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光刻是將掩模上的幾何形狀轉(zhuǎn)移到硅片表面的過程。光刻工藝中涉及的步驟是晶圓清洗；阻擋層的形成；光刻膠應(yīng)用；軟烤；掩模對(duì)準(zhǔn)；曝光和顯影；和硬烤。

晶片清洗、阻擋層形成和光刻膠應(yīng)用

在第一步中，晶片被化學(xué)清洗以去除表面上的顆粒物質(zhì)以及任何有機(jī)、離子和金屬雜質(zhì)的痕跡。清洗后，用作阻擋層的二氧化硅沉積在晶片表面。在二氧化硅層形成之后，光致抗蝕劑被施加到晶片的表面。硅片的高速離心旋轉(zhuǎn)是集成電路制造中應(yīng)用光刻膠涂層的標(biāo)準(zhǔn)方法。這種技術(shù)被稱為“旋涂”，在晶片表面產(chǎn)生一層薄而均勻的光刻膠。

正性和負(fù)性光刻膠

光刻膠有兩種:正片和負(fù)片。對(duì)于正性抗蝕劑，抗蝕劑在要去除底層材料的地方用紫外光曝光。在這些抗蝕劑中，暴露于紫外光會(huì)改變抗蝕劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而使其在顯影劑中更易溶解。然后曝光的抗蝕劑被顯影液洗掉，留下裸露的底層材料窗口。換句話說，“無論什么節(jié)目，都會(huì)去。因此，掩模包含要保留在晶片上的圖案的精確拷貝。

消極抵抗的行為正好相反。暴露在紫外光下會(huì)導(dǎo)致負(fù)性抗蝕劑聚合，并且更難溶解。因此，負(fù)性抗蝕劑在其被曝光的任何地方都保留在表面上，并且顯影劑溶液僅去除未曝光的部分。因此，用于負(fù)性光致抗蝕劑的掩模包含待轉(zhuǎn)印圖案的反轉(zhuǎn)(或照相“負(fù)片”)。下圖顯示了使用正性和負(fù)性抗蝕劑產(chǎn)生的圖案差異。

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負(fù)抗蝕劑在集成電路加工的早期歷史中很流行，但是正抗蝕劑逐漸變得更廣泛使用，因?yàn)樗鼈優(yōu)樾缀翁卣魈峁┝烁玫墓に嚳煽匦?。正性抗蝕劑現(xiàn)在是超大規(guī)模集成電路制造工藝中使用的抗蝕劑的主要類型。

軟烤

軟烘烤是從光致抗蝕劑涂層中除去幾乎所有溶劑的步驟。軟烘焙在照片成像中起著非常關(guān)鍵的作用。光致抗蝕劑涂層只有在軟烘烤后才變得感光或可成像。過度烘烤會(huì)降低抗蝕劑的光敏性，要么降低顯影劑的溶解度，要么實(shí)際上破壞一部分感光劑。烘烤不足會(huì)阻止光線到達(dá)感光器。如果涂層中殘留大量溶劑，正性抗蝕劑不會(huì)完全暴露。這種未充分烘烤的正性抗蝕劑隨后容易被曝光和未曝光區(qū)域的顯影劑侵蝕，導(dǎo)致抗蝕性降低。

掩模對(duì)準(zhǔn)和曝光

光刻工藝中最重要的步驟之一是掩模對(duì)準(zhǔn)。“光掩?！笔且粋€(gè)方形玻璃板，其一面有金屬膜圖案乳液。掩模與晶片對(duì)準(zhǔn)，使得圖案可以轉(zhuǎn)移到晶片表面上。第一個(gè)掩模之后的每個(gè)掩模必須與前一個(gè)圖案對(duì)齊。

一旦掩模已經(jīng)與晶片表面上的圖案精確對(duì)準(zhǔn)，光致抗蝕劑就通過掩模上的圖案用高強(qiáng)度紫外光曝光。有三種主要的曝光方法:接觸、接近和投射。如下圖所示。

接觸印刷

在接觸印刷中，涂覆有抗蝕劑的硅晶片與玻璃光掩模物理接觸。晶片被保持在真空吸盤上，整個(gè)組件上升，直到晶片和掩模彼此接觸。當(dāng)晶片處于與掩模接觸的位置時(shí)，光致抗蝕劑用紫外光曝光。由于抗蝕劑和掩模之間的接觸，在接觸印刷中非常高的分辨率是可能的(例如。0.5微米正性抗蝕劑中的1微米特征)。接觸印刷的問題在于，殘留在抗蝕劑和掩模之間的碎片會(huì)損壞掩模并導(dǎo)致圖案缺陷。

鄰近印刷

接近曝光方法類似于接觸印刷，除了在曝光期間在晶片和掩模之間保持10到25微米寬的小間隙。該間隙最小化(但可能不會(huì)消除)面罩的損壞。接近式印刷可以實(shí)現(xiàn)大約2到4微米的分辨率。

投影印刷

投影印刷，完全避免掩膜損壞。掩模上圖案的圖像被投影到幾厘米遠(yuǎn)的抗蝕劑涂覆的晶片上。為了獲得高分辨率，只對(duì)掩模的一小部分成像。這個(gè)小像場(chǎng)在晶片表面上掃描或步進(jìn)。將掩模圖像步進(jìn)到晶片表面的投影打印機(jī)稱為步進(jìn)重復(fù)系統(tǒng)。分步重復(fù)投影打印機(jī)的分辨率約為1微米。

發(fā)展

光刻工藝的最后一步是顯影。下圖顯示了曝光和顯影后負(fù)抗蝕劑和正抗蝕劑的響應(yīng)曲線。

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在低曝光能量下，負(fù)性抗蝕劑完全溶解在顯影液中。隨著曝光增加到閾值能量Et以上，顯影后殘留更多的抗蝕劑膜。在兩倍或三倍閾值能量的曝光下，很少的抗蝕劑膜被溶解。對(duì)于正性抗蝕劑，即使在零曝光能量下，抗蝕劑在其顯影劑中的溶解度也是有限的。溶解度逐漸增加，直到達(dá)到某一閾值，它變得完全可溶。這些曲線受所有抗蝕劑處理變量的影響:初始抗蝕劑厚度、預(yù)烘烤條件、顯影劑化學(xué)性質(zhì)、顯影時(shí)間等。

硬烤

硬烤是光刻工藝的最后一步。為了硬化光致抗蝕劑并提高光致抗蝕劑對(duì)晶片表面的粘附力，該步驟是必要的。

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