光刻蚀加工

第六节　光刻蚀加工

自从1958年美国德克萨斯公司试制成功世界上第一块集成电路起，40余年来世界IC产业经历了小规模、中规模、大规模、超大规模和特大规模集成电路的发展阶段。单块半导体硅晶片上集成的元器件数目越来越多，集成电路的功能和速度飞速提高。并遵循著名的摩尔定律:“集成电路的性能每过18个月提高1倍，其加工图形特征尺寸每3年更新一代。”目前在深亚微米超精细微加工工艺的支持下，硅片上制作CMOS电路(一种半导体集成电路)的图形特征尺寸已达到0.18～0.13μm，集成度达到10.8，CPU的速度达到每秒数千兆次(G)的水平。光刻技术及其相关IC工艺和装备的不断进步，使得IC制造技术的极限不断被打破，摩尔定律继续发挥作用，目前正逼近100nm水平，并向100nm以下继续发展。研究表明，目前占据IC主流的CMOS器件至少可以达到35nm特征尺寸，CMOS工艺有着非常广阔的发展前景。

一代IC工艺离不开一代IC工艺装备的支撑，IC技术的飞速发展需要先期推出符合IC工艺要求的商业化IC制造装备，以实现IC制造所需的深亚微米高成品率的超精细微加工。由于IC核心装备的研发难度极高，目前只有少数西方发达国家能够提供，并形成美国、日本、欧洲三强鼎立的局面。

集成电路超精细微加工工艺包括光刻、刻蚀、氧化、扩散、掺杂、溅射、CMP等工艺，涉及近百道工序，工艺非常复杂，设备要求极高。其中实现超微图形成像的光刻技术一直是推动IC工艺技术水平发展的核心驱动力。

一、光刻加工原理

光刻加工又称光刻蚀加工或刻蚀加工。当前，光刻加工技术主要用于制作集成电路、微型机械等高精度微细线条所构成的高密度复杂图形，是纳米加工的一种重要加工手段。光刻加工的原理近似于照相制版，其关键技术是原版制作、曝光和刻蚀。

光刻加工可分为两个阶段，第一阶段为原版制作，生成微细复杂图形的工作原版或工作掩膜，为光刻加工时用;第二阶段为光刻。

1.工作原版制作

(1)原图绘制。根据设计图样，在绘图机上，用刻图导在一种叫红膜的材料上刻成，一般要比最终要求的图像放大几倍到几百倍。

(2)缩版、殖版制作。将原图用缩放机缩成规定的尺寸，即成缩版。如果要大量生产同一形状的制品，可用缩图在分步重复照相机上制成多个相同图形排列的殖版。

(3)工作原版或工作掩膜制作。缩版、殖版可直接用于光刻加工，但一般都作为母版保存，从母版复印形成复制版，成为光刻加工时的原版，称工作原版或工作掩膜(版)。

2.光刻

(1)涂胶。把光刻剂涂敷在半导体基片的氧化膜上的过程称为涂胶。

(2)曝光。利用光源发出的光束，经工作掩膜在光致抗蚀剂涂层上成像，即为曝光。

(3)显影与烘片。

(4)刻蚀。利用化学或物理方法，将没有光致抗蚀剂部分的氧化膜去除，称之为刻蚀。

(5)剥膜与检查。

二、下一代光刻技术

在0.1微米之后用于替代光学光刻的下一代光刻技术(NGL)主要包括X射线光刻机(XRL)、电子束投影光刻机(SCALPEL)、电子束直写(EB)、极紫外光刻机(EUVL)，由于光学光刻的突破，这几种技术一直处于“候选者”的地位，并形成竞争态势。