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光刻掩膜版怎么制作的?

設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備：首先需要根據(jù)電路設(shè)計(jì)制作出掩模的版圖。這個(gè)過(guò)程通常使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)好后，會(huì)生成一個(gè)掩模圖案的數(shù)據(jù)文件。

選擇基板：選擇適當(dāng)?shù)幕宀牧鲜侵谱鞴饪萄谀５闹匾h(huán)節(jié)。常用的基板材料是石英或玻璃?；鍛?yīng)該具有高透明度、低膨脹系數(shù)、高抗拉強(qiáng)度等特性。

清洗基板：在制作掩模之前，需要對(duì)基板進(jìn)行清洗。這一步可以通過(guò)使用溶劑、酸、超聲波或噴射清洗等方法來(lái)去除表面的塵埃和雜質(zhì)。

涂覆光刻膠：在清洗干凈的基板上涂覆一層光刻膠。光刻膠是一種光敏材料，可以通過(guò)光的照射發(fā)生化學(xué)變化，從而形成所需的圖案。

曝光：將掩模圖案數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入曝光設(shè)備，如電子束曝光機(jī)。設(shè)備會(huì)將圖案轉(zhuǎn)換為光或電子束信號(hào)，然后逐點(diǎn)掃描光刻膠表面。在曝光過(guò)程中，光刻膠中的光敏分子會(huì)因?yàn)楣饣螂娮邮恼丈涠l(fā)生變化。

顯影：曝光后，需要將基板放入顯影液中以去除光刻膠中未發(fā)生變化的部分。經(jīng)過(guò)顯影處理后，基板上將形成與掩模圖案相符的光刻膠圖案。

刻蝕：使用刻蝕工藝(如濕刻蝕或干刻蝕)去除基板上未被光刻膠覆蓋的部分。這樣，基板上就形成了與掩模圖案相符的凹槽。

去除光刻膠：使用溶劑或其他方法去除基板上剩余的光刻膠，暴露出刻蝕后的凹槽圖案。

檢驗(yàn)與修復(fù)：對(duì)完成的掩模進(jìn)行檢查，確保其圖案與設(shè)計(jì)一致且沒(méi)有缺陷。如有缺陷，可以使用修復(fù)工藝進(jìn)行修復(fù)

光刻的流程詳解

一、清洗硅片(WaferClean)

清洗硅片的目的是去除污染物去除顆粒、減少針孔和其它缺陷，提高光刻膠黏附性

基本步驟：化學(xué)清洗——漂洗——烘干。

硅片經(jīng)過(guò)不同工序加工后，其表面已受到嚴(yán)重沾污，一般講硅片表面沾污大致可分在三類(lèi)：

A.有機(jī)雜質(zhì)沾污：可通過(guò)有機(jī)試劑的溶解作用，結(jié)合超聲波清洗技術(shù)來(lái)

去除。

B.顆粒沾污：運(yùn)用物理的方法可采機(jī)械擦洗或超聲波清洗技術(shù)來(lái)去除粒徑≥0.4μm顆粒，利用兆聲波可去除≥0.2μm顆粒。

C.金屬離子沾污：必須采用化學(xué)的方法才能清洗其沾污，硅片表面金屬雜質(zhì)沾污有兩大類(lèi)：

a.一類(lèi)是沾污離子或原子通過(guò)吸附分散附著在硅片表面。

b.另一類(lèi)是帶正電的金屬離子得到電子后面附著(尤如“電鍍”)到硅片表面。

二、預(yù)烘和底膠涂覆(Pre-bakeandPrimerVapor)

由于光刻膠中含有溶劑，所以對(duì)于涂好光刻膠的硅片需要在80度左右的。硅片脫水烘焙能去除圓片表面的潮氣、增強(qiáng)光刻膠與表面的黏附性、通常大約100°C。這是與底膠涂覆合并進(jìn)行的。

底膠涂覆增強(qiáng)光刻膠(PR)和圓片表面的黏附性。廣泛使用:(HMDS)六甲基二硅胺、在PR旋轉(zhuǎn)涂覆前HMDS蒸氣涂覆、PR涂覆前用冷卻板冷卻圓片。

預(yù)烘和底膠蒸氣涂覆

三、光刻膠涂覆(PhotoresistCoating)

光刻膠涂覆通常的步驟是在涂光刻膠之前，先在900-1100度濕氧化。氧化層可以作為濕法刻蝕或B注入的膜版。作為光刻工藝自身的第一步，一薄層的對(duì)紫外光敏感的有機(jī)高分子化合物，即通常所說(shuō)的光刻膠，要涂在樣品表面(SiO2)。首先光刻膠被從容器中取出滴布到置于涂膠機(jī)中的樣品表面，(由真空負(fù)壓將樣品固定在樣品臺(tái)上)，樣品然后高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速由膠粘度和希望膠厚度確定。在這樣的高速下，膠在離心力的作用下向邊緣流動(dòng)。

四、前烘(SoftBake)

完成光刻膠的涂抹之后，需要進(jìn)行軟烘干操作，這一步驟也被稱(chēng)為前烘。前烘能夠蒸發(fā)光刻膠中的溶劑溶劑、能使涂覆的光刻膠更薄。

在液態(tài)的光刻膠中，溶劑成分占65%-85%。雖然在甩膠之后，液態(tài)的光刻膠已經(jīng)成為固態(tài)的薄膜，但仍有10%-30%的溶劑，容易沾污灰塵。通過(guò)在較高溫度下進(jìn)行烘培，可以使溶劑從光刻膠中揮發(fā)出來(lái)(前烘后溶劑含量降至5%左右)，從而降低了灰塵的沾污。同時(shí)，這一步驟還可以減輕因高速旋轉(zhuǎn)形成的薄膜應(yīng)力，從而提高光刻膠襯底上的附著性。

在前烘過(guò)程中，由于溶劑揮發(fā)，光刻膠厚度也會(huì)減薄，一般減薄的幅度為10%-20%左右。

五、對(duì)準(zhǔn)(Alignment)

光刻對(duì)準(zhǔn)技術(shù)是曝光前一個(gè)重要步驟作為光刻的三大核心技術(shù)之一，一般要求對(duì)準(zhǔn)精度為最細(xì)線寬尺寸的1/7---1/10。隨著光刻分辨力的提高，對(duì)準(zhǔn)精度要求也越來(lái)越高，例如針對(duì)45am線寬尺寸，對(duì)準(zhǔn)精度要求在5am左右。

受光刻分辨力提高的推動(dòng)，對(duì)準(zhǔn)技術(shù)也經(jīng)歷迅速而多樣的發(fā)展。從對(duì)準(zhǔn)原理上及標(biāo)記結(jié)構(gòu)分類(lèi)，對(duì)準(zhǔn)技術(shù)從早期的投影光刻中的幾何成像對(duì)準(zhǔn)方式，包括視頻圖像對(duì)準(zhǔn)、雙目顯微鏡對(duì)準(zhǔn)等，一直到后來(lái)的波帶片對(duì)準(zhǔn)方式、干涉強(qiáng)度對(duì)準(zhǔn)、激光外差干涉以及莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)方式。從對(duì)準(zhǔn)信號(hào)上分，主要包括標(biāo)記的顯微圖像對(duì)準(zhǔn)、基于光強(qiáng)信息的對(duì)準(zhǔn)和基于相位信息對(duì)準(zhǔn)。

對(duì)準(zhǔn)法則是第一次光刻只是把掩膜版上的Y軸與晶園上的平邊成90，如圖所示。接下來(lái)的掩膜版都用對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與上一層帶有圖形的掩膜對(duì)準(zhǔn)。對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記是一個(gè)特殊的圖形，分布在每個(gè)芯片圖形的邊緣。經(jīng)過(guò)光刻工藝對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記就永遠(yuǎn)留在芯片表面，同時(shí)作為下一次對(duì)準(zhǔn)使用。

六、曝光(Exposure)

在這一步中，將使用特定波長(zhǎng)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(shù)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。

七、顯影(development)

通過(guò)在曝光過(guò)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(lái)。為了提高分辨率，幾乎每一種光刻膠都有專(zhuān)門(mén)的顯影液，以保證高質(zhì)量的顯影效果。

八、堅(jiān)膜(HardBake)

刻膠顯影完成后，圖形就基本確定，不過(guò)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(chēng)為堅(jiān)膜。在這過(guò)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(guò)程中的抗蝕性能力。另外，高溫下光刻膠將軟化，形成類(lèi)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(lái)膠-基板界面處殘留聚合物薄層，這個(gè)問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)高會(huì)使圖形邊緣變差以及刻蝕后難以去除。

九、刻蝕或離子注入

刻蝕(英語(yǔ)：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?？涛g對(duì)于器件的電學(xué)性能十分重要。如果刻蝕過(guò)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(zhǎng)極短，因此分辨率與光刻相比要好的多。因?yàn)椴恍枰谀０?，因此?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(guò)“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(lèi)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(lái)制造這樣的“罩”。

離子注入是一種將特定離子在電場(chǎng)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(jiǎn)稱(chēng)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(wèn)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(wèn)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(lèi)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(wú)機(jī)溶劑：通過(guò)使用一些無(wú)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

總結(jié)：以上是小編總結(jié)的光刻掩膜版加工流程，希望大家喜歡。