什么是光刻？光刻是將掩模上的幾何形狀轉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；光刻膠應用；軟烤；掩模對準；曝光和顯影；和硬烤。

晶片清洗、阻擋層形成和光刻膠應用

在第一步中，晶片被化學清洗以去除表面上的顆粒物質以及任何有機、離子和金屬雜質的痕跡。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是集成電路制造中應用光刻膠涂層的標準方法。這種技術被稱為“旋涂”，在晶片表面產生一層薄而均勻的光刻膠。

正性和負性光刻膠

光刻膠有兩種:正片和負片。對于正性抗蝕劑，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，暴露于紫外光會改變抗蝕劑的化學結構，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，“無論什么節目，都會去。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。暴露在紫外光下會導致負性抗蝕劑聚合，并且更難溶解。因此，負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，用于負性光致抗蝕劑的掩模包含待轉印圖案的反轉(或照相“負片”)。下圖顯示了使用正性和負性抗蝕劑產生的圖案差異。

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。過度烘烤會降低抗蝕劑的光敏性，要么降低顯影劑的溶解度，要么實際上破壞一部分感光劑。烘烤不足會阻止光線到達感光器。如果涂層中殘留大量溶劑，正性抗蝕劑不會完全暴露。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域的顯影劑侵蝕，導致抗蝕性降低。

掩模對準和曝光

光刻工藝中最重要的步驟之一是掩模對準。“光掩模”是一個方形玻璃板，其一面有金屬膜圖案乳液。掩模與晶片對準，使得圖案可以轉移到晶片表面上。第一個掩模之后的每個掩模必須與前一個圖案對齊。

一旦掩模已經與晶片表面上的圖案精確對準，光致抗蝕劑就通過掩模上的圖案用高強度紫外光曝光。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，整個組件上升，直到晶片和掩模彼此接觸。當晶片處于與掩模接觸的位置時，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損壞掩模并導致圖案缺陷。

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(但可能不會消除)面罩的損壞。接近式印刷可以實現大約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的抗蝕劑涂覆的晶片上。為了獲得高分辨率，只對掩模的一小部分成像。這個小像場在晶片表面上掃描或步進。將掩模圖像步進到晶片表面的投影打印機稱為步進重復系統。分步重復投影打印機的分辨率約為1微米。

發展

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

在低曝光能量下，負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、預烘烤條件、顯影劑化學性質、顯影時間等。

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晶片表面的粘附力，該步驟是必要的。

　　審核編輯：湯梓紅