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芯片制造:光刻工艺原理与流程
3 天前   浏览:124   来源:小萍子


光刻是芯片制造过程中至关重要的一步,它定义了芯片上的各种微细图案,并且要求极高的精度。以下是光刻过程的详细介绍,包括原理和具体步骤。


(DUV)

(Immersion DUV)

(EUV)




光刻原理




光刻的核心工具包括光掩膜、光刻机和光刻胶:

光掩膜:如同芯片的蓝图,上面印有每一层结构的图案。

光刻机:像一把精确的画笔,能够引导光线在光刻胶上刻画出图案。

光刻胶:一种特殊的感光材料,通过光刻过程在光刻胶上形成图案,进而构建出三维结构。




光刻的具体步骤




硅片清洁与表面预处理

清洁:硅片需要经过湿法清洗以去除表面的颗粒和有机物污染。

冲洗:使用去离子水进行彻底冲洗,确保所有杂质都被清除。

增粘处理:硅片会被暴露于六甲基二硅烷(HMDS)气体中,这种气体可以使硅片表面脱水并形成一层疏水性的表面,从而提高光刻胶的附着力。

涂光刻胶

采用旋转涂胶法,将光刻胶滴在硅片中心,随着硅片的缓慢旋转,光刻胶会被均匀涂抹,并达到稳定的厚度。

硅片边缘通常需要倒角处理,以避免光刻胶在边缘堆积。

前烘

涂抹好光刻胶的硅片会放置在专门的烘箱中进行前烘处理,以加速光刻胶的固化,使其变得更加坚固,同时提高光刻胶与硅片之间的粘附力。

对准与曝光

对准:光掩膜和硅片工件台需要进行精密对准和平整调整。

曝光:光源开始发光,通过移动工件台的方式,确保硅片上的每个区域都能得到精确的曝光。硅片会被装载到光刻机中进行对准和曝光。

后烘

后烘是为了确保光刻胶中的光化学反应能够充分完成。通过加热,可以弥补曝光强度不足的问题,确保图案转移的质量。


显影冲洗

硅片会接触显影液,将曝光过的光刻胶溶解并清除。曝光的区域会变得可溶于显影液,而未曝光的区域则保持不变。

显影后,使用去离子水彻底清洗硅片,以去除残留的显影液和溶解的光刻胶,最终在光刻胶上重现光掩膜上的图案。


坚膜烘焙

如果采用湿法制程,需要进行坚膜烘焙,以减少光刻胶中的溶剂含量,防止多余的水分影响后续的刻蚀沉积与离子注入的步骤。


测量检测

使用各种检测手段来验证光刻胶薄膜的厚度、套刻精度等指标。

对于高精度的制造,例如先进制程,通常需要使用电子扫描显微镜来进行检测。只有当达到所需的精度标准后,硅片才能进行刻蚀或者沉积等后续工艺。




刻蚀和化学沉积




刻蚀


通过一定的腐蚀溶液的腐蚀,覆盖光刻胶的地方没有被腐蚀,没覆盖光刻胶的地方被腐蚀。


然后用溶剂把多余的光刻胶洗掉,这样芯片就会形成三维的电路结构。



化学沉积

在涂了光刻胶的硅片上沉积一层材料。之后再洗掉多余的光刻胶,这样也能在硅片上形成三维的电路结构。


离子注入

被光刻胶挡住的地方没被离子注入,这样可以控制离子注入的位置。

  
通过以上步骤,光刻技术能够在硅片上精确地复制复杂的电路图案,为后续的芯片制造奠定基础。





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