把設計掩膜模圖形轉移到晶圓上需要經過一整套復雜的涂膠、曝光、顯影、刻蝕等工藝過程，這一過程大體可以分為以下11個步驟，如下圖1 所示：

圖1 一般光刻過程示意圖

1. 襯底處理

當使用新的潔凈的襯底（晶圓）時，需要在熱板上150~200℃下加熱幾分鐘（2~3分鐘）以去除襯底表面的水汽。且后續應該盡快進行下一步工藝，或者建議將處理好的襯底存放在干燥容器中避免再次吸收水分。對于被污染的襯底或者使用過的晶圓，需要徹底清潔，常規清潔步驟是先丙酮處理，然后使用異丙醇或者乙醇清洗，然后進行干燥處理，從而提供襯底對光刻膠的粘附力。這里，請注意，丙酮在揮發過程中會使襯底溫度降低導致襯底吸收空氣中的水汽。另外，如果是返工工藝中，需要針對襯底類型和工藝特點選擇合適的清潔工藝將晶圓徹底清潔，必要的話，必要的時候可以使用特定的去膠劑或者酸。對于一些特殊的襯底，如藍寶石、III-V族襯底，其與光刻膠的黏附性能比較差，這個時候我們就得考慮使用增附劑來改善襯底與光刻膠的粘附性。我們推薦使用AR 300-80涂覆在襯底上，烘干后可獲得15nm厚的膠層（您也可以使用傳統的HMDS沉積在襯底上）。這種情況下晶圓表面形成了單層疏水層，有助于提高光刻膠與襯底的粘附性。這里需要注意，HMDS有一定的毒性，需要注意使用安全，另外，不建議使用旋涂的方式沉積HMDS因為只有少量的材料會附著在晶圓上，勻膠機會被污染。

襯底和光刻膠之間的粘附性是一個很敏感的問題。清洗過程中很小的細節都會決定襯底與光刻膠的粘附性。通常硅片、氮化硅、常規金屬（如鋁和銅）與光刻膠具有良好的粘附性，而SiO2、玻璃、金、銀等貴金屬以及砷化鎵等與光刻膠的粘附性不是很好，粘附性不好帶來的問題就是：①涂膠涂不上；②顯影過程中出現漂膠；③顯影后發現光刻膠圖形中在應力集中地方出現裂紋。這種情況下需要通過特殊的工藝來提高粘附性。另外， 當環境中的空氣濕度過高（>60%），粘附性也會大大降低。因此在涂膠之前我們必須通過控制環境和工藝以獲得理想的工作條件，如，在打開瓶蓋之前，應該使光刻膠恢復致室溫，避免光刻膠表面因為過冷而凝結水汽，從而避免產生氣泡。使用移液器吸取光刻膠，動作應該輕緩，避免引入氣泡。從而引起涂膠過程中而定薄厚不均現象。

一般來說，最佳的涂膠條件是溫度20~25℃，相對空氣濕度為30~50%（建議為43%），溫度穩定性為±1℃（最佳21℃）。相對濕度過大對涂膠會產生不良影響，當空氣濕度大于70%時，將不再適合涂膠，相對空氣濕度會對光刻膠的涂膠厚度產生影響，見下圖所示：

圖2 旋涂膜厚與空氣濕度的關系

2. 光刻膠涂膠

光刻膠主要通過旋涂的方式進行涂布的（又稱為“甩膠”），我們可以參考旋涂曲線獲得一款膠的涂膠條件。對于薄膠，最佳的旋涂轉速為2000~4000rpm，對于相對膠厚的膠，最佳旋涂轉速為250~2000rpm，勻膠機的轉速通常可以達到9000rpm，在某些情況下，還可以使用1000~200rpm較慢的轉速來獲得特定較厚的膠層。但是這種情況下，膠膜的質量會下降。并且可能會在晶圓的邊緣形成大量的邊緣膠珠，可以通過旋涂獲得30~200um的膠厚（取決于光刻膠的類型），也可以使用自流平的方法獲得高達1mm后的厚膠膜。

需要注意，頻繁打開瓶蓋會導致光刻膠中的溶劑揮發，從而導致膠變厚，一般來說，對于1.4um（@4000rpm）的膠，1%的溶劑揮發會導致膠厚增加4%，對應的曝光劑量也需要增加。

一般情況下，以1000rpm勻膠轉速下獲得的膠厚是4000rpm下膠厚的2倍，可以以此來估算特定光刻膠的膜厚值。對于AR-P 3510，在4000rpm轉速下膠厚為2.0um，在1000rpm轉速下的膠厚約為4.0um，如果可以接受薄膜成膜質量差，邊緣膠珠的前提下，250rpm甚至可以獲得8um的膠厚，但是我們不建議這么做。使用高轉速可將膠厚控制在1.6um（在6000rpm下）。如下圖所示：

圖3 AR-P 3500 旋涂曲線

在涂膠轉速>1500rpm下，30s的涂膠時間足以獲得所需的膜厚，但在較低的轉速下，其涂膠時間應延長至60s，對于加蓋共旋的勻膠機，雖然其涂膠質量較高，但是其厚度通常是開放式勻膠機厚度的70%。對于薄膠，一般的勻膠時間為60s足夠了，過長的勻膠時間，反而會使成膜質量變差。

還有一些不常見涂膠工藝，如下：

浸涂：適用于大型或者不規則形狀的襯底

噴涂：與旋涂結合，以節約光刻膠，也適用于襯底表面有深溝槽結構或者襯底形狀不規則的情況

輥涂：大幅面襯底，如防偽、印刷行業

3. 前烘

前烘（pre-bake或soft-bake）的目的是通過溫度將光刻膠中的有機溶劑揮發掉，使晶圓表面的膠固化。一般來說，勻膠的過程中大部分溶劑已經揮發掉了，但是還是有相當部分溶劑殘留在光刻膠膠膜中，在前烘（90~100℃）過程中膠膜會得到進一步的干燥和固化，可提高光刻膠與襯底的粘附性，還可以減小顯影過程中的暗腐蝕的發生。前烘可以在熱板上進行也可在烘箱中進行，每種膠都會有其特定的前烘溫度和時間 。

對于前烘工具（熱板或者烘箱），對于薄膠（<5um）熱板和烘箱都可以考慮，熱板的優勢是快速直接，烘箱的優點是可以進行批量處理（25片/爐）。但是對于厚膠，我們需要注意，避免使用烘箱進行前烘，因為烘箱是熱輻射加對流的方式進行烘烤的，光刻膠表面先干燥，導致內部的溶劑很難排出去，熱板則可以避免這個問題的發生。

前烘溫度過低或者時間過短，則會導致光刻膠中有溶劑殘留，這些殘留的溶劑會在后續的曝光環節中揮發出來導致圖形質量不高，另外，圖形輪廓形態不清晰（圓角）甚至是暗腐蝕過于嚴重。當然，如果由于襯底無法承受過高的溫度，可以選擇在適當低而定烘烤溫度（<60℃）下進行，但烘烤時間需要適當延長。以保證溶劑烘干。

前烘溫度過高，或者時間太長也是不適合的，因為光敏物質可能在前烘過程中被破壞，導致光刻膠的靈敏度下降，曝光劑量增加。

前烘后，需要等到光刻膠冷卻至室溫下才能進行下一步工藝，特別是厚膠，光刻膠需要等待一段時間來進行再吸水，從而達到更優的性能。

4. 曝光

曝光的完成是通過曝光掩模和曝光系統，如步進式（i-線的，g-線）掩模對準式或接觸式曝光系統在各自的光譜工作范圍內曝光，也可以用直接激光無掩模曝光。

AR光刻膠涂層在紫外帶寬范圍內（300-450nm）敏感，因此典型的汞燈發射光譜365nm（i-線），405nm（h-線）和436nm（g-線）（→吸收光譜）也在感光波長內。最敏感的區域是g-線和h-線范圍，產品信息說明中推薦的曝光劑量是按照標準工藝下得出的，僅供參考。具體的劑量需要按照我們自己的實驗條件來驗證。

在曝光過程中和曝光后都有可能產生氣泡，如由于曝光劑量過高，曝光強度過大。這可通過取決于多重曝光或由間歇式曝光來優化曝光劑量，太短的烘烤時間或太低的烘烤溫度會導致膠干燥不足，由于膠薄膜中有太多的溶劑，在脫氣過程中導致氣泡的形成。

“清零劑量”對正膠來說大面積曝光顯影一定時間后無結構時對應的曝光劑量。這個曝光劑量對于圖形來說需要適當額增大曝光劑量，也取決于需要的分辨率，最大的分辨率要求最高的曝光劑量。

對于負膠未曝光區域顯影30~40s厚度1-2um對應的清零曝光劑量，這個曝光劑量產生>90%的積累層應當考慮是由增加的10~20%圖形結構產生的。對于膜厚大于100um的膠，顯影時間通常大于1小時是非常有必要的。

涂膠、前烘后的樣品可保存數周，在曝光前不會有品質上的損失。剛涂的光刻膠相比于存放幾小時或一天的光刻膠有更好的靈敏度，靈敏度的減小量約為3小時后減小3%，72小時減小6%，72小時后減小8%（相比于原始狀態）之后基本在幾周內保持不變。

5. 后烘（選做步驟）

曝光后，顯影前的烘烤步驟叫做后烘（post bake），后烘步驟需要視工藝需要選做，通常有以下幾種情況下我們需要做后烘步驟：

① 化學放大膠，在化學放大膠工藝中，后烘又叫交聯烘烤，曝光環節中產生的光酸在交聯烘烤中使得聚合物發生交聯反應；②圖形反轉膠，圖形反轉膠的負膠工藝中，顯影前需要進行后烘和泛曝光；③消除駐波，后烘可以使得光刻膠中的光活性物質擴散，從而消除駐波效應，但需要注意，這種橫向擴散也會導致圖形質量降低。

6. 顯影

顯影（development）過程中正膠薄膜結構的形成是通過溶解曝光區域，而負膠顯影去除的是未曝光的區域，對于可重復的結果，溫度范圍在21-23℃誤差±0.5°保持。常見的顯影方式有：浸沒式（immersion）、噴淋式（spray）和攪拌式（puddle）三種。

最佳顯影的時間取決于光刻膠類型、膠厚、曝光波長、烘烤溫度和顯影的工序，對膜厚小于2um顯影時間不大于2min，例如對于浸沒或攪拌式顯影的時間范圍在20-60s，不要超過120s。膜厚超過10um的膠層需要2-10min，膜厚達到100um的膠厚，顯影時間超過60min，更密集的噴淋式顯影要求的時間更短。

產品信息中列出的顯影液濃度是在特定的膠厚和顯影工藝參數下的結果，在其他條件下僅供產考，準確的顯影濃度要適應特定的要求（膜厚，顯影時間，烘烤）。顯影液的敏感度是通過顯影液在去離子水中的濃度來確定的。

高濃度顯影液：最直觀的的結果是增加正膠顯影液系統的光靈敏度，要求減小曝光能量，減小顯影時間，考慮到獲得更好的產出率，可能會產生一些不利的影響留膜率以及（在某些條件下）工藝穩定性低（太快）。負膠要求更高的曝光劑量和更高的顯影液濃度。

低濃度顯影液：提高正膠薄膜獲得更高的對比度，減小未曝光區域的腐蝕（暗腐蝕）或者只有部分曝光截面區域有更長的顯影時間。這是一種需要較高的選擇比的顯影方法，能確保更好的細節表現。

浸沒顯影受工藝產出率和從空氣中吸入的CO2等條件的限制。工藝產出率取決于部分曝光區域。CO2的吸入也會隨著頻繁打開顯影液瓶子導致顯影速率的下降，這個影響可通過將顯影容器表面置于氮氣下保護來避免。

7. 沖洗/定影

顯影完成后應將襯底立即用去離子水沖洗（對應于水溶性堿性顯影液），對于使用有機溶劑作為顯影液的光刻膠，通常選擇對應的定影液將殘留的顯影液沖洗干凈，以避免殘余的顯影液繼續腐蝕光刻膠。

8. 去殘膠

顯影過后，通常會在晶圓表現殘留一層非常薄的膠質層（scum），這種殘膠現象在曝光圖形的深寬比（aspect ratio）較高是尤其明顯，因為圖形很深，顯影液不容易對圖形底部精細充分顯影。這層殘膠雖然只有幾納米的厚度，但是卻對后續的圖形轉移帶來較大的影響，因此需要去殘膠（打底膠 descum）。去殘膠的過程就是將顯影后的襯底至于讓等離子體中進行短時間的處理通常在氧等離子體中處理30s，并非所有工藝都得精細去殘膠（如干法刻蝕），需要注意，去殘膠的過程中光刻膠的厚度也會減小，并造成圖形精度的變化。

9. 堅膜

堅膜又叫硬烘烤（hard bake），堅膜就是通過加溫烘烤使膠膜更加牢固的粘附在晶圓表面，并可以增加膠層的抗刻蝕能力，堅膜并不是一道必需工藝。如后續為刻蝕工藝，建議進行堅膜，來提高光刻膠的穩定性，如果后續工藝為lift-off工藝，一般不建議進行堅膜工藝，因為堅膜后光刻膠穩定性提高，反而不利于剝離的進行。另外，一定要注意堅膜的溫度，過高的溫度會光刻膠結構變形、融化甚至圖形消失。

10. 圖形轉移

光刻的目的就是為了獲得圖形，之后就需要通過一些工藝將圖形轉移至襯底上，光刻膠本身只是起到掩模的作用，即保護晶圓使得只有通過顯影后暴露的部分才能被進一步的加工。圖形轉移的方式有很多，如刻蝕干法刻蝕、濕法刻蝕、lift-off、注入、LIGA等。

11. 去膠

圖形轉移后，光刻膠就不再需要了，因此需要將其去除干凈。去膠的方法通常有濕法和干法兩種。濕法就是利用有機溶劑或者對光刻膠有腐蝕作用的溶液將光刻膠溶解或者腐蝕掉，從而達到去膠的目的，這里，去膠液的選擇需要遵循與襯底反應或者不損傷襯底為前提條件。干法去膠是利用氧等離子體將光刻膠灰化掉，從而達到去膠的目的。對于去膠方法的選擇，一般推薦優先考慮濕法，因為濕法去膠更加簡單，如果發生濕法無法去除的則考慮使用干法去膠，這里需要注意的是，干法去膠的過程中使用氧等離子體，可能會對樣品有氧化。例如，lift-off工藝中不適合使用干法去膠，原因是去膠效果不如濕法去膠，且氧等離子體有可能使被剝離的金屬產生氧化。

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