前烘，也叫軟烘，它對后序的一些工藝參數有很大的影響。

    前烘就是在一定的溫度下，使光刻膠膜里面的溶劑緩慢地、充分地逸出來，使光刻膠膜干燥，其目的是增加光刻膠與襯底間的粘附性、增強膠膜的光吸收以及抗腐蝕能力，以及緩和涂膠過程中膠膜內產生的應力等。

4.曝光

曝光是使光刻掩膜版與涂上光刻膠的晶圓片對準，用光源經過光刻掩膜版照射晶圓片，使接受到光照的光刻膠的光學特性發生變化。

    曝光中要特別注意曝光光源的選擇和對準：

    1、曝光光源

    光源的波長對光刻膠的感光性有很大的影響，每種光刻膠都有自己的吸收峰和吸收范圍，它只對波長在吸收范圍內的光才比較敏感，因此選擇的曝光光源必須要滿足光刻膠的感光特性。

    2、對準

    對準指光刻掩膜版與光刻機之間的對準，二者均刻有對準標記，使標記對準即可達到光刻掩膜版與光刻機的對準。

5.顯影

顯影就是用顯影液溶解掉不需要的光刻膠，將光刻掩膜版上的圖形轉移到光刻膠上。

    正膠經過曝光和顯影后，只留下未受光照的部分形成圖形；而負膠經過曝光和顯影后，只留下光照部分形成圖形。

    顯影液和顯影時間的選擇對顯影效果的影響是極為重要的。顯影液的選擇原則是：對需要去除的那部分光刻膠膜溶解得快，溶解度大，對需要保留的那部分光刻膠膜溶解度極小。

    顯影工藝（包括溫度、時間、劑量等）的控制非常重要，控制不當，光刻膠圖形就會出現問題，繼而影響到后面的刻蝕工藝。

6.堅膜

和前烘一樣，堅膜也是一個熱處理步驟。就是在一定的溫度下，對顯影后的晶圓片進行烘焙。

經過顯影的光刻膠膜已經軟化、膨脹，膠膜與晶圓片表面之間的黏附性下降。堅膜的目的是要使殘留的光刻膠溶劑全部揮發，提高光刻膠與晶圓片表面的黏附性以及光刻膠的抗腐蝕能力，使光刻膠確實能夠起到保護作用，為下一步的刻蝕做好準備。堅膜同時也除去了剩余的顯影液和水。

7.刻蝕

經過前面的一系列工藝已將光刻掩膜版的圖形轉移到光刻膠上。為了制作集成電路元器件，需將光刻膠上的圖形進一步轉移到光刻膠下層的材料上。這個任務就由刻蝕來完成。

    刻蝕就是將涂膠前所淀積的薄膜中沒有被光刻膠（經過曝光和顯影后）覆蓋和保護的那部分去除掉，達到將光刻膠上的圖形轉移到其下層材料上的目的。

    光刻膠的下層薄膜可能是二氧化硅、氮化硅、多晶硅或者金屬材料。材料不同或圖形不同，刻蝕的要求不同。

    實際上，光刻和刻蝕是兩個不同的加工工藝，但因為這兩個工藝只有連續進行，才能完成真正意義上的圖形轉移，而且在工藝線上，這兩個工藝經常是放在同一工序中，因此有時也將這兩個步驟統稱為光刻。

8.去膠

超聲波清洗機

光刻膠除了在光刻過程中用作從光刻掩膜版到晶圓片的圖形轉移媒介，還用做刻蝕時不需刻蝕區域的保護膜。當刻蝕完成后，光刻膠已經不再有用，需要將其徹底去除，完成這一過程的工序就是去膠。此外，刻蝕過程中殘留的各種試劑也要清除掉。

    常用的去膠方法有溶劑去膠、氧化去膠以及等離子去膠三種。

    1、溶劑去膠

    將帶有光刻膠的晶圓片浸泡在去膠容劑中去膠。

    2、氧化去膠

    利用氧化劑與光刻膠反應來去膠。

    3. 等離子去膠

    利用高頻電磁場使氧氣在高頻電場作用下電離形成等離子體，其氧化能力非常強，與光刻膠反應使光刻膠變成易揮發的物質被排出系統，達到去膠的目的。

    去膠結束，整個光刻流程也就結束了。