广州光刻技术 广东省科学院半导体研究所供应

光刻（Photolithography)是一种图形转移的方法，在微纳加工当中不可或缺的技术。光刻是一个比较大的概念，其实它是有多步工序所组成的。1.清洗：清洗衬底表面的有机物。2.旋涂：将光刻胶旋涂在衬底表面。3.曝光。将光刻版与衬底对准，在紫外光下曝光一定的时间。4.显影：将曝光后的衬底在显影液下显影一定的时间，受过紫外线曝光的地方会溶解在显影液当中。5.后烘。将显影后的衬底放置热板上后烘，以增强光刻胶与衬底之前的粘附力。光刻技术对于提升芯片速度、降低功耗具有关键作用。广州光刻技术

现有光刻主要利用的是光刻胶中光敏分子的单光子吸收效应所诱导的光化学反应。光敏分子吸收一个能量大于其比较低跃迁能级的光子，从基态跃迁到激发态，经过电子态之间的转移生成活性种，诱发光聚合、光分解等化学反应，使光刻胶溶解特性发生改变。光刻分辨率的物理极限与光源波长和光刻物镜数值孔径呈线性关系，提高光刻分辨率主要通过缩短光刻光源波长来实现。尽管使用的光刻光源波长从可见光（G线，436nm）缩短到紫外（Ⅰ线，365nm）、深紫外（KrF，248nm；ArF，193nm）甚至极紫外（EUV，13.5nm）波段，由于光学衍射极限的限制，其分辨率极限在半个波长左右。广州微纳加工工艺光刻技术是半导体制造的完善工艺之一。

高精度的微细结构可以通过电子束直写或激光直写制作，这类光刻技术，像“写字”一样，通过控制聚焦电子束（光束）移动书写图案进行曝光，具有比较高的曝光精度，但这两种方法制作效率极低，尤其在大面积制作方面捉襟见肘，目前直写光刻技术适用于小面积的微纳结构制作。近年来，三维浮雕微纳结构的需求越来越大，如闪耀光栅、菲涅尔透镜、多台阶微光学元件等。据悉，某公司新上市的手机产品中人脸识别模块就采用了多台阶微光学元件，以及当下如火如荼的无人驾驶技术中激光雷达光学系统也用到了复杂的微光学元件。这类精密的微纳结构光学元件需采用灰度光刻技术进行制作。直写技术，通过在光束移动过程中进行相应的曝光能量调节，可以实现良好的灰度光刻能力。

SU-8光刻胶在近紫外光(365nm-400nm)范围内光吸收度很低，且整个光刻胶层所获得的曝光量均匀一致，可得到具有垂直侧壁和高深宽比的厚膜图形；它还具有良好的力学性能、抗化学腐蚀性和热稳定性;在受到紫外辐射后发生交联，是一种化学扩大负性胶，可以形成台阶等结构复杂的图形;在电镀时可以直接作为绝缘体使用。SU-具有分子量低、溶解度好、透明度高、可形成光滑膜层、玻璃化温度（Tg）低、粘度可降低、单次旋涂可得超厚膜层（650μm）、涂层厚度均匀、高宽比大（10:1）、耐化学性优异、生物相容性好（微流控芯片）的特点。SU-8光刻胶具有许多优异的性能，可以制造数百Lm甚至1000Lm厚、深宽比可达50的MEMS微结构，在一定程度上代替了LIGA技术,而成本降低，成为近年来研究的一个热点。但众所周知,SU-8对工艺参数的改变非常敏感，且固化厚的光刻胶难以彻底的消除。这些工艺参数包括衬底类型、基片预处理、前烘温度和时间、曝光时间、中烘温度和时间、显影方式和时间等。氧等离子普遍用于光刻胶去除。

基于光刻工艺的微纳加工技术主要包含以下过程：掩模（mask）制备、图形形成及转移（涂胶、曝光、显影）、薄膜沉积、刻蚀、外延生长、氧化和掺杂等。在基片表面涂覆一层某种光敏介质的薄膜（抗蚀胶），曝光系统把掩模板的图形投射在（抗蚀胶）薄膜上，光（光子）的曝光过程是通过光化学作用使抗蚀胶发生光化学作用，形成微细图形的潜像，再通过显影过程使剩余的抗蚀胶层转变成具有微细图形的窗口，后续基于抗蚀胶图案进行镀膜、刻蚀等可进一步制作所需微纳结构或器件。自动化光刻设备大幅提高了生产效率和精度。广州光刻技术

涂胶工序是图形转换工艺中的重要的步骤。广州光刻技术

刻胶显影完成后，图形就基本确定，不过还需要使光刻胶的性质更为稳定。硬烘干可以达到这个目的，这一步骤也被称为坚膜。在这过程中，利用高温处理，可以除去光刻胶中剩余的溶剂、增强光刻胶对硅片表面的附着力，同时提高光刻胶在随后刻蚀和离子注入过程中的抗蚀性能力。另外，高温下光刻胶将软化，形成类似玻璃体在高温下的熔融状态。这会使光刻胶表面在表面张力作用下圆滑化，并使光刻胶层中的缺陷减少，这样修正光刻胶图形的边缘轮廓。广州光刻技术