半导体制造黄光微影制程（相片蚀刻制程）说明

在半导体的制造过程中，各种材料依序分别加工成需要的形状，然后依序堆叠。这时，对各层材料薄膜画出电路图案的制程，称为“黄光微影”及“饱刻”。首先对黄光微影制程（相片蚀刻制程）做说明。

黄光微影制程利用了在数位相机普及前，与银盐相机（底片型相机）非常相似的显像原理。在接下来的篇幅中，将针对黄光微影制程，分成几个主要的制程，进行介绍。

①光阻涂布

如图2-7-1所示，成长了某层材料膜的晶圆，用回旋涂布机（spin coater）以真空吸座固定后，再将光阻液（感光性树脂溶液）以喷嘴喷至晶圆表面，并将晶圆以每秒数千次的高速旋转，利用离心力使光阻形成厚度均匀的薄膜。

此时形成的光阻膜厚度，可以光阻黏度、溶剂种类、晶圆旋转次数等控制。

光阻为感光性树脂材料，特性会随温湿度而有所变化。故处理光阻的无尘室空间（黄光微影段）使用长波长的黄色照明，并且温湿度都需要严格管控。

②光阻的种类

光阻由感光剂、基底树脂、溶剂等共同组成。在近年来使用KrF（氟化氪）或ArF（氟化氢）做为光源的准分子雷射曝光制程中，使用图2-7-2所示、又称作“化学放大型”的光致产酸剂，来做为感光剂的光阻材料。

另外，光阻又分为显影时除去照到光的部分——正型光阻，与显影时除去没有照到光的部分—负型光阻两种，随着欲形成图案的不同，而区别两者的使用范围。

③软烤

将完成涂布光阻的晶圆，放在氮气中加热到约摄氏80度，使得光阻内残存的有机溶剂得以挥发而去除。此制程称作“软烤”。图2-7-3为隧道式烘烤装置。

④曝光（硬烤）

将光罩上的图案转印到晶圆光阻膜上的制程，称为“曝光”。如过2-7-4所示，在曝光制程中，将晶圆设置在称为“步进机（Stepper）”的曝光机装置。

步进机使用数个镜片系统，透过相当于转印图案四倍大的光罩，将光源投影在晶圆表面，进行曝光。因此，步进机有时也称为“缩小投影式曝光装置”。

完成一个晶片（晶粒）的曝光后，曝光机的光学扫描座会移动至下一个晶片进行曝光，再移动到下一个晶片。重覆此动作将电路图烧到整面晶圆。步进机的名称，就是此Step-and-step / 步一步的重覆动作而来。

步进机的性能，也就是解析度能够转印多么精细的图案，则取决于光源的波长（λ），与镜片的直径（NA: numerical aperture，数值孔径）。解析度（R: resolution）与λ的经验常数k倍成正比，并与NA成反比。

目前最先进的黄光微影制程中，使用ArF准分子雷射（λ=193nm）作为光源。nm为nano-meter，代表10的负九次方。

此外，为了得到更高的解析度，也就是要使经验常数尽可能地小，而在“超解析度计数”上投入不少功夫。在步进机上追加有光罩扫描功能的曝光装置，称为“扫描器（scanner）”。在实际应用中，最先进的黄光微影，即是使用这种扫描器式的曝光机。扫描器式的曝光机不使用全面式的镜片，而仅使用条状部分来进行扫描，故拥有较大的曝光面积、并且较少因镜片像差造成影响。

⑤显影

完成曝光制程的晶圆，将进行称为曝光后烘烤（PEB:post exposurebake）的轻度热处理。这是为了减少曝光时驻波的影响，使图案边缘锐利化，并使化学放大型光阻的产酸反应加速进行。

审核编辑：黄飞