六、曝光（Exposure）  

在這一步中，將使用特定波長的光對(duì)覆蓋襯底的光刻膠進(jìn)行選擇性地照射。光刻膠中的感光劑會(huì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，從而使正光刻膠被照射區(qū)域（感光區(qū)域）、負(fù)光刻膠未被照射的區(qū)域（非感光區(qū)）化學(xué)成分發(fā)生變化。這些化學(xué)成分發(fā)生變化的區(qū)域，在下一步的能夠溶解于特定的顯影液中。

在接受光照后，正性光刻膠中的感光劑DQ會(huì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，變?yōu)橐蚁┩⑦M(jìn)一步水解為茚并羧酸（Indene-Carboxylic-Acid, CA），羧酸在堿性溶劑中的溶解度比未感光部分的光刻膠高出約100倍，產(chǎn)生的羧酸同時(shí)還會(huì)促進(jìn)酚醛樹脂的溶解。利用感光與未感光光刻膠對(duì)堿性溶劑的不同溶解度，就可以進(jìn)行掩膜圖形的轉(zhuǎn)移。

曝光方法：

a、接觸式曝光（Contact Printing）掩膜板直接與光刻膠層接觸。

b、接近式曝光（Proximity Printing）掩膜板與光刻膠層的略微分開，大約為10～50μm。

c、投影式曝光（Projection Printing）。在掩膜板與光刻膠之間使用透鏡聚集光實(shí)現(xiàn)曝光。

d、步進(jìn)式曝光(Stepper)

這里特別說一下投影式曝光的分類：

曝光中最重要的兩個(gè)參數(shù)是：

1.曝光能量（Energy）

2.焦距（Focus）

如果能量和焦距調(diào)整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的圖形。表現(xiàn)為圖形的關(guān)鍵尺寸超出要求的范圍。

七、顯影(development)

通過在曝光過程結(jié)束后加入顯影液，正光刻膠的感光區(qū)、負(fù)光刻膠的非感光區(qū)，會(huì)溶解于顯影液中。這一步完成后，光刻膠層中的圖形就可以顯現(xiàn)出來。為了提高分辨率，幾乎每一種光刻膠都有專門的顯影液，以保證高質(zhì)量的顯影效果。

顯影工序使將在曝光過程中形成的隱性圖形成為光刻膠在與不在的顯性圖形，以作為下一步加工的膜版。顯影中進(jìn)行的是選擇性溶解的過程，最重要的是曝光區(qū)和未曝光區(qū)之間溶解率的比值(DR)。商用正膠有大于1000的DR比，在曝光區(qū)溶解速率為3000nm/min，在未曝光區(qū)只有幾nm/min。

現(xiàn)在有二種顯影方法，一是濕顯影，他在IC和微加工中正廣泛使用，另一種是干顯影。

       a、整盒硅片浸沒式顯影（Batch Development）。缺點(diǎn)：顯影液消耗很大；顯影的均勻性差；

b、連續(xù)噴霧顯影（Continuous Spray Development）/自動(dòng)旋轉(zhuǎn)顯影（Auto-rotation Development）。一個(gè)或多個(gè)噴嘴噴灑顯影液在硅片表面，同時(shí)硅片低速旋轉(zhuǎn)（100～500rpm）。噴嘴噴霧模式和硅片旋轉(zhuǎn)速度是實(shí)現(xiàn)硅片間溶 解率和均勻性的可重復(fù)性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)參數(shù)。

c、水坑（旋覆浸沒）式顯影（Puddle Development）。噴覆足夠（不能太多，最小化背面濕度）的顯影液到硅片表面，并形成水坑形狀（顯影液的流動(dòng)保持較低，以減少邊緣顯影速率的變 化）。硅片固定或慢慢旋轉(zhuǎn)。一般采用多次旋覆顯影液：第一次涂覆、保持10～30秒、去除；第二次涂覆、保持、去除。然后用去離子水沖洗（去除硅片兩面的 所有化學(xué)品）并旋轉(zhuǎn)甩干。優(yōu)點(diǎn)：顯影液用量少；硅片顯影均勻；最小化了溫度梯度。

顯影液：

a、正性光刻膠的顯影液。正膠的顯影液位堿性水溶液。KOH和NaOH因?yàn)闀?huì)帶來可 動(dòng)離子污染（MIC，Movable Ion Contamination），所以在IC制造中一般不用。最普通的正膠顯影液是四甲基氫氧化銨（TMAH）（標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量濃度為0.26，溫度 15～250C）。在I線光刻膠曝光中會(huì)生成羧酸，TMAH顯影液中的堿與酸中和使曝光的光刻膠溶解于顯影液，而未曝光的光刻膠沒有影響；在化學(xué)放大光刻 膠（CAR，Chemical Amplified Resist）中包含的酚醛樹脂以PHS形式存在。CAR中的PAG產(chǎn)生的酸會(huì)去除PHS中的保護(hù)基團(tuán)（t-BOC），從而使PHS快速溶解于TMAH顯 影液中。整個(gè)顯影過程中，TMAH沒有同PHS發(fā)生反應(yīng)。

b、負(fù)性光刻膠的顯影液。二甲苯。清洗液為乙酸丁脂或乙醇、三氯乙烯。

顯影中的常見問題：

a、顯影不完全（Incomplete Development）。表面還殘留有光刻膠。顯影液不足造成；

b、顯影不夠（Under Development）。顯影的側(cè)壁不垂直，由顯影時(shí)間不足造成；

c、過度顯影（Over Development）。靠近表面的光刻膠被顯影液過度溶解，形成臺(tái)階。顯影時(shí)間太長。

八、堅(jiān)膜 （Hard Bake）

刻膠顯影完成后，圖形就基本確定，不過還需要使光刻膠的性質(zhì)更為穩(wěn)定。硬烘干可以達(dá)到這個(gè)目的，這一步驟也被稱為堅(jiān)膜。在這過程中，利用高溫處理，可以除去光刻膠中剩余的溶劑、增強(qiáng)光刻膠對(duì)硅片表面的附著力，同時(shí)提高光刻膠在隨后刻蝕和離子注入過程中的抗蝕性能力。另外，高溫下光刻膠將軟化，形成類似玻璃體在高溫下的熔融狀態(tài)。這會(huì)使光刻膠表面在表面張力作用下圓滑化，并使光刻膠層中的缺陷（如針孔）減少，這樣修正光刻膠圖形的邊緣輪廓。

用O2等離子體對(duì)樣品整體處理，以清除顯影后可能的非望殘留叫de-scumming。特別是負(fù)膠但也包括正膠，在顯影后會(huì)在原來膠-基板界面處殘留聚合物薄層，這個(gè)問題在結(jié)構(gòu)小于1um或大深-寬比的結(jié)構(gòu)中更為嚴(yán)重。當(dāng)然在De-scumming過程中留膠厚度也會(huì)降低，但是影響不會(huì)太大。

最后，在刻蝕或鍍膜之前需要硬烤以去除殘留的顯影液和水，并退火以改善由于顯影過程滲透和膨脹導(dǎo)致的界面接合狀況。同時(shí)提高膠的硬度和提高抗刻蝕性。硬烤溫度一般高達(dá)120度以上，時(shí)間也在20分左右。主要的限制是溫度過高會(huì)使圖形邊緣變差以及刻蝕后難以去除。

方法：熱板，100～1300C（略高于玻璃化溫度Tg），1～2分鐘。

目的：a、完全蒸發(fā)掉光刻膠里面的溶劑（以免在污染后續(xù)的離子注入環(huán)境，例如DNQ酚醛樹脂 光刻膠中的氮會(huì)引起光刻膠局部爆裂）；

b、堅(jiān)膜，以提高光刻膠在離子注入或刻蝕中保護(hù)下表面的能力；

c、進(jìn)一步增強(qiáng)光刻膠與硅片表面之間的黏附性；

d、進(jìn) 一步減少駐波效應(yīng)（Standing Wave Effect）。

常見問題：

a、烘烤不足（Underbake）。減弱光刻膠的強(qiáng)度（抗刻蝕能力和離子注入中 的阻擋能力）；降低針孔填充能力（Gapfill Capability for the needle hole）；降低與基底的黏附能力。

b、烘烤過度（Overbake）。引起光刻膠的流動(dòng)，使圖形精度降低，分辨率變差。另外還可以用深紫外線（DUV，Deep Ultra-Violet）堅(jiān)膜。使正性光刻膠樹脂發(fā)生交聯(lián)形成一層薄的表面硬殼，增加光刻膠的熱穩(wěn)定性。在后面的等離子刻蝕和離子注入（125～2000C）工藝中減少因光刻膠高溫流動(dòng)而引起分辨率的降低。

九、刻蝕或離子注入

刻蝕（英語：etching）是半導(dǎo)體器件制造中利用化學(xué)途徑選擇性地移除沉積層特定部分的工藝。刻蝕對(duì)于器件的電學(xué)性能十分重要。如果刻蝕過程中出現(xiàn)失誤，將造成難以恢復(fù)的硅片報(bào)廢，因此必須進(jìn)行嚴(yán)格的工藝流程控制。半導(dǎo)體器件的每一層都會(huì)經(jīng)歷多個(gè)刻蝕步驟。

刻蝕一般分為電子束刻蝕和光刻，光刻對(duì)材料的平整度要求很高，因此，需要很高的清潔度。 但是，對(duì)于電子束刻蝕，由于電子的波長極短，因此分辨率與光刻相比要好的多。 因?yàn)椴恍枰谀０澹虼藢?duì)平整度的要求不高，但是電子束刻蝕很慢，而且設(shè)備昂貴。

對(duì)于大多數(shù)刻蝕步驟，晶圓上層的部分位置都會(huì)通過“罩”予以保護(hù)，這種罩不能被刻蝕，這樣就能對(duì)層上的特定部分進(jìn)行選擇性地移除。在有的情況中，罩的材料為光阻性的，這和光刻中利用的原理類似。而在其他情況中，刻蝕罩需要耐受某些化學(xué)物質(zhì)，氮化硅就可以用來制造這樣的“罩”。 

離子注入是一種將特定離子在電場里加速，然后嵌入到另一固體材料之中的技術(shù)手段。使用這個(gè)技術(shù)可以改變固體材料的物理化學(xué)性質(zhì)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體器件制造和某些材料科學(xué)研究。離子注入可以導(dǎo)致核轉(zhuǎn)變，或改變某些固體材料的晶體結(jié)構(gòu)。

十、光刻膠的去除

光刻膠的主要功能是在整個(gè)區(qū)域進(jìn)行化學(xué)或機(jī)械處理工藝時(shí)，保護(hù)光刻膠下的襯底部分。所以當(dāng)以上工藝結(jié)束之后，光刻膠應(yīng)全部去除，這一步驟簡稱去膠。只有那些高溫穩(wěn)定的光刻膠，例如光敏感聚酰亞胺，可以作為中間介質(zhì)或緩沖涂層而留在器件上。

為避免對(duì)被處理表面的任何損傷，應(yīng)當(dāng)使用低溫下溫和的化學(xué)方法。超聲波的應(yīng)用也可以增強(qiáng)剝離效能。因?yàn)橛懈g問題、一些已知的剝離液不能作用與鋁等金屬表面；在此情況下、臭氧或氧等離子體(灰化)是首先采用的。這些等離子體同樣成功地作為非鋁表面的光刻交剝離劑，但是，器件表面的損壞仍是要解決的問題。

刻蝕或離子注入之后，已經(jīng)不再需要光刻膠作保護(hù)層，可以將其除去。去膠的方法分類如下：

濕法去膠

有機(jī)溶劑去膠：利用有機(jī)溶劑除去光刻膠

無機(jī)溶劑：通過使用一些無機(jī)溶劑，將光刻膠這種有機(jī)物中的碳元素氧化為二氧化碳，進(jìn)而而將其除去

干法去膠：利用等離子體將光刻膠剝除

除了這些主要的工藝以外，還經(jīng)常采用一些輔助過程，比如進(jìn)行大面積的均勻腐蝕來減小襯底的厚度，或者去除邊緣不均勻的過程等等。一般在生產(chǎn)半導(dǎo)體芯片或者其它元件時(shí)，一個(gè)襯底需要多次重復(fù)光刻。

以上是光刻的步驟，特此收集給大家，希望指正。

（文章來源:半導(dǎo)體行業(yè)觀察 科學(xué)網(wǎng)科學(xué)網(wǎng)轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系刪除）