光刻工藝類似于洗印黑白照片
人們經(jīng)常將 Photo Lithography(光刻)縮寫成 Photo。得此名稱的原因是,這個工藝在晶 圓上利用光線來照射帶有電路圖形的光罩,從而繪制電路。形成圖形的方法類似于在洗印黑 白照片時,將在膠片上形成的圖像印在相紙上。 隨著半導(dǎo)體集成度的提高,構(gòu)成芯片的單元元 件也要使用微工藝做得更小。由于微電路圖形 的實現(xiàn)也全由光刻工藝決定,因此集成度越高, 光刻工藝技術(shù)就越需要更精細(xì)和更高級的技術(shù)。
晶圓電路圖形制造準(zhǔn)備階段
那么我們開始正式了解一下光刻工藝是如何進(jìn) 行的吧!首先,使用電腦系統(tǒng)設(shè)計(計算機輔助設(shè)計, CAD, computer-aided design)將要在晶圓上繪制的電路。依照電路圖形(Pattern)所設(shè)計的圖中包含工程師設(shè)計的精密電路,其精密度決定半導(dǎo)體的集成度。
制造具有照片底片一樣作用的光罩
▲ 光罩(Photo Mask)
設(shè)計好的電路圖形通過在由高純度石英加工而 成的基板上形成含鉻(Cr)的微電路,從而成 為光罩。光罩也稱為掩膜,相當(dāng)于可以反映電路模圖形的膠卷,具有照片底片的功能。為了形成更精細(xì)的圖形(Patterning),光罩比半導(dǎo) 體電路制作的更大,并且利用透鏡減來少光的 照射。 光刻工藝可以細(xì)分為涂膠、曝光、顯影。
氧化膜的形成方法
現(xiàn)在在晶圓上作畫的準(zhǔn)備工作已完成。下一步 是在晶圓表面均勻涂抹對光敏感的物質(zhì)——光刻 膠(PR, Photo Resist)。這就像沖洗照片一樣, 是將晶圓變成相紙的過程。為了獲得更高質(zhì)量的微電路圖形,光刻膠(PR)膜必須薄且均勻,且對光要具有高度敏感性。
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(PR)膜,使晶圓成為類似于相紙 的狀態(tài)后,使用曝光設(shè)備(步進(jìn)式光 刻機,Steper)使光穿過包含電路圖形的光罩,將電路印在晶圓上。這個過程叫做“曝光”(Steper Exposure)。半導(dǎo)體工藝中的曝光是指 選擇性地照射光的工序。
光刻工藝的最后一個階段是顯影(Develop),與 照片的顯影過程一樣。顯影過程決定圖形的形 成,所以非常重要。顯影(Develop) 是在晶圓上 噴灑顯影液后,選擇性的去除曝光區(qū)和非曝光 區(qū),從而形成電路圖形的工序。 均勻涂抹在晶圓上的光刻膠(PR)根據(jù)其對光的 反應(yīng)方式分為正性(positive)或負(fù)性 (negative)。在正性光刻膠的情況下,留下未曝 光的區(qū)域,而在負(fù)性光刻膠的情況下,僅使用曝光的區(qū)域。 顯影過程結(jié)束后,光刻工藝就完成了。在用各種測量設(shè)備和光學(xué)顯微鏡仔細(xì)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(jìn)入下一 個工程階段。
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