浅谈半导体制造中的光刻工艺

在之前的文章里，我们介绍了晶圆制造、氧化过程和集成电路的部分发展史。现在，让我们继续了解光刻工艺，通过该过程将电子电路图形转移到晶圆上。光刻过程与使用胶片相机拍照非常相似。但是具体是怎么实现的呢？

光刻，类似于洗印黑白照片

Photolithography(光刻)简称为“Photo”。光刻工艺因通过将图形掩模暴露在光线下将电路设计转移到晶圆上而得名。在晶圆上制作复制品就像在感光纸上洗印黑白底片一样。

随着电路图形变得越来越密集，芯片元件也需要使用高精度纳米级工艺来缩小。制作这些更精细的电路图形完全取决于光刻工艺，因此，随着芯片变小，高精度和先进的光刻技术是必不可少的。

准备在晶圆上绘制电路图形

让我们仔细看看光刻工艺。第一步是使用计算机辅助设计软件(EDA)设计出要绘制到晶圆上的电路。在这个电子电路图形的画布上，工程师将最终给出一个精确设计的图形，这将确定半导体芯片的集成度。

制造具有照片底片一样作用的光罩

使用铬(Cr)将微观电路体现在由超纯石英制成的玻璃基板上，从而将电路图形设计制成光罩。光罩也称为掩膜，相当于可以反映电路图形的胶卷，具有照片底片的功能。为了实现更精细的图形，光罩的设计比电路的尺寸大得多，再使用透镜光学收缩到晶圆上。

光刻原理示意图

光刻工艺包括涂胶、曝光和显影。

1，涂胶：在晶圆表面涂上光刻胶(PR, Photo resist)

现在我们的准备工作已经完成，下一步将在晶圆上绘制图形。首先，将光刻胶(PR，对光高度敏感)均匀地涂覆在晶圆表面上。这使得晶圆像用于洗印照片的相纸。光刻胶层需要薄而均匀，并且对紫外线高度敏感，以产生高质量和精确的电路图形。
2，曝光：通过光线在晶圆上绘制电路

利用步进器，将光罩上的电路设计投射并用紫外线转移到经过涂覆光刻胶的晶圆上。这个过程称为“步进曝光”。由于半导体芯片极其精密，曝光区域是可选择且精确受控的。

3，显影： 形成电路图形

光刻过程的最后一步，即显影，与冲洗照片的过程类似。这一步至关重要，因为它决定了晶圆上电路图形的最终形状。当显影溶液喷涂到晶圆上时，某些区域被选择性地移除以创建最终图形。

光刻胶可以是正的，也可以是负的，这取决于它对光的反应。如果使用的是正光刻胶，显影时会移除光线照射(曝光)的区域，留下未照射(未曝光)的区域。如果使用的是负光刻胶，则相反。

显影步骤结束后，光刻过程就完成了。使用包括光学显微镜在内的各种仪器仔细检查晶圆，只有通过所有检查的晶圆才能进入下一步。

这篇文章我们介绍了光刻工艺，将精确的电路设计投射到晶圆上。请继续关注本系列的下一部分，我们将了解如何通过在蚀刻过程中选择性地去除不必要的材料，从而在晶圆上创建所需的电路图形。

　　审核编辑：汤梓红