光刻工艺过程及作用图片（光刻工艺过程及作用图片视频）
光刻工艺过程及作用图片（光刻工艺过程及作用图片视频）
一、用途
光刻机是芯片制造的核心设备之一，按照用途可以分为好几种：有用于生产芯片的光刻机；有用于封装的光刻机；还有用于LED制造领域的投影光刻机。
用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板，国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口，本次厦门企业从荷兰进口的光刻机就是用于芯片生产的设备。
二、工作原理
在加工芯片的过程中，光刻机通过一系列的光源能量、形状控制手段，将光束透射过画着线路图的掩模，经物镜补偿各种光学误差，将线路图成比例缩小后映射到硅片上，然后使用化学方法显影，得到刻在硅片上的电路图。
一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片，线路图的层数越多，也需要更精密的曝光控制过程。
扩展资料
光刻机的结构：
1、测量台、曝光台：是承载硅片的工作台。
2、激光器：也就是光源，光刻机核心设备之一。
3、光束矫正器：矫正光束入射方向，让激光束尽量平行。
4、能量控制器：控制最终照射到硅片上的能量，曝光不足或过足都会严重影响成像质量。
5、光束形状设置：设置光束为圆型、环型等不同形状，不同的光束状态有不同的光学特性。
6、遮光器：在不需要曝光的时候，阻止光束照射到硅片。
7、能量探测器：检测光束最终入射能量是否符合曝光要求，并反馈给能量控制器进行调整。
8、掩模版：一块在内部刻着线路设计图的玻璃板，贵的要数十万美元。
9、掩膜台：承载掩模版运动的设备，运动控制精度是nm级的。
10、物镜：物镜用来补偿光学误差，并将线路图等比例缩小。
11、硅片：用硅晶制成的圆片。硅片有多种尺寸，尺寸越大，产率越高。题外话，由于硅片是圆的，所以需要在硅片上剪一个缺口来确认硅片的坐标系，根据缺口的形状不同分为两种，分别叫flat、 notch。
12、内部封闭框架、减振器：将工作台与外部环境隔离，保持水平，减少外界振动干扰，并维持稳定的温度、压力。
参考资料来源：百度百科-光刻机
常规光刻技术是采用波长为2000～4500埃的紫外光作为图像信息载体，以光致抗蚀剂为中间（图像记录）媒介实现图形的变换、转移和处理，最终把图像信息传递到晶片(主要指硅片)或介质层上的一种工艺（图1）。在广义上，它包括光复印和刻蚀工艺两个主要方面。
①光复印工艺：经曝光系统将预制在掩模版上的器件或电路图形按所要求的位置，精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致抗蚀剂薄层上。
②刻蚀工艺：利用化学或物理方法，将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质层除去，从而在晶片表面或介质层上获得与抗蚀剂薄层图形完全一致的图形。集成电路各功能层是立体重叠的，因而光刻工艺总是多次反复进行。例如，大规模集成电路要经过约10次光刻才能完成各层图形的全部传递。在狭义上，光刻工艺仅指光复印工艺,即图1中从④到⑤或从③到⑤的工艺过程。 常用的曝光方式分类如下：
接触式曝光和非接触式曝光的区别，在于曝光时掩模与晶片间相对关系是贴紧还是分开。接触式曝光具有分辨率高、复印面积大、复印精度好、曝光设备简单、操作方便和生产效率高等特点。但容易损伤和沾污掩模版和晶片上的感光胶涂层,影响成品率和掩模版寿命,对准精度的提高也受到较多的限制。一般认为，接触式曝光只适于分立元件和中、小规模集成电路的生产。
非接触式曝光主要指投影曝光。在投影曝光系统中，掩膜图形经光学系统成像在感光层上，掩模与晶片上的感光胶层不接触,不会引起损伤和沾污,成品率较高，对准精度也高，能满足高集成度器件和电路生产的要求。但投影曝光设备复杂，技术难度高，因而不适于低档产品的生产。现代应用最广的是 1:1倍的全反射扫描曝光系统和x:1倍的在硅片上直接分步重复曝光系统。 直接分步重复曝光系统 (DSW) 超大规模集成电路需要有高分辨率、高套刻精度和大直径晶片加工。直接分步重复曝光系统是为适应这些相互制约的要求而发展起来的光学曝光系统。主要技术特点是：①采用像面分割原理，以覆盖最大芯片面积的单次曝光区作为最小成像单元，从而为获得高分辨率的光学系统创造条件。②采用精密的定位控制技术和自动对准技术进行重复曝光，以组合方式实现大面积图像传递，从而满足晶片直径不断增大的实际要求。③缩短图像传递链，减少工艺上造成的缺陷和误差，可获得很高的成品率。④采用精密自动调焦技术，避免高温工艺引起的晶片变形对成像质量的影响。⑤采用原版自动选择机构（版库），不但有利于成品率的提高，而且成为能灵活生产多电路组合的常规曝光系统。这种系统属于精密复杂的光、机、电综合系统。它在光学系统上分为两类。一类是全折射式成像系统，多采用1/5～1/10的缩小倍率,技术较成熟；一类是1:1倍的折射-反射系统，光路简单，对使用条件要求较低。
该步骤利用曝光和显影在光刻胶层上刻画几何图形结构，然后通过刻蚀工艺将光掩模上的图形转移到所在衬底上，也就是可以精确地控制形成图形的形状、大小，此外它可以同时在整个芯片表面产生外形轮廓。
光刻工艺概述：
下面以衬底上金属连接的刻蚀为例讲解光刻过程。
首先，通过金属化过程，在硅衬底上布置一层仅数纳米厚的金属层。然后在这层金属上覆上一层光刻胶。这层光阻剂在曝光（一般是紫外线）后可以被特定溶液（显影液）溶解。
使特定的光波穿过光掩膜照射在光刻胶上，可以对光刻胶进行选择性照射（曝光）。然后使用前面提到的显影液，溶解掉被照射的区域，这样，光掩模上的图形就呈现在光刻胶上。通常还将通过烘干措施，改善剩余部分光刻胶的一些性质。
上述步骤完成后，就可以对衬底进行选择性的刻蚀或离子注入过程，未被溶解的光刻胶将保护衬底在这些过程中不被改变。
刻蚀或离子注入完成后，将进行光刻的最后一步，即将光刻胶去除，以方便进行半导体器件制造的其他步骤。通常，半导体器件制造整个过程中，会进行很多次光刻流程。生产复杂集成电路的工艺过程中可能需要进行多达50步光刻，而生产薄膜所需的光刻次数会少一些。
以上内容参考：百度百科-光刻工艺
光刻工艺是利用类似照相制版的原理，在半导体晶片表面的掩膜层上面刻蚀精细图形的表面加工技术。也就是使用可见光和紫外光线把电路图案投影“印刷”到覆有感光材料的硅晶片表面，再经过蚀刻工艺去除无用部分，所剩就是电路本身了。光刻工艺的流程中有制版、硅片氧化、涂胶、曝光、显影、腐蚀、去胶等。
光刻是制作半导体器件和集成电路的关键工艺。自20世纪60年代以来，都是用带有图形的掩膜覆盖在被加工的半导体芯片表面，制作出半导体器件的不同工作区。随着集成电路所包含的器件越来越多，要求单个器件尺寸及其间隔越来越小，所以常以光刻所能分辨的最小线条宽度来标志集成电路的工艺水平。国际上较先进的集成电路生产线是1℡☎联系：米线，即光刻的分辨线宽为1℡☎联系：米。日本两家公司成功地应用加速器所产生的同步辐射X射线进行投影式光刻，制成了线宽为0.1℡☎联系：米的℡☎联系：细布线，使光刻技术达到新的水平。
第一步：制作光刻掩膜版（Mask Reticle）
芯片设计师将CPU的功能、结构设计图绘制完毕之后，就可将这张包含了CPU功能模块、电路系统等物理结构的“地图”绘制在“印刷母板”上，供批量生产了。这一步骤就是制作光刻掩膜版。
光刻掩膜版：（又称光罩，简称掩膜版），是℡☎联系：纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构，再通过曝光过程将图形信息转移到产品基片上。（*百度百科）
将设计好的半导体电路”地图“绘制在由玻璃、石英基片、铬层和光刻胶等构成的掩膜版上
光刻掩膜版的立体切片示意图
第二步：晶圆覆膜准备
从砂子到硅碇再到晶圆的制作过程点此查阅，这里不再赘述。将准备好的晶圆（Wafer）扔进光刻机之前，一般通过高温加热方式使其表面产生氧化膜，如使用二氧化硅（覆化）作为光导纤维，便于后续的光刻流程：
第三步：在晶圆上“光刻”电路流程
使用阿斯麦的“大杀器”，将紫外（或极紫外）光通过蔡司的镜片，照在前面准备好的集成电路掩膜版上，将设计师绘制好的“电路图”曝光（光刻）在晶圆上。（见动图）：
上述动图的工作切片层级关系如下：
光刻机照射到部分的光阻会发生相应变化，一般使用显影液将曝光部分祛除
而被光阻覆盖部分以外的氧化膜，则需要通过与气体反应祛除
通过上述显影液、特殊气体祛除无用光阻之后，通过在晶圆表面注入离子激活晶体管使之工作，进而完成半导体元件的全部建设。
做到这里可不算大功告成，这仅仅是错综复杂的集成电路大厦中，普通的一层“楼”而已。完整的集成电路系统中包含多层结构，晶体管、绝缘层、布线层等等：
搭建迷宫大厦一般的复杂集成电路，需要多层结构
因此，在完成一层光刻流程之后，需要把这一阶段制作好的晶圆用绝缘膜覆盖，然后重新涂上光阻，烧制下一层电路结构：
多次重复上述操作之后，芯片的多层结构搭建完毕（下图）：
如果上图看的不太明白，可以看看Intel的CPU芯片结构堆栈图：
当然，我们可以通过高倍显℡☎联系：镜来观察光刻机“烧制”多层晶圆的堆叠情况：
第四步：切蛋糕（晶圆切割）
使用光刻机烧制完毕的晶圆，包含多个芯片（Die），通过一系列检测之后，将健康的个体们切割出来：
从晶圆上将一个个“小方块”（芯片）切割出来
第五步：芯片封装
将切割后的芯片焊
材料：由感光树脂、增感剂和溶剂3种主要成分组成的对光敏感的混合液体。
作用：在光刻工艺过程中，用作抗腐蚀涂层材料。
光刻胶（Photoresist）又称光致抗蚀剂，是指通过紫外光、电子束、离子束、X射线等的照射或辐射，其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料。半导体材料在表面加工时，若采用适当的有选择性的光刻胶，可在表面上得到所需的图像。光刻胶按其形成的图像分类有正性、负性两大类。
光刻胶
在光刻胶工艺过程中，涂层曝光、显影后，曝光部分被溶解，未曝光部分留下来，该涂层材料为正性光刻胶。如果曝光部分被保留下来，而未曝光被溶解，该涂层材料为负性光刻胶。按曝光光源和辐射源的不同，又分为紫外光刻胶（包括紫外正、负性光刻胶）。
深紫外光刻胶、X-射线胶、电子束胶、离子束胶等。光刻胶主要应用于显示面板、集成电路和半导体分立器件等细℡☎联系：图形加工作业。光刻胶生产技术较为复杂，品种规格较多，在电子工业集成电路的制造中，对所使用光刻胶有严格的要求。
以上内容参考：百度百科——光刻胶
