'微納加工技術篇(一):光刻的原理和流程'

光刻的原理是在硅片表面覆蓋一層具有高度光敏感性光刻膠，再用光線（一般是紫外光、深紫外光、極紫外光）透過掩模照射在硅片表面，被光線照射到的光刻膠會發生反應。此後用特定溶劑洗去被照射/未被照射的光刻膠， 就實現了電路圖從掩模到硅片的轉移。

光刻完成後對沒有光刻膠保護的硅片部分進行刻蝕，最後洗去剩餘光刻膠， 就實現了半導體器件在硅片表面的構建過程。

光刻分為正性光刻和負性光刻兩種基本工藝，區別在於兩者使用的光刻膠的類型不同。負性光刻使用的光刻膠在曝光後會因為交聯而變得不可溶解，並會硬化，不會被溶劑洗掉，從而該部分硅片不會在後續流程中被腐蝕掉，負性光刻光刻膠上的圖形與掩模版上圖形相反。

正性光刻與負性光刻相反，曝光部分的光刻膠會被破壞從而被溶劑洗掉，該部分的硅片沒有光刻膠保護會被腐蝕掉，正性光刻光刻膠上的圖形與掩模版上圖形相同。

1）氣相成底膜

硅片在清洗、烘培後首先通過浸泡、噴霧或化學氣相沉積（CVD）等工藝用六甲基二胺烷成底膜，底膜使硅片表面疏離水分子，同時增強對光刻膠的結合力。底膜的本質是作為硅片和光刻膠的連接劑，與這些材料具有化學相容性。

2）旋轉塗膠

形成底膜後，要在硅片表面均勻覆蓋光刻膠。此時硅片被放置在真空吸盤上，吸盤底部與轉動電機相連。當硅片靜止或旋轉的非常緩慢時，光刻膠被分滴在硅片上。隨後加速硅片旋轉到一定的轉速，光刻膠藉助離心作用伸展到整個硅片表面，並持續旋轉甩去多餘的光刻膠，在硅片上得到均勻的光刻膠膠膜覆蓋層，旋轉一直到溶劑揮發，光刻膠膜幾乎乾燥後停止。

3）軟烘

塗完光刻膠後，需對硅片進行軟烘，除去光刻膠中殘餘的溶劑，提高光刻膠的粘附性和均勻性。未經軟烘的光刻膠易發粘並受顆粒汙染，粘附力會不足，還會因溶劑含量過高導致顯影時存在溶解差異，難以區分曝光和未曝光的光刻膠。

4）曝光

曝光過程是在硅片表面和石英掩模對準並聚焦後，使用紫外光照射，未受掩模遮擋部分的光刻膠發生曝光反應，實現電路圖從掩模到硅片上的轉移。

5）顯影

使用化學顯影液溶解由曝光造成的光刻膠可溶解區域， 使可見圖形出現在硅片上，並區分需要刻蝕的區域和受光刻膠保護的區域。顯影完成後通過旋轉甩掉多餘顯影液，並用高純水清洗後甩幹。

6）堅膜

顯影后的熱烘叫做堅膜烘培，溫度比軟烘更高，目的是蒸發掉剩餘的溶劑使光刻膠變硬，提高光刻膠對硅片表面的粘附性，這一步對光刻膠的穩固，對後續的刻蝕等過程非常關鍵。

7）檢測

對硅片的顯影結果進行檢測，合格的硅片進入後續的刻蝕等流程，不合格的硅片在清洗後進入最初流程。

8）刻蝕

刻蝕是通過化學或物理的方法有選擇地從硅片表面除去不需要材料的過程，通過刻蝕能在硅片上構建預想的電子器件。

刻蝕分為幹法刻蝕和溼法刻蝕兩種。幹法刻蝕是將硅片表面暴露在惰性氣體中，通過氣體產生的等離子體轟擊光刻膠開出的窗口，與硅片發生反應去掉暴露的表面材料，是亞微米尺寸下刻蝕器件的最主要方法。溼法刻蝕使用液態化學劑（酸、鹼、有機溶劑等）用化學方式去

除硅片表面的材料，一般只用於尺寸較大的情況。

9）去膠

刻蝕完成後，通過特定溶劑，洗去硅片表面殘餘的光刻膠。