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光刻工藝是半導(dǎo)體制造中最為重要的工藝步驟之一。主要作用是將掩膜板上的圖形復(fù)制到硅片上，為下一步進(jìn)行刻蝕或者離子注入工序做好準(zhǔn)備。光刻的成本約為整個(gè)硅片制造工藝的1/3，耗費(fèi)時(shí)間約占整個(gè)硅片工藝的40～60%。
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光刻機(jī)是生產(chǎn)線上最貴的機(jī)臺(tái)，5～15百萬(wàn)美元/臺(tái)。主要是貴在成像系統(tǒng)（由15～20個(gè)直 徑為200～300mm的透鏡組成）和定位系統(tǒng)（定位精度小于10nm）。其折舊速度非?？?，大約3～9萬(wàn)人民幣/天，所以也稱之為印鈔機(jī)。光刻部分的主 要機(jī)臺(tái)包括兩部分：軌道機(jī)（Tracker），用于涂膠顯影；掃描曝光機(jī)（Scanning )
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光刻工藝的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻膠具有高的光學(xué)敏感性；準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。
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光刻工藝過程
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一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、刻蝕、檢測(cè)等工序。
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1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking）
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方法：濕法清洗＋去離子水沖洗＋脫水烘焙（熱板150～2500C,1～2分鐘，氮?dú)獗Ｗo(hù)）
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目的：a、除去表面的污染物（顆粒、有機(jī)物、工藝殘余、可動(dòng)離子）；b、除去水蒸氣，是基底表面由親水性變?yōu)樵魉?，增?qiáng)表面的黏附性（對(duì)光刻膠或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。
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2、涂底（Priming)
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方法：a、氣相成底膜的熱板涂底。HMDS蒸氣淀積，200～2500C,30秒鐘；優(yōu)點(diǎn)：涂底均勻、避免顆粒污染；b、旋轉(zhuǎn)涂底。缺點(diǎn)：顆粒污染、涂底不均勻、HMDS用量大。
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目的：使表面具有疏水性，增強(qiáng)基底表面與光刻膠的黏附性。
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3、旋轉(zhuǎn)涂膠（Spin-on PR Coating）
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方法：a、靜態(tài)涂膠（Static）。硅片靜止時(shí)，滴膠、加速旋轉(zhuǎn)、甩膠、揮發(fā)溶劑（原光刻膠的溶劑約占65～85%,旋涂后約占10～20%）；
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b、動(dòng)態(tài)（Dynamic）。低速旋轉(zhuǎn)（500rpm_rotation per minute）、滴膠、加速旋轉(zhuǎn)（3000rpm）、甩膠、揮發(fā)溶劑。
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決定光刻膠涂膠厚度的關(guān)鍵參數(shù)：光刻膠的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻膠的厚度越??；旋轉(zhuǎn)速度，速度越快，厚度越薄；
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影響光刻膠厚度均運(yùn)性的參數(shù)：旋轉(zhuǎn)加速度，加速越快越均勻；與旋轉(zhuǎn)加速的時(shí)間點(diǎn)有關(guān)。
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一般旋涂光刻膠的厚度與曝光的光源波長(zhǎng)有關(guān)（因?yàn)椴煌?jí)別的曝光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)不同的光刻膠種類和分辨率）：
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I-line最厚，約0.7～3μm；KrF的厚度約0.4～0.9μm；ArF的厚度約0.2～0.5μm。
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4、軟烘（Soft Baking）
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方法：真空熱板，85～120℃,30～60秒；
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目的：除去溶劑（4～7%）；增強(qiáng)黏附性；釋放光刻膠膜內(nèi)的應(yīng)力；防止光刻膠玷污設(shè)備；
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邊緣光刻膠的去除（EBR，Edge Bead Removal）。光刻膠涂覆后，在硅片邊緣的正反兩面都會(huì)有光刻膠的堆積。邊緣的光刻膠一般涂布不均勻，不能得到很好的圖形，而且容易發(fā)生剝離（Peeling）而影響其它部分的圖形。所以需要去除。
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方法：a、化學(xué)的方法（Chemical EBR）。軟烘后，用PGMEA或EGMEA去邊溶劑，噴出少量在正反面邊緣出，并小心控制不要到達(dá)光刻膠有效區(qū)域；b、光學(xué)方法（Optical EBR）。即硅片邊緣曝光（WEE，Wafer Edge Exposure）。在完成圖形的曝光后，用激光曝光硅片邊緣，然后在顯影或特殊溶劑中溶解
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5、對(duì)準(zhǔn)并曝光（Alignment and Exposure）
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對(duì)準(zhǔn)方法：a、預(yù)對(duì)準(zhǔn)，通過硅片上的notch或者flat進(jìn)行激光自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)；b、通過對(duì)準(zhǔn)標(biāo)志（Align Mark），位于切割槽（Scribe Line）上。另外層間對(duì)準(zhǔn)，即套刻精度（Overlay），保證圖形與硅片上已經(jīng)存在的圖形之間的對(duì)準(zhǔn)。
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曝光中最重要的兩個(gè)參數(shù)是：曝光能量（Energy）和焦距（Focus）。如果能量和焦距調(diào)整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的圖形。表現(xiàn)為圖形的關(guān)鍵尺寸超出要求的范圍。
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曝光方法：a、接觸式曝光（Contact Printing）。掩膜板直接與光刻膠層接觸。曝光出來(lái)的圖形與掩膜板上的圖形分辨率相當(dāng)，設(shè)備簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：光刻膠污染掩膜板；掩膜板的磨損，壽命很低（只能使用5～25次）；1970前使用，分辨率〉0.5μm。
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b、接近式曝光（Proximity Printing）。掩膜板與光刻膠層的略微分開，大約為10～50μm?？梢员苊馀c光刻膠直接接觸而引起的掩膜板損傷。但是同時(shí)引入了衍射效應(yīng)，降低了分辨率。1970后適用，但是其最大分辨率僅為2～4μm。
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c、投影式曝光（Projection Printing）。在掩膜板與光刻膠之間使用透鏡聚集光實(shí)現(xiàn)曝光。一般掩膜板的尺寸會(huì)以需要轉(zhuǎn)移圖形的4倍制作。優(yōu)點(diǎn)：提高了分辨率；掩膜板的制作更加容易；掩膜板上的缺陷影響減小。
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投影式曝光分類：
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掃描投影曝光（Scanning Project Printing）。70年代末～80年代初，〉1μm工藝；掩膜板1：1，全尺寸；
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步進(jìn)重復(fù)投影曝光（Stepping-repeating Project Printing或稱作Stepper）。80年代末～90年代，0.35μm（I line）～0.25μm（DUV）。掩膜板縮小比例（4：1），曝光區(qū)域（Exposure Field）22×22mm（一次曝光所能覆蓋的區(qū)域）。增加了棱鏡系統(tǒng)的制作難度。
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掃描步進(jìn)投影曝光（Scanning-Stepping Project Printing）。90年代末～至今，用于≤0.18μm工藝。采用6英寸的掩膜板按照4：1的比例曝光，曝光區(qū)域（Exposure Field）26×33mm。優(yōu)點(diǎn)：增大了每次曝光的視場(chǎng)；提供硅片表面不平整的補(bǔ)償；提高整個(gè)硅片的尺寸均勻性。但是，同時(shí)因?yàn)樾枰聪蜻\(yùn)動(dòng)，增加了機(jī) 械系統(tǒng)的精度要求。
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在曝光過程中，需要對(duì)不同的參數(shù)和可能缺陷進(jìn)行跟蹤和控制，會(huì)用到檢測(cè)控制芯片/控片 （Monitor Chip）。根據(jù)不同的檢測(cè)控制對(duì)象，可以分為以下幾種：a、顆粒控片（Particle MC）：用于芯片上微小顆粒的監(jiān)控，使用前其顆粒數(shù)應(yīng)小于10顆；b、卡盤顆粒控片（Chuck Particle MC）：測(cè)試光刻機(jī)上的卡盤平坦度的專用芯片，其平坦度要求非常高；c、焦距控片（Focus MC）：作為光刻機(jī)監(jiān)控焦距監(jiān)控；d、關(guān)鍵尺寸控片（Critical Dimension MC）：用于光刻區(qū)關(guān)鍵尺寸穩(wěn)定性的監(jiān)控；e、光刻膠厚度控片（PhotoResist Thickness MC）：光刻膠厚度測(cè)量；f、光刻缺陷控片（PDM，Photo Defect Monitor）：光刻膠缺陷監(jiān)控。
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舉例：0.18μm的CMOS掃描步進(jìn)光刻工藝。
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光源：KrF氟化氪DUV光源（248nm） ；數(shù)值孔徑NA：0.6～0.7；焦深DOF：0.7μm
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分辨率Resolution：0.18～0.25μm
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（一般采用了偏軸照明OAI_Off- Axis Illumination和相移掩膜板技術(shù)PSM_Phase Shift Mask增強(qiáng)）；
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套刻精度Overlay：65nm；產(chǎn)能Throughput：30～60wafers/hour（200mm）；
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視場(chǎng)尺寸Field Size：25×32mm；
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6、后烘（PEB，Post Exposure Baking）
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方法：熱板，110～1300C,1分鐘。
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目的：a、減少駐波效應(yīng)；b、激發(fā)化學(xué)增強(qiáng)光刻膠的PAG產(chǎn)生的酸與光刻膠上的保護(hù)基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)并移除基團(tuán)使之能溶解于顯影液。
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7、顯影（Development）
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方法：a、整盒硅片浸沒式顯影（Batch Development）。缺點(diǎn)：顯影液消耗很大；顯影的均勻性差；
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b、連續(xù)噴霧顯影（Continuous Spray Development）/自動(dòng)旋轉(zhuǎn)顯影（Auto-rotation Development）。一個(gè)或多個(gè)噴嘴噴灑顯影液在硅片表面，同時(shí)硅片低速旋轉(zhuǎn)（100～500rpm）。噴嘴噴霧模式和硅片旋轉(zhuǎn)速度是實(shí)現(xiàn)硅片間溶 解率和均勻性的可重復(fù)性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)參數(shù)。
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c、水坑（旋覆浸沒）式顯影（Puddle Development）。噴覆足夠（不能太多，最小化背面濕度）的顯影液到硅片表面，并形成水坑形狀（顯影液的流動(dòng)保持較低，以減少邊緣顯影速率的變 化）。硅片固定或慢慢旋轉(zhuǎn)。一般采用多次旋覆顯影液：第一次涂覆、保持10～30秒、去除；第二次涂覆、保持、去除。然后用去離子水沖洗（去除硅片兩面的 所有化學(xué)品）并旋轉(zhuǎn)甩干。優(yōu)點(diǎn)：顯影液用量少；硅片顯影均勻；最小化了溫度梯度。
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顯影液：a、正性光刻膠的顯影液。正膠的顯影液位堿性水溶液。KOH和NaOH因?yàn)闀?huì)帶來(lái)可 動(dòng)離子污染（MIC，Movable Ion Contamination），所以在IC制造中一般不用。最普通的正膠顯影液是四甲基氫氧化銨（TMAH）（標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量濃度為0.26，溫度 15～250C）。在I線光刻膠曝光中會(huì)生成羧酸，TMAH顯影液中的堿與酸中和使曝光的光刻膠溶解于顯影液，而未曝光的光刻膠沒有影響；在化學(xué)放大光刻 膠（CAR，Chemical Amplified Resist）中包含的酚醛樹脂以PHS形式存在。CAR中的PAG產(chǎn)生的酸會(huì)去除PHS中的保護(hù)基團(tuán)（t-BOC），從而使PHS快速溶解于TMAH顯 影液中。整個(gè)顯影過程中，TMAH沒有同PHS發(fā)生反應(yīng)。
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b、負(fù)性光刻膠的顯影液。二甲苯。清洗液為乙酸丁脂或乙醇、三氯乙烯。
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顯影中的常見問題：a、顯影不完全（Incomplete Development）。表面還殘留有光刻膠。顯影液不足造成；b、顯影不夠（Under Development）。顯影的側(cè)壁不垂直，由顯影時(shí)間不足造成；c、過度顯影（Over Development）?？拷砻娴墓饪棠z被顯影液過度溶解，形成臺(tái)階。顯影時(shí)間太長(zhǎng)。
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8、硬烘（Hard Baking）
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方法：熱板，100～1300C（略高于玻璃化溫度Tg），1～2分鐘。
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目的：a、完全蒸發(fā)掉光刻膠里面的溶劑（以免在污染后續(xù)的離子注入環(huán)境，例如DNQ酚醛樹脂 光刻膠中的氮會(huì)引起光刻膠局部爆裂）；b、堅(jiān)膜，以提高光刻膠在離子注入或刻蝕中保護(hù)下表面的能力；c、進(jìn)一步增強(qiáng)光刻膠與硅片表面之間的黏附性；d、進(jìn) 一步減少駐波效應(yīng)（Standing Wave Effect）。
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常見問題：a、烘烤不足（Underbake）。減弱光刻膠的強(qiáng)度（抗刻蝕能力和離子注入中 的阻擋能力）；降低針孔填充能力（Gapfill Capability for the needle hole）；降低與基底的黏附能力。b、烘烤過度（Overbake）。引起光刻膠的流動(dòng)，使圖形精度降低，分辨率變差。
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另外還可以用深紫外線（DUV，Deep Ultra-Violet）堅(jiān)膜。使正性光刻膠樹脂發(fā)生交聯(lián)形成一層薄的表面硬殼，增加光刻膠的熱穩(wěn)定性。在后面的等離子刻蝕和離子注入（125～2000C）工藝中減少因光刻膠高溫流動(dòng)而引起分辨率的降低。
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在結(jié)束光刻工藝的解讀后，還是來(lái)談?wù)劰饪痰墓ぞ?/span>——光刻機(jī)。
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光刻機(jī)，被稱為現(xiàn)代光學(xué)工業(yè)之花，制造難度非常大，全世界只有少數(shù)幾家公司能夠制造。其售價(jià)高達(dá)7000萬(wàn)美金。用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)是中國(guó)在半導(dǎo)體設(shè)備制造上最大的短板，國(guó)內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口。
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在能夠制造機(jī)器的這幾家公司中，尤其以荷蘭（ASML）技術(shù)最為先進(jìn)。價(jià)格也最為高昂。光刻機(jī)的技術(shù)門檻極高，堪稱人類智慧集大成的產(chǎn)物。
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“十二五”科技成就展覽上，上海微電子裝備公司（SMEE）生產(chǎn)的中國(guó)最好的光刻機(jī)，與中國(guó)的大飛機(jī)、登月車并列。它的加工精度是90納米，相當(dāng)于2004年上市的奔騰四CPU的水準(zhǔn)。國(guó)外已經(jīng)做到了十幾納米。
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測(cè)量臺(tái)、曝光臺(tái)：承載硅片的工作臺(tái)，也就是雙工作臺(tái)。一般的光刻機(jī)需要先測(cè)量，再曝光，只需一個(gè)工作臺(tái)，而ASML有個(gè)專利，有兩個(gè)工作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量與曝光同時(shí)進(jìn)行。而本次“光刻機(jī)雙工件臺(tái)系統(tǒng)樣機(jī)研發(fā)”項(xiàng)目則是在技術(shù)上突破ASML對(duì)雙工件臺(tái)系統(tǒng)的技術(shù)壟斷。
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激光器：也就是光源，光刻機(jī)核心設(shè)備之一。
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光束矯正器：矯正光束入射方向，讓激光束盡量平行。
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能量控制器：控制最終照射到硅片上的能量，曝光不足或過足都會(huì)嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。
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光束形狀設(shè)置：設(shè)置光束為圓型、環(huán)型等不同形狀，不同的光束狀態(tài)有不同的光學(xué)特性。
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遮光器：在不需要曝光的時(shí)候，阻止光束照射到硅片。
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能量探測(cè)器：檢測(cè)光束最終入射能量是否符合曝光要求，并反饋給能量控制器進(jìn)行調(diào)整。
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掩模版：一塊在內(nèi)部刻著線路設(shè)計(jì)圖的玻璃板，貴的要數(shù)十萬(wàn)美元。
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掩膜臺(tái)：承載掩模版運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，運(yùn)動(dòng)控制精度是nm級(jí)的。
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物鏡：物鏡由20多塊鏡片組成，主要作用是把掩膜版上的電路圖按比例縮小，再被激光映射的硅片上，并且物鏡還要補(bǔ)償各種光學(xué)誤差。技術(shù)難度就在于物鏡的設(shè)計(jì)難度大，精度的要求高。
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硅片：用硅晶制成的圓片。硅片有多種尺寸，尺寸越大，產(chǎn)率越高。題外話，由于硅片是圓的，所以需要在硅片上剪一個(gè)缺口來(lái)確認(rèn)硅片的坐標(biāo)系，根據(jù)缺口的形狀不同分為兩種，分別叫flat、notch。
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內(nèi)部封閉框架、減振器：將工作臺(tái)與外部環(huán)境隔離，保持水平，減少外界振動(dòng)干擾，并維持穩(wěn)定的溫度、壓力。
光刻機(jī)跟照相機(jī)差不多，它的底片，是涂滿光敏膠的硅片。電路圖案經(jīng)光刻機(jī)，縮微投射到底片，蝕刻掉一部分膠，露出硅面做化學(xué)處理。制造芯片，要重復(fù)幾十遍這個(gè)過程。
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位于光刻機(jī)中心的鏡頭，由20多塊鍋底大的鏡片串聯(lián)組成。鏡片得高純度透光材料+高質(zhì)量拋光。SMEE光刻機(jī)使用的鏡片，得數(shù)萬(wàn)美元一塊。
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ASML的鏡片是蔡司技術(shù)打底。鏡片材質(zhì)做到均勻，需幾十年到上百年技術(shù)積淀。
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另外，光刻機(jī)需要體積小，但功率高而穩(wěn)定的光源。ASML的頂尖光刻機(jī)，使用波長(zhǎng)短的極紫外光，光學(xué)系統(tǒng)極復(fù)雜。有頂級(jí)的鏡頭和光源，沒極致的機(jī)械精度，也是白搭。光刻機(jī)里有兩個(gè)同步運(yùn)動(dòng)的工件臺(tái)，一個(gè)載底片，一個(gè)載膠片。兩者需始終同步，誤差在2納米以下。兩個(gè)工作臺(tái)由靜到動(dòng)，加速度跟導(dǎo)彈發(fā)射差不多。而且，溫濕度和空氣壓力變化會(huì)影響對(duì)焦。機(jī)器內(nèi)部溫度的變化要控制在千分之五度，得有合適的冷卻方法，精準(zhǔn)的測(cè)溫傳感器。一個(gè)最好的光刻機(jī)，包含13個(gè)分系統(tǒng)，3萬(wàn)個(gè)機(jī)械件，200多個(gè)傳感器，每一個(gè)都要穩(wěn)定。
全球只有一家企業(yè)在光刻機(jī)市場(chǎng)上占據(jù)了80%的份額，就是處于荷蘭的ASML，旗下所研發(fā)的EUV光刻機(jī)曾售價(jià)高達(dá)1億美元一臺(tái)，而且還不一定有貨。皆因每臺(tái)光刻機(jī)的裝配大約需要50000個(gè)零件左右。國(guó)際上著名的芯片制造商如Intel、臺(tái)積電、三星都是它名下的股東。
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阿斯麥公司ASML Holding NV創(chuàng)立于1984年，是從飛利浦獨(dú)立出來(lái)的一個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備制造商。前稱ASM Lithography Holding N.V.，于2001年改為現(xiàn)用名，總部位于荷蘭費(fèi)爾德霍芬，全職雇員12,168人，是一家半導(dǎo)體設(shè)備設(shè)計(jì)、制造及銷售公司。
一、設(shè)備概況
設(shè)備名稱：RCA濕法腐蝕清洗機(jī)
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整機(jī)尺寸：具體尺寸根據(jù)實(shí)際圖紙確定
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二、使用對(duì)象
硅晶片2-12inch
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三、適用領(lǐng)域
半導(dǎo)體、太陽(yáng)能、液晶、MEMS等
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四、設(shè)備用途
硅晶片化學(xué)腐蝕和清洗的設(shè)備
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五、設(shè)備包括
設(shè)備主體、電氣控制部分、化學(xué)工藝槽、純水清洗槽等；并提供與廠務(wù)供電、供氣、供水、排廢水、排氣系統(tǒng)配套的接口等。
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六、主體構(gòu)造特點(diǎn)
1、設(shè)備為半敞開式，主體使用進(jìn)口WPP15和10mm厚板材，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮長(zhǎng)期工作在酸腐蝕環(huán)境，堅(jiān)固耐用，雙層防漏，機(jī)臺(tái)底盤采用德國(guó)產(chǎn)瓷白PP板，熱焊接而成，可長(zhǎng)期工作在酸堿腐蝕環(huán)境中
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2、主體：設(shè)備為半敞開式，主體使用進(jìn)口WPP15和10mm厚板材，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮長(zhǎng)期工作在酸腐蝕環(huán)境，堅(jiān)固耐用，雙層防漏，機(jī)臺(tái)底盤采用德國(guó)產(chǎn)瓷白PP板，熱焊接而成，可長(zhǎng)期工作在酸堿腐蝕環(huán)境中；
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3、骨架：鋼骨架+PP德國(guó)勞施領(lǐng)板組合而成，防止外殼銹蝕。
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4、儲(chǔ)物區(qū)：位于工作臺(tái)面左側(cè)，約280mm寬，儲(chǔ)物區(qū)地板有漏液孔和底部支撐；
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5、安全門：前側(cè)下開透明安全門，腳踏控制；
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6、工藝槽：模組化設(shè)計(jì)，腐蝕槽、純水沖洗槽放置在一個(gè)統(tǒng)一的承漏底盤中。底盤采用滿焊接工藝加工而成，杜絕機(jī)臺(tái)的滲漏危險(xiǎn)；
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7、管路系統(tǒng)：位于設(shè)備下部，所有工藝槽、管路、閥門部分均有清晰的標(biāo)簽注明；藥液管路采用PFA管，純水管路采用白色NPP噴淋管，化學(xué)腐蝕槽廢液、沖洗廢水通過專用管道排放；
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8、電氣保護(hù)：電器控制、氣路控制和工藝槽控制部份在機(jī)臺(tái)頂部電控區(qū)，電氣元件有充分的防護(hù)以免酸霧腐蝕以保障設(shè)備性能運(yùn)行穩(wěn)定可靠；所有可能與酸霧接觸的電氣及線路均經(jīng)PFA防腐隔絕處理，電氣柜CDA/N2充氣保護(hù)其中的電器控制元件；
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9、排風(fēng)：后部排風(fēng)和下沉式設(shè)計(jì)，風(fēng)量可調(diào)節(jié)，對(duì)操作員有安全保護(hù)；
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10、送風(fēng)：設(shè)備頂部有FFU百級(jí)凈化送風(fēng)裝置，設(shè)備沿前側(cè)板鑲嵌入墻體，保證后上部送風(fēng)；
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11、照明：工作區(qū)頂部配有雙光日光燈照明；
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12、水汽槍：機(jī)臺(tái)前部配備有PTFE純水槍和PTFE氮?dú)鈽尭?只置于右側(cè)，方便操作員手工清洗槽體或工件；
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13、機(jī)臺(tái)支腳：有滑輪裝置及固定裝置，并且有高低調(diào)整及鎖定功能。
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14、安全保障：完善的報(bào)警和保護(hù)設(shè)計(jì)，排風(fēng)壓力、液位、排液均有硬件或軟件互鎖，直觀的操作界面，清晰的信息提示，保障了生產(chǎn)、工藝控制和安全性三色警示燈置于機(jī)臺(tái)上方明顯處。