在之前的文章里，我們介紹了晶圓制造、氧化過程和集成電路的部分發(fā)展史?，F(xiàn)在，讓我們繼續(xù)了解光刻工藝，通過該過程將電子電路圖形轉移到晶圓上。光刻過程與使用膠片相機拍照非常相似。但是具體是怎么實現(xiàn)的呢？

光刻，類似于洗印黑白照片

Photolithography(光刻)簡稱為“Photo”。光刻工藝因通過將圖形掩模暴露在光線下將電路設計轉移到晶圓上而得名。在晶圓上制作復制品就像在感光紙上洗印黑白底片一樣。

隨著電路圖形變得越來越密集，芯片元件也需要使用高精度納米級工藝來縮小。制作這些更精細的電路圖形完全取決于光刻工藝，因此，隨著芯片變小，高精度和先進的光刻技術是必不可少的。

準備在晶圓上繪制電路圖形

讓我們仔細看看光刻工藝。第一步是使用計算機輔助設計軟件(EDA)設計出要繪制到晶圓上的電路。在這個電子電路圖形的畫布上，工程師將最終給出一個精確設計的圖形，這將確定半導體芯片的集成度。

制造具有照片底片一樣作用的光罩

使用鉻(Cr)將微觀電路體現(xiàn)在由超純石英制成的玻璃基板上，從而將電路圖形設計制成光罩。光罩也稱為掩膜，相當于可以反映電路圖形的膠卷，具有照片底片的功能。為了實現(xiàn)更精細的圖形，光罩的設計比電路的尺寸大得多，再使用透鏡光學收縮到晶圓上。

光刻原理示意圖

光刻工藝包括涂膠、曝光和顯影。

1，涂膠：在晶圓表面涂上光刻膠(PR, Photo resist)

現(xiàn)在我們的準備工作已經(jīng)完成，下一步將在晶圓上繪制圖形。首先，將光刻膠(PR，對光高度敏感)均勻地涂覆在晶圓表面上。這使得晶圓像用于洗印照片的相紙。光刻膠層需要薄而均勻，并且對紫外線高度敏感，以產(chǎn)生高質(zhì)量和精確的電路圖形。
2，曝光：通過光線在晶圓上繪制電路

利用步進器，將光罩上的電路設計投射并用紫外線轉移到經(jīng)過涂覆光刻膠的晶圓上。這個過程稱為“步進曝光”。由于半導體芯片極其精密，曝光區(qū)域是可選擇且精確受控的。

3，顯影： 形成電路圖形

光刻過程的最后一步，即顯影，與沖洗照片的過程類似。這一步至關重要，因為它決定了晶圓上電路圖形的最終形狀。當顯影溶液噴涂到晶圓上時，某些區(qū)域被選擇性地移除以創(chuàng)建最終圖形。

光刻膠可以是正的，也可以是負的，這取決于它對光的反應。如果使用的是正光刻膠，顯影時會移除光線照射(曝光)的區(qū)域，留下未照射(未曝光)的區(qū)域。如果使用的是負光刻膠，則相反。

顯影步驟結束后，光刻過程就完成了。使用包括光學顯微鏡在內(nèi)的各種儀器仔細檢查晶圓，只有通過所有檢查的晶圓才能進入下一步。

這篇文章我們介紹了光刻工藝，將精確的電路設計投射到晶圓上。請繼續(xù)關注本系列的下一部分，我們將了解如何通過在蝕刻過程中選擇性地去除不必要的材料，從而在晶圓上創(chuàng)建所需的電路圖形。