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来源：网络
“光刻工艺”是指集成电路制造中利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。“光刻工艺”可以理解为使用光刻技术进行某一类加工的一种工艺；而光刻技术是则指在光照作用下，借助光致抗蚀剂（即：光刻胶）将掩膜版上的图形转移到基片上的技术。在制造集成电路时，我们经常用光刻技术精确地确定某一个位置的半导体管类型，以及一层一层地“印刷”上电路。因此，光刻是集成电路等电子产业的核心技术。光刻工艺广泛应用于集成电路、太阳能光伏、光电子器件等诸多领域中，其中集成电路是其最大用户。在制造集成电路时，我们经常用光刻技术精确地确定某一个位置的半导体管类型，再一层一层地“印刷”上电路。极紫外光刻技术，其原理主要是利用曝光光源极短的波长达到提高光刻技术分辨率的目的。由于所有的光学材料对该波长的光有强烈的吸收，所以只能采取反射式的光路。EUV系统主要由四部分组成，即反射式投影曝光系统、反射式光刻掩模版、极紫外光源系统和能用于极紫外的光刻涂层。其主要成像原理是光波波长为10～14nm的极端远紫外光波经过复杂的反射，将几何图形投影成像到硅片表面的光刻胶中，形成集成电路制造所需要的光刻图形。准分子光刻技术作为当前主流的光刻技术，其中193nm浸没式光刻技术是所有光刻技术中最为长寿且最富有竞争力的，也是如何进一步发挥其潜力的研究热点。传统光刻技术光刻胶与曝光镜头之间的介质是空气，而浸没式技术则是将空气换成液体介质。实际上，由于液体介质的折射率相比空气介质更接近曝光透镜镜片材料的折射率，等效地加大了透镜口径尺寸与数值孔径，AIOT大数据同时可以显著提高焦深和曝光工艺的宽容度，浸没式光刻技术正是利用这个原理来提高其分辨率。图形化工艺是要在晶圆内和表面层建立图形的一系列加工，这些图形根据集成电路中物理“部件”的要求来确定其尺寸和位置。图形化工艺还包括光刻、光掩模、掩模、去除氧化膜、去除金属膜和微光刻。图形化工艺是半导体工艺过程中最重要的工序之一，它是用在不同的器件和电路表面上建立图形的工艺过程。这个工艺过程的目标有两个：1.在晶圆中和表面上产生图形，这些图形的尺寸在集成电路或器件设计阶段建立。2.将电路图形相对于晶圆的晶向及以所有层的部分对准的方式，正确地定位于晶圆上。除了两个结果外，有许多工艺变化。或者限定晶圆表面层被去除部分，或者限定晶圆表面层留下部分。正确地放置被称为各种电路图形地对准或注册。一种集成电路工艺要求40个以上独立地光刻步骤。图形定位地要求就好像是一幢建筑物每一层之间所要求地正确对准。很容易想象，如果建筑物每一层和每一层不能很好地对准，那么它会对电梯以及楼梯带来什么样地影响。在一个电路中，如果每层和他的上一层不能很好的对准可能会导致整个电路的失效。此外，光刻工艺必须控制所要求的尺寸和缺陷水平。给出在每次图形化操作中的步骤数和掩膜层数，掩模工艺是主要的缺陷来源。在图形化工艺中每个掩模步骤贡献不同。图形化工艺是一个折中和权衡的过程。光刻刻蚀工艺是和照相、蜡纸印刷比较接近的一种多步骤的图形转以过程。开始将电路设计转化成器件和电路的各个部分的三个维度。接下来绘出X-Y的尺寸、形状和表面对准的复合图。然后将复合图分割成单独掩膜层。这个电子信息被加载到图形发生器中。来自图形发生器的信息又被用来制造放大掩模版和光刻掩模版。或者信息可以驱动曝光和对准设备来直接将图形转移到晶圆上。有三种主要技术被用于在晶圆表面层产生独立层图形。它们是：1.复制在一块石英板上铬层的芯片专门层的图形。依此使用reticle来产生一个携带用以整个晶圆图形的光掩模。2.Reticle可以使用步进光刻机，直接用于晶圆表面层的图形。3.在图形发生器中的电路层的信息可以直接用于引导电子束或其他源到晶片表面。这里描述的十步基本图形化工艺在对准和曝光步骤使用放大掩模版或光刻掩模版。图形转移是通过两步来完成的。首先，图形被转移到光刻层。光刻胶类似胶卷上所涂的感光物质。曝光后会导致它滋生性质和结构的变化。光刻胶被曝光的部分由可溶性物质变成了非溶性物质。这种光刻胶被称为负胶，这种化学变化称为聚合。通过化学溶剂把可以溶解的部分去掉，就会在光刻胶层留下一个孔，这个孔和掩模版或光刻母版不透光的部分相对应。第二次图形转移时从光刻胶层到晶圆层。当刻蚀剂把晶圆表面没有被光刻胶盖住的部分去掉时，图形转移就发生了。光刻胶的化学性决定了它不会在化学刻蚀溶剂中溶解或时慢慢溶解;它们是抗刻蚀的，因此被称为抗蚀剂或是光致抗蚀剂。晶圆表面形成了孔洞。空洞的形成是由于在掩模版上有一部分是不透光的。如果掩模版的图形是由不透光的区域决定的，则称为亮场掩模版，如下图所示。而在一个暗场掩模版中，在掩膜版上图形是用相反的方式编码的。如果按照同样的步骤，就会在晶圆表面留下岛区。把图像从掩膜版转移到晶圆表面是由多个步骤来完成的。特征图形尺寸、对准容限、晶圆表面情况和光刻层数都会影响到特定光刻工艺的难易程度和每一步骤的工艺。许多光刻工艺都被定制成特定的工艺条件。然而，大部分都是基本光刻十步法的变异或选项。以下工艺过程是一个亮场掩膜版和负胶相作用的过程。光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60%。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、刻蚀、检测等工序。1、硅片清洗烘干（CleaningandPre-Baking）方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮气保护）目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。方法：a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸气淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS用量大。目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。方法：a、静态涂胶（Static）。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）；b、动态（Dynamic）。低速旋转（500rpm_rotationperminute）、滴胶、加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄；影响光刻胶厚度均运性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时间点有关。一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关（因为不同级别的曝光波长对应不同的光刻胶种类和分辨率）：I-line最厚，约0.7～3μm；KrF的厚度约0.4～0.9μm；ArF的厚度约0.2～0.5μm。目的：除去溶剂（4～7%）；增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶玷污设备；边缘光刻胶的去除（EBR，EdgeBeadRemoval）。光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离（Peeling）而影响其它部分的图形。所以需要去除。方法：a、化学的方法（ChemicalEBR）。软烘后，用PGMEA或EGMEA去边溶剂，喷出少量在正反面边缘出，并小心控制不要到达光刻胶有效区域；b、光学方法（OpticalEBR）。即硅片边缘曝光（WEE，WaferEdgeExposure）。在完成图形的曝光后，用激光曝光硅片边缘，然后在显影或特殊溶剂中溶解5、对准并曝光（AlignmentandExposure）对准方法：a、预对准，通过硅片上的notch或者flat进行激光自动对准；b、通过对准标志（AlignMark），位于切割槽（ScribeLine）上。另外层间对准，即套刻精度（Overlay），保证图形与硅片上已经存在的图形之间的对准。曝光中最重要的两个参数是：曝光能量（Energy）和焦距（Focus）。如果能量和焦距调整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的图形。表现为图形的关键尺寸超出要求的范围。曝光方法：a、接触式曝光（ContactPrinting）。掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩膜板上的图形分辨率相当，设备简单。缺点：光刻胶污染掩膜板；掩膜板的磨损，寿命很低（只能使用5～25次）；1970前使用，分辨率〉0.5μm。b、接近式曝光（ProximityPrinting）。掩膜板与光刻胶层的略微分开，大约为10～50μm。可以避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤。但是同时引入了衍射效应，降低了分辨率。1970后适用，但是其最大分辨率仅为2～4μm。c、投影式曝光（ProjectionPrinting）。在掩膜板与光刻胶之间使用透镜聚集光实现曝光。一般掩膜板的尺寸会以需要转移图形的4倍制作。优点：提高了分辨率；掩膜板的制作更加容易；掩膜板上的缺陷影响减小。投影式曝光分类：
扫描投影曝光（ScanningProjectPrinting）。70年代末～80年代初，〉1μm工艺；掩膜板1：1，全尺寸；步进重复投影曝光（Stepping-repeatingProjectPrinting或称作Stepper）。80年代末～90年代，0.35μm（Iline）～0.25μm（DUV）。掩膜板缩小比例（4：1），曝光区域（ExposureField）22×22mm（一次曝光所能覆盖的区域）。增加了棱镜系统的制作难度。扫描步进投影曝光（Scanning-SteppingProjectPrinting）。90年代末～至今，用于≤0.18μm工艺。采用6英寸的掩膜板按照4：1的比例曝光，曝光区域（ExposureField）26×33mm。优点：增大了每次曝光的视场；提供硅片表面不平整的补偿；提高整个硅片的尺寸均匀性。但是，同时因为需要反向运动，增加了机械系统的精度要求。在曝光过程中，需要对不同的参数和可能缺陷进行跟踪和控制，会用到检测控制芯片/控片（MonitorChip）。根据不同的检测控制对象，可以分为以下几种：a、颗粒控片（ParticleMC）：用于芯片上微小颗粒的监控，使用前其颗粒数应小于10颗；b、卡盘颗粒控片（ChuckParticleMC）：测试光刻机上的卡盘平坦度的专用芯片，其平坦度要求非常高；c、焦距控片（FocusMC）：作为光刻机监控焦距监控；d、关键尺寸控片（CriticalDimensionMC）：用于光刻区关键尺寸稳定性的监控；e、光刻胶厚度控片（PhotoResistThicknessMC）：光刻胶厚度测量；f、光刻缺陷控片（PDM，PhotoDefectMonitor）：光刻胶缺陷监控。光源：KrF氟化氪DUV光源（248nm）；数值孔径NA：0.6～0.7；焦深DOF：0.7μm分辨率Resolution：0.18～0.25μm（一般采用了偏轴照明OAI_Off-AxisIllumination和相移掩膜板技术PSM_PhaseShiftMask增强）；套刻精度Overlay：65nm；产能Throughput：30～60wafers/hour（200mm）；
视场尺寸FieldSize：25×32mm；6、后烘（PEB，PostExposureBaking）目的：a、减少驻波效应；b、激发化学增强光刻胶的PAG产生的酸与光刻胶上的保护基团发生反应并移除基团使之能溶解于显影液。方法：a、整盒硅片浸没式显影（BatchDevelopment）。缺点：显影液消耗很大；显影的均匀性差；b、连续喷雾显影（ContinuousSprayDevelopment）/自动旋转显影（Auto-rotationDevelopment）。一个或多个喷嘴喷洒显影液在硅片表面，同时硅片低速旋转（100～500rpm）。喷嘴喷雾模式和硅片旋转速度是实现硅片间溶解率和均匀性的可重复性的关键调节参数。c、水坑（旋覆浸没）式显影（PuddleDevelopment）。喷覆足够（不能太多，最小化背面湿度）的显影液到硅片表面，并形成水坑形状（显影液的流动保持较低，以减少边缘显影速率的变化）。硅片固定或慢慢旋转。一般采用多次旋覆显影液：第一次涂覆、保持10～30秒、去除；第二次涂覆、保持、去除。然后用去离子水冲洗（去除硅片两面的所有化学品）并旋转甩干。优点：显影液用量少；硅片显影均匀；最小化了温度梯度。a、正性光刻胶的显影液。正胶的显影液位碱性水溶液。KOH和NaOH因为会带来可动离子污染（MIC，MovableIonContamination），所以在IC制造中一般不用。最普通的正胶显影液是四甲基氢氧化铵（TMAH）（标准当量浓度为0.26，温度15～250C）。AIOT大数据在I线光刻胶曝光中会生成羧酸，TMAH显影液中的碱与酸中和使曝光的光刻胶溶解于显影液，而未曝光的光刻胶没有影响；在化学放大光刻胶（CAR，ChemicalAmplifiedResist）中包含的酚醛树脂以PHS形式存在。CAR中的PAG产生的酸会去除PHS中的保护基团（t-BOC），从而使PHS快速溶解于TMAH显影液中。整个显影过程中，TMAH没有同PHS发生反应。b、负性光刻胶的显影液。二甲苯。清洗液为乙酸丁脂或乙醇、三氯乙烯。显影中的常见问题：a、显影不完全（IncompleteDevelopment）。表面还残留有光刻胶。显影液不足造成；b、显影不够（UnderDevelopment）。显影的侧壁不垂直，由显影时间不足造成；c、过度显影（OverDevelopment）。靠近表面的光刻胶被显影液过度溶解，形成台阶。显影时间太长。方法：热板，100～1300C（略高于玻璃化温度Tg），1～2分钟。目的：a、完全蒸发掉光刻胶里面的溶剂（以免在污染后续的离子注入环境，例如DNQ酚醛树脂光刻胶中的氮会引起光刻胶局部爆裂）；b、坚膜，以提高光刻胶在离子注入或刻蚀中保护下表面的能力；c、进一步增强光刻胶与硅片表面之间的黏附性；d、进一步减少驻波效应（StandingWaveEffect）。常见问题：a、烘烤不足（Underbake）。减弱光刻胶的强度（抗刻蚀能力和离子注入中的阻挡能力）；降低针孔填充能力（GapfillCapabilityfortheneedlehole）；降低与基底的黏附能力。b、烘烤过度（Overbake）。引起光刻胶的流动，使图形精度降低，分辨率变差。另外还可以用深紫外线（DUV，DeepUltra-Violet）坚膜。使正性光刻胶树脂发生交联形成一层薄的表面硬壳，增加光刻胶的热稳定性。在后面的等离子刻蚀和离子注入（125～2000C）工艺中减少因光刻胶高温流动而引起分辨率的降低。有人说，假如我们把光刻机比作一把菜刀，那么光刻胶就好比是要切割的菜，没有高质量的菜，即使有了锋利的菜刀，也无法做出一道佳肴。光刻胶是微电子技术中微细图形加工的关键材料，近年来大规模和超大规模集成电路的发展，很大程度上便是得益于光刻胶的研究开发和应用。光刻胶(又称光致抗蚀剂)，是指通过紫外光、准分子激光、电子束、离子束、x射线等光源的照射或辐射，其溶解度发生变化的耐蚀刻材料。光刻胶具有光化学敏感性，其经过曝光、显影、刻蚀等工艺，可以将设计好的微细图形从掩膜版转移到待加工基片。因此光刻胶微细加工技术中的关键性化工材料，被广泛应用于光电信息产业的微细图形线路的加工制作在半导体加工中。光刻作为成型加工重要的一环，对于光刻胶的使用不可或缺，光刻加工将图形由掩膜版上转移到硅片上的过程中，需在硅片上涂一层光刻胶，经紫外线曝光后，光刻胶的化学性质发生变化，在通过显影后，被曝光的光刻胶将被去除，从而实现将电路图形由掩膜版转移到光刻胶上。再经过刻蚀过程，实现电路图形由光刻胶转移到硅片上。在刻蚀过程中，光刻胶起防腐蚀的保护作用。其机理示意图如下：虽然，工艺条件都是如此，但对于光刻环节不同的光刻胶使用配方将直接与后续的集成电路密度和性能水平相关。一般情况下，一个芯片在制造过程中需要进行10～50道光刻过程，由于基板不同、分辨率要求不同、刻蚀方式的差异，不同的光刻需求对光刻胶的具体要求也不一样。所以光刻胶不仅具有纯度要求高、工艺复杂等特征，还需要相应光刻机与之配对调试。光刻胶一般由四部分组成：树脂型聚合物（resin/polymer），溶剂（solvent），光活性物质（photoactivecompound），添加剂（additive）。其中，树脂型聚合物是光刻胶的主体，它使光刻胶具有耐刻蚀性能；溶剂使光刻胶处于液体状态，便于涂覆；光活性物质是控制光刻胶对某一特定波长光/电子束/离子束/X射线等感光，并发生相应的化学反应；添加剂是用以改变光刻胶的某些特性，如控制胶的光吸收率/溶解度等。依照化学反应和显影原理分类，光刻胶可以分为正性光刻胶和负性光刻胶。使用正性光刻胶工艺，形成的图形与掩膜版相同；使用负性光刻胶工艺，形成的图形与掩膜版相反。①光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点；②光分解型，采用含有叠氮醌类化合物的材料，其经光照后,发生光分解反应，可以制成正性胶；③光交联型，采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料，在光的作用下，形成一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，可以制成负性光刻胶。按照曝光波长分类，光刻胶可分为紫外光刻胶（300～450nm）、深紫外光刻胶（160～280nm）、极紫外光刻胶（EUV，13.5nm）、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶等。不同曝光波长的光刻胶，其适用的光刻极限分辨率不同，通常来说，在使用工艺方法一致的情况下，波长越小，加工分辨率越佳。为了实现更高精度的芯片加工需求，目前市场上的光刻胶的曝光波长由宽谱紫外向g线(436nm)→i(365nm)→KrF(248nm)→ArF(193nm)→EUV(13.5nm)的方向移动。光刻机是生产线上最贵的机台，主要是贵在成像系统（由15～20个直径为200～300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。光刻部分的主要机台包括两部分：轨道机（Tracker），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning)
光刻机的工作原理：利用光刻机发出的光通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光，光刻胶见光后会发生性质变化，从而使光罩上得图形复印到薄片上，从而使薄片具有电子线路图的作用。这就是光刻的作用，类似照相机照相。照相机拍摄的照片是印在底片上，而光刻刻的不是照片，而是电路图和其他电子元件。简单点来说，光刻机就是放大的单反，光刻机就是将光罩上的设计好集成电路图形通过光线的曝光印到光感材料上，形成图形。镜头是光刻机最核心的部分，采用的不是一般的镜头，可以达到高2米直径1米，甚至更大。光刻机的整个曝光光学系统，由数十块锅底大的镜片串联组成，其光学零件精度控制在几个纳米以内，目前光刻机镜头最强大的是老牌光学仪器公司德国蔡司，ASML用的就是他家的镜头。光源是光刻机核心之一，光刻机的工艺能力首先取决于其光源的波长。下表是各类光刻机光源的具体参数：最早光刻机的光源是采用汞灯产生的紫外光源(UV:UltravioletLight)，从g-line一直发展到i-line，波长缩小到365nm，实际对应的分辨率大约在200nm以上。随后，业界采用了准分子激光的深紫外光源(DUV:DeepUltravioletLight)。将波长进一步缩小到ArF的193nm。不过原本接下来打算采用的157nm的F2准分子激光上遇到了一系列技术障碍以后，ArF加浸入技术(ImmersionTechnology)成为了主流。所谓浸入技术，就是让镜头和硅片之间的空间浸泡于液体之中。由于液体的折射率大于1，使得激光的实际波长会大幅度缩小。目前主流采用的纯净水的折射率为1.44，所以ArF加浸入技术实际等效的波长为193nm/1.44=134nm。从而实现更高的分辨率。F2准分子激光之所以没有得以发展的一个重大原因是，157nm波长的光线不能穿透纯净水，无法和浸入技术结合。所以，准分子激光光源只发展到了ArF。这之后，业界开始采用极紫外光源(EUV:ExtremeUltravioletLight)来进一步提供更短波长的光源。目前主要采用的办法是将准分子激光照射在锡等靶材上，激发出13.5nm的光子，作为光刻机光源。目前，各大Foundry厂在7nm以下的最高端工艺上都会采用EUV光刻机，其中三星在7nm节点上就已经采用了。而目前只有荷兰ASML一家能够提供可供量产用的EUV光刻机。光刻机的分辨率(Resolution)表示光刻机能清晰投影最小图像的能力，是光刻机最重要的技术指标之一，决定了光刻机能够被应用于的工艺节点水平。但必须注意的是，虽然分辨率和光源波长有着密切关系，但两者并非是完全对应。具体而言二者关系公式是：公式中R代表分辨率；λ代表光源波长；k1是工艺相关参数，一般多在0.25到0.4之间；NA(NumericalAperture)被称作数值孔径，是光学镜头的一个重要指标，一般光刻机设备都会明确标注该指标的数值。所以我们在研究和了解光刻机性能的时候，一定要确认该值。在光源波长不变的情况下，NA的大小直接决定和光刻机的实际分辨率，也等于决定了光刻机能够达到的最高的工艺节点。关于这个参数的具体含义和详细解释，有兴趣的朋友可以参考维基百科。套刻精度(OverlayAccuracy)的基本含义时指前后两道光刻工序之间彼此图形的对准精度(3σ)，如果对准的偏差过大，就会直接影响产品的良率。AIOT大数据对于高阶的光刻机，一般设备供应商就套刻精度会提供两个数值，一种是单机自身的两次套刻误差，另一种是两台设备（不同设备）间的套刻误差。套刻精度其实是光刻机的另一个非常重要的技术指标，不过有时非专业人士在研究学习光刻机性能时会容易忽略。我们在后面的各大供应商产品详细列表里，特意加上了这个指标。工艺节点(nodes)是反映集成电路技术工艺水平最直接的参数。目前主流的节点为0.35um、0.25um、0.18um、90nm、65nm、40nm、28nm、20nm、16/14nm、10nm、7nm等。传统上(在28nm节点以前)，节点的数值一般指MOS管栅极的最小长度(gatelength)，也有用第二层金属层(M2)走线的最小间距(pitch)作为节点指标的。节点的尺寸数值基本上和晶体管的长宽成正比关系，每一个节点基本上是前一个节点的0.7倍。这样以来，由于0.7X0.7=0.49，所以每一代工艺节点上晶体管的面积都比上一代小大约一半，也就是说单位面积上的晶体管数量翻了一番。这也是著名的摩尔定律(Moore'sLaw)的基础所在。一般而言，大约18~24个月，工艺节点就会发展一代。但是到了28nm之后的工艺，节点的数值变得有些混乱。一些Foundry厂可能是出于商业宣传的考量，故意用一些图形的特征尺寸(FeatureSize)来表示工艺节点，他们往往用最致密周期图形的半间距长度来作为工艺节点的数值。这样一来，虽然工艺节点的发展依然是按照0.7倍的规律前进，但实际上晶体管的面积以及电性能的提升则远远落后于节点数值变化。更为麻烦的是，不同Foundry的工艺节点换算方法不一，这便导致了很多理解上的混乱。根据英特尔的数据，他们20nm工艺的实际性能就已经相当于三星的14nm和台积电的16nm工艺了。在65nm工艺及以前，工艺节点的数值几乎和光刻机的最高分辨率是一致的。由于镜头NA的指标没有太大的变化，所以工艺节点的水平主要由光源的波长所决定。ArF193nm的波长可以实现的最高工艺节点就是65nm。而到了65nm以后，由于光源波长难于进一步突破，业界采用了浸入式技术，将等效的光源波长缩小到了134nm。不仅如此，在液体中镜头的NA参数也有了较大的突破。AIOT大数据根据ASML产品数据信息，采用浸入技术之后，NA值由0.50–0.93发展到了0.85–1.35，从而进一步提高了分辨率。同时，在相移掩模(Phase-ShiftMask)和OPC(OpticalProximityCorrection)等技术的协同助力之下，在光刻设备的光源不变的条件下，业界将工艺节点一直推进到了28nm。而到了28nm以后，由于单次曝光的图形间距已经无法进一步提升，所以业界开始广泛采用MultiplePatterning的技术来提高图形密度，也就是利用多次曝光和刻蚀的办法来产生更致密图形。值得特别注意的是，MultiplePatterning技术的引入导致了掩模(Mask)和生产工序的增加，直接导致了成本的剧烈上升，同时给良率管理也带来一定的麻烦。同时由于前述的原因，节点的提升并没有带来芯片性能成比例的增加，所以目前只有那些对芯片性能和功耗有着极端要求的产品才会采用这些高阶工艺节点技术。于是，28nm便成为了工艺节点的一个重要的分水岭，它和下一代工艺之间在性价比上有着巨大的差别。大量不需要特别高性能，而对成本敏感的产品(比如IOT领域的芯片)会长期对28nm工艺有着需求。所以28nm节点会成为一个所谓的长节点，在未来比较长的一段时间里都会被广泛应用，其淘汰的时间也会远远慢于其它工艺节点。根据业界的实际情况，英特尔和台积电一直到7nm工艺节点都依然使用浸入式ArF的光刻设备。但是对于下一代的工艺，则必须采用EUV光源的设备了。目前全球只有ASML一家能够提供波长为13.5nm的EUV光刻设备。毫无疑问，未来5nm和3nm的工艺，必然是EUV一家的天下。目前光刻设备按照曝光方式分为Stepper和Scanner两种。Stepper是传统地一次性将整个区域进行曝光；而Scanner是镜头沿Y方向的一个细长空间曝光，硅片和掩模同时沿X方向移动经过曝光区动态完成整个区域的曝光。和Stepper相比，Scanner不仅图像畸变小、一致性高，而且曝光速度也更快。所以目前主流光刻机都是Scanner，只有部分老式设备依旧是Stepper。上表中如果没有特别注明，都是属于Scanner类型。光刻工艺的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻胶具有高的光学敏感性；准确地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。光刻技术是集成电路制造的核心。从裸片晶圆到键合垫片的刻蚀和去光刻胶为止，即使最简单的MOSIC芯片都需要5道光刻工艺，先进的集成电路芯片可能需要30道光刻工艺步骤。AIOT大数据集成电路制造非常耗时，即使一天24小时无间断地工作，都需要6-8周时间才能将裸片晶圆制造成芯片晶圆，其中的光刻工艺技术就耗费了整个晶圆制造时间的40％-50％。光刻技术的基本要求是高的分辨率、高的感光度、精确的对准及低的缺陷密度。IC制造技术的发展水平通过晶圆的最小图形尺寸衡量，2010年的最小图形尺寸为25nm(见下图）。最小图形尺寸越小，在一个晶圆上能制成的芯片也就越多。2010年的25nm技术受限于光刻技术的分辨率。通过提高分辨率，最小图形尺寸就能进一步缩小。光刻胶必须对曝光的光源十分敏感。光刻胶的感光度越高，曝光时间就越短，从而产量就越高。但如果感光度过高可能会对光刻胶的其他特性（包括分辨率）造成影响，因此必须在分辨率和感光度之间折中选择。先进的集成电路芯片需要30多道图形化过程，而且每一道工艺都必须和前一道工艺精确对准才能成功转移图形。由于对准时的最大误差范围是关键尺寸的10％-20％，所以只允许有极小的对准失误，对于25nm技术，对准失误必须控制在2．5-5.0nm的范围，所以先进的光刻技术需要有自动对准系统，每个工艺细节都必须准确控制，因此非常具有挑战性。比如，3mm晶圆上1℃的温差就会造成晶圆直径产生0．75um的尺寸差异，这是因为硅会以2．5×10e-6/℃的速率膨胀或收缩（温度更低时为收缩）。这个阶段产生的缺陷将经过后续的刻蚀或离子注入技术转移到元器件和电路上，进而影响产品的成品率和可靠性，因此光刻技术必须将缺陷密度降到最低。光刻技术可以分为三个主要工艺流程：光刻胶涂敷、对准和曝光，以及光刻胶显影。首先在晶圆表面涂上一层感光薄膜，即所谓的光刻胶（PR），这层光刻胶经过光刻版或倍缩光刻版的紫外线曝光，光刻版上的明区或暗区通过绘图机根据集成电路设计而成。穿过明区的紫外线使曝光的光刻胶化学成分因光化学反应发生变化先进半导体生产中通常使用正光刻胶，曝光区会在显影剂里溶解，而未曝光的光刻胶则留在晶圆表面，这相当于复制了光刻版/倍缩光刻版的暗区图形。光刻胶是一种临时涂敷在晶圆表面上的感光材料，可将光刻版或倍缩光刻版上的光学图形转印到晶圆表面。与底片的感光材料类似，能将摄影机镜头所对准的光学影像转移到塑胶底片上。与底片感光层的不同之处在于光刻胶对可见光不敏感，对光的色彩或灰度也不灵敏。由于光刻胶只对紫外线感光而对可见光不感光，所以光刻技术并不需要类似于冲洗底片的暗室。而且光刻胶对黄光不感光，因此所有的半导体工艺间都使用黄光照明光刻区域，这就是所谓的黄光区。有两种光刻胶：正光刻胶（简称正胶）和负光刻胶（简称负胶）。对于负胶，曝光的部分会因为光化学反应而变成交联状及高分子薄膜，显影后变硬并留在晶圆表面，未曝光的部分会被显影剂溶解。正胶的主要成分是酚醛树脂，曝光前就已经是交联状的聚合物。经过曝光之后，曝光区域的交联状聚合物会因为光溶解作用断裂变软，最后被显影剂溶解，而未曝光的部分则保留在晶圆表面。下图说明了正负不同的光刻胶与它们的图形转移过程。正胶的图像和光刻版或倍缩光刻版上的图像相同，负胶的图像刚好相反，照相底片通常都是负片。负片经过显影后所获得的影像是照相时的相反影像，必须用负光学相纸再次曝光和显影后才能印出正常的影像。正片价格较高，正片显影后的影像就是拍照时所见的影像。正片通常用于幻灯片。大部分先进的半导体制造都使用正胶，这是因为正胶能达到纳米图形尺寸所要求的高分辨率。光刻胶的基本成分包括四类：聚合物、感光剂、溶剂和添加剂。聚合物是附着在晶圆表面上的有机固态材料，作为图形化转移过程中的遮蔽层，聚合物能承受刻蚀和离子注人过程。聚合物由有机复合物组成，复合物是具有复杂链状和环状结构的碳氢分子（CxHy）。最常使用的正胶聚合物是酚甲醛或酚醛树脂，而最普遍的负胶聚合物是聚异戊二烯橡胶。感光剂是一种感光性很强的有机化合物，能控制并调整光刻胶在曝光过程中的光化学反应。正胶的感光剂是一种溶解抑制剂，会交联在树脂中。曝光过程中的光将分解感光剂并破坏交联结构，并使曝光树脂溶解在液态显影剂中。负胶的感光剂是一种含有N3团的有机分子。感光剂暴露在紫外线中会释放出N2气体，形成有助于交联橡胶分子的自由基。这种交联结构的连锁反应使曝光区域的光刻胶聚合，并使光刻胶具有较大的连结强度和较高的化学抵抗力。溶剂是溶解聚合物和感光剂的一种液体，能使聚合物及感光剂悬浮在液态的光刻胶中。溶剂使光刻胶很容易在晶圆表面形成0.5-3um厚刻胶并利用旋转的方式形成薄膜层。旋转涂敷过程之前，光刻胶中约75％的成分是溶剂。正胶通常使用醋酸盐类的溶剂，负胶通常使用二甲苯。添加剂可以控制并调整光刻胶在曝光时的光化学反应，达到最佳的光刻分辨率。负胶的显影剂主要是二甲苯，它能溶解未曝光的光刻胶，有些显影溶剂被曝光的交联光刻胶吸收，造成光刻胶“膨胀"，从而使图形扭曲，并使分辨率只能达到光刻胶厚度的2到3倍。20世纪80年代以前，最小图形尺寸大于3um，半导体产业普遍使用负胶。由于负胶的分辨率较差，所以先进的半导体生产都已不再使用负胶。正胶不会吸收显影溶剂，所以能获得较高的分辨率，因此现在的半导体工艺广泛使用正胶。下图说明了正、负光刻胶的分辨率。一个疑问：正胶比负胶能获得更高的分辨率，为什么20世纪80年代之前不使用正胶？答：因为正胶比负胶价格高，因此制造商为了节约成本在20世纪80年代前一直使用负胶。直到最小图形尺寸缩小到3um以下时不得不更换为使用正胶。光刻胶是光刻工艺中最重要的材料，除非绝对必要，否则工程师一般不愿意更换光刻胶。将极小的器件尺寸图形化时必须使用波长较短的光线曝光。光刻技术使用深紫外线(DUV，248nm或193nm）工艺时所用的光刻胶不同于使用水银G线（G-line，436nm)和I线（I-line，365nm）工艺时所需的光刻胶，这是由于深紫外线光源（通常是准分子激光）的强度远低于水银灯的强度。因此对于DUV光刻技术在0．25um和更小图形化应用时，发展了化学增强式光刻胶。这种光刻技术使用催化作用增强光刻胶的有效感光度。当光刻胶受到深紫外线光照射时，光刻胶就生成光酸。曝光后的烘烤（PEB）技术会将晶圆加热，在催化反应中，热将驱使光酸扩散并增强感光度（见下图）。为了获得完整的图形化转移，光刻胶的分辨率要高、抗刻蚀能力要强、附着力要好。高分辨率是获得完整图形化转移的关键。但是，如果光刻胶没有好的抗刻蚀能力和附着力，很可能使后续的刻蚀或离子注人无法符合工艺的要求。AIOT大数据光刻胶薄膜越薄，分辨率就越高。但光刻胶薄膜越薄，抗刻蚀和离子注人的能力也就越低。所以总是在这两个对立的条件中选择平衡。光刻胶的自由度包括光刻胶对不同旋转速率、烘烤温度及曝光量的容许度。工艺的自由度越大，也就越稳定。这是工程师选择光刻胶时需要考虑的重要因素之一。光刻工艺包括三个主要过程：光刻胶涂敷、曝光和显影。为了获得高分辨率，光刻技术也会用到烘烤和冷却。对于旧式纯手动技术，整个光刻技术流程需要八道工序：晶圆清洗、预烘烤和底漆层涂敷、光刻胶自旋涂敷、软烘烤、对准、曝光、曝光后烘烤，以及显影、硬烘烤和图形检测。如果晶圆没有通过检查要求，就必须先跳过硬烘烤把光刻胶去除，再重复之前的流程直到通过检查。对于先进的光刻技术，上述三个基本过程相同，但为了提高光刻分辨率，增加了一些其他过程。晶圆轨道对准整合系统广泛用于提高工艺的成品率和产量。由于所有的涂敷光刻胶、烘烤／冷却、曝光和显影过程都是在晶圆轨道对准系统中进行的，所以硬烘烤后才进行图形检查。下图为光刻工艺的流程图，下下图显示了先进的光刻技术在晶圆表面上的工艺流程。晶圆在光刻之前已经通过了一些工艺流程，如刻蚀、离子注入和热处理、氧化、CVD、PVD和等。晶圆上可能会有一些有机污染物（来自光刻胶、刻蚀的副产品、细菌或操作入员的皮屑）和无机污染物，如存储容器上的粒子和残余物、不适当的晶圆处理，或环境中的材料（如灰尘和移动离子）。进行光刻之前必须先清洗晶圆，除去这些污染物。即使晶圆上没有污染物，这样的清洗也可以帮助光刻胶在晶圆表面上有较好的附着力。化学清洗是清洗晶圆的一种标准方法，使用溶剂和酸液分别清除有机和无机污染残留物。清洗后通常接着进行超纯水（DIWater）洗涤和甩干过程（见下图）。之前使用的其他方法包括干空气或氮气吹干、高压蒸气吹干、氧等离子体灰化和机械擦拭，有些工厂可能还使用这些方法。随着图形尺寸的缩小，污染粒子的尺寸也在缩小。这些方法对于去除较大粒子可能有用，但却无法去除晶圆表面上的微小粒子，甚至还可能增加更多的污染粒子。晶圆表面的粒子会在光刻胶上造成针孔，有机和无机污染物都可能造成光刻胶附着问题以及元器件和电路的缺陷。因此为了确保成品率，进行光刻之前先将污染物减到最低或完全去除非常重要。光刻胶预处理包括两个阶段，一般在预处理反应室的封闭室内进行。第一步是加热过程，可以去除吸附在晶圆表面上的湿气，称为脱水烘烤或预烘烤。为了使光刻胶能在晶圆表面上附着，必须使用干净且已脱水的晶圆表面。较差的附着会导致光刻胶的图形化失效，而且将在后续的刻蚀工艺中造成底切。大部分情况下，晶圆将在150℃～200℃的热平板上烘烤1-2分钟烘烤的温度和时间对工艺很关键。如果烘烤的温度太低或时间太短，表面脱水不足就会引起光刻胶附着问题。如果烘烤的温度过高将会引起底漆层分解而形成污染，且影响光刻胶的附着。第二步称为底漆层涂敷沉积过程。在这个工艺过程中，底漆层在光刻胶涂敷之前就已经涂敷在晶圆的表面上，这层薄膜使晶圆表面的有机光刻胶和无机硅或硅化物品圆表面的附着力增强。六甲基二戊烷（Hexamethyldisllazane，HMDS，（CH3）3SiNHSi（CH3）3）是集成电路光刻技术中最常使用的底漆层。对于先进的光刻技术，HMDS将通过蒸发进入预处理反应室，然后在预烘烤过程中沉积于晶圆表面。底漆层涂敷后立即涂上光刻胶以防止水合作用。因此在晶圆轨道系统中，预处理反应室与光刻胶涂敷机放在同一条生产线上。涂敷光刻胶时，底漆层也可用临场自旋涂敷的工艺进行，但是自旋涂敷在先进集成电路生产中没有蒸气底漆层涂敷普及。因为蒸气底漆层涂敷能减少液态化学品所携带的微粒污染表面，所以蒸气底漆层涂敷比自旋底漆层涂敷用得普遍。下图说明了临场预烘烤与底漆层涂敷工艺过程。如果光刻胶在自旋涂敷时仍然很热，光刻胶内的溶剂将会很快蒸发并同时将晶圆冷却。这将造成非常不理想的状态，因为溶剂的减少和温度的改变将影响光刻胶的黏滞性，也会影响光刻胶自旋涂敷时的厚度及厚度均匀性。因此在预处理过程之后，晶圆在涂敷光刻胶之前就必须先冷却到室温。通常将晶圆放在同一个晶圆轨道系统的冷却平板上降温，这个冷却平板是一个水冷式的热交换器。光刻胶涂敷是一个沉积过程，沉积过程中薄的光刻胶层将被涂在晶圆表面。晶圆放置在具有真空吸盘的转轴上，吸盘在高速旋转时可以吸住晶圆。液态光刻胶铺在晶圆表面，品圆旋转时形成的离心力将液体散布到整个晶圆表面。当光刻胶内的溶剂蒸发后，晶圆就被一层光刻胶薄膜覆盖。光刻胶的厚度和黏滞性与晶圆的自旋转速度有关，下图说明了这一点。自旋转速越高，光刻胶就越薄，且厚度的均匀性也就越好。光刻胶厚度与自旋转速的平方根成反比。因为光刻胶有高的黏滞性和极大的表面张力，所以为了获得均匀的光刻胶自旋涂敷，需要高的自旋转速。当自旋速度固定时，黏滞性越高则光刻胶薄膜也就越厚。光刻胶的黏滞性可以用光刻胶溶液的固体含量控制。光刻技术中的典型光刻胶厚度为3000-30000Å。光刻胶可用静态方法或动态方法输送。对于静态输送，光刻胶被输配到静止晶圆并散布到晶圆的部分表面。当光刻胶涂敷到某一直径范围时，晶圆就以自旋转速高达7000转/分钟（r/min）的速度快速旋转，最后将光刻胶均匀散布到整个晶圆表面。光刻胶的厚度与光刻胶的黏滞性、表面张力、干燥性、自旋转速、加速度及自旋时间有关。光刻胶的厚度与厚度均匀性对加速度比较敏感。对于动态输配，当晶圆以500转/分钟的速度低速自旋转动时，光刻胶施加于晶圆的中心位置。当光刻胶输送完后，晶圆就被加速到7000转/分钟的旋转速度，将光刻胶均匀散布到整个晶圆表面。动态方法使用的光刻胶较少，而静态输配法可以获得较好的光刻胶涂敷均匀性。下图显示了一个动态输配自旋涂敷过程中自旋转速的改变情况。自旋涂敷过程中，光刻胶内的溶剂将快速蒸发并改变光刻胶的黏滞性。因此在光刻胶施加于晶圆表面之后，就要尽可能快速地将自旋转速提高，以减少因为溶剂蒸发造成光刻胶黏滞性的改变。光刻胶涂敷之前会首先在晶圆表面自旋涂敷一层溶剂薄层，以改善光刻胶的附着力与均匀性。下图说明了光刻胶自旋涂敷过程。光刻胶回收是为了防止由于输配器喷嘴末端溶剂挥发形成光刻胶小滴。如果没有回收过程，干燥的光刻胶小滴将在下一次光刻胶涂敷过程中在光刻胶薄膜内产生缺陷。光刻胶涂敷前也可以使用自旋涂敷进行底漆层HMDS沉积。首先在低速自旋转时将液态HMDS施加到晶圆表面涂敷晶圆，然后把自旋转速快速升高到3000～6000转／分钟，用20～30s时间干燥HMDSO对于光刻胶涂敷，底漆层自旋涂敷的优点是一种临场过程，所以在光刻胶涂敷前可以有效避免晶圆表面的再次水合。然而，现在一般都使用蒸气的底漆层涂敷，因为这种方法的底漆层使用HMDS量较少（HMDS是非常昂贵的材料）、有较好的涂敷均匀性并具有较少的微粒状污，而且光刻胶能被湿的HMDS溶解（这与液体的使用有关）。下图是光刻胶自旋涂敷设备示意图。光刻胶从套有水管的管路送入输配喷嘴，水套管中的水来自一个维持光刻胶常温的热交换器，因为光刻胶黏滞性与温度有关。自旋转速与转速升高都被精确控制;涂敷设备内的气流温度和气流速率也被精确控制，这是因为这些因素会影响光刻胶的干燥性。使用氮气冷却或水冷却是为了避免中心加热造成晶圆温度不均匀，如果没有适当的冷却，转轴在高速自旋时就会变得很热。过量的光刻胶与边缘球状物移除（ERR）技术所用的溶液将收集在设备的底部，然后排出，而且挥发的溶剂也从排气端排除。光刻胶的厚度和均匀性也与排放气体的温度和气体的流速有关。事实上，最佳的光刻胶厚度均匀性在没有排放气流时也可以达到。然而若没有排放，则积累的溶剂蒸气雾会危害健康与安全。增加排放速率将造成边缘光刻胶变厚，因为光刻胶在边缘附近干燥较快，这将增加光刻胶的黏滞性和厚度。当光刻胶自旋涂敷后，靠近边缘的晶圆两侧将被光刻胶覆盖，因此必须采用边缘球状物移除技术避免光刻胶在边缘堆积。因为在后续的刻蚀或离子注入过程中，如机器入手指或品圆夹钳，将会撕裂晶圆边缘的光刻胶堆积物，造成微粒状物质污染。厚的边缘小珠在晶圆边缘区曝光过程中将引起聚焦问题。化学与光学方法都可以用于去除边缘的小珠。光刻胶涂敷之后，化学式边缘球状物移除通常在自旋涂敷设备上进行。在这个过程中，当品圆转动时，就会将溶剂注射到品圆边缘的两侧，它们将溶解边缘区的光刻胶并将其冲走，如下图所示。下图（a）为光刻胶自旋涂敷之后，光刻胶覆盖了靠近边缘的晶圆两侧，下图（b）为通过化学式边缘球状物移除法除去边缘光刻胶后的示意图。曝光之后，晶圆被显影之前，通常在品圆轨道系统上的光学EBR站上进行光学式边缘球状物移除。使用一个如发光二极管（LED）的光源，在晶圆转动时将晶圆边缘的顶部曝光。可以同时根据下一个工艺工具的夹钳动作移动晶圆中心。某些刻蚀工艺过程中，曝光的光刻胶将在显影过程中移除，以确保晶圆在夹钳期间不会有微粒物污染。下图（a）和（b）说明了光学式边缘球状物移除。其他的光刻胶涂敷方法，如移动的手臂输配器和滚筒涂敷，仍在一些不太先进的集成电路生产过程中使用。晶圆完成对准和曝光后，器件或电路的图案被以曝光和未曝光区域的形式记录在光刻胶上。通过对未聚合光刻胶的化学分解来使图案显影。显影技术被设计成使之把完全一样的掩膜版图案复制到光刻胶上。不良的显影工艺造成的问题是显影不充分，它会导致开孔的尺寸不正确，或使开孔的侧面内凹。在某些情况下，显影不够深而在开孔内留下一层光刻胶。第三个问题是过显影，这样会过多地从图形边缘或表面上去除光刻胶。要在保证高深宽比的塞孔的直径一致，和由于清洗深孔时液体不易进入而造成的清洗困难的情况下，保持具有良好形状的开孔是一个特殊的挑战。负光刻胶和正光刻胶有不同的显影性质并要求不同的化学品和工艺。曝光后，预期的图形在正光刻胶中按照聚合光刻胶和未聚合的光刻胶的区域被编码。两个区域有不同的溶解率，约为1：4.这意味着在显影中总会从聚合的区域失去一些光刻胶。使用过度的显影液或显影时间过长可能导致光刻胶薄到不能接受的程度，其结果是可能导致在刻蚀中翘起或断裂。有两种类型的化学显影液用于正光刻胶，碱-水溶液和非离子溶液。碱-水溶液可以是氢氧化钠或氢氧化钾。因为这两种溶液都含有可动的离子污染物，所以在制造敏感的电路时不能使用。大多数用正光刻胶的工艺线使用非离子的四甲基氢氧化铵溶液。有时要添加表面活性剂来去除表面张力，使溶液更易亲和晶圆表面。正光刻胶的水溶性使它们在环保上比有机溶液的负光刻胶更具吸引力。接着的显影步骤是为了停止显影过程和从晶圆表面去除显影液的冲洗。对正光刻胶冲洗用的是水，它带来的是更简单的处理和成本的降低，并有利于环境。正光刻胶的显影工艺比负光刻胶更为敏感。影响结果的因素是软烘培时间和温度、曝光度、显影液浓度、时间、温度，以及显影方法。显影工艺参数由所有变量的测试来决定。当使用正光刻胶时，显影和清洗工艺的严格控制是尺寸控制的关键。对正光刻胶显影液清洗的化学品是水。它的作用与负光刻胶清洗液相同，但是更便宜、使用更安全，更容易处理。在光刻胶上成功地使图案显影要依靠光刻胶地曝光机理。负光刻胶暴露在光线下，会有一个聚合地过程，它会阻止光刻胶在显影液中分解。在两个区域间由足够高的分解率，使得聚合的区域光刻胶几乎没有损失。大多数负光刻胶显影是用二甲苯作为显影液，它还被用做负光刻胶配方中的溶液。显影完成前还要进行冲洗。对于负光刻胶。通常使用n-醋酸丁酯作为冲洗化学品，因为它既不会使光刻胶膨胀也不会使之收缩，从而不会导致图案尺寸的改变。对具有台阶图案的晶圆，可能使用一种性质较温和的Stoddand溶剂。有几个方法用于光刻胶显影。方法的选择依据包括光刻胶极性、特征图形尺寸、缺陷密度的考虑、要刻蚀层的厚度以及产能。在这种最简单的方式中，在耐化学腐蚀的传输器中的晶圆被放进盛有显影液的池中一定时间，然后再被放入加有化学冲洗液的池中进行冲洗。这种简单的湿法过程的问题有：6.为了消除1、2和3的问题需要进场更换化学液从而增加了成本。8.晶圆必须迅速送到下一步进行干燥，这就增加了一个工艺步骤。事实上，通常有很多原因使喷雾式工艺对于任何湿法工艺来讲比沉浸式工艺更受欢迎。例如，用喷雾式系统可大大降低化学品的使用。工艺的提高包括由于因喷雾压力的机械动作而限定光刻胶边缘和去除部分光刻胶块而带来较好的图案清晰度。因为每个晶圆都是用新的化学显影液，所以喷雾式系统总比沉浸系统清洁。喷雾式显影因其均匀性和产能高而非常有吸引力。混凝显影是用以获得正光刻胶喷雾工艺优点的一种工艺的变化。该系统使用一个标准的单晶圆喷射装置。正常的喷雾式显影和混凝显影的区别是用于晶圆的显影化学品的不同。工艺开始时，在静止的晶圆表面上覆盖一层显影液。表面张力使显影液在晶圆表面上不会流散到晶圆外。不完全显影造成的一个特殊困难称为浮渣。浮渣可以是留在晶圆表面上的未溶解的光刻胶块或是干燥后的显影液。膜很薄并很难直观检验。为了解决这个问题，在微米和微米以下的甚大规模集成电路生产线中，在化学显影后用氧离子体来去除这种薄膜。液体工艺的消除一直是一个长期目标。它们难以集成到自动化生产线，并且化学品的采购、储存、控制和处理费用昂贵。取代液体化学显影液的途径是使用等离子体刻蚀工艺。干法等离子体刻蚀对于刻蚀晶圆表面层已经是很完善的工艺了。在等离子体刻蚀中，离子有等离子体场得到能量，以化学形式分解暴露的晶圆表面层。干法光刻胶显影要求光刻胶化学物的曝光或未曝光的部分二者之一易于被氧等离子体去除。换句话说，巴巴图案的部分从晶圆表面氧化掉。一种称为DESIRE的干法显影工艺得以实现，它采用甲基烷烃和氧等离子体。硬烘培是在掩模工艺中的第二个热处理操作。它的作用实质上和软烘培是一样的，通过溶液的蒸发来固化光刻胶。然而，对于硬烘培，其唯一的目标是使光刻胶和晶圆表面有良好的黏结，这个步骤有时称为刻蚀前烘培。硬烘培是在设备和方法上与软烘培相似。对流炉、在线及手动热板、红外线隧道炉、移动带传导炉和真空炉都用于硬烘培。对于自动生产线，轨道系统受到青睐。硬烘培的时间和温度的选取与在软烘培工艺中是相同的。起始点是由光刻胶制造商推荐的工艺。之后，工艺被精确调整，以达到黏结和尺寸控制的要求。一般使用对流炉的硬烘培的温度是从130℃~200℃进行30分钟。对于其他方法，时间和温度有所不同。设定最低温度使光刻胶图案边缘和晶圆表面达到良好黏结。热烘培增强黏结的机理是脱水和聚合。加热使水分脱离光刻胶，同时使之进一步聚合，从而增强了其耐刻蚀性。硬烘培温度的上限以光刻胶流动点而定。光刻胶有像塑料的性质，当加热时会变软并可流动。当光刻胶流动时，图案尺寸便会改变。当在显微镜下观察光刻胶流动时，将会明显增厚光刻胶边缘。极度的流动会在沿图案边缘处显示出边缘线。边缘线是光刻胶流动后在光刻胶中留下的斜坡而形成的光学作用。硬烘培是紧跟在显影后或马上再开始刻蚀前来进行的。在大多数生产情况中，硬烘培是由和显影机并排在一起的隧道炉完成的。当使用此种操作规程时，把晶圆存放在氮气中或是立即完成检验步骤以防止水分重新被吸收到光刻胶中，这一点非常重要。工艺过程中的一个目标是有尽可能多的共同工艺。对于硬烘培工艺来说，由于各种晶圆表面的不同黏结性质有时会给工艺带来困难。更加困难的表面，如铝和掺杂磷的氧化物，有时要经高温硬烘培或在即将要刻蚀之前对其在对流炉中进行二次硬烘培。在显影和烘培之后就要完成光刻掩模工艺的第一次质检。恰当的说，应该叫显影检验，简称DI。检验的目的是区分那些通过最终掩模检验可能性很小的晶圆；提供工艺性能和工艺控制数据；以及分拣出需要返工的晶圆。这时的检验良品率，也就是通过第一次质检的晶圆数量，不会计入最终的工艺良品率的计算。但是两个主要原因使之成为很受关注的良品率。光刻掩膜工艺对于电路性能的关键性已经着重强调。在显影检验工艺，工艺师有第一个判断工艺性能的机会。显影检验步骤的第二个重要性与在检验时做的两种拒收有关。首先，一部分晶圆是由于在上一步骤中遗留下来问题而要停止工艺处理。这些晶圆在显影检验时会被拒绝接收并丢弃。其他在光刻胶上有光刻图案问题的晶圆可以被通过去掉光刻胶的办法重新进行工艺处理，因为在晶圆上还没有永久改变，所以这是整个制造工艺中发生错误后能够返工的几个步骤之一。晶圆被送回掩模工艺称为返工或重做。工艺师的目标是保持尽可能低地返工率，应少于10%，而5%是一个最受欢迎的返工水平。经验显示经过光刻返工地晶圆在最终工艺完成时有较低的分选良品率。返工会引起黏结问题，并且再次传输操作会导致晶圆污染和破坏。如果太多地晶圆返工会使整个分选良品率受到严重影响，并且生产线将被堵塞。保持低返工率地第二个原因与在及逆行返工晶圆处理时要求另外的计算和标识有关。显影检验良品率和返工率随掩模水平而变。总体上，在掩模次序中的第一级有较宽的特征图形尺寸、较平的表面和较低的密度，所有这些会使掩模良品率更高。在晶圆到了关键的接触和连线步骤时，返工率呈上升趋势。自动检验：随着芯片尺寸的增加和元件尺寸的减少，工艺变得更加繁多并精细，较老的和相对慢的人工检验的效率液到了极限。可探测表面和图案失真的自动检验系统称为在线和非在线检验的选择。自动检验系统提供了更多数据，反过来，这又使工艺师能够刻画出工艺特色并对工艺加以控制。人工检验：第一步是用眼睛直接检验晶圆表面。用这种方法可以非常有效的检查出膜厚的不均匀、粗显影问题、划伤及污染，特别是污渍。有很多原因可使晶圆在显影检验时被拒收。一般地，要找的仅是那些在当前光刻掩膜步骤增加的缺陷。每一片晶圆都会带有一些缺陷问题，并且晶圆达到当前步骤时有可接受的质量，在这一原理下，从上一步留下的缺陷一般会被忽略掉。如果一片晶圆有严重的问题而在上一步未被发现，就会从本批中拿掉。在完成显影检验步骤后，掩膜版的图形就被固定在光刻胶膜上并准备刻蚀。在刻蚀后图形就会被永久的转移到晶圆的表面。刻蚀就是通过光刻胶暴露区域来去掉晶圆最表层的工艺。刻蚀工艺主要有两大类：湿法和干法刻蚀。两种方法的主要目标是将光刻掩膜版上的图形精确的转移到晶圆的表面。其他刻蚀工艺地目标包括一致性、边缘轮廓控制、选择性、洁净度和拥有成本最低化。历史上的刻蚀方法一直使用液体刻蚀剂沉浸技术。规程类似于氧化前清洁-冲洗-干燥工艺中去除残留的酸，再送到最终清洗台以冲洗和甩干。湿法刻蚀用于特征图形尺寸大于3um的产品。低于此水平时，由于控制和精度的需要就应使用干法刻蚀了。刻蚀一致性和工艺控制由附加的加热器和搅动设备来提高，例如，搅拌器或带有超声波和兆频超声波的槽。被选择的刻蚀液要有可均匀地去除晶圆表层又不伤及下一层材料的能力。刻蚀时间的变化性是一个工艺参数它受料盒和晶圆再槽中到达我呢度平衡过程中温度变化的影响和在晶圆被送入冲洗槽过程中持续刻蚀的影响。一般地，工艺被设置在最短的时间并保持在均匀刻蚀和高生产力。最大时间受限于光刻胶在晶圆表面的黏结时间。图形复制的精度依靠几个工艺参数。它们包括：不完全刻蚀、过刻蚀、钻蚀、选择比和侧边的各向异性/各向同性刻蚀。不完全刻蚀是指表面层还留在图形孔中或表面上的情况。不完全刻蚀的原因是可是时间太短，出现可减慢刻蚀时间的表面层，或是一个薄层不均匀的表层也可导致在厚的部分产生不完全刻蚀。如果使用化学湿法刻蚀，过低的温度或弱的刻蚀液会导致不完全刻蚀。如果是干法等离子刻蚀，不正确的混合气体或不当的系统运行可导致相同的影响。与不完全刻蚀相反的是过刻蚀。在任何的刻蚀工艺中，总会有一定程度的、有计划的过刻蚀，以便允许表面层厚度的变化。有计划的过刻蚀还可用以突破最外表层的缓慢刻蚀层。理想的刻蚀应在表面中形成垂直的侧边。产生这种理想结果的刻蚀技术称为各向异性刻蚀。然而，刻蚀剂会从各个方向去掉材料，这种现象称为各向同性。在从最外表层刻蚀到表层底部的过程中刻蚀也会在最外表面进行。结果会在侧边形成一个斜面。这种作用因在光刻胶边缘下被刻蚀，所以被称为钻蚀。一个持续的刻蚀目标是把钻蚀水平控制在一个可接受的范围内。电路版图的设计者在计划电路时会把钻蚀考虑在内。相邻的图形必须要分开一定的距离以防止短路。在图形设计时必须计算钻蚀量。各向异性刻蚀可用等离子体刻蚀的方法来得到，它用于刻蚀高级电路时受到青睐。钻蚀的减少可允许制作更密的电路。当刻蚀时间过长，刻蚀温度太高，或是刻蚀剂混合物太强便会发生严重的钻蚀。当光刻胶和晶圆表面黏结力较弱时也会发生钻蚀。这是一个持续令人单行的问题。干燥脱水、底胶、软烘培和硬烘培的目的就是用来防止这种问题的。在刻蚀开孔的边缘光刻胶黏结附力的失效会导致严重的钻蚀。如果黏结力非常弱，光刻胶会翘起而导致极为严重的钻蚀。刻蚀工序的另一个目标是保护被刻蚀层下的表面。如果晶圆的下层表面被部分刻蚀掉，则器件的物理尺寸和电性能会发生改变。与保护表面相关的刻蚀工艺的性质是选择比。它由被刻蚀层的刻蚀速率与被刻蚀层下面表层的刻蚀速率的比来表示。以不同的刻蚀方法氧化硅/硅的选择比为20~40.高选择性意味着下表层很少或没有被刻蚀。在刻蚀深宽比大于3：1的小接触孔时，良好的选择性也会成为一个问题。选择比还适用于光刻胶去除。这在干法刻蚀中考虑较多。在表层被刻蚀的同时，一些光刻胶也会被同时去除。选择比必须足够高，以保证刻蚀完成前光刻胶不会在被刻蚀层之前被去除掉。湿法喷射刻蚀相对沉浸刻蚀有几个优点。其主要优点是喷射的机械压力而增加的精确度。湿法刻蚀可以将来自刻蚀剂的污染讲到最低程度。从工艺控制的观点来看，喷射刻蚀因刻蚀剂可被水冲洗从而可以及时的从表面去掉而更加可控。单晶圆旋转喷射系统有显著的工艺一致性的优点。喷射刻蚀的缺点时设备系统的成本，对于压力系统中有毒刻蚀剂的安全考虑以及用于防止机器老化的防刻蚀材料的要求方面。其优点为：喷射刻蚀系统通常是封闭的，这增加了操作人员的安全性。对于小特征尺寸和/或更大直径晶圆，批浸没式刻蚀虽然有生产效率高的优点，也不满足均匀性的要求。具有机械手自动装卸系统的单片晶圆模块喷雾设备克服了批浸没式刻蚀的局限性。它们提供了需要的化学组分的控制、定时和刻蚀的均匀性。典型的硅刻蚀是用含氮的物质与氢氟酸的混合水溶液。这一配比规则在控制刻蚀中成为一个重要的因素。在一些比率上，刻蚀硅会有放热反应。加热反应所产生的热可加速刻蚀反应，接下来又产生更多的热，这样进行下去会导致工艺无法控制。有时醋酸和其他成分被混合进来控制加热反应。一些器件要求在晶圆上刻蚀出槽或沟。刻蚀配方要进行调整以使刻蚀速率依靠晶圆的取向。<1,1,1>取向的晶圆以45°角刻蚀，<1,0,0>取向的晶圆以“平”底刻蚀。其他取向的晶圆可以得到不同形状的沟槽。多晶硅刻蚀也可用基本相同的规则。最普通的刻蚀层是热氧化形成的二氧化硅。基本的刻蚀剂是氢氟酸，它有刻蚀二氧化硅而不伤及硅的优点。然而，饱和浓度的氢氟酸在室温下的刻蚀速率约为300A/s。这个速率对于一个要求控制的工艺来说太快了。在实际中，氢氟酸与水或氟化铵及水混合。以氟化铵来缓冲加速刻蚀速率的氢离子的产生。这种刻蚀溶液称为缓冲氧化物刻蚀或BOE。针对特定的氧化层厚度，他们以不同的浓度混合来达到合理的刻蚀时间。一些BOE公式包括一个湿化剂用以减小刻蚀表面的张力，以使其均匀地进入更小的开孔区。暴露硅晶圆表面的过刻蚀可以引起表面的粗糙。在氢氟酸工艺期间，当暴露于OH-离子时，在刻蚀中硅表面会变粗糙。对于铝和铝合金层有选择性的刻蚀溶液是居于磷酸的。遗憾的是，铝和磷酸反应的副产物是微小的氢气泡。这些气泡附着在晶圆表面，并阻碍刻蚀反应。结果既可能产生导致相邻引线短路的铝桥连，又可能在表面形成不希望出现的雪球的铝点。特殊配方铝刻蚀溶液的使用缓解了这个问题。典型的活性溶液成分配比是：16：1：1：2。除了特殊配方外，典型的铝刻蚀工艺还会包含以搅拌或上下移动晶圆舟的搅动。有时超声波或兆频超声波也用来去除气泡。晶圆上的最终膜层之一是一层在铝膜上的二氧化硅钝化膜。这些膜是蒸汽氧化或硅氧化膜。膜的化学成分是硅氧化物，它要求不同的刻蚀溶液。不同之处是所要求的刻蚀剂的选择性不同。通常刻蚀二氧化硅的刻蚀剂是缓冲氧化物溶液。但是缓冲氧化物刻蚀会腐蚀下层的铝压点，导致在封装工艺中产生压焊问题。这种情况会使压点变成褐色，或压点上出现污渍。受青睐的刻蚀剂是氟化铵和醋酸1：2的混合水溶液。对于钝化层，另外一种受青睐的化合物是氮化硅。可以用液体化学的方法来刻蚀，但是不想其他层那样容易。使用的化学品是热磷酸。因酸液在此温度下会迅速蒸发，所以刻蚀要在一个装有冷却盖的密封回流容器中进行。主要问题是光刻胶层经不起刻蚀剂的温度和高刻蚀速率。因此，需要一层二氧化硅或其他材料来阻挡刻蚀剂。这两个因素已导致对于氮化硅使用干法刻蚀技术。蒸汽刻蚀是把晶圆暴露于刻蚀剂蒸汽中。氢氟酸是最常用到的。其优点是持续新鲜的刻蚀剂补充到晶圆表面并可以及时停止刻蚀。处于安全考虑，有毒蒸汽需要密封保存在系统内。基于其局限性考虑，干法刻蚀被用于先进电路的小特征尺寸精细刻蚀中。干法刻蚀是一个通称术语，是指以气体为主要媒体的刻蚀技术，晶圆不需要液体化学品或冲洗。晶圆在干燥的状态进出系统。三种干法刻蚀技术分别为：等离子体、离子铣和反应离子刻蚀。等离子体刻蚀像湿法刻蚀一样是一种化学工艺，它使用气体和等离子体能量来进行化学反应。二氧化硅刻蚀在两个系统中的比较说明了区别所在。在湿法刻蚀二氧化硅中，氟在缓冲氧化物刻蚀剂中是溶解二氧化硅的成分，并转化为可水冲洗的成分。形成反应的能量来自缓冲氧化物刻蚀溶液的内部或外部加热器。等离子体刻蚀机要求相同的元素：化学刻蚀剂和能量源。物理上，等离子体刻蚀剂由反应室、真空系统、气体供应、终点检测和电源组成。晶圆被送入反应室，并由真空系统把内部压力降低。在真空建立起来后，将反应室内充入反应气体。对于二氧化硅刻蚀，气体一般使用CF4和氧的混合剂。电源通过在反应室中的电极创造了一个射频电场。能量场将混合气体激发或等离子体状态。在激发状态，氟刻蚀二氧化硅，并将其转化为挥发性成分由真空系统排出。干法刻蚀的优点在于如下几个方面：刻蚀率、辐射损伤、选择性、微粒的产生、刻蚀后腐蚀和拥有成本优势。等离子体系统的刻蚀率由一系列因素来决定。系统设计和化学品是其中两个因素。其他的因素是离子浓度和系统压力。离子浓度（离子/立方厘米）是供给电极电能的一个函数。提高功率会产生更多离子从而又会提高刻蚀率。离子密度与增加化学刻蚀液体的浓度相似。离子密度在3×10的十次方到3×10的12次放的范围内。系统压力通过称为平均自由程的现象，以影响刻蚀率和一致性。这是一个气体原子或分子在碰撞到另一个微粒前经过的平均距离。在压力更高时，会发生很多碰撞，使微粒以各种方向运动，因而导致边缘轮廓失去控制。低压较为理想，但是要权衡在下面解释到的等离子体损伤。典型的系统压力在0.4-50mtorr的范围内。刻蚀率从600-2000Å/min。较高密度和低压力好像是受欢迎的系统设计。然而，消极的一面是对晶圆的辐射（radiation）或等离子体(plasma)的损伤。在等离子体场中有受激发的原子、原子团、离子、电子和光子“。根据这些粒子的浓度与能量级别不同而导致对半导体的各种损伤。损害包括表面泄漏，电参数的变化，膜的退化（特别是氧化层）和对硅的损害。有两种损伤机理。一种是简单地、过度地暴露于高浓度的等离子体中。另一种是由于在刻蚀循环中电流流过介质而导致的介质破损。更高密度的等离子体源还对光刻胶的去除带来一个问题。能量与低压力的结合使光刻胶趋于变硬到用传统的工艺难以去除的程度（参见“光刻胶的去除"一节）。系统设计人员正在研究具有高密度，低能量离子（以降低损伤）和低压力的等离子体。除了平衡离子密度/压力参数外，下游等离子体（downstreamplasma）源工艺是一个减少等离子体掼伤的选择。可造成损伤的粒子来源于等离子体源产生的高能气体。下游等离子体源系统在一个反应室产生等离子体，而后将其传输到下游的晶圆。品圆与可造成损伤的等离子体被分隔开来。为了将损害减小到最低，系统必须可区分等离子体放电、离子的复合以及电子密度的减小”。下游等离子体源系统被发展成为在光刻胶去除时可使等离子体损害减到最小。虽然它使刻蚀系统变得更为复杂，但它在刻蚀中的应用正受到关注。选择性是等离子体刻蚀工艺的一个主要的考虑事项，特别是当需要进行平衡过刻蚀时。理想地，刻蚀时间可以通过要预计去除的膜厚度加上一点，以确保安全的过刻蚀时间来计算。遗憾的是，累计厚度和在高密度器件中多层膜组成物的变化提出了刻蚀一致性问题。另外对于高密度器件，一个称为微负载的现象会引人刻蚀率的变化。微负载是相对于被刻蚀材料区域的本区域刻蚀率的变化。一个大的区域会以去掉的材料加载于刻蚀过程，以减缓刻蚀速度，而小区域则会以较快的刻蚀率进行。形貌问题也会要求对过刻蚀的考虑。典型的情况是在器件/电路中薄区域与厚区域上的接触孔开口。这些因素对于金属刻蚀会导致50％、80％的过刻蚀，对于氧化物和多晶硅刻蚀会高达成200％。过刻蚀使得选择性的问题变得非常关键。这里有两个要考虑的因素：光刻胶和其下层膜（通常是硅或氮化硅）。干法刻蚀较湿法刻蚀工艺对光刻胶有更高的去除率。更薄的膜用于小尺寸图形并在多层叠加膜中使用，使得光刻胶的选择性变得十分关键。混合选择性问题是高深宽比的图形。先进的器件有达到4：1的深宽比的图形。孔与其高度相比非常窄，以至于刻蚀在接近孔的底部会减慢或停止。用于控制选择性的4种方法是刻蚀气体配比的选择、刻蚀率、接近工艺结束时的气体稀释来减缓对下层的刻蚀、在系统中使用终点探测器。顶层膜已经被去除时，要求系统内置终点检测器终止刻蚀。典型的是使用激光干涉仪。随着刻蚀进程，一束激光在晶圆表面被反射。以一个振荡的模式返回到探测器，它随被刻蚀的材料的种类而变。终点探测器对在尾气流存在的刻蚀层材料敏感，并在探测不到被刻蚀材料时自动发出信号来结束刻蚀。污染，残余物，腐蚀，以及拥有成本（C00）：其他要关注的工艺问题还有：尤其在亚微米的范围内，微粒的产生、残留物、刻蚀后腐蚀和拥有成本因素。一个减少微粒的尝试是以静电吸附品圆固定器取代机械式固定器。机械式固定器产生微粒并可导致晶圆碎裂，并且夹持器会遮挡住部分晶圆的表面。静电吸附固定器以晶圆与固定器间的直流（dc）电势来固定晶圆。等离子体刻蚀环境中有许多剧烈的化学反应，光刻胶中的氢氧基团与卤化物气体发生反应，以形成稳定的金属卤化物（如AIF3、WF5、WF6)和氧化物，例如Ti03、TiO和/或W02。这些残留物产生污染问题，并影响有选择性的钨淀积。刻蚀后腐蚀是由一些刻蚀后留在金属图形上的残余物引起的。铝中的铜添加物和钛／钨金属化的使用增加了刻蚀后因残留氯化物而引起的腐蚀问题。将这些问题减到最小，包括以氯基刻蚀剂替代氟基的刻蚀剂，钝化侧壁和刻蚀后工艺，如去除残留氯化物或使用氧化来钝化表面。其他的解决方案包括氧气等离子体处理，发烟硝酸和湿法光刻胶去除工艺步骤。第二种类型的干法刻蚀系统是离子束刻蚀系统与化学等离子体刻蚀系统不同，离子束刻蚀是一个物理过程。晶圆在真空反应室内被置于固定器上，并且向反应室导人氩气流。当进人反应室，氩气便受到从一对阴（一）阳（+）极来的高能电子束流的影响。电子将氩原子离子化成为带正电荷的高能状态。由于晶圆位于接负极的固定器上．从而氩离子便被吸向固定器。当氬原子向晶圆固定器移动时，它们会加速．提高能量。在晶圆表面，它们轰击暴露的晶圆层，并从晶圆表面炸掉一小部分。科学家称这种物理过程为动力传输(momentumtransfer),在氩原子与晶圆材料间不发生化学反应。离子束刻蚀也称为溅射刻蚀（sputteretching）或离子铣(ionmillrng)。材料的去除（刻蚀）有高度的方向性（各向异性），导致良好的小开口区域的精密度。因为是物理过程，离子铣的选择性很差，特别对于光刻胶层。反应离子刻蚀（RIE）系统结合等离子体刻蚀和离子束刻蚀原理。系统在结构上与等离子体刻蚀系统相似，但具有离子铣的能力。两种原理的结合突出了它们各自的优点，化学等离子刻蚀和离子铣的方向性。RIE系统的一个主要优点是在刻蚀硅层上的二氧化硅层。它们的结合使得选择比提高到35：1，而在只有等离子体刻蚀时为10：1。RIE系统已成为用于最先进生产线中的刻蚀系统。对于湿法和干法刻蚀两种工艺，有图形的光刻胶层是受青徕的刻蚀阻挡层。在湿法刻蚀中，对于光刻胶层几乎没有来自刻蚀剂的刻蚀。然而在干法刻蚀中，残留的氧气会刻蚀光刻胶层。光刻胶层必须保持足够厚以应付刻蚀剂的刻蚀而不至于变薄出现空洞。有些结构使用淀积层作为刻蚀阻挡层来避免光刻胶层的损失。另一个与光刻胶相关的干法刻蚀问题是光刻胶烘焙。在干法刻蚀反应室内，温度可升高到200℃，一定的温度可把光刻胶烘焙至一个难以从晶圆去除的状态。再一个和温度相关的问题是光刻胶的流动倾向而使图形畸变。等离子体刻蚀中一个不希望的影响是侧壁聚合物（sidewallpolymer)淀积在刻蚀图形的侧壁，聚合物来自光刻胶。在接下来的氧气等离子体光刻胶去除工序中，聚合物沉积可变成金属氧化物”而难以去掉。刻蚀之后，图形成为晶圆最表层永久的一部分。作为刻蚀阻挡层的光刻胶层不再需要了，而要从表面去掉。传统的方法是用湿法化学工艺将其去除。尽管有一些问题，湿法化学液在前端工艺线（OL）中是较受欢迎的方法，因为表面和MOS榍极暴露并易于受到等离子体损伤。氧气等离子体去除光刻胶层的使用正在增加，它主要用于后端工艺线（BEOL)中，这是因为嵫感器件被介质和金属表层覆盖住。有许多不同的化学品被用于去除工艺。对它们的选择依据晶圆表层（在光刻胶层下）、产品考虑、光刻胶极性和光刻胶状态。一系列不同的工艺：湿法刻烛、干法刻蚀和离子注入之后，晶圆表层的光刻胶都需要去掉。根据先前工艺的不同会有不同程度的困难。高温硬烘焙．等离子体触的残留物和側壁聚合物，以及由离子注人导致的硬壳都会对光刻胶去除工艺带来挑战。一般地，光到胶去除剂被分成綜合去除剂和专用于正光刻胶及负光刻胶的去除剂。它们也根据晶圆表层类型被分成：有金属的或无金属的。硫酸和氧化剂溶液．硫酸和氧化剂溶液（过氧化氢或过硫酸忮“）是最常用的去除无金属表面（nonmetallicsurfaces）光刻胶层的去除剂。无金属表面是二氧化硅、氮化硅或多晶硅。这种溶液可去除负光刻胶和正光刻胶。相同的化学溶液和工艺用于预炉管清洗晶圆中。硝酸有时作为在硫酸清洗池中的添加氧化剂。典型的混合比为10囗。硝酸有一个缺点是会把清洗池变成淡橘黄色，而遮蓋住池中碳的积累。发烟硝酸在欧洲和日本被用做去除剂。所有这些溶液都以氧化机理来溶解光刻胶。从有金属表面去除光刻胶是一个比较困难的工作，因为金属会受到侵蚀或氧化。有4种类型的液体化学品用于去除有金属表面的光刻胶：有机去除剂。
溶剂去除剂。
溶剂/胺去除剂。
特殊去除剂。
酚有机去除：有机去除剂包含磺釅有机酸）和氯化碳氢溶剂的组合。配方要求苯酚形成可冲洗的溶液。在20也纪70年代，由于对这些配方中有毒成分的担心而导致了磺酸、非酚的、非氯化的“去除剂的开发。去除光刻胶要求将溶液加热到℃℃的范围。工艺中常使用两个或三个加热的去除池。清洗以两步进行．第一步是溶剂，然后用水清洗，其后是干燥工序。溶液/胺去除剂：正光刻腋的优点之一是它们易于从晶圆表面去除。未经硬烘焙过的正光刻胶层可以很容易地用丙授泡的方法从晶圆表面去除掉。遗憾的是，丙酮容易发生火灾，不建议使用。几个制造商供应基于溶剂和有机胺溶液仅用于正光刻胶去除剂。N-甲基吡咯烷（NMP）是使用最多的溶剂。其他的还有二甲亚砜（DMSO），磺胺，dimethylforamide（DMF），或二甲基乙酰胺（DMAC〕。这些去除剂是有效的，用水清洗并可排泄掉。去除剂可能被加热来增加去除速率/或以去除经高温硬烘焙过的光刻胶层。溶剂和溶剂/胺去除剂以化学溶解的机理来去除光胶。特殊湿法去除：一系列的液体化学去除剂被廾发，以解决特殊问题。其中之一是一种基于羟胺(HDA）的正胶去除剂。另一种化学品依赖于螯合中介来化学地约束溶液中的金属污染。去除剂会去掉等离子体刻蚀的残余物和未被溶剂/胺去除剂去掉的聚酰亚胺。其他的去除剂包括腐蚀抑剂。同刻蚀一样，干法等离子体工艺也可用于光刻胶去除。将晶圆放置于反应室中．并通入氧气。等离子体场把氧气激发到高能状态，因而将光刻跤成分氧化为气体由真空泵从反应室吸走。术语灰化（ashlng〕用来说明那些设计成用来只去除有机残留物的等离子体工艺。等离子去除需要去除有机和无机两种残留物的工艺。在干法去除机中，等离子体由微波，射频和UV臭氧源共同作用产生。等离子体光刻胶去除的主要优点是消除了液体槽和对化学品的操作。缺点是对于金属离子的去除没有效果。在等离子体场中没有足够的能量使金属离子挥发。需要对等离子体去胶的另一个考虑是高能等离子体场对电路的辐射损伤。采用将等离子体发生室从去除反应室移开的系统设计来减小这个问题。因而称其为下游去除机（downstreamstrip，这是因为等离子体在晶的下游产生。MOS晶圆在去胶中对辐射影响更加敏感。工业对干法等离子体工艺取代湿法去除期待已久。然而，氧等离子体不能去除移动离子的佥属污染．并且有一定程度的金属残留和辐射损伤，这使得湿法去除或湿法/于法结合继续保持着光刻胶去除工艺的主流。等离子体去除被用于硬化的光刻般层，然后以湿法来去除未被等离子体去掉的残留物。有专门的湿法去胶机处理这些硬化的光刻胶层。两个有问题的地方是离子注人后光刻胶的去除和等离子体去除之后，离子注人导致强烈的光刻胶聚合并使表层崆化。一般地，用十法工艺来去除或减少光刻胶，然后再加以湿法上艺。等离子体刻蚀后的光刻餃层同样难以去除。另外，刻蚀可留下残留物，如AlCl3,和／或AlBr3„它们与水或空气反应形成混合物腐蚀金连线。低温等离子体可在这些有害混合物生成腐蚀性化学物前将其去除。另一种途径是在等离子体环境中加人卤元素把不可溶解的金属氧化物降至最低。这是设置工艺参数来完成高效处理（光刻胶去除）而又不引人晶圆表面损伤或金属腐蚀的另一种情况。在基本的光玺工艺中最终步骧是目检。实际上与显影目检是一样的規程．只是大多数的拒收是无法挽回的（不能进行重新工艺处理)-一个例外是受到污染的品刿可能会被重新清洗并重新目检。最终目檢证明送到下一步晶员的质量，并充当显影目检有效性的一个检验。在显影目检中本应该已被区分，并从本批中拿出的晶称为“显影目检漏检”(developinspectescape)。晶圆在人射白光或紫外线下首先接受表面目检，以检查污点和大的微粒污染。之后是显微镜检验或自动檢验来检验缺陷和图形畸变。对于特定层淹模版的关腱尺寸的洮量也是最终目检的一部分。主要针对的是刻蚀过的图形质量，欠刻蚀和钻蚀是两个核心参数。有很多最终目检中一系列在最终检验中被拒收晶圆的拒收原因。最初淹模版由涂上感光乳剂的玻璃板制成。感光乳剂与在照相机胶卷中使用的感光材料相似。这些掩模版容易划伤，在使用中变质，且不能分辨3以下图形“现代最常使用的掩模版使用玻璃涂敷铬技术。这种掩模版制作技术几乎与晶罢一图形复制操作一致。实际上目标是相同的。在玻璃掩模版表面的锗薄膜上形成一个图形。首选的模版制作材料是硼硅酸盐玻璃或石英，它们有良好的尺寸稳定性和罎光波长的传播性能。铬涂层的厚度在1000埃的范围内，用溅射法淀积在玻璃上。先进的掩版使用铬、铬氧化物、铬氮化物渡层”。掩模版/放大的庵模版制作依据最初的曝光方法（图形产生，激光，电子束）和最后的结果（放大的掩模版或掩模版）有许多不同的方法。有一种使用图形发生器的方法制作掩模版的工艺，这是一个较老的技术方法。图形发生器由一个光源和一系列的电机驱动的快门。带有光刻胶的镀铬掩模版/放大的掩模版在光源下随着快门的打开而移动，来使光形成的精确图形照射到光刻餃上产生预期的图形。放大的掩模版图形以一种步进一重复的工艺被转移到涂有光刻胶的空白掩模版来形成一一个母版。母版用来在一个接触复印机上制作多重工作掩模版。这种设备将母版与涂有光刻胶的空白掩模版接触并有一个用于图形复制的UV光源。每个曝光步骤完成后（图形产生，激光、电子束．母版曝光和接触复印).放大的淹模版/掩模版通过显影．目检，刻蚀．去光刻胶和目检而最终把图形永久地复制到镀铬层上。目检十分关，因为任何朱探测到的错误或缺陷将会潜在造成数千个晶圆报废。这种用途的放大的掩模版一般是在光刻掩模版上的最终镀铬的5-20倍。具有非常小几何形状并有很窄定位裕度的高端产品要求高质量的放大的淹模版和/或掩模版。用于这种工艺中的放大的掩模版和淹模版是由激光或电子束直接曝光写人方式而制成的（A流程和B流程）。激光曝光使用波长364nm的I线系统。它可使用标准的光学光胶并且比电子束曝光更快。用一个声波一光学调制器〔AOM）“控制貞接写人激光源的开和关。在所有这些情况中，放大的掩模版或掩模版被加工处理，以在其镀铬层上刻蚀出图形。也可以用其他的掩模版／放大的掩模版工艺流程。在A流程中的放大的掩模版可以用激光/电子束制作，或母版可以用激光/电子束制作。VLSI和ULSI级的电路实际上要求无缺陷及尺寸上完美的掩模版和放大的淹模版。从各个方面上的关键尺寸（CD）裕度为10％或更好，留给放大的掩模版4％的错误余量。有一些方法用激光“跳过”的技术来消除不期望的铬点和图形伸出。对于小图形的掩模版和放大的掩模版，聚焦离子束（FIB）是通常首选的修复技术。没有或部分图形丢失可用碳沉积的方法来填补。不透明的或不想要的铬区域以离子束溅射来去除。特征图形尺寸减小到纳米范围，伴随着更大直椏的晶圆，增大了对低缺陷密度的需求，增大了芯片密度和尺寸，已对芯片制造工业界挖掘各种传统工艺的潜能和开发新的工艺技术提出挑战，包括后光学光刻技术的讨论，综合起来称为下一代光刻技术（NGL），包括：描述4种与曝光有关的效应，这4种效应都会引起光刻图形畸变。
描绘双层光刻胶工艺的截面流程图。
描绘双大马士革制程工艺的截面流程图。
列举两种平坦化技术。
说出图像反转工艺的优点。
描述抗反射涂层，反差增强涂层和光刻餃染色剂是怎样改进分辨率的。
识别光刻掩模版的薄膜部分并能讲出它对光刻工艺的贡献。
VLSI/ULSI集成电路图形处理过程中存在的问题图形化工艺是单层光刻胶成像的基本工艺。这对于中规模(MSI)、某些简单的大规模（LSI）和超大规模（VLSI)集成电路是完全适用。然而，随着超大规模集成电路〔VLSI）/甚大规模集成电路（ULSI)集成电路要求的特怔图形尺寸越来越小，缺陷密度越来越低，这些基本光刻工艺已经明显显出其局限性。基本光刻工艺在亚3微米技术代显现出它的局限性．并在亚微米工艺时代变成关键问题。存在的问题主要包括光学曝光设备的物理限制，光刻胶分辨率的限制和许多与芯片表面有关的问题，比如芯片表面的反射现象和多层形貌。20世纪70年代中期，人们普遍认为使用光学设备和光学光刻胶所能达到的最小分辨率为1.5微米。这一预言使人们开始将更多的兴趣转移到x射线曝光系统和电子束曝光系统。然而，随着许多对基本光学曝光工艺的改进和发展，使用光学曝光系统已能达到0.2微米的水平。有报告称：“工业未来学家认为到20世纪年代中期或者电子束或者x射线曝光将取代紫外(UV)和深紫外(DUV)光源"。这种事情并没有发生。光学光刻一直前进了数十年。每一代工程师对基于光学曝光系统图形化工艺进行改善，将业界代人100nm节点。过去的预言已经被SIA的国际半导体技术路线图(ITRS）所代替。下图列举了一些未来器件的节点和它们被引人的年份节点的基础是栅条宽度。光刻要求是以相邻线条长度的I节距为特征的。未来光刻工艺的另一个特征是曝光辐射的波长比在下图中显示得更大。在大多数情况下，技术要求还没有被定义。在全部基本图形化工艺的各个部分，业界已经进行了延伸光学光刻和下一代光刻（NGL）技术的开发。它们包括光刻胶的开发、掩模材料和设计、曝光源（参见下图）、对准和曝光方案、反射控制和工艺方案。从现在到未来，光刻随技术节点前进将涉及各因素的组合。没有单一的光刻步骤能独占螯头。下图描述了未来芯片世界、系统和工艺的一般发展过程。光刻胶：常见的光刻胶分辨率问题主要是由进人光刻胶的光波波阵面引起的。通常我们只是简单地用直线和箭头表示光线，其实在光波波阵面中的放射线是由各种方向和各种能量的放射线组成的。它们会引起“虚像"(aerialimage)现象。使用光学光刻技术解析0．5um和0．3um的图形需要对“虚像"有很好的控制。控制方法主要从三个方面人手：光学系统分辨率、光刻胶分辨率极限和芯片表面问题。第四个方面是刻蚀图形定义问题。光刻胶分辨率直接和所用的曝光源和曝光系统相适应。随着制造控制、化学与波长匹配，已经改善了基本光刻胶的组分。化学放大（CA）光刻胶将工艺推向0．25um范围。化学放大光刻胶被认为是将光刻带入90nm及以上节点的基础平台（随着未来的改善)-像老光刻胶一样，这些光刻胶是基于光敏的聚合物、光酸产生剂（PAG）、可溶解抑制剂、抗蚀性和酸不稳定性和碱可溶解团。新的光刻胶能在更恶劣的等离子刻蚀环境中工作。它们不仅必须是用于最小的特征尺寸，通常是栅条，而且要处理密集的图形和小的金属接触孔。此外，随着线条尺寸逼近光刻胶中的分子尺寸，刻蚀线边缘粗糙（LER）已成为一个因素。在掩模版不透明的线条被大面积亮区包围的地方，难于实现好的分辨率。来自不透明的线条周围大量的辐射趋于使光刻胶层的线条尺寸收缩（参见下图），这是因为图形边周围缘曝光射线的衍射。这种问题称为邻近效应（proximityeffect)。另一个反差效应称为主体反差(subjectcontrast)(参见下图）。这种情况发生在当一些曝光辐射穿透掩模版上的不透明区，或晶圆表面反射到光刻胶中。结果是在显影步骤后，部分曝光区域留下畸变的图形。这种在采用负胶时比正胶有更多的问题。曝光源的选择要和根据光刻餃的光谱响应范围和所需达到的特征图形尺寸相匹配（参见“光刻胶曝光速度，灵嫩度和光源"一节)-大多数的光刻机使用高压汞灯作为曝光光源，它随着电流通过汞灯管发出光线。高压保证了对水银进行高振荡时不会引起水银蒸发。从汞灯发出的光按波长被分为几段。一些光刻胶是为汞灯全光谱反应设计的，而另一些则是针对其某一特定波长设计的。还有一些光刻胶是针对汞灯特殊的能量峰值设计的。汞灯有三个能量峰值，它们对应的波长分别是：365nm，405nm和436nm。这三个波长也被相应称为：I线，H线和G线。光刻机通常使用滤波器只让G线或I线通过。I线光成为亚微米时代的首选曝光源。I线的波长是365nm，它和生产的0.35um的产品尺寸接近。在实际生产中，要想制作出比曝光波长还小的图形是很难的。将曝光光源的波长限制在很窄的范围内的好处是，可以使光刻胶以很快的速度曝光，减少光在光刻胶中的散射《窄波段曝光源限制了发生在光刻淹模版透二尥阻光边界的光刻胶部分的曝光现象。对于只对特定波长曝光的光刻胶来说，它的曝光时间很短，因为在这些特殊波长处意味着汞灯特殊的高能量。光刻机和光刻胶的分辨能力主要是由曝光的波长决定的。曝光的波长越短、越窄，分辨率就越高，这主要是由于光的衍射现象的存在（参见下左图),波长越长，衍射现象越明显，它最终成为曝光系统分辨率的限制条件。更短的波长同时携带更多的能量，这样也使曝光时间缩短，从而限制了因光在光刻胶中和晶圆表面的散射现象造成的分辨率不好的问题（参见下右图）。在汞灯的光谱中，更短的紫外线的峰值能量波长分别为：313nm（中等UV），254nm(DUV)。它们分别称为中紫外线和深紫外线。我们可以使用普通的紫外线源，例如汞一氙灯，氙灯，加上滤波器就可以得到中紫外线和深紫外线了。受激准分子激光器：还有另外一种深紫外（DUV）光源，它就是受激准分子激光器。以下的气体激光器和它们的发光波长为：XeF（351nm），XeCl（308nm），KrF（248nm），ArF(193nm）。已开发KrF和ArF用于130m节点以上的工艺，考虑用ArF作为小于130nm图形的光源。F2也是一个随在ArF之后的待考虑的候选材料。下图显示了为获得更小图形，曝光源的进步。聚焦离子束：理论上讲，使用聚焦离子束曝光是可行的。其诱因是离子束散射更少和在光刻胶中更低的散射能量，这样可以产生更小尺和更清晰的图形。而且，离子束的能量比电子束的能量更高，这样可以缩短曝光时间。遗憾的是，其的研发却受到很多来自实际生产方面考虑的牵制，包括振动和亚微米图形要求的离子一光学系统。×射线：对更高分辨率曝光源的追求必然使人们想到了两种非光学光源，x射线（参见下图）和电子束(e-beam)。x射线是高能量子，它的波长只有4-50Å。因为衍射作用很小，这个波段可以将图形尺寸做到0.1um的水平。X射线光刻机使用1：1的掩模版。由于更短的曝光时间，通常有更高的产能。在光刻胶中的反射和散射现象可降低到最小，几乎没有景深的问题。x射线曝光的晶罢只有很少量的来自附着在掩模版上的尘埃和有机物的缺陷，因为x射线可以穿过它们。在实际生产中，x射线光刻机遇到了很多困难。一个主要的问题是用于阻挡X射线的掩模版的开发。因为x射线会穿透传统的玻璃和镀铬的掩模版，需要开发一种工艺，它要求用金来做阻挡层，或者其他的一些可以阻挡高能x射线的材料。在研发x射线曝光设备的同时，x射线光刻胶的研发工作也在进行。这项工作很复杂，因为没有一个标准的x射线源，同时x射线光刻胶要具有对x射线的高敏感性和对刻蚀工艺很良好的阻挡作用。而光刻胶对x射线的高敏感性和对刻蚀工艺的阻挡作用这两个参数在实际生产中很唯平衡。另外一个障碍是1：1曝光，因为高能x射线会破坏用来缩影的光学系统。由于放大掩模版尺寸的限制，只有步进式的光刻机才有实际使用的价值。x射线包括标准x射线发射管、点源激光驱动源或同步激光发生器。点源与传统的系统相类似，每个机器有一个曝光源。同步激光发生器是一台巨大而昂贵的设备，它可以将电子在轨道中加速。在称为同步加速器辐射过程中，在轨电子发出x射线。随着x射线的旋转，它们从不同的端口射出并被导向多个分立光刻机中。电子束：电子束光刻是一门成熟的技术，它被用来制作高质量的掩模版和放大淹模版。该系统主要包括能产生小直径的电子否和一个控制电子束开关的抑制器组成。曝光必须在真空中进行，以防止空气分子对电子束的干扰。电子束通过一组静电板然后到达掩模版、放大掩模版或晶圆，这组静电板的作用是调节电子束方向（在x-y方向)。它们的功能和电视机的电子束导向机理类似。为保证电子束精确到达芯片或掩模版，电子束源、相应的机械装置和要被曝光的衬底都在真空环境中。电子束光刻无须使用产生图形的掩模版或放大掩模版。因为不用淹模版，一些由掩模版或放大掩模版曝光引起的缺陷和错误源被去除了。电子束开关和导向由计算机来控制，计算机中存有直接来自CAD设计阶段的晶圆图形。电子束被偏转系统导向到需要曝光的位置上，并将电子束打开，使相应的部位光刻胶曝光。更大面积的衬底被固定在羊y载台上，载台连同衬底在电子束下移动直到全部曝光完毕。这种对准和曝光技术称为“直接书写式”(directwriting)。光刻胶的曝光图形分为光栅式和矢量式（参见下图）。光栅式扫描是电子束从晶圆一边扫描到另一边然后向下。计算机控制方向和开关电子束。光栅式扫描的紈款是费时，因为电子束要扫描整个晶圆表面。而矢量式扫描曝光，电子束直接移到需要曝光的地方，在每一个需要曝光的地方，曝出一个个小的矩形或长方形，用它们组成需要的图形。因为没有了光刻掩模版和光学系统的误差，电子束曝光的芯片有很好的对准和套准结果。目前使用的电子束曝光系统，能得到0．25um的分辨率。大规模使用电子束曝光系统存在速度和费用的问题。目前的电子束光刻机每个班次至多曝光10片6英寸的芯片，但每台设备却价值几百万美元。之所以速度慢，其中一个因素是要在曝光反应室中产生和释放真空需要很长时间。在第前面小编已针对图形分辨率和曝光光线波长的关系做了详细说明。一般来讲，如果想要得到尺寸更小的图形，就需要使用波长更短的光源。然而，这将导致景深的缩短。在0.5um以下的工艺中，从I线到深紫外线，由于景深（DOF）的要求，我们不得不对系统做进一步改进，比如使用可变数值孔释的镜头、环形光源、离轴照明、相移掩模版等。还有，随着图形尺寸的变小和图形密度的增大，其他的一些光学效应也开始起作用。以下我们针对这些问题和解决方案做一些阐述。镜头的数值孔径(NA):在叉子的阴影实验中，距离作为一个影响分辨率的因素被引人。在半导体的图形形成工艺中，有使用接触式/接近式光刻机的，掩模版和晶圆是接触的或接近的。但VLSI和UISI的主流产品是使用投影式光刻机的，光刻掩模版/放大掩模版和晶圆是分开的。投影光学系统有它自身独特的问题。它的挑战来自将光刻掩模版/放大掩模版上的图形投射到晶圆表面时，如何控制分辨率的损失和图形尺寸。小尺寸的图形要求使用短波长的光线。晶圆上的最小尺寸是由投影光学系统的物理属性限定的。其中一个是投影透镜的数值孔径（NA）。数值孔径代表投影透镜的集光能力。关系式为：从公式中可以看出，通过减小波长和/或增加数值孔径，可以得到更小尺寸的图形。使用深紫外线，x射线或电子束都是减小波长的办法。然而，增加NA却有一定的限制，它要和焦深（depthoffocus)或景深(depthoffield)这一参数折中考虑。在通常的摄影学中，当前景清晰而背景不清晰或正好相反时，我们知道这是景深问题。在半导体光刻使用的波长范围内，即使是1um的品圆表面高度差就足以引起景深问题。在芯片表面最高处和最低处都必须达到分辨率的要求和正确的尺寸。增加NA另一个要折中是减小视场。这同变焦镜头使用高倍放大率时的现象是一样的。放大倍数越大，视场越小。视场成为步进式光刻机的一个限制因素。小视场需要更多的时间来完成整片晶圆的曝光。当更多的信息要制作在先进的电路上时，所有上述技术问题变得十分复杂。技术领头的产品是动态随机存储器(DRAM).这种产品平均每三年更新一次，信息量变为原来的4倍。随着特征尺寸的缩小，芯片尺寸的增加，器件的堆叠和更好的设计，至少三倍以上的信息（每平方厘米）要放在掩模版上。这一趋势也迫使光刻机，特别是步进式光刻机进一步发展，它包括透镜系统、曝光源、光刻餃和其他一些图形增强技术，比如光源的改进,相移掩模版等。这些技术的运用有效地降低了上述分辨率极限公式中的k值。可变数值孔径透镜：NA这一参数是衡量透镜集光能力的。它的对立参数是景深（DOF）。一组透镜如果想有好的NA（更高的NA），那么它就会牺牲景深。遗憾的是，高级的电路往往由许多层组成，高低不平的表面（表面形貌）要求大的景深。只拥有一个透镜的步进光刻机在其相应的景深内的晶圆上曝光是受限制的，它可能包括或不包括在晶圆表面的找平。比较新的步进光刻机一般都具有可变数值孔径透镜，这样可以适应对景深的多样化需求。离轴光线：将曝光光线从垂轴移开（off-axis）一些可以阻止在光刻胶引起驻波的光干涉现象。透镜问题和反射系统：在光刻图形形状极端的情况下，通过透镜系统曝光光束成为一个问题，这个问题就是吸收。一个曝光系统应该传送特定的波长（或受控的一组波长）到光刻胶表面。透镜所用的材料能在要求的范围内吸收辐射，在193nm以下这变成了严重的问题。氟化钙（CaF2）一种在这个范围传送的材料刚好可以期望被应用在157nm节点。下一代光刻机有两个主要选择项：极紫外线（EUV）和电子束投影光刻机(EPL)。EUV采用深紫外线(DUV)光源，它取自具有10-15nm范围波长波谱（参见下图）投影系统能更真实地将辐射输送到晶圆而没有在透镜系统发生畸变。在晶圆的表面，用步进一扫描的方式操控电子束。我们已经描述了电子束系统的基础。遗憾的是无掩模（光栅式或矢量扫描式）系统将图形复制到晶圆表面速度太慢。一种使用电子束曝光的先进技术是电子束投影光刻（EPL）。该系统使用电子束曝光源、掩模版和扫描投影方法（参见下图)。由Lucent技术公司开发的这个系统称为SCALPEL,使用了扫描掩模版。电子高能并能通过大多数材料。而传统的掩模版阻止了部分曝光束，并允许其他部分通过，扫描掩模版允许这两段电子束通过。然而，如显示的那样．一部分掩模版散射电子束。减少了透镜聚焦束到达晶圆。在此之间是一个孔径，它基本上允许未受阻的束流通过达到晶圆表面，并阻止被散射束流。现在针对这个系统设计的掩模版使用了多层结构。图形被定义在氮化硅上，它是淀积在硅品圆上。除了硅“支柱"留下保持掩模的强度，晶圆的大部分被刻蚀掉。将这种配置固定在薄膜上，该掩模的所有部分都能传送电子束。然而，被定义的图形因为入射束被分成两部分一一散射的和未散射的。因为该图形被散射到晶圆表面上，支柱不会进入被散射的图形中。对于传统的光学光刻，可以使用一些技术从掩模版到晶圆改善图形保真度。一个衍射问题发生在当两个掩模图形非常接近时。在某一点，正常的衍射波开始接触叠加，导致该区域光刻胶不能正常曝光。两个衍射波混在一起是因为它们的相位相同。相位是一个描述波的名词，它与波峰、波谷的相对位置有关（参见下图），在图左图中的波是同相的，而在右图中的波是异相的。一个解决衍射叠加的办法是将其中一个透光部分用透明物质覆盖，而这一透明物质可以改变波的相位，从而达到克服衍射叠加的目的（参见下图）。基于以上原理而产生的交互相移掩模版（或称交互孔径相移掩模版，AAPSM）就是将一层二氧化硅膜淀积在掩模版／放大掩模版上，然后将其中一部分移去，形成交替图形。图形多为重复性阵列，比如存储器产品，交替盖住透光部分这一方法比较适用。另一种方法是相位移动涂层在掩模版/放大掩模版图形边缘的扩展使用。这一工艺同样要在掩模版上加涂二氧化硅层并完成其他所有掩模版制作工艺步骤。这一方法有一些衍生方法，比如亚分辨率（图形外延）相移掩模版和镶边相移掩模版。我们知道在0.5um以下工艺制程中，由于临近效应的存在，在掩模版／放大掩模版上完美的图形，在光刻胶上可能形成扭曲的图形。OPC掩模版试图在掩模版/放大掩模版上做出扭曲的图形，将它们曝光在光刻胶上时，却可以形成完美图形。特别易受攻击的情况是邻近透光／不透光区域密集的图形和短的和／或像小接触孔这样的图形拐角周围。借助于计算机，对曝光工艺条件〔反差效应）进行分析，然后设计掩模版上的图形。对于一个圆端图形修正的例子如下图所示。另一个技术是双掩模。第一个掩模是相移掩模，在光刻胶上产生部分图形。接在其后的掩模（整形掩模）是有点涨大，并完成设计的图形。环孔照射（annularringillumination）作为一种技术手段，首先是由PerkinElmer扫描投影光刻机采用的。在解决分辨率这一问题上，均匀一致的光源是一个重要武器。遗憾的是，传统的光学曝光源产生的光斑太不均匀一致了。然而，在这个光斑中，我们可以找到能量均匀一致的区域（比如环状区域)。环孔光源挡去了大部分光，只透过环状的均匀一致的光照射在晶圆上。投影光刻机的发展（投影对准机和步进光刻机）大大延长了掩模版和放大掩模版的使用寿命。这也促进了高质量的掩模版和放大掩模版的发展。在生产线上，掩模版使用了很长一段时间以后，掩模版上可能会有灰尘和划痕，从而造成晶圆的良品率降低。掩模版受损的一个原因可能来自掩模版和放大掩模版的清洁过程。这是一个左右为难的尴尬境地，在清洗掩模版和放大掩模版的时候，造成掩模版污损，清洗本身变成了污染、划痕和破损的来源。解决这一问题的一个办法是掩模版贴膜（参见下图）。掩模版贴膜（pellicle）是一层在框架上拉伸平铺的无色有机聚合物薄膜。框架是专为掩模版或放大掩模版设计的。掩模版贴膜是在掩模版制成或清洁后加盖上的。贴膜加在掩模版上后，环境中的微粒就会附着在薄膜表面。薄膜与掩模版之间的距离保证了微粒不会在掩模版的焦平面上。实际上，微粒对于曝光光源来说是透明的。使用贴膜的另一个好处是由于掩模版表面被薄膜覆盖，一定程度上防止了掩模版划痕。第三个好处是一旦覆盖上贴膜，掩模版和放大掩模版可以省去一些例行清洗。在一些应用中，掩模版贴膜还被加上抗反射涂层，它有助于小几何尺寸的图形，尤其是在有反射的晶圆表面。这些好处可以促使晶圆良品率增加5％～30％。掩模版贴膜是用硝化纤维（NC）或醋酸纤维（AC）制成的。NC薄膜被用在宽带（340-460nm）曝光源，而AC薄膜被用在中度紫外曝光系统中。贴膜非常薄（厚度为0.8-2.5um）而且对于曝光波长必须有很高的透射率。对于曝光波长的峰值，典型的贴膜要具有99％以上的透射率。贴膜要想最好地发挥效力，必须严格控制厚度，一般在規定厚度的±800Å，控制颗粒的直径要小于25um.贴膜的膜是通过旋转浇涂技术制成的。贴膜原料溶解在溶剂中，然后旋转涂在刚性衬底上，比如玻璃板。这和晶圆涂胶工艺很类似。薄膜厚度由溶液黏度和喷涂速度决定。薄膜从衬底上取下被固定在框架上。框架形状由掩模版的形状和尺寸决定。洁净室洁净度要求是10级或更好，同时还要用防静电材料来包装。小图形的分辨率受晶圆表面的条件影响很大。表面的反射率，表面形貌差异，多层刻蚀等都要求特殊工艺或工艺微调。除了入射光线被反射离晶圆表面，入射光线也会因发生漫反射而进入光刻胶引起图形定义不好。漫射的程度与光刻胶的厚度成比例。光刻胶里的一些辐射吸收染色剂也会增加漫射吸收量，因而降低分辨率。高强度的辐射线理想状况下应该是角直射晶圆表面。在这种理想情况下，光波在光刻胶中垂直上下反射，留下良好的曝光图形（参见下图）。但实际情况是，一些曝光光波总是偏离90度角而使不应曝光的部分受到照射。这种光刻胶里的反射率因晶圆表面材料和晶圆表面平坦度不同而变化。金属层，特别是铝和铝合金，具有很强的反射率。淀积工艺的一个目标就是均匀和平坦晶圆表面，以控制这种反射。反射问题在表面有很多台阶（又称为各种形貌）的晶圆中尤为突出。这些台阶的侧面将入射光以一定角度反射入光刻胶里，引起图形分辨率退化。一个特别的问题就是台阶处发生光干涉现象从而引起阶梯处图形出现“凹口”（参见下图)。防反射涂层（ARC）是在涂光刻胶之前在晶圆表面涂的一层物质用来帮助光刻胶小图形成像（参见下图）。防反射涂层对成像过程有几点帮助：第一，平整晶圆表面，这样可以使光刻胶涂层更为平坦；第二，防反射涂层切断了从晶圆表面到光刻胶中散射的光线，这样有助于曝光更小尺寸的图形。减小反射涂层，还能将驻波效应降到最低和增强图形反差。后者得益于用合适的防反射涂层增加了曝光裕度。防反射涂层涂在晶圆表面以后先要经过烘焙，接着涂光刻胶，对准和曝光。然后光刻胶和防反射涂层一起被显影。在刻蚀过程中，留在晶圆表面的防反射涂层和光刻胶一起作为刻蚀阻挡层。有效的防反射涂层材料应与光刻胶有相同范围的透光性，而且对晶圆表面和光刻胶都应具有很好的黏附性。另外还有两个要求，一个是防反射涂层的反射系数必须与光刻胶匹配，另一个是防反射涂层必须使用和光刻胶相同的显影液和去除液。使用防反射涂层也会带来一些负面影响。其中一个是需要增加额外的涂层工艺和烘焙工艺。用防反射涂层获得的分辨率增强，可能会使膜厚度和/或显影过程变得难控制。相对晶圆产出时间，曝光时间可能增加30％-50％。防反射涂层也可以在三层光刻胶工艺中作为中间层或涂在光刻胶的上面（上涂防反射层或TAR)。理想的曝光状态应该是辐射光波与晶圆表面上成90度角直接照射。如果只考虑反射现象，上面这句话是对的。然而，垂直照射会引起另外一个问题，那就是驻波。当光线从晶圆表面反射回光刻胶时，反射光线会与入射光线发生相长干涉或相消干涉现象，从而形成能量变化区（参见下图）。显影后，形成波纹侧墻和分辨率的损失。有许多办法用来改善驻波问题，包括在光刻胶中添加染色剂和分别将防反射涂层直接涂在晶圆表面。大多数正胶工艺都在光刻胶显影前加入曝光后烘焙(PEB）。烘焙的目的是减少驻波对图形侧墻的影响。电路通过图形密度的增加和工艺层数的增加升级到了VLSI的水平。随着各种各样的工艺层被刻蚀成图形，晶圆表面变得高低不平。这些高低不平的平面各自具有不同的反射性质。在这样的表面条件下，使用简单的单层光刻胶工艺想达到微米图形（特别是0.5um以下）的分辨率几乎是不可能的。一个问题就是景深问题。景深有限的镜头不能使高平面和低平面的图形同时得到很好的曝光。另一个就是在台阶处由光反射成的金属图形凹口（参见下图）。在表面形貌复杂的晶圆上，目前有多平坦化技术被使用。这些技术包括多层光刻胶工艺，工艺层平坦化，回流技术．还有用化学机械抛光使表面平坦。目前最受关注的是表面全局平坦化（CMP),通过它可以使用单层光刻胶便可以得到理想的图形。然而，已描述的多层光刻胶工艺在这个工艺转变的时期还是很有用的。在前面介绍的10步光刻工艺是基于单层光刻胶基础上的，同时假定单层光刻胶可以得到需要的图形，刻蚀不会产生针孔或其他缺陷。亚微米时代已经迫使单层光刻胶工艺不得不向多样化发展，而且这些发展往往和曝光机的发展交织在一起的。目前有很多种多层光刻胶工艺。工艺的选择取决于光刻胶需要打开的图形尺寸和晶圆表面形状。尽管多层光刻胶工艺增加了额外的工艺步。但在某些场合它是唯一能达到规定图形尺寸的方法。多层光刻胶工艺往往先在底部用较厚的光刻胶来填充凹处和平整晶圆表面。图形首先在被平坦化的顶层光刻胶层中形成。因为该表面是平坦的，用这种表面成像方法可以得到很小尺寸的形，避免了台阶图形的反射和景深问题。双层光刻胶工艺使用两层光刻胶，每一层的光刻胶具有不同的极性。此工艺适用于具有表面形貌不同的晶圆上小图形成像。首先，在晶圆表面涂一层相对比较厚的光刻胶并烘焙至燃流点（参见下图）。典型的厚度为晶圆最大形台阶的3-4倍。目的是形成平坦的顶层光刻胶表面。典型的多层光刻胶工艺将用于对深紫外线敏感的正性聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。接着、在第一层光刻胶的上面。再涂一层相对比较薄的对紫外线敏感的正胶。这一层薄顶层光刻胶避免了厚胶的不利因素和晶圆表面的反射光的影响。可以达到很好的分辨率。因为顶层光刻胶依底层光刻胶的形状变化而变化，所以顶层光刻胶又称为共形层(conformallayer）或便携式共形层(portableconformallayer)。顶层光刻胶作为辐射的阻挡层，下面一层不会感光。然后使用覆盖式或泛光深紫外曝光（无掩模版),通过顶层的孔使下面的厚正胶感光，从而将图形从顶层光刻胶转移到了下面一层。显影后，晶圆就可以刻了。对两种光刻胶的选择是相当复杂的，需要考虑衬底的反射问题、波的影响和PMMA光刻胶的敏感度，。还有，两种光刻胶必须有兼容的烘焙工艺和相互独立的显影剂。在基本的双层光刻胶工艺基础上，引申出了PMMA添加染色剂和在第一层光刻胶下面使用防反射涂层等工艺。许多引申出来的工艺都已非常成熟。使用双层光刻胶工艺其中一种是剥离技术。通过调整下面一层的显影控制．可以得到突悬结构，它可以帮助在晶圆表面更好地定义金属线（参见下图）三层光刻胶工艺（参见下图）在原来的两层光刻胶之间引进了一层“硬“层。这层“硬”层可能是二氧化硅或其他抗显影剂物质。与双层光刻胶工艺相同，图形是先在顶层光刻胶形成；接着，图形通过传统的刻蚀工艺转移到中间“硬“层中；最后，使用“硬"层作为刻蚀掩模版，将图形转移到底层。由于使用了“硬”中间层．底层可以使用非光刻胶物质，比如聚酰亚胺。扩散加强硅烷化光刻胶（DESIRE）工艺是一种新颖的表面图形化工艺方法（参见下图)。就像其他的多层光刻胶工艺一样，DESIRE也是平整晶圆表面，在表层形成图形。DESIRE工艺使用标准的紫外线曝光表面层。在这一工艺中，曝光只局限于顶层。然后，将晶圆放入反应腔。通过这一步，硅混入光区域。富硅区域变成了硬掩模，可以用各向异性R正蚀使其下面的材料干法显影和去除。在刻蚀工艺中，烷化区域变成二氧化硅（SiO2）以形成了更坚固的刻蚀阻挡层。这种只在最上一层定义图形的技术称为顶面成像。聚酰亚胺在印制电路板生产中已经被使用了许多年。在半导体生产中使用它，主要是用它增强淀积形成的二氧化硅膜的绝缘效果，面且在晶圆上涂聚酰亚胺与涂光刻胶使用的设备相同。将聚酰亚胺涂在晶圆表面后，由于聚酰亚胺的流动会使晶圆表面变得更平坦，然后可以在聚酰亚胺上面覆盖其他硬薄层。聚酰亚胺可以像光刻胶一样与化学物质反应从而得到图形聚酰亚胺用途最广的是被用于两层金属之间的绝缘层。由于聚酰亚胺的平坦性使得第一般金属层的图形定义变得更容易。反刻被用于局部平整（参见下图)。金属线条形成后，在上面淀积一层厚的氧化物，并在氧化物上涂一层光刻胶。然后使用等离子体刻蚀。首先，较薄的光刻胶先被蚀掉，并开始刻蚀氧化物。接着，较厚的光刻胶也被刻蚀掉，而且一些氧化物也被刻掉。这样综合效果是局部表面得以平坦化。随着器件密度的增加，金属的层数也不得不随之增加。在各金属层之间使用导电介质连接，导电介质称为连接柱或连接塞。钨是首选的金属材料，但对它的刻蚀比较复杂。另外，铜已经代替了铝来作为首选的金属化系统。然而，铜的工艺又引入了一大堆新的问题。一种是使用称为双大马士革工艺代替传统的光刻和刻蚀工艺。它是一种类似于将金属嵌入古玩的嵌入式工艺。在这种工艺中，在一个碗或其他物品上表面开出凹槽，将金属涂布整个表面，也填充到凹槽中。去除表面上溢出的金属后，一些保留在凹槽中，剩下一个装饰的图形。在半导体应用中，用光刻技术刻出沟道首先使用传统的光刻工艺刻出沟道。然后用所需的金属填充沟道。金属淀积并溢出凹槽，并用电镀法淀积铜。金属淀积溢出表面。用化学机械抛光（CMP）将溢出的金属去除，留下在沟槽内相互隔离的金属（参见下图)。以后将详细讲述这一新的和重要图形的形成技术。以上讲述的平坦化方法都是局部平坦化而不是晶圆整体表面平坦化（globalplanarization)。小尺寸图形由于光散射的影响还是很难做出来。而且由于还存在表面台阶，就还存在台阶处金属覆盖不好的问题。化学机械抛光（CMP）不仅在晶圆制备阶段被采用，而且在晶圆加工工艺过程中也被用来做晶圆表面整体平坦化。化学机械抛光之所以受欢迎是因为具有如下能力：可以达到晶圆表面整体平坦化。研磨去除所有表面材料适用于多种材料的表面。使高质量的大马士革工艺和铜金属层成为可能避免使用有毒气体是一种低成本工艺晶圆抛光和平坦化使用相同的基本工艺（参见下图）。然而，挑战非常不同。在晶圆抛光时，几微米的硅被去除。在平坦化工艺中，要求CMP去除材料的量在1um或更少。还有，这些金属工艺出现几种要被去除的材料。它们有不同的去除速率和高的均匀平坦化的期望。基本CMP工艺步骤：晶圆是被固定在面朝下的磨头上。依次，晶圆也面朝下固定在旋转机台上。旋转机台表面用一个抛光覆盖。带有小研磨颗粒的磨料浆（slurry）流到台面上到晶圆表面物质被磨料粒侵袭，并一点点磨去．并被磨料浆冲走。由于两个轨道的转动，和磨料浆的共同作用使晶圆表面抛光。表面高处首先被抛光。接着是低的地方，这样就达到了平坦化的目的。这些是机械抛光作用。然而，只有机械抛光自身是无法满足半导体工艺对晶圆的要求，因为晶圆表面受到了过多的机械损伤。通过对磨料浆的选取，可以减少这种损伤，因为磨料浆中的化学物质可以溶解或刻蚀一表面物质。化学侵蚀一般是通过氧化作用将表面腐蚀掉。与之相似的是熨斗的生锈机理，它就是一种化学侵蚀。当熨斗接触氧气时，它的表面会长上一层锈。然而正是这层锈将熨斗表面与水中或空气中的氧气隔离开，从而减缓了进一步生锈过程，这就是化学与机械共同作用的结果。磨粉磨去腐蚀层而露出新鲜表面，新鲜表面与化学物质反应生成新的腐蚀层，这样不断反复。接在CMP之后，有一步CMP后清洗（postCMPcleaning）以保证晶圆的洁净。线性CMP系统还在使用。在这种配置中，晶圆载片头是相对运动的皮带转，而不是转盘。线性系统的一个主要优点是在晶圆下磨料浆运动速度增加衡量CMP后的几项主要指标是：抛光垫由铸型用聚亚安酯泡沫材料和填料、聚亚安酯填充垫或其他一些特殊材料制成。抛光垫最重要的特性是具有多孔性、压缩性和硬度。多孔性，一般用密度来衡量，控制抛光垫的微孔输送磨料浆能力和孔壁去除物质的能力。压缩性和硬度是衡量抛光垫适应开始晶圆不规则表面的能力。一般来说。抛光垫越硬，整体平整度越好。软的抛光垫会同时接触晶圆高地和低地，从而可能引起不平整度的抛光。还有一种可变形抛光头，它可以更贴近晶圆初始表面。由于双重作用的结果，磨料浆的化学成分很复杂也很关键。从机械角度来讲，磨料浆携带磨粉。细小的硅石（二氧化硅）用来研磨氧化层。氧化铝是金属的标准磨料浆。在多层金属设计中往往使用多种金属。这就要求半导体工业去寻找更普遍适用的磨粉。磨粉的直径在10-300nm之间。颗粒越大，晶圆表面机械損伤就越大。从化学角度来讲，对于硅和二氧化硅，刻蚀剂一般为氢氧化钾或氢氧化铵（低pH值的碱性溶液)。对于金属，比如铜，反应往往是从磨料浆中的水对铜的氧化开始的。反应式为：氧化后，碱性材料以化学方式将膜减薄，通过机械作用将其去除。生产中的磨料浆有多种添加剂。它们各有各的作用。通过平衡磨料浆的值，进而控制磨粉的电荷积存，可以减少机械化学研磨的残留物。碱性硅石磨浆pH值高而硅石磨粉浆pH值低（通常低于7)。其他的一些添加剂为表面活性氚，用来形成希望的流动方式和作为螯化介质。螯化介质与金属顆粒发生作用以减少它们回落附着在晶圆表面上。平坦化抛光的其他一些关键参数是pH值（酸碱度)。在晶圆/抛光垫界而流体动力参数和磨料浆在不同材料的表面上和其下层的刻蚀选择性。生产中考虑的首要参数是抛光速度，影响抛光速度的因素有很多。上面描述的抛光垫的参数、磨料浆的种类和磨粉尺寸、磨料浆的化学成分，这些都是主要的因素。还有抛光压力。旋转速度；磨料浆的流速。磨料浆的黏度；抛光反应室的渥度、湿度、晶圆直径、图形尺等，表面材料也是影响的因素。必须平衡以上所有因素以达到高的抛光速度而不使工艺失控。晶圆表面整体平整性，这是CMP的目标，但随着多层金属设计的采用这一目标变得不易达到。铜是一个特例，通过它可以看到一些CMP存在的基本问题。铜被淀积在大马士革图形化工艺中在沟槽内，导致中间密度低。在CMP过程中。中间研磨更快从而导致盘形出现。而且，在图形密集区域，铜淀积密度也不同，引起各图形研磨速度不一致。钨塞也是个挑战（参见下图）。在初始CMP过程中，钨表面中心会凹进去而比周围的氧化层低。需要氧化层缓冲来进一步平坦表面。在一些铜金属化设计中，钽被用来作为沟道中挡层，阻挡铜扩散进入硅中。然而，钽的研磨远慢于铜（在以铜为研磨目标的磨料中)，使得铜的研磨时间大大增加，而且更加使中间凹陷。图形形状尺寸的不同也会导致去除速度的不同。更大面积的区域去除更快，而在晶圆表面下凹陷的低地。还有，挑战来自金属的硬度不同，其抛光速率不同，以及较软聚合物材料的层间介质(IDL).由于所有挑战的存在，到2010年，晶圆表面的平整度不得不控制在150nm以下。晶圆表面清洁是非常重要的。CMP后的清洁正是体现这一重要性。清洁面临一些特殊的挑战。CMP是唯一的有意在工艺过程中引入的称为磨粉的微粒。它们一般可以用机械刷拂去或用高压水注冲去。化学清洁一般采用与其他FEOL清洗相同的技术。精心挑选磨料浆的表面活性剂，调节pH值可以在磨料浆微粒和晶圆表面之间产生电的排斥作用。这一技术可以降低污染，特别是静电吸附在晶圆表面的污染物。铜污染要特别留意，因为一旦铜进入硅中，它会改变或降低电路元件的电性能。如果想成功地完成CMP工艺就需要有成熟的系統设备。生产用的设备包括晶圆传递机械手。在线测量和洁净度监测装置。各种终结探测系统被用来监控某一种金属磨尽了或达到指定的研磨厚度的信号。CMP后清洁单元包括在主机室内或通过传递机械手与主机室连接，目标是实现“干进、干出”工艺。化学机械抛光（CMP〕是一步关键的平坦化工艺，它需要平衡高度集成化和许多工艺参数。主要抛光参数是：研磨垫的构成、研磨垫的压力、研磨垫旋转速度、机台旋转速度、磨料浆的流速、磨料浆的化学成分、磨料浆的材料选择性。加之对光刻工艺平整度的改善，CMP使双大马士革图形化抛光和铜金属化工艺得以实现。一些器件设计使用一层硬平整化涂层或多层。通常淀积具有4％-5％硼掺杂的二氧化硅，称抛光为硼硅玻璃（BSG）。由于硼的存在使二氧化硅在相对低的温度（小于500℃）液化流动，形成平坦抛光的表面。抛光另一种硬平坦化层为旋转涂敷玻璃层（SOG)。玻璃层为二氧化硅和一种易挥发溶剂的混合抛光体。旋转涂敷在晶圆表面后，烘焙玻璃膜，留下平坦的二氧化硅膜。旋转时玻璃是易碎的，有时在其中添加1%-10%的碳来增加抗裂性。在曝光小尺寸图形时，我们倾向于使用正胶，这一点在前面已经讨论过。其中一点就是正胶适于使用暗场掩模版做孔洞。暗场掩模版大部分被铬覆盖，因为铬不会像玻璃一样易损，所以缺陷比抛光较少。然而，一些掩模版用来曝光岛区。而不是孔洞，比如金属层掩模版上是岛区图形。遗憾的是，抛光用正胶做岛区的光刻需要使用亮场掩模版，而它的玻璃容易損伤。一种使用正胶和暗场掩模版做出岛区的工艺是图像反转。它采用了传统的暗场掩膜版成像的方法（参见下图),在曝光结束后，光刻胶里的图像与想要得到的图像是相反的，也就是说，如果抛光接着显影的话，会得到孔洞而不是岛区。图像反转工艺的主要步骤为将涂胶的晶圆放置在有氨蒸气的真空烘箱中。氨蒸气穿透光刻胶，抛光改变其极性。将晶圆从真空烘中取出，再进行泛光曝光，从而完成了整个图像反转工艺。氨气烘焙和泛光曝光的效果是改变曝光区域和非曝光区域的相对分解率，在接下来的显影步便可以实现。这一工艺可以实现与非图像翻转工艺同样的分辨率。光学投影系统的分辨率由于镜头和光线波长的限制，已经接近极限。正是这两个极限因素的存在，使得光刻胶的反差阈值也变得很重要，因为使用紫外线或深紫外线的能量和短曝光时间，曝光波的能量强度变化，使得光刻胶中的图像变得模糊。一种方法可以降低阈值，称为反差增强层(CEL)，就是在光刻胶上面涂一层，该层最初对抛光光辐射是不透明（参见下图)。在曝光循环中，CEL变白（透明的)，从而允许光线通过它进入下面的光刻胶。CEL在变成透明物质前，首先对高强度光线响应，实际上在变成透明物质前，等于抛光保存了低强度光线。结果就是光刻胶接受到均匀的高强度能量照射，使得分辨率提高。可以将CEL抛光想象成双层光胶系统中的上层光刻胶，在这上面薄层中形成图形。CEL在显影前被一种喷涂化学试剂除去，然后对晶进行常规显影。在光刻胶生产过程中可以加入各种各样的染色剂。一种染色剂在曝光时可以具有一种或几种作抛光用。一种作用可能是吸收辐射光线，借此可以削弱及射光的影响，将驻波效应减到最小。另一种作抛光用可以改变显影时光籃胶聚合物的分解率。这一作用可以产生清晰的显影线条（增大反差）。染色剂的一个重要作用是消除淀积材料穿过表面台阶细线条处发生的凹口。对光刻胶添加染色剂会增抛光加光时间5％-50％”。在光刻胶中形成正确的图形是非常关键的一步，但对于晶圆上的图形定义，只有这一步是不够抛光的。我们还需精确地控制刻蚀工艺。目前有几种技术可以帮助刻图形定义。在表面层中的图形尺寸最终是由曝光和刻工艺共同决定的。在工艺中，有钻蚀（光刻胶支撑）的地方是个问题，例如铝刻蚀，尺寸变化的刻蚀成分可能是决定性的因素。一种可以消除刻蚀变差的方法称为剥离工艺（参见下图)。在这一工艺中，晶圆经过显影过抛光程，在需要淀积图形的地方留下孔隙。通过调整曝光工艺和显影工艺，使孔隙到壁产生负斜面。接着，在晶圆表面进行淀积，淀积物覆盖整个晶表面并进入孔隙中。然后，将晶圆表面光刻抛光胶除去，光刻胶会连带将盖其上的淀积物一并去除，这样就只留下了孔孔隙中的淀积物，即所需的图形。通常去除步骤会伴随超声波激励，这样有助于在光刻胶边缘的淀积形成清晰的断裂界线。抛光光刻胶和淀积膜去除后，在晶圆表面留下了希望的图形。过刻蚀会使两个结构的距离比预想的近。而工艺制成中，不可避免地存在过刻忡，所以各个结构的对准变得至关重要。一种解决办法就是自对准结构，比如MOS器件的栅极。栅极的定义同时也定义了源/漏极（参见下图）。打开源漏区域是简单的刻蚀去除氧化物的过程，源/漏区域薄的氧化层保证了栅极上的氧化层不会被刻蚀光。接下来的离子注入将离子注入在栅极附近源／漏区。使用不同的氧化层厚度和浸没式刻蚀的这种基本技术可以抛光定义/刻蚀其他结构。该设计使用栅极做注入阻挡层。各向异性刻蚀的概念用来说明形成直（或接近直）刻蚀墙的一种方法，当抛光层实际上是多层不同材料叠在一起时，该问题变得更复杂（参见下图)。使用选择性比较差抛光的刻蚀剂会形成宽度不同的层面[参见下图）。多层刻蚀轮廓控制必须综合考虑刻蚀剂化学抛光、功率水平、系统压力和设计。对于VLSI和ULSI,分辨率和对准要求非常严格。在1977年，最小特征图形尺寸是3um。到了20世纪80年代中期，突破了1um障碍。20世纪年代0．5um已很普遍，并有0．35um的技术计划用于生产电路。未来电路设计的预期要求最小栅条尺寸是1-5nm。芯片制造商对于每个电路产品计算要有几个预留量。关踺尺寸（CD）预留量是计算晶员表面形尺寸可允许的变化量。对于亚微米最小特征图形尺寸的产品，CD的余量是10%-15%。另外一个关注是相对于最小特证图形尺寸的关键缺陷尺寸。这两个参数被一起放在一个为产品计算好的误差预留量中。套准（overlay）预留量是整套掩模版可允许的累计定位误差。一个单凭经验的方法是微米或亚微米特征尺寸的电路必须符合最小特征三分之一的标注公差。0.35um的产品，允许的套准预留量大约是0.1um。【免责声明】文章为作者独立观点，不代表半导体材料与工艺设备立场。如因作品内容、版权等存在问题，请于本文刊发30日内联系半导体材料与工艺设备进行删除或洽谈版权使用事宜。