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光刻掩膜版怎么制作的?

設計與準備：首先需要根據(jù)電路設計制作出掩模的版圖。這個過程通常使用計算機輔助設計(CAD)軟件來實現(xiàn)。設計好后，會生成一個掩模圖案的數(shù)據(jù)文件。

選擇基板：選擇適當?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摼哂懈咄该鞫取⒌团蛎浵禂?shù)、高抗拉強度等特性。

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

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，可以通過光的照射發(fā)生化學變化，從而形成所需的圖案。

曝光：將掩模圖案數(shù)據(jù)文件導入曝光設備，如電子束曝光機。設備會將圖案轉換為光或電子束信號，然后逐點掃描光刻膠表面。在曝光過程中，光刻膠中的光敏分子會因為光或電子束的照射而發(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。

檢驗與修復：對完成的掩模進行檢查，確保其圖案與設計一致且沒有缺陷。如有缺陷，可以使用修復工藝進行修復

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：化學清洗——漂洗——烘干。

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

A.有機雜質沾污：可通過有機試劑的溶解作用，結合超聲波清洗技術來

去除。

B.顆粒沾污：運用物理的方法可采機械擦洗或超聲波清洗技術來去除粒徑≥0.4μm顆粒，利用兆聲波可去除≥0.2μm顆粒。

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

a.一類是沾污離子或原子通過吸附分散附著在硅片表面。

b.另一類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、預烘和底膠涂覆(Pre-bakeandPrimerVapor)

由于光刻膠中含有溶劑，所以對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行的。

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

預烘和底膠蒸氣涂覆

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，一薄層的對紫外光敏感的有機高分子化合物，即通常所說的光刻膠，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中的樣品表面，(由真空負壓將樣品固定在樣品臺上)，樣品然后高速旋轉，轉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。

四、前烘(SoftBake)

完成光刻膠的涂抹之后，需要進行軟烘干操作，這一步驟也被稱為前烘。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。通過在較高溫度下進行烘培，可以使溶劑從光刻膠中揮發(fā)出來(前烘后溶劑含量降至5%左右)，從而降低了灰塵的沾污。同時，這一步驟還可以減輕因高速旋轉形成的薄膜應力，從而提高光刻膠襯底上的附著性。

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

五、對準(Alignment)

光刻對準技術是曝光前一個重要步驟作為光刻的三大核心技術之一，一般要求對準精度為最細線寬尺寸的1/7---1/10。隨著光刻分辨力的提高，對準精度要求也越來越高，例如針對45am線寬尺寸，對準精度要求在5am左右。

受光刻分辨力提高的推動，對準技術也經(jīng)歷迅速而多樣的發(fā)展。從對準原理上及標記結構分類，對準技術從早期的投影光刻中的幾何成像對準方式，包括視頻圖像對準、雙目顯微鏡對準等，一直到后來的波帶片對準方式、干涉強度對準、激光外差干涉以及莫爾條紋對準方式。從對準信號上分，主要包括標記的顯微圖像對準、基于光強信息的對準和基于相位信息對準。

對準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。接下來的掩膜版都用對準標記與上一層帶有圖形的掩膜對準。對準標記是一個特殊的圖形，分布在每個芯片圖形的邊緣。經(jīng)過光刻工藝對準標記就永遠留在芯片表面，同時作為下一次對準使用。

六、曝光(Exposure)

在這一步中，將使用特定波長的光對覆蓋襯底的光刻膠進行選擇性地照射。光刻膠中的感光劑會發(fā)生光化學反應，從而使正光刻膠被照射區(qū)域(感光區(qū)域)、負光刻膠未被照射的區(qū)域(非感光區(qū))化學成分發(fā)生變化。這些化學成分發(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會發(fā)生光化學反應，變?yōu)橐蚁┩⑦M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，產生的羧酸同時還會促進酚醛樹脂的溶解。利用感光與未感光光刻膠對堿性溶劑的不同溶解度，就可以進行掩膜圖形的轉移。

七、顯影(development)

通過在曝光過程結束后加入顯影液，正光刻膠的感光區(qū)、負光刻膠的非感光區(qū)，會溶解于顯影液中。這一步完成后，光刻膠層中的圖形就可以顯現(xiàn)出來。為了提高分辨率，幾乎每一種光刻膠都有專門的顯影液，以保證高質量的顯影效果。

八、堅膜(HardBake)

刻膠顯影完成后，圖形就基本確定，不過還需要使光刻膠的性質更為穩(wěn)定。硬烘干可以達到這個目的，這一步驟也被稱為堅膜。在這過程中，利用高溫處理，可以除去光刻膠中剩余的溶劑、增強光刻膠對硅片表面的附著力，同時提高光刻膠在隨后刻蝕和離子注入過程中的抗蝕性能力。另外，高溫下光刻膠將軟化，形成類似玻璃體在高溫下的熔融狀態(tài)。這會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。特別是負膠但也包括正膠，在顯影后會在原來膠-基板界面處殘留聚合物薄層，這個問題在結構小于1um或大深-寬比的結構中更為嚴重。當然在De-scumming過程中留膠厚度也會降低，但是影響不會太大。

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程滲透和膨脹導致的界面接合狀況。同時提高膠的硬度和提高抗刻蝕性。硬烤溫度一般高達120度以上，時間也在20分左右。主要的限制是溫度過高會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：etching)是半導體器件制造中利用化學途徑選擇性地移除沉積層特定部分的工藝。刻蝕對于器件的電學性能十分重要。如果刻蝕過程中出現(xiàn)失誤，將造成難以恢復的硅片報廢，因此必須進行嚴格的工藝流程控制。半導體器件的每一層都會經(jīng)歷多個刻蝕步驟。

刻蝕一般分為電子束刻蝕和光刻，光刻對材料的平整度要求很高，因此，需要很高的清潔度。但是，對于電子束刻蝕，由于電子的波長極短，因此分辨率與光刻相比要好的多。因為不需要掩模板，因此對平整度的要求不高，但是電子束刻蝕很慢，而且設備昂貴。

對于大多數(shù)刻蝕步驟，晶圓上層的部分位置都會通過“罩”予以保護，這種罩不能被刻蝕，這樣就能對層上的特定部分進行選擇性地移除。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似。而在其他情況中，刻蝕罩需要耐受某些化學物質，氮化硅就可以用來制造這樣的“罩”。

離子注入是一種將特定離子在電場里加速，然后嵌入到另一固體材料之中的技術手段。使用這個技術可以改變固體材料的物理化學性質，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應用于半導體器件制造和某些材料科學研究。離子注入可以導致核轉變，或改變某些固體材料的晶體結構。

十、光刻膠的去除

光刻膠的主要功能是在整個區(qū)域進行化學或機械處理工藝時，保護光刻膠下的襯底部分。所以當以上工藝結束之后，光刻膠應全部去除，這一步驟簡稱去膠。只有那些高溫穩(wěn)定的光刻膠，例如光敏感聚酰亞胺，可以作為中間介質或緩沖涂層而留在器件上。

為避免對被處理表面的任何損傷，應當使用低溫下溫和的化學方法。超聲波的應用也可以增強剝離效能。因為有腐蝕問題、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題。

刻蝕或離子注入之后，已經(jīng)不再需要光刻膠作保護層，可以將其除去。去膠的方法分類如下：

濕法去膠

有機溶劑去膠：利用有機溶劑除去光刻膠

無機溶劑：通過使用一些無機溶劑，將光刻膠這種有機物中的碳元素氧化為二氧化碳，進而而將其除去

干法去膠：利用等離子體將光刻膠剝除

總結：以上是小編總結的光刻掩膜版加工流程，希望大家喜歡。