【半導體光刻工藝】在晶圓上繪制電路-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-06-20
光刻步驟類似于圖案繪制的過程。而半導體的生產制造，可以理解為是重復的堆疊和切割。利用光刻工藝，在想要切割的位置繪制圖案。
光刻工藝的第一步就是涂覆光刻膠（Photo Resist，PR），當光穿過掩膜照射時，在受光和未受光區域之間，光刻膠會出現性質差異。
利用這種差異，在光刻膠的受光或未受光區域中，可根據情況保留和移除所需區域，這個過程就是顯影（Develop）。換言之，顯影的區域便是掩模版的圖案區域。將掩模版的圖案（Pattern）顯影在想要切割的物質上的過程，被稱為成像（Patterning）。
光刻膠
光刻膠又稱光致抗蝕劑，是指通過紫外光、電子束、離子束、X射線等的照射或輻射，其溶解度發生變化的耐蝕劑刻薄膜材料。為了獲得更高質量的微電路圖形，光刻膠膜必須薄且均勻，且對光要具有高度敏感性。
光刻膠經曝光后，其化學性質會發生改變。更準確地說，經曝光后，光刻膠在顯影液中的溶解度發生了變化：曝光后溶解度上升的物質稱作正性（Positive）光刻膠，反之則為負性（Negative）光刻膠。
半導體制造商一般會根據工藝的目的選擇合適的光刻膠。例如，負膠經曝光而固化的部分，在顯影過程中，因吸收部分顯影液而容易膨脹、變形，不適合繪制精細圖形。因此，繪制精細圖形通常采用正膠。但負膠卻具有成本低以及在刻蝕（Etching）工藝中抗刻蝕能力更強的的優點。
掩模版（光罩）
掩模版是用于LSI等集成電路制造工序的重要器件。在透明玻璃板表面的遮光膜上蝕刻加工了非常微細的電路圖案，成為對硅晶圓復刻電路時的母版。
將想要繪制的圖案制成薄板（也被稱為掩膜（Mask）或光罩（Reticle）），使用薄板讓光被阻隔或者透射過去，照射在需要的位置，即可將掩模版的圖案轉印到晶圓上，從而顯影出圖案。
半導體制造需要多個掩模版。使用掩模版曝光后，在隨后的刻蝕、沉積和氧化工藝中再經多種處理，然后再重復上述過程，堆疊半導體的下一層。可見，所謂“設計”，其實就是為賦予芯片一定功能，不斷制作用于繪制半導體各層的掩模版的過程。
通過光線在晶圓上繪制電路的曝光
通過涂膠工序，形成光刻膠膜，使晶圓成為類似于相紙的狀態后，使用曝光設備（步進式光刻機，Steper）使光穿過包含電路圖形的掩模版，將電路印在晶圓上。這個過程叫做“曝光”（Steper Exposure）。半導體工藝中的曝光是指選擇性地照射光的工序。
曝光與氧化工藝不同，無法同時處理數十個晶圓，即無法打造可以一次處理直徑為300mm的晶圓的均勻光源，光刻機每次只能曝光1~4個芯片。僅投入到曝光工藝的資金就是氧化工藝的12倍。
形成電路圖形的顯影工序
光刻工藝的最后一個階段是顯影（Develop）。光刻膠曝光后，曝光區光刻膠的化學性質會發生改變，這些變質的光刻膠要用顯影液溶解后去除，從而形成電路圖形，這一工藝被稱作顯影。
在正性光刻膠的情況下，留下未曝光的區域，而在負性光刻膠的情況下，僅使用曝光的區域。在進入顯影工藝前，要進行曝光后烘烤（Post Exposure Bake，PEB），以進一步促進曝光區光刻膠的性質變化。
顯影過程結束后，光刻工藝就完成了。在用各種測量設備和光學顯微鏡仔細檢查圖形是否繪制好之后，只有完成這些工序的晶圓才能進入下一個工程階段。
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