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本课件围绕图形转移展开，先说明光刻在集成电路工艺中的地位与基本流程，再深入光刻胶特性、掩模版制作与曝光系统，随后系统讲解干法刻蚀与湿法腐蚀的原理、刻蚀剖面与终点检测，最后介绍微机电系统加工。
微电子工艺学Microelectronic Processing第六章光刻与刻蚀工艺
图形转移光刻刻蚀薄膜制备掺杂扩散掺杂离子注入掺杂物理气相淀积化学气相淀积外延微电子单项工艺
光刻技术被用来界定p-n结的几何形状。在形成SiO2之后。利用高速旋转机，将晶片表面旋涂一层对紫外光敏感的材料，称为光刻胶(photo-resist)。将晶片从旋转机拿下之后[图(c)]，在80C～100C之间烘烤。
以驱除光刻胶中的溶剂并硬化光刻胶，加强光刻胶与晶片的附着力。如图(d)所示，下一个步骤使用UV光源，通过一有图案的掩模版对晶片进行曝光。对于被光刻胶覆盖的晶片在其曝光的区域将依据光刻胶的型态进行化学反应。
而被暴露在光线中的光刻胶会进行聚合反应，且在刻蚀剂中不易去除。聚合物区域在晶片放进显影剂(developer)后仍然存在，而未被曝光区域(在不透明掩模版区域之下)会溶解并被洗去。
图(a)为显影后的晶片。晶片再次于120℃～180 ℃之间烘烤20min，以加强对衬底的附着力和即将进行的刻蚀步骤的抗蚀能力。然后，使用缓冲氢氟酸作酸刻蚀液来移除没有被光刻胶保护的一。氧化硅表面，如图4(b)所示。
最后，使用化学溶剂或等离子体氧化系统剥离(stripped)光刻胶。图(c)显示光刻步骤之后，没有氧化层区域(一个窗户)的最终结果。晶片此时已经完成准备工作，可接着用扩散或离子注入步骤形成p-n结。
在扩散方法中，没有被SiO2保护的半导体表面暴露在相反型态的高浓度杂质中。杂质利用固态扩散的方式，进入半导体晶格。在离子注入时，将欲掺杂的杂质离子加速到一高能级，然后注入半导体内。SiO2可作为阻挡杂质扩散或离子注入的阻挡层。
在扩散或离子注入步骤之后，p-n结已经形成，如图(d)所示。由于被注入的离子横向扩散或横向散开(lateralstraggle，又译横向游走)的关系，P型区域会比所开的窗户稍微宽些。
在扩散或离子注入步骤之后，欧姆接触和连线在接着的金属化步骤完成[图(e)]。金属薄膜可以用物理气相淀积和化学气相淀积来形成。光刻步骤再度用来定义正面接触点，如图(f)所示。一相似的金属化步骤可用来定义背面接触点，而不用光刻工艺。一般而言，低温(≤500。
C)的退火步骤用来促进金属层和半导体之间的低电阻接触点。随着金属化的完成，p-n结已经可以工作了。
图形转移(pattern transfer)是微电子工艺的重要基础，其作用是使器件和电路的设计从图纸或工作站转移到基片上得以实现，我们可以把它看作是一个在衬底上建立三维图形的过程，包括光刻和刻蚀两个步骤。
光刻(lithography，又译图形曝光)：使用带有某一层设计几何图形的掩模版(mask)，通过光化学反应，经过曝光和显影，使光敏的光刻胶在衬底上形成三维浮雕图形。
将图案转移到覆盖在半导体晶片上的感光薄膜层上(称为光致光刻胶、光刻胶或光阻，resist，简称光刻胶)的一种工艺步骤。这些图案可用来定义集成电路中各种不同区域，如离子注入、接触窗(contact window)与压焊垫(bonding-pad)区。
而由光刻所形成的光刻胶图案，并不是电路器件的最终部分，而只是电路图形的印模。
在集成电路制造中，主要的光刻设备是利用紫外光(≈0.2～0.4μm)的光学仪器。刻蚀：在光刻胶掩蔽下，根据需要形成微图形的膜层不同，采用不同的刻蚀物质和方法在膜层上进行选择性刻蚀。这样，去掉光刻胶以后，三维设计图形就转移到了衬底的相关膜层上。
图形转移工艺是如此重要，以至一种微电子工艺技术的水平通常以光刻和刻蚀的图形线宽（特征尺寸）表示。
光刻（lithography）是以一种被称为光刻胶的光敏感聚合物为主要材料的照相制版技术。集成电路发明至今，电路集成度提高了六个数量级以上，主要归功于光刻技术的进步。非光学曝光光学曝光遮蔽式曝光投影式曝光曝光方式电子束曝光X射线曝光超紫外光曝光离子束曝光
以ULSI为例，对光刻技术的基本要求包括几个方面：a.高分辨率：以线宽作为光刻水平的标志；b.高灵敏度光刻胶：为提高产量，希望曝光时间尽量短；c.低缺陷：光刻引入缺陷所造成的影响比其它工艺更为严重；d.精密的套刻对准：一般器件结构允许套刻误差为线宽的±10％；
e.对大尺寸基片的加工：在大尺寸基片上光刻难度更大。层次索引接触孔（14层）第一层金属（15层）有源区（3层）栅（10层）1μm×1μm1.2μm1.2μm0.8-1.5μm
光刻胶光刻胶（photoresist，又称光致抗蚀剂）是一类对辐照敏感的、由碳、氢、氧等元素组成的有机高分子化合物，这类化合物中均含有一种可以由特定波长的光引发化学反应的感光剂（PAC:photoactive compound）。
依其对光照的反应分成正性光刻胶与负性光刻胶。在一定外界条件（如曝光）的作用下，光刻胶的分子结构由于光化学反应而发生变化，进而引起其化学、物理或机械性质发生相应变化，例如在显影液中的溶解度发生变化，由可溶性变为不可溶性或者相反。
这样，光刻胶感光部分与未感光部分在显影液中的溶解速度就出现差异。在微电子工艺中，就是利用光刻胶的这一特性来进行光刻的。
正胶和负胶图形转移光刻胶通常可分为正性胶和负性胶两类，两者经曝光和显影后得到的图形正好相反。显影时，正胶的感光区较易溶解而未感光区不溶解，所形成的光刻胶图形是掩模版图形的正映象。
负胶的情况正相反，显影时感光区较难溶解而未感光区溶解，形成的光刻胶图形是掩模版图形的负映象。
负胶是一种含有感光剂的聚合物。曝光时，感光剂将吸收的光能转变为化学能而引起链反应，聚合物分子间发生交联，形成不溶于显影液的高分子交联聚合物。显影后，未感光部分的光刻胶被去除。负胶的主要缺点是显影时吸收显影液溶剂而膨胀，限制了其分辨率。交联负胶
下图(a)为典型的曝光反应曲线与正胶的影像截面图。反应曲线描述在曝光与显影过程后，残存刻胶的百分率与曝光能量间的关系。值得注意的是，即使未被曝光，少量刻胶也会溶于显影液中。图(a)的截面图说明了掩模版图形边缘与曝光后光刻胶图形边缘的关系。
由于衍射，光刻胶图形边缘一般并不位于掩模版边缘垂直投影的位置，而是位于光总吸收能量等于其阈值能量ET处。图(b)为负胶的曝光反应曲线与图形的截面图。
二、灵敏度光刻胶的灵敏度是指完成光刻所需最小曝光剂量（光能量，mJ/cm2）。对于光化学反应，灵敏度是由曝光效率决定的，而曝光效率可以定义为参与曝光的光子能量与进入光刻胶的光子能量的比值。通常正胶比负胶有更高的曝光效率，因此正胶的灵敏度比较大。
对于一个给定的曝光强度，灵敏度大的光刻胶曝光时间较短，且曝光效果较好。但如果灵敏度过大，光刻胶在室温下就可能发生热分解，使其储存有效期缩短。在使用正胶曝光的过程中，要注意光刻胶与曝光源之间的匹配关系。
光刻胶与曝光波长之间的谐调非常重要，因为其它谱系的光线（如黄光和绿光）对光刻胶也会产生一定曝光效果。一般要求非曝光区对光波的吸收系数不能大于40％，否则将影响曝光图形。
三、对比度对比度是衡量光刻胶区分掩模版上亮区与暗区的能力大小的指标。从理论上说，光刻胶的对比度会直接影响曝光后光刻胶图形的倾角和线宽。
为测量光刻胶的对比度，可以将一定厚度的光刻胶在不同辐照剂量下曝光，测量显影后剩余光刻胶的厚度（留膜率），利用留膜率与曝光剂量的关系曲线进行计算。
对于负胶，存在一个临界曝光剂量D0。曝光剂量小于D0时，负胶在显影液中完全可溶，不会形成曝光图形。曝光剂量达临界值后，感光区剩余膜厚随曝光剂量增大而增大。当曝光剂量达到D100以上时，感光区剩余膜厚最终达到初始时负胶的厚度。
因此，负胶的对比度取决于曲线的曝光剂量取对数坐标之后得到的斜率。负胶光刻胶对比度曲线曝光剂量光刻胶留膜率
正胶的感光区剩余膜厚与曝光剂量的关系如右图所示。D0为感光区光刻胶在显影液中完全不溶，即在光刻胶上不产生曝光图形所允许的最大曝光剂量。D100为感光区光刻胶在显影液中完全可溶所需的最小曝光剂量。可以看出，感光区剩余膜厚随曝光剂量的增加逐渐减小。
对比度与该曲线外推斜率的绝对值有关：曝光剂量光刻胶留膜率正胶光刻胶对比度曲线
在理想曝光过程中，辐照在光刻胶上的投影区域应该与掩模版的透光区域完全相同，其它区域没有辐照投影。但在实际曝光过程中，由于衍射和散射的影响，光刻胶所受辐照具有一定分布，因此显影后剩余光刻胶层的侧面通常有一定斜坡。侧墙的倾斜角度与光刻胶对比度和膜厚有关。
光刻胶对比度越高，剩余光刻胶层侧墙越陡。而光刻胶层侧墙陡度越大，线宽测量的精确度越高。同时，侧墙陡峭的光刻胶层可以减小刻蚀过程中的钻蚀效应，提高图形转移分辨率。显影后的理想光刻胶剖面+__
另一个可以从对比度中得到的光刻胶性能指标是调制传输函数（MTF），它可以用来描述曝光图形的质量：其中Imax和Imin分别为曝光图形上最大和最小辐照强度。光刻胶临界调制传输函数（CMTF）为：CMTF的典型值约为0.4。
如果一个实际光刻图形的MTF小于所用光刻胶的CMTF，则光刻图形上的最小尺寸线条不能被分辨。反之，则可能被分辨。对比度与CMTF的关系为：对于曝光系统，如果该系统对各种线条的MTF均已知，则根据光刻胶对比度可计算出该系统能够形成的最小图形尺寸。ImaxImin
改进光刻胶技术a.多层光刻胶技术（MLR）：采用性质不同的多层光刻胶，利用其抗蚀性、对比度等方面的不同性能完成高分辨率的光刻。主要包括：硅化学增强（Si-CARL）工艺；使用对比增强层（CEL）工艺；硅烷基化光刻胶表面成像工艺。
b.抗反射涂层技术（ARC）：在光刻胶的表面或底部涂上一层抗反射层，对反射光线进行吸收，从而降低驻波效应。c.化学增强（CA）深紫外光刻胶技术：在深紫外光刻胶中添加光敏酸（PAG），增强光刻胶在显影液中的可溶性。
与DNQ／树脂光刻胶相比，CA胶的最大优点是具有相对高的光敏度和对比度。
光刻掩模版掩模版的作用是有选择地遮挡照射到衬底表面的光（电子束、X射线），以便在衬底光刻胶薄膜上形成需要转移的图形。常用掩模版类型有超微粒干版（乳胶版）、金属硬面版以及一些满足特殊需要的掩模版（如X射线掩模、柔性掩模、凸起掩模和软片掩模等）。
光学光刻掩模版通常采用金属硬面版，即在玻璃基板表面淀积一层几十到几百纳米的金属或金属氧化物薄膜（如铬膜、氧化铬膜和氧化铁膜），掩模图形最终就是在这些薄膜上形成的。
目前以溅射淀积的铬膜（厚度100nm左右）最常用，主要因为铬膜的淀积和刻蚀相对容易，而且对光线完全不透明。在铬膜下方通常还有一层增加黏附力的铬氮化物或氧化物膜，上方有一层厚度为20nm的Cr2O3抗反射层。
用于IC制造的掩模版通常为缩小倍数的掩模版(reduction reticle，简称reticle)。掩模版制作的第一步为电路设计者以计算机辅助设计系统完整地将电路图描绘出来。
然后，将CAD得到的数据信息传送到电子束光刻的图形产生器，再将图案直接转移至对电子束敏感的掩模版上。此掩模版是由融凝硅土(fused silica)的基底覆盖一层铬膜组成。电路图案先转移至电子敏感层进而转移至底下的铬膜层，掩模版便完成了。
掩模版上的图形代表一层IC设计，将综合的布局图按照IC工艺分成各层掩模版，如隔离区为一层、栅极区为另一层等，这些掩模版的组合就是一组IC工艺流程。一般而言，一组完整的IC工艺流程包含15～20道不同的掩模版。
标准尺寸的掩模版衬底由15×15cm2、0.6cm厚的融凝硅土制成。掩模版尺寸是为了满足4：1与5：1的曝光机中透镜透光区域的尺寸；厚度的要求是为了避免衬底扭曲而造成图案移位的错误；融凝硅土衬底则利用其热膨胀系数低、对短波长光的透射率高与高机械强度。
下图为已制作完成具有几何形状图案的掩模版，用于工艺评估的一些次要芯片位置也显示在掩模版上。
光学光刻掩模版此外，在形成掩模图形后还需要用保护膜（1～2μm厚的硝化纤维素醋酸盐、碳氟化合物）将版的表面密封。这层保护膜可以避免掩模版污染，且透光性好、结实耐清洗，长时间暴露在UV射线下仍能保持形状。
通过微细图形加工技术在掩模材料上形成掩模图形即可得到所需要的掩模版。目前的掩模版制作（简称制版）一般分为两个阶段：a.原图数据的产生：由CAD产生作图数据，形成掩模（PG）文件；b.图形发生：由PG文件驱动和控制图形发生器、刻图机等将掩模图形转移到掩模衬底上。
原图数据产生流程器件模拟电路模拟单元图编辑总图编辑器件库电路单元库单元版图库PG文件DRCERC
版图设计版图设计规则：
目前的制版工艺大多采用电子束图形发生器。电子束图形发生器实际上是一台电子束曝光机，其曝光“光源”不是平行平面光，而是一束聚焦得很细的电子束。由于束斑极细，因此需曝光的图形是通过逐点被电子束照射而完成曝光全过程的。电子束制版不仅速度快，而且分辨率非常高。
电子束制版的主要工艺过程为：镀铬基板涂覆EBR胶→前烘→电子束照射→显影→坚膜→刻蚀铬膜→去胶。
掩模版制作过程12. Finished
掩模版的优劣将直接影响图形转移的质量，进而影响器件性能和成品率。通常对掩模版有以下质量要求：a.图形尺寸准确，符合设计要求；b.整套掩模版中的各块版应能依次一一套准，套准误差小；c.图形明暗区域之间的反差高，一般要求大于2.5；d.图形边缘光滑陡直，过渡区小；
e.图形及整个版面基本无针孔、小岛、划痕等缺陷；光掩膜缺陷检查装置 f.坚固耐用，不易变形。缺陷密度是掩模版质量的一个主要指标，这里既包括掩模版制作过程也包括使用过程造成的缺陷。因此，掩模版的检查与清洁对大面积芯片获得高成品率（）是至关重要的。
道掩模版的成品率，每道掩模版中包含不同缺陷密度所产生的影响
光学曝光系统图案的转移是利用光刻设备来完成的．光刻机的性能可由下面三个参数来判别：分辨率(resolution)、套准精度(registration)与产率(throughput，又译产量)。分辨率是指能精确转移到晶片表面光刻胶膜上图案的最小尺寸；
套准精度是指后续掩模版与先前掩模版刻在硅片上的图形互相对准的程度；而产率则是对一给定的掩模版，每小时能曝光完成的晶片数量。
评价光学曝光系统的指标能精确转移到衬底表面光刻胶上的最小特征尺寸。分辨率各个掩模版与先前光刻在衬底上的图形互相套准的精度。对准精度某次光刻中曝光系统在一小时内能够曝光的基片数量。生产效率沿着光通路，在图形聚焦情况下，衬底可以移动的距离。
聚焦深度曝光图形的光学反差，对比度越高，刻出的图形质量越好。对比度其中：R是分辨率；k是常数；NA是光学系统的数值孔径，它表征透镜光收集和聚焦的能力；DOF（DepthofFocus）是聚焦深度；λ是光波长；MTF是调制传输函数；I是辐照强度。
（Rayleigh criterion）
主要光学曝光系统光刻必须通过曝光系统来完成。最基本的光学曝光系统有两种：遮蔽式曝光（shadow printing）和投影式曝光（projectionprinting）。
遮蔽式曝光系统又分为接触式(contact printing)和接近式(proximity printing)两种形式。遮蔽式曝光系统示意光源（汞弧光灯）透镜掩模版光刻胶衬底☀接触式☀接近式
接近式曝光系统中的衍射
接触式曝光系统
为了克服遮蔽式曝光存在的问题，出现了投影式曝光系统。它采用一套光学组件，使光通过掩模版将掩模图形投影到几厘米外涂有光刻胶的衬底上进行曝光。投影式曝光系统分为扫描和分布重复两种基本类型。
扫描曝光系统把通过狭缝的光从掩模版聚焦到衬底上，同时掩模板和衬底一起作扫描运动，直至掩模图形布满整个衬底而完成曝光。
分布重复曝光系统一次曝光衬底上的一块矩形区域（称为图像场），然后不断重复直至将小面积图形布满整个衬底，其掩模图形尺寸与实际图形尺寸的比例可以是1:1或者大于1:1（称为缩小光刻）。以上两类曝光系统以及将两者结合在一起的分布扫描曝光系统都可以达到较好的分辨率。
投影式曝光工作原理凹面镜通过狭缝的光扫描方向凸面镜梯形镜衬底光束扫描方向掩模版
这个小的像场也可在保持掩模版不动的情形下，利用二维的晶片平移，通过步进(stepping)的方式来完成晶片表面的曝光。在每曝光完成一个芯片位置时，就移动晶片至下一个芯片位置，如此重复曝光步骤。
图(b)与图(c)分别显示了利用1:1与缩小M:1(如10:1，即在晶片上缩小10倍)的步进重复投影法(step-and-repeat)的图像划分(partition)技术。
缩小投影术可在不用重新设计步进机透镜下，在较大的晶片上转移图案，只要像场的大小(field size，即晶片上的曝光面积)可以包含至少一个到数个IC芯片。当芯片尺寸超过透镜的曝光面积时，进一步的划分图像是必要的。
在图(d)，对一个M:1缩小的步进扫描投影，其掩模版上的像场可呈窄弧形。对步进扫描系统，晶片有一速度为v的二维平移，而掩模版则有一速度为晶片速度M倍的一维平移。
一个投影系统的分辨率可以表示为λ是光源波长，k1为与工艺有关的参数，NA是数值孔径又叫做镜口率，简写为NA。它是由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半（a/2）的正弦值的乘积。NA的定义为N是影像介质的折射率，θ是圆锥体光线聚于晶片上一点的半角度值。
其聚焦深度为 k1为另一个与工艺有关的参数
分辨率的改善可以通过缩短光源波长与增加数值孔径达到，但聚焦深度会因NA增加而衰减。光学曝光经历蓝光（436nm）、紫外光（365nm）、深紫外光（248 nm）阶段，发展到目前的主流高分辨率波长193nm。
同时，投影工具的数值孔径也有惊人提高（0.16→0.93），特征尺寸达到100 nm以下。多光学元件系统中，常引入数值孔径NA描述透镜性能：，并有。D
显微镜观察时，若想增大NA值，孔径角是无法增大的，唯一的办法是增大介质的折射率η值。基于这一原理，就产生了水浸系物镜和油浸物镜，因介质的折射率η值大于一，NA值就能大于一。数值孔径最大值为1.4，这个数值在理论上和技术上都达到了极限。
目前，有用折射率高的溴萘作介质，溴萘的折射率为1.66,所以NA值可大于1.4。这里必须指出，为了充分发挥物镜数值孔径的作用，在观察时，聚光镜的NA值应等于或略大于物镜的NA值，数值孔径与其它技术参数有着密切的关系，它几乎决定和影响着其它各项技术参数。
它与分辨率成正比，与放大率成正比，焦深与数值孔径的平方成反比，NA值增大，视场宽度与工作距离都会相应地变小。
简单的成像系统
由于有较高的光强度与稳定度，所以高压汞灯被广泛用作曝光光源。右图显示汞灯光谱的几个峰值，被称为G-线、I-线与H-线的峰值波长分别为436nm、405nm与365nm。加上分辨率改善技术，5:1的I-线步进重复投影的光刻系统可以提供的分辨率为0.3μm。
更先进的曝光机分别有利用248 nm的KrF准分子激光、193nm的ArF准分子激光与已开发出来适合批量生产的分辨率为0.18μm、0.10μm和0.07μm的157 nm的F2准分子激光。
投影式曝光系统
投影式曝光系统光路
投影曝光时的扫描和分布重复
图案转移右图为IC电路图通过掩模版转移至表面有二氧化硅绝缘层的硅晶片上的步骤。由于光刻胶对波长大于0.5µm的光并不敏感，所以曝光过程中，晶片可置于由黄光照射的洁净室中。
为了确保光刻胶的吸附力能够符合要求，晶片表面必须由亲水性(hydrophilic)改变为斥水性(hydrophobic)。这种改变可以利用吸附力促进剂，如此光刻胶即可吸附于一个化学性质相近的表面。
在IC工艺中：下表列出相关数据。
在IC工艺中，光刻胶的吸附力促进剂一般为HMDS。在促进剂涂完后，将晶片置于一真空吸附的旋盘上，并将2～3cm3的光刻胶滴在晶片中心处，然后晶片将被快速地加速至设定的转速。在此转速停留约30s。
要涂布厚度为0.5～1µm的光刻胶，其旋转速度一般为1000至10000rpm。光刻胶的厚度与光刻胶的粘性也有关系。
在旋涂步骤后，将晶片前烘(一般温度为90～120 ℃，时间为60～120s)。此步骤会增加光刻胶对晶片的吸附力。并且将光刻胶中的部分有机溶剂去除。然后利用光学图形曝光系统，将晶片依照掩模版上的图案进行对准，并利用紫外光将光刻胶曝光，如图(b)。
如果使用的是正胶，被曝光的光刻胶区将会溶解于显影液中，如图(c)的左图。
光刻胶的显影步骤，一般利用显影液将晶片淹没，再将晶片冲水并且甩干。显影完成后，为了增加光刻胶对衬底的吸附力，再将晶片后烘(postbaking)，温度为100～180℃。然后将晶片置于腐蚀的环境中，将暴露的绝缘层腐蚀而不侵蚀光刻胶，如图（d）所示。
最后将光刻胶除去（如用有机溶液溶解或等离子体氧化），留下一个绝缘体的图案（或图像），此图案与掩模版上不透光的图案是一样的。
如果使用负胶，前面描述的步骤都一样，唯一的不同点是未被曝光的光刻胶被去除。最后的绝缘体图案与掩模版上不透光区图案反相。绝缘体图像可以当作接下来步骤的掩蔽层。如用离子注入法将掺杂离子注入暴露的半导体区域而不会注入有绝缘体保护的区域。
掺杂的图案与使用负胶而设计的掩模版图案或是使用正胶而设计的互补式掩模版图案是一样的。完整的电路制作是利用图形曝光转移的步骤，将掩模版图案一层层地对准而得。
剥离与浮脱技术因其具有高分辨率而被广泛应用于分立器件，如高功率的MESFET。然而，由于技术的推广，剥离与浮脱技术并不常被用于甚大规模集成电路。
相关的图案转移工艺还有剥离与浮脱技术(life-off)，如下图．利用正胶在衬底上形成一光刻胶图案[图(a)与(b)]，再淀积薄膜(如铝)覆盖光刻胶与衬底(此层薄膜厚度必须比光刻胶薄)；
然后，由于光刻胶会溶解于适当的腐蚀溶液，覆盖在光刻胶上的薄膜会被剥离与浮脱而去除[图(d)]。
光刻工艺流程典型的光学光刻工艺通常包括以下步骤：衬底准备、涂胶、曝光前烘干（前烘）、曝光、显影、显影后烘干（坚膜）以及去胶。衬底准备涂胶＆前烘显影＆坚膜刻蚀去胶曝光☀
一、衬底准备衬底准备的目的是增强光刻胶对衬底的附着性。一般通过去除衬底污染、脱水烘干和使用附着力促进剂来完成。吸附水是一种普遍的污染物，采用脱水烘干可以将其大部分去除。
但对于硅类衬底（包括单晶硅、多晶硅、氧化硅和氮化硅），由于表面硅原子与吸附的单层水分子形成了硅烷醇基团，必须使用化学方法去除。附着力促进剂可以与硅烷醇发生化学反应，由有机基团置换硅烷醇中的羟基，在衬底上形成疏水表面，增强光刻胶的附着力。
最常用的附着力促进剂是六甲基二硅亚胺（HMDS）。
二、涂胶涂胶的目的是在衬底表面形成厚度均匀、附着性强且没有缺陷的光刻胶薄膜。在微电子工艺中，光刻胶的作用是在刻蚀或离子注入过程中保护被其覆盖的材料，因此光刻胶与衬底表面需牢固地粘附，而且胶层的厚度、均匀性和缺陷密度对光刻工艺质量影响很大。
涂胶工艺一般包括三个步骤：a.将光刻胶溶液喷涂到衬底表面上（静态喷涂＆动态喷涂）；b.加速旋转衬底吸盘，直至达到需要的旋转速度；c.达到所需转速后，保持适当时间，使光刻胶在衬底表面形成一定厚度的均匀薄膜。
由于衬底表面的光刻胶是借旋转离心力由中心向外移动，因此涂胶又称甩胶。经甩胶之后，留在衬底上的光刻胶不到最初的1％。最终膜厚除与光刻胶黏性有关外，还与旋转速度的平方根成正比。涂胶应始终在超净环境中进行，同时喷涂的光刻胶溶液中不能含有气泡。
抽真空空心轴真空吸盘供胶管衬底
三、前烘涂胶以后、曝光之前，衬底基片需要在一定温度下烘烤，以除去光刻胶薄膜中多余的溶剂，这一步骤称为前烘。除去光刻胶薄膜中多余的溶剂会产生四个结果：a.薄膜厚度减小；b.光刻胶显影时的溶解速度降低，提高了显影液对曝光区和非曝光区光刻胶的选择性；
c.光刻胶与衬底结合更紧密；d.光刻胶黏度降低，受微粒污染的可能性减小。前烘时间和温度必须严格控制，温度过低和过高都会对光刻质量产生影响。通常采用干燥循环热风、红外线辐射以及热平板传导等方式进行前烘，其中最常用的是真空热平板烘烤。
四、曝光紫外（UV）和深紫外（DUV）光源是目前普遍应用的曝光光源。UV曝光系统多使用高压汞灯作为光源。在高压汞灯水银气的发射光谱中，各种波长的光强度并不相同。
350～450 nm的UV光谱范围内，有三条强而锐利的发射线：i线（365nm）、h线（405nm）和g线（436nm）。由于这些波段是分散的，通过折射透镜进行分离，就可以得到单一波长的光，每条单一波长的光线含有的能量低于汞灯所产生能量的2％。
DUV曝光系统中的光源是准分子激光器。KrF准分子激光器可以产生248 nm的DUV光线，是0.35、0.25和0.18μmCMOS工艺的主要光源。ArF准分子激光器可以产生193 nm的DUV光线，应用于0.2μm以下CMOS工艺。
特征尺寸（μm）波长：下表列出相关数据。
特征尺寸（μm）波长（nm）光源名称0.5436g线汞灯405h线0.25－0.35365i线351XeF准分子激光308XeCl0.15－0.25248KrF0.13－0.18193ArF0.10－0.13157F2氟分子激光常用光源的波长及特征尺寸250－400 nm中紫外100－250 nm深紫外4－100 nm极深紫外高压汞灯光谱图
驻波效应在光刻胶侧壁形成的脊状条纹驻波效应会导致光刻胶侧壁出现脊状条纹，在曝光区与非曝光区边界形成曝光强弱相间的过渡区，影响显影后所形成的图形尺寸和分辨率。
有和没有底部防反射涂层光刻胶的曝光效果可以通过在衬底上涂覆一层对光有吸收作用的底部防反射涂层来抑制脊状条纹的形成。这种方法可以把反射到光刻胶内的光减少到未加反射层时的1％以下。曝光后烘焙（PEB）是另一种减小驻波效应影响的方法。
五、显影曝光和曝光后烘焙结束后，光刻胶层中的潜在图形要通过显影液处理而显现出来，在光刻胶上形成三维图形，这一过程称为显影，它是光刻工艺中最关键的步骤之一。感光区的正胶经曝光后成为羧酸，可以被碱性显影液中和，反应生成的胺和金属盐快速溶解于显影液中。
经曝光的正胶是逐层溶解的，中和反应只在光刻胶表面进行，因此正胶受显影液影响相对较小。对负胶来说，非曝光区的负胶在显影液中首先形成凝胶体，然后再分解，这就使整个负胶层都被显影液浸透而膨胀变形。为提高分辨率，目前几乎每种光刻胶都配有专用显影液。
负胶正胶二甲苯碱性显影剂如TMAH、KOH溶液等显影液乙酸丁酯去离子水（DI water）清洗
影响显影效果的主要因素有曝光时间、前烘温度／时间、光刻胶厚度、显影液浓度／温度以及显影液搅动情况等等。显影液释放到光刻胶上的方式对显影均匀性和工艺精度也有很大影响。
比较常见的显影方法是浸没显影和喷洒显影，其中喷洒显影的优点是显影液用量少，覆盖均匀度好，能较好满足流水线生产的要求。显影之后要通过光学显微镜、SEM或激光系统来检查图形质量。检查的主要内容有：a.掩模版使用；b.光刻胶层质量：污染、划痕、气泡和条纹等；
c.图形：边界、尺寸和线宽等；d.套刻精度。
典型的显影检验（DI: develop inspect）单批号碎晶片划伤污染针孔桥接不完全显影光刻胶翘起曝光不足无光刻胶光刻胶流动不正确掩模版CD拒收a.人工检验（1倍检验）：直射白光或高密度UV光下，晶片与光线成一定角度。全检；
b. 100～400倍显微镜/自动检验设备：随机抽样。c.高倍显微镜/SEM/AFM。如果图形质量不能满足要求，可以进行重新工艺处理（rework/redo）。一般要求重新工艺处理率低于5～10％。缺陷检测设备
六、坚膜基片在显影后需要进行坚膜，目的是进一步除去光刻胶中剩余的溶剂，增强对衬底的附着力，从而提高光刻胶在刻蚀和离子注入过程中的抗蚀性和保护能力。通常坚膜的温度高于前烘和曝光后烘焙温度，又称光刻胶玻璃态转变温度。
坚膜过程中光刻胶受热软化，成为类似玻璃体在高温下的熔融状态。此时光刻胶与衬底之间接触面积最大，加上光刻胶中的溶剂含量因高温而减少，因此光刻胶与衬底之间的附着能力大大提高。较高的坚膜温度可使坚膜后光刻胶中的溶剂含量更少，但同时会增加去膜的困难。
坚膜之后还需通过UV辐照和加热对光刻胶进行光学稳定。光学稳定可以使光刻胶产生均匀的交叉链接，提高光刻胶的抗刻（腐）蚀能力，进而提高刻蚀工艺的选择性。
七、去胶经刻蚀或离子注入之后，可以将光刻胶从衬底表面除去，该步骤称为去胶。微电子工艺中的去胶方法包括湿法和干法去胶。其中，湿法去胶又分为有机溶液去胶和无机溶液去胶。使用有机溶液去胶，主要是使光刻胶溶于其中而达到去胶目的，所用溶液通常为丙酮或芳香族有机溶剂。
无机溶液去胶的原理是利用光刻胶本身为有机物的特点，通过强氧化剂（如H2SO4、H2O2等）将光刻胶中的碳氧化为二氧化碳，从而将光刻胶从衬底表面除去。但是无机强氧化剂对铝会产生腐蚀，因此去除铝层上的光刻胶必须使用有机溶液。
干法去胶是用等离子体将光刻胶剥离去除，其去胶效果好于湿法去胶。但干法去胶存在反应残留物的玷污问题，因此两种方法经常搭配使用。
剥离（liftoff）是由去胶派生出的一项工艺。利用正胶在衬底上形成光刻胶图形后，在整个光刻胶和衬底上淀积薄膜（例如金、铂或铝），薄膜的厚度必须小于光刻胶厚度，选择合适的溶剂去除光刻胶层，光刻胶上面的那部分薄膜也一起剥离而被去掉。
剥离技术具有较高的分辨率，广泛用于分立器件制造，如大功率MESFET。然而在ULSI制造中仍倾向于采用干法刻蚀技术，较少采用剥离工艺。掩模版光刻胶衬底金属膜用于图形转移的剥离工艺
光学光刻的局限和分辨率增强技术提供更高的分辨率、更深的聚焦深度和更大的曝光范围一直是光学曝光系统发展的目标。
通过缩短曝光装置的波长、增大数值孔径以及开发新的光刻胶（如CA DUV光刻胶）可以达到提高分辨率的目的，但更短的波长往往意味着使用更昂贵的材料，而增大数值孔径则会导致像差增加。更重要的是，任何分辨率的提高总是伴随着聚焦深度的下降。
提高聚焦深度的措施：a.增大光源波长；b.减小数值孔径；以上两条措施与增大分辨率相冲突，因此在分辨率和焦深之间必须折衷。
分辨率增强技术在IC工艺中，提供较佳的分辨率、较深的聚焦深度与较广的曝光宽容度一直是光学图形曝光系统发展的挑战。已经可以用缩短光刻机的波长与发展新的光刻胶来克服。另外，开发了新的技术，如相移掩模版。
传统掩模版的透光区的电场是相同的，由于衍射与分辨率使得晶片上的电场分散开来。相邻缝隙的衍射使得光被干涉而增强缝隙间的电场强度。因此两个投影的像若太接近，就不容易分辨出来。相移掩模版（PSM）是将相移层覆盖于相邻的缝隙上，使得电场反相。
要反相，使用一透明层，厚度满足：光学邻近修正（OPC）利用邻近的次解析几何图案来修正图像，因而改善成像能力。
相移掩模版(phase-shifting mask，PSM)是一项重要的分辨率增强技术，基本概念如下图所示。对于传统的掩模版而言，每个缝隙(透光区)处的电场都是同相的。光学系统的衍射与分辨率的限制，使得晶片上的电场分布散开，如虚线所示。
相移掩模是一种重要的分辨率增强技术，它与准分子激光源相结合，可以使光学曝光的分辨率大大提高。
相移掩模的基本原理是在光掩模版的某些透明图形上增加或减少一个透明介质层（称为移相器），使光波通过这个介质层后产生180°的相位差，与邻近透明区域透过的光波产生相消干涉，从而抵消图形边缘的光衍射效应，提高曝光分辨率。
相邻缝隙的衍射现象使得光波被干涉而增强缝隙问的电场强度。因为光强度I正比于电场的平方，因此两个投影的像若太接近，就不易分辨出来。将相移层覆盖于相邻的缝隙上，将使电场反相，图(b)所示。因为掩模版上的光强度并未改变，晶片上的像场会因位相相差180o而互相抵消。
因此，相邻的像即可分辨出来。
为了使分辨率和焦深同步优化，还可采用以下光学方法：a.优化掩模图形，称为光学邻近效应校正（opticalproximity correction，OPC）；此法是利用邻近的次解析(sub-resolution)几何图案来修正图像，因而改善成像能力。
例如，一个方形的接触孔(contact hole)，当其尺寸接近分辨率的极限时，印出的图像将几乎变成圆形。将掩模版上的接触孔图案加以修饰，在方形的边角加上一些几何图形，可以得到较准确的方形图像。
b.优化光线照射掩模版的角度，称为离轴照明（off-axisillumination，OAI）；c.控制光线照射的偏振度。总的来说，这些技术都属于分辨率增强技术（RET）。
当光刻线宽尺寸接近曝光波长时，光波穿过掩模版后会产生衍射，这些衍射光的叠加会使曝光图形严重失真。
OPC的基本作法是，根据光学设备的参数和实际的光刻结果，对掩模做出系统性的形状校正（预失真），从而使得由于光的衍射和光刻胶曝光显影后带来的非线性失真程度减小，获得符合实际要求的曝光图形和线宽。
OPC的基本方法分为两种，一种是基于规则的OPC，另一种是基于模型的OPC。掩模图形光刻胶图形光学邻近效应校正（OPC）原理
离轴照明（OAI）原理通常，光波穿过掩模版后的衍射角度较大，透镜的NA必须足够大才能充分收集这些带有掩模版图形信息的光束，但NA增大又会使DOF减小。
如果适当安排，使入射光与掩模版平面呈一定角度，第0级衍射光不再垂直入射，DOF便可增大，相当于在相同NA下提高了分辨率。
几种分辨率增强技术采用不同的策略实现相同的目标，这些方法各有优劣，在实际中往往结合使用。比如，削弱相位移相器需要使用OPC来进一步提高对比度；把OAI和PSM结合起来，可以得到均匀的照明和接近100%反差的理想结果，从而提高工艺窗口。
因此需要协调彼此之间的影响，发挥每种方法的优势，以取得最佳的优化结果。
长远来看，光学光刻中的各种限制将被浸入式光刻技术（Immersionlithography）进一步减小。通过用折射率高的液体代替透镜组件间的空气，可以设计出NA大于1.0的光学系统。
例如，水对波长193 nm的深紫外光吸收率很低且折射率高达1.44，使用水浸没的方法可以使NA在理论上达到1.44。目前，已有采用折射率高的溴萘作介质的报道。溴萘的折射率为1.66，所以NA值在理论上可大于1.44。
将1.3 NA的光刻技术用于实际生产应该只是时间问题。高数值孔径和分辨率增强技术可以使193 nm光刻工艺的最小线宽减小到45nm以下。高产率、好的分辨率、低成本且容易操作是曝光技术的基本要求。为了满足深亚微米工艺，光学图形曝光技术仍未解决。
虽然可以利用PSM和OPC来延长光学图形曝光的使用期限，但是复杂的掩模版制作与检查并不是容易解决的。另外，掩模版成本也很高。
nm浸入式光刻机生产和使用表使用者安装地：下表列出相关数据。
nm浸入式光刻机生产和使用表使用者安装地点线宽/nmNA型号厂商年份IBMAlbanyNamo Tech900.75TwinScanAT1150iASML2004台积电ASML实验室900.75TwinScanAT1150iASML2004台积电/IMEC台积电/IMEC650.85TwinScanAT1150iASML200565/450.93TwinScanXT1400EiASML2005-2006451.2TwinScanXT1700FiASML2005-200670/451.3MS-193iSematech/Exitech200555/451.07S609Nikon2005-2006451.3S610CNikon2006下半年≥1.2Canon2007
非光学曝光技术目前，光学曝光的最小线宽已经达到0.10μm以下，这已接近光学曝光技术的极限。因此，新一代曝光技术正在替代光学曝光来完成深亚微米甚至纳米级的微电子器件和电路制造。
一、电子束（e-beam）图形曝光：又称为电子束直写式曝光，即不用掩模版而以聚焦电子束直接对光刻胶曝光。目前它主要用来制作掩模版，可以完成0.1～0.25μm的超微细加工，但很少用于对硅片直接曝光。
电子束曝光是利用具有一定能量的电子与光刻胶碰撞发生化学反应而完成曝光的。
电子束图形曝光主要用于掩模版的制作，只有相当少数装置用于将电子束直接对光刻胶曝光而不需掩模版。
优点：分辨率高，可以制备最小线宽亚微米(0.1μm)以下的微细几何光刻图案、高自动化及高精度控制的操作、比光学图形曝光有较大的聚焦深度与不同掩模版可直接在半导体晶片上描绘图案。扫描电子束曝光不需掩模，可缩短加工周期，有利于新产品试制，聚焦好。
缺点：设备复杂成本高；存在邻近效应影响，易导致图形畸变。电子束光刻机制备大直径晶片的产率低，在分辨率小于0.25µm时，约为每小时10片晶片。这对生产掩模版、需求量小的定制电路或验证性电路是足够了。
而对不用掩模版的直写形成图案方式，设备必须尽可能提供产率，故要采用与器件最小尺寸相容的最大束径。
电子束图形曝光主要用于掩模版的制作。只有相当少的电子束装置是用于将电子束直接对光刻胶曝光而不需使用掩模版。右图为电子束图形曝光系统的装置图。电子枪是用来产生一具有适当电流密度的电子束的部件；用钨热发射阴极或是LaB6单晶来做电子枪；
聚焦透镜是用来将电子束聚焦成直径为10nm～25nm的束斑。电子束曝光机示意图
消隐电极是用来控制电子束的开关；电子束偏移转圈由电脑控制，通常工作在兆赫或是更高的频率范围内，将电子束聚焦到衬底上扫描区域(scan field)内的任意位置。因为扫描区域(典型为1 cm)通常比晶片来得小，因此需要用精密机械工作台对晶片定位以便曝光图案。
利用电子束投影的图形曝光技术，SCALPEL系统（散射角度限制的投影电子束图形曝光），此技术集电子束图形曝光特有的高分辨率和工艺宽容度（聚焦深度20-30µm，传统为1µm）以及高产率。图
SCALPELwriting strategy
在电子束曝光中，分辨率受到电子散射的限制。当电子穿过光刻胶膜和进入衬底时，发生一系列碰撞，导致能量的损耗和路径的改变。因此，入射电子在穿过材料的沿途发生离散，直到能量耗尽或者受背散射作用离开材料为止。
由于存在背散射，光刻胶所受到的辐照剂量是四周各区域散射来的辐照之和，即电子束在某处的辐照将影响邻近区域的辐照，这种现象称为邻近效应。邻近效应限制了图形之间的最小间距。
为了克服邻近效应，可以把图形分割成小段，调整每小段的入射电子剂量，使它与邻近各段散射来的剂量叠加后正好等于总的曝光剂量。由于分段曝光增加了计算机工作时间，产出率进一步下降。
电子散射剂量分布及电子模拟轨迹背散射前向散射主束流微米光刻胶
在顺序扫描系统中，光刻胶图案是利用电子束规则地垂直移动来描写出来的，如图(a)。电子束依序扫描掩模版上任何可能的区域，而在不需要曝光的区域则适时地关闭。在此区域的所有图案都必须细分成独立的地址域(address)。
而且对一给定的图案必须有一个最小的能被电子束寻址尺寸整除的增量间隔。
在向量扫描系统图(b)中，电子束只被导引到需要的图案处，电子束从一个图案处跳跃至另一个图案处不需如同顺序扫描般扫描整个芯片。对许多芯片而言，平均的曝光面积只有全部面积的20％，所以用向量扫描系统可节省曝光时间。
图(c)为电子束图形曝光中用到的各种电子束类型：高斯点状电子束(Gaussian spot beam，即圆形电子束)投影、可变形状电子束(variahle shaped beam)投影与单元投影(cell projection)。
在可变形状电子束系统中，矩形绘图电子束的面积大小及长宽比例可调整，它有可同时曝光数个地址域的优点。因此在向量扫描方法中，利用可变形状电子束可比利用传统的高斯点状电子束法拥有较高的产率。
而利用单元投影的方法，可以在一次曝光下完成一个复杂的几何图案，图(c)的最右边为此法的图示。单元投影技术特别适合高度重复性的设计，如MOS存储单元，因为数个存储单元的图案可通过一次曝光完成。但单元投影技术的产率尚未达到光学图形曝光光刻机的标准。
可变形电子束单元投影
一、SCALPEL系统 SCALPEL集电子束图形曝光特有的高分辨率和工艺宽容度(如聚焦深度约为20～30μm，KrF光学图形曝光系统小于1μm)以及投影系统特有的高产率于一身．SCALPEL的掩模版预期将远比光学掩模版便宜，这是因为对于100 nm时代，光学掩模版在制作时需考虑光学邻近修正而利用相移掩模版，但是SCALPEL工艺只需采取4倍投影缩小方法即可．现在有一种利用电子束技术的新方法，它是利用电子束投影的图形曝光技术，此方法的例子为SCALPEL系统(scattering withangular limitation projection electron-beam lithography，散射角度限制的投影电子束图形曝光)。
邻近效应在光学图形曝光中，分辨率的好坏是由衍射来决定的。在电子束图形曝光中。分辨率并非由衍射光决定(因为具有数个千电子伏或是更高的能量的电子，其对应的波长比0.1nm更短)而是由电子散射决定。
当电子穿过光刻胶与下层的基材时，这些电子将经历碰撞而造成能量损失与路径的改变．因此这些入射电子在行进中会散开，直到它们的能量完全损失或是因背散射而离开为止。
图(a)为用计算机计算的初始能量为20keV的100个电子轨迹，射入厚硅衬底上一个厚度为0.4μm的PMMA薄膜层。此电子束沿z轴方向入射，所有的电子轨迹都投影在xz平面上。此图定性显示电子分布在一个椭圆形的梨状区域内。
而其直径大小与电子的穿透深度约为同一数量级(约3.5μm)。另外，许多电子也因经历背散射碰撞而从硅衬底反向行进进入PMMA光刻胶再离开。
图(b)显示在光刻胶与衬底界面中，正散射与背散射电子的归一化分布。由于背散射的关系，这些散射电子可以有效地辐照到距曝光束中心点几微米的区域。将这些环绕区域光照的剂量加起来，可知当电子束曝光某一个区域，将会影响到附近区的曝光，此现象称为邻近效应。
邻近效应的限制会发生在图案间的空间很小时，而修正邻近效应的方法是将图案分割成更小的区域。将每一个小区域的入射电子剂量作一些调整，使其与周围其他小区域散射的电子剂量合起来，恰为正确的曝光剂量。
真空氦气环境二、X射线曝光X射线曝光（XRL）有望取代光学曝光进行100nm超微细加工。它采用类似于接近式光学曝光的遮蔽式曝光方法，X射线通过1:1的掩模进行曝光，掩模位置距衬底10～40μm。
X射线曝光有效利用了电子束曝光高分辨率的特点（理论分辨率高于50nm），且比电子束曝光更适于大规模生产。但X射线曝光也存在一些问题尚待解决，如X射线不易聚焦，易导致图形畸变；掩模版制备比较困难等等。接近式X射线曝光系统示意
XRL图形曝光极有潜力继承光学图形曝光来制作100nm的集成电路。当利用同步辐射光储存环进行批量生产时，一般选择X射线源。它提供一个大的聚光通量，且可轻易容纳10-20台光刻机。XRL是利用类似光学遮蔽接近式曝光的一种遮蔽式曝光。
掩模版为XRL系统中最困难且关键的部分，而且X射线掩模版的制作比光学掩模版来得复杂。为了避免X射线在光源与掩模版间被吸收，通常曝光都在氦的环境下完成。可以利用电子束光刻胶来作为X射线光刻胶，因为当X射线被原子吸收，原子会进入激发态而射出电子。
激发态原子回到基态时，会释放出X射线，此X射线被原子吸收，故此过程一直持续进行。所有这些过程都会造成电子射出，所以光刻胶在X射线照射下，就相当于被大量的二次电子照射。
X射线曝光时，波长一般选择在0.2～4 nm之间。掩模是X射线曝光系统中最困难和最关键的部分，X射线掩模版的材料组成、结构形式和制作工艺比光学掩模复杂得多。掩模衬底：低原子序数材料（如碳化硅、氮化硼、硅、铍等），用LPCVD制成薄膜片（1-2μm）。
吸收体薄膜：高原子序数材料（如钽、钨、金及其合金），蒸发、射频溅射或电镀法制成薄膜（约0.5μm）。掩模图形：电子束扫描光刻和干法刻蚀、精细电镀等图形转移技术实现。
X射线空白掩模版基板制备工艺由于X射线有很强的穿透力，通常用于深紫外曝光的光刻胶在X射线波段灵敏度非常低，曝光效率通常会下降1～2个数量级。针对特定波长的X射线，可以通过在光刻胶合成时掺入特定杂质来大幅提高灵敏度。此外，可以使用电子束光刻胶作为X射线光刻胶。
三、超紫外光曝光超紫外光曝光（EUV）是很有希望的下一代曝光技术。超紫外光波长10～14 nm，在不降低产出率情况下，最小线宽可达30nm（以PMMA为光刻胶）。但曝光系统制造难度很大，且光刻工艺需在真空中进行。EUV曝光系统示意
激光产生的等离子体或是同步辐射(synchrotron radiation)可提供波长为10nm～14nm的极远紫外光光源给EUV系统。
EUV的曝光是利用掩模版的反射，而掩模版图案做在吸收膜上，此吸收膜则淀积在多层覆盖的平硅衬底或玻璃衬底做成的掩模版空片(maskblank)上。EUV反射光是由掩模版上的非图案区(无吸收层区)，通过四倍的微缩照相将图案转移至晶片上的薄光刻胶层。
EUV图形曝光已经证实可利用波长为13nm的光源，在PMMA光刻胶上制作出50nm的图案。然而，制造EUV曝光系统将面临几项挑战，因为所有的材料对EUV光都有强的吸收能力，所以曝光过程必须在真空下进行。
照相机必须使用反射透镜器件，而这些镜子必须覆盖多层的覆盖层，如此才可以产生四分之一波长的布喇格反射分布。另外，掩模版空片必须要覆盖多层膜，以便在波长为10nm～14nm得到最大的反射率。
四、离子束曝光像电子束一样，当具有一定能量的离子束照射光刻胶时，可使光刻胶的溶解特性发生变化，它本质上是离子注入技术的另一种应用。注入光刻胶中的离子通过弹性和非弹性碰撞，使光刻胶分子量或结构发生变化，从而导致溶解特性发生变化。
由于离子的质量较大，散射作用比电子弱，几乎不存在邻近效应，因此离子束曝光比光学、X射线或电子束曝光技术具有更高的分辨率。离子束曝光的另一个特点是，许多光刻胶（如PMMA）对离子比对电子更为灵敏，因此可缩短曝光时间。
离子束曝光系统有两种：扫描聚焦束系统和掩模束系统。前者类似电子束的装置，离子源来源于Ga+或H+。后者类似于5倍微缩光学分步重复投影系统，通过图形掩模将100eV的氢离子进行投影。离子束曝光的主要问题是对掩模版要求高。
为提高分辨率，掩模衬底材料要尽量薄（0.1μm），制备难度很大。
离子束曝光比光学、X射线与电子束图形曝光技术有更高的分辨率，因为离子有较高的质量而且比电子有较小的散射。它最主要的应用为修补光学图形曝光用的掩模版，因此市面上有专门针对此用途而设计的系统问世。
下图为能量60keV的50个氢离子注入PMMA及不同衬底中的电脑模拟轨迹。在深度为0.4μm时，所有离子散开的范围为0.1μm[请与电子束情况作比较]。在硅衬底中，背散射几乎完全消失，只有以金为衬底时有少量的背散射。
然而，离子束图形曝光可能遭受到随机(或离散)空间电荷的影响而使离子束变宽。
不同光刻技术比较先前讨论的图形曝光方法，都有100nm的或更好分辨率。每种都有其限制：光学法的衍射现象、电子束的邻近效应、X射线的掩模版制作复杂、EUV的掩模版空片的制作困难、离子束的随机空间电荷效应。
对于IC的制造，多层掩模版是必需的，然而，所有的掩模版层并不需要都用相同的图形曝光方法。采用混合与配合的方法，可利用每一种图形曝光工艺的优点来改善分辨率与提供产率。根据半导体工业协会的设想，IC制作技术将在2010年时会达到50nm。
对于每一代新技术，由于要求更小的特征尺寸与更严格的套准容差，图形曝光技术更成为推动半导体工业的关键性技术。
微电子工业之所以能够持续发展，是因为可以将越来越小的图形转移到衬底上的技术一直在不断提高。目前，主要的光刻设备仍是光学曝光系统。限制光学曝光分辨率的主要因素是衍射。
由于准分子激光器、光刻胶化学、分辨率增强技术（如PSM、OAI和OPC）和高数值孔径技术的发展，光学曝光在100nm线宽以下仍是主流技术。电子束曝光是纳米工艺中制作掩模和探索新器件的较好技术选择。其他的曝光技术有超紫外光（EUV）、X射线和离子束曝光等。
虽然各种方法都具有100 nm或更高的分辨率，但每种方法都有自己的局限。目前还没有一种方法可以明显地取代光学曝光，但是混合匹配法可以利用每一种曝光方法的优点来提高分辨率，同时使产出率达到最大。
各种曝光系统的比较离子束X射线超紫外光电：下表列出相关数据。
各种曝光系统的比较离子束X射线超紫外光电子束光学离子束同步加速器激光等离子体灯丝激光源曝光机没有有有没有有衍射限制全区折射直接光照折射折射折射曝光法步进是是是是分布扫描0.030.050.03< 0.100.10最高分辨率（μm）303020～3010～15508英寸硅片产率（pcs/h）4×1×4×4×4×缩倍掩模否是是是是邻近效应修正印模穿透反射穿透穿透辐射路径单层单层表面成像单层单层单层或多层光刻胶否是否是是化学增强光刻胶
各种曝光系统的分辨率与硅片产率的关系
在微电子制造工艺中，光刻图形必须最终转移到光刻胶下面组成器件的各薄膜层上，这种图形的转移是采用刻蚀工艺完成的。干法刻蚀湿法化学刻蚀浸入式湿法刻蚀喷洒式湿法刻蚀等离子刻蚀溅射刻蚀／离子铣反应离子刻蚀刻蚀工艺
刻蚀品质因素（figures of merit）：a.刻蚀速率：单位时间的刻蚀厚度，典型值为几百至几千Å/min。b.刻蚀速率的均匀性：一个基片内不同地方或几个基片之间刻蚀速率变化的百分比。c.刻蚀速率的各向异性：沿衬底表面横向与纵向刻蚀速率的差异。
d.刻蚀选择性：刻蚀液对不同材料刻蚀速率的比值。e.刻蚀损伤：刻蚀过程对衬底造成的结构缺陷。f.工艺安全性：刻蚀过程涉及的工艺安全问题的多少及严重程度。最大刻蚀率－最小刻蚀率最大刻蚀率＋最小刻蚀率刻蚀速率均匀性（％）＝×100％
湿法化学刻蚀(wet chemical etching)：是使用特定的溶液与需要被刻蚀的薄膜材料进行化学反应，选择性地刻蚀掉该薄膜层上未被掩蔽的部分。
刻蚀过程包括三个基本阶段：反应物通过扩散输运到反应表面，化学反应在此表面发生，然后通过扩散将反应生成物从表面移除。在半导体工艺中被广泛地应用。从半导体晶片一被切开，化学腐蚀剂就被用在晶面的研磨与抛光上，以得到光学上平整与无损伤的表面。
在热氧化或外延之前，半导体晶片通过化学清洗以将操作与储存过程中产生的污染去除。
湿法化学刻蚀喷洒式湿法刻蚀浸入式湿法刻蚀分类向基片上喷洒刻蚀溶液将基片浸入刻蚀溶液刻蚀方式刻蚀液浓度、时间、温度以及溶液的搅拌方式主要参数刻蚀选择性好、设备简单、损伤少、产量（刻蚀速率）大优点易污染、各向异性差（特别是对金属和氧化物）。
如果刻蚀速率和时间控制不精确，通常会有钻蚀（undercut）或侧蚀。缺点
光刻胶被刻蚀薄膜刻蚀偏差基片湿法化学刻蚀造成的侧蚀一般来说，湿法刻蚀的特征尺寸不小于3μm。目前，湿法化学腐蚀尤其适合将多晶硅、氧化物、氮化物、金属与Ⅲ-V族化合物等作整片(即覆盖整个晶片表面)的腐蚀。搅动、腐蚀液的温度都会影响腐蚀速率。
IC工艺中，大多数WCE是将晶片浸入化学溶液中，或是喷射腐蚀液在晶片表面。
在浸入式腐蚀中，晶片泡在腐蚀溶液中，通常需要机械搅动以确保腐蚀的均匀度与一致的腐蚀速率。喷洒式腐蚀已逐渐取代浸入式腐蚀，通过稳定地提供给表面新的腐蚀剂可大幅度增加腐蚀速率与均匀度。对半导体生产线，高度均匀与快速的腐蚀速率是很重要的。
均匀的腐蚀速率必须在每片晶片上的每一点、每批晶片中的每一片晶片、不同批次之间与不同的图案尺寸和图案密度都能保持均匀。
腐蚀速率均匀度可用腐蚀速率的百分比均匀度来表示：WCE的基本机制
一、硅的刻蚀在湿法刻蚀硅的各种方法中，大多采用强氧化剂对硅进行氧化，然后再用氢氟酸溶解氧化物。
最常用的刻蚀剂是硝酸（HNO3）与氢氟酸（HF）和水或醋酸（CH3COOH）的混合液，化学反应式为：水可以作为上述腐蚀剂的稀释剂，然而醋酸比水要好，它可减缓硝酸的溶解。硅的湿法化学刻蚀中，用一些方法可以实现定向刻蚀：a.掺杂浓度不一样，导致刻蚀速率不一样。
一个常用的掺杂选择刻蚀液配方是：HF／HNO3／CH3COOH（1 : 3 : 8），它对于重掺杂硅的刻蚀速率是轻掺杂硅刻蚀速率的15倍。
b.不同晶面的原子键密度不一样，导致刻蚀速率不一样。一些刻蚀剂对某一晶面的刻蚀速度比其它晶面快得多，这称为各向异性刻蚀。对于硅单晶，几乎所有的各向异性刻蚀液对常用晶面的刻蚀速率均为：R（100）> R（110）> R（111）。
(100)、(110)与(111)的腐蚀速率比为100：16：1。
一些刻蚀剂，如联氨（H2N-NH2）、乙二胺-邻苯二酚-水三元混合液（EPW，H2N(CH2)2NH2-C6H4(OH)2-H2O）、氢氧化钾（KOH）和四甲基氢氧化铵水溶液（TMAH，(CH3)4NOH）等，可以对单晶硅进行各向异性刻蚀。
这种湿法刻蚀方法在MEMS器件制备上应用较多。
利用二氧化硅当掩蔽层，对<100>晶向(oriented)的硅做各向异性腐蚀，会产生清晰的V型沟槽，沟槽的边缘为(111)晶面，且与(100)的表面有54.7o的夹角，如图(a)左边的图。
如果打开的图案窗足够大或是腐蚀时间足够短，则会形成一个U型的沟槽，如图(a)右边的图。如果使用的是<110>晶向的硅，实际上会在沟槽的边缘得到两个垂直的面，这两个面为(111)的晶面，如图(b)所示。我们可以用大的各向异性腐蚀速率来制作亚微米线宽的器件结构。
如果打开的图案窗足够大或是腐蚀时间足够短，则会形成一个U型的沟槽，底部面积的宽度为：或
（100）晶向硅片刻蚀后的SEM照片
如果使用的是晶向的硅，实际上会在沟槽的边缘得到两个垂直的面，这两个面为(111)的晶面。
二、二氧化硅的刻蚀二氧化硅的湿法刻蚀通常采用添加或不添加氟化铵（NH4F）的氢氟酸（HF）稀释溶液，化学反应式为：在HF中加入NH4F可以控制溶液的pH值，并且补充氟离子在反应过程中的损耗，保持稳定的刻蚀速率：加入氟化铵的氢氟酸溶液称为氢氟酸缓冲溶液（BHF:buffered HF solution）或氧化层缓冲刻蚀液（BOE: bufferedoxide etch）。
二氧化硅的刻蚀速率取决于刻蚀溶液浓度、温度和搅拌情况等因素。此外，氧化层的化学计量比、密度、孔隙率、微结构以及杂质浓度和类型等都对刻蚀速率有一定影响。
三、氮化硅和多晶硅的刻蚀加热的磷酸（H3PO4）或常温下的浓HF溶液和BOE，可以对硅的氮化物进行刻蚀。温度为180°C时，85％的磷酸溶液可以以二氧化硅为掩模对硅的氮化物进行选择性刻蚀，典型刻蚀速率为10nm/min。
煮沸的磷酸会使光刻胶黏附力降低，因此在涂覆光刻胶前，在氮化物上淀积一层氧化物。图形先转移到二氧化硅层上，然后以其为掩蔽刻蚀氮化硅。多晶硅的刻蚀与单晶硅类似，但大量晶界的存在使刻蚀速率明显增大，因此通常需要调整刻蚀液以避免多晶硅下面的栅氧化层受到腐蚀。
此外，掺杂浓度和温度对多晶硅的刻蚀速率也有一定影响。
四、铝的刻蚀铝和铝合金薄膜通常用加热的磷酸（H3PO4）、硝酸（HNO3）、醋酸（CH3COOH）和去离子水的混合溶液（73％：4% : 3.5% : 19.5%）进行刻蚀，刻蚀温度为30～80°C，可用二氧化硅进行掩蔽。
铝的湿法刻蚀过程：硝酸先使铝氧化，然后磷酸分解氧化铝，由于铝刻蚀过程中生成的气体（氢气）会影响刻蚀的均匀性，通常在刻蚀液中加入少量的醋酸。铝的湿法刻蚀速率取决于刻蚀液浓度、温度、搅拌情况、铝薄膜中的杂质和合金类型等因素，如铝中掺入铜时刻蚀速率会降低。
四、铝的刻蚀介质与金属薄膜的湿法腐蚀通常利用化学溶液来完成，这些化学溶液会把整块材料溶解，然后转变成可溶的盐类或复合物。通常薄膜比块状材料的腐蚀速率更快。此外，微结构差、内建应力、变更化学组成比或光照等，都将使薄膜的腐蚀速率变快。
右表为一些有用的介质与金属薄膜的腐蚀剂。
五、砷化镓的刻蚀最常用的砷化镓湿法刻蚀液：下表列出相关数据。
五、砷化镓的刻蚀最常用的砷化镓湿法刻蚀液是H2SO4-H2O2-H2O、Br2-CH3OH、NaOH-H2O2、NH4OH-H2O2-H2O以及H3PO4-H2O2-H2O体系。砷化镓的多种湿法刻蚀液中，只有极少数是各向同性的。
这是因为（111）镓面与（111）砷面的表面活性差异太大。大部分刻蚀液都能使砷面成为抛光面，但是对镓面容易显示出晶体缺陷，且刻蚀速率很慢。
例如H2SO4: H2O2: H2O＝8 : 1 : 1的刻蚀液，对（111）镓面的刻蚀速率是0.8μm/min，对其它各面是0.4μm/min。
H3PO4: H2O2: H2O＝3 : 1 : 50的刻蚀液，对（111）镓面的刻蚀速率是0.4μm/min，对其它各面则是0.8μm/min。
刻蚀速率（nm/min）刻蚀液材料100：下表列出相关数据。
刻蚀速率（nm/min）刻蚀液材料100HF＋NH4F（BOE）SiO212HF＋HNO3＋H2O（P刻蚀液）0.5HF＋NH4F（BOE）Si3N410H3PO410H3PO4＋HNO3Al30HAc＋H3PO4＋H2O1000KI＋I2Au500H3PO4＋HNO3＋HAc＋H2OMo50HNO3＋HCl＋H2OPt160KH2PO4＋K3Fe(CN)6＋KOHW部分绝缘体和导体的湿法化学刻蚀剂
2024/12/30149常用干法刻蚀技术：干法刻蚀的反应装置通常包括真空腔、泵系统、电源供应产生装置、压力传感器、气流控制单元以及端点检测器等组成部份。每种刻蚀系统通过特定的压强组合、电极类型以及等离子体源频率来控制两种基本的刻蚀机制—化学刻蚀与物理刻蚀。
压强范围（Torr）刻蚀机制刻蚀装置结构0.1－10化学圆筒等离子体刻蚀0.1－10化学顺流等离子体刻蚀0.01－1化学＋物理反应离子刻蚀（RIE）0.01－1化学＋物理磁增强反应离子刻蚀0.001－0.1化学＋物理磁约束三极型反应离子刻蚀0.001－0.1化学＋物理电子回旋共振（ECR）等离子体刻蚀0.001－0.1化学＋物理感应／变压器耦合等离子体刻蚀（ICP/ TCP）0.001－0.1化学＋物理表面波耦合等离子体刻蚀（SWP）
不同类型干法刻蚀系统的离子能量和压力范围：下表列出相关数据。
不同类型干法刻蚀系统的离子能量和压力范围比较11101001000101001000低压间歇式RIE单硅片RIE低压高密度ECR、ICP圆筒等离子体刻蚀压强（mTorr）离子能量（eV）
基本等离子体理论等离子体是部分或完全电离的气体，包含正离子、负离子与一些未被电离的分子。当电场强度加到足够大时，使气体击穿电离就产生了等离子体。等离子体由某些方式释放出的自由电子所引发，例如负偏压电极的场发射所释放的自由电子。
这些自由电子从电场中获得动能，在穿越气体的过程中与气体分子碰撞而损失能量。碰撞过程中的能量转移使得气体分子电离（也就是释放出电子）。这些释放出来的自由电子再从电场获得动能，此步骤一直重复产生。
因此，当外加的电压大于击穿电压时，在反应腔体中就会形成持续地等离子体。在干法刻蚀时，等离子体中的电子浓度相当低，大概的数值为109cm-3～1012cm-3。
在压强为1Torr时，气体分子的浓度为电子浓度的104～107倍，因此导致气体的平均温度为50℃～100℃，所以等离子体辅助干法刻蚀是一种低温工艺。
8.3刻蚀工艺
二、等离子体探测等离子体探测大多数的等离子体工艺中发出的射线范围在红外光到紫外光之间，一个简单的分析方法是利用光学发射光谱仪(optical emission spectroscopy，OES)来测量这些发射光谱的强度与波长的关系。
利用观察到的光谱波峰与已知的发射光谱比较，通常可以决定出中性或离子物质的存在。物质相对的浓度，也可以通过观察等离子体参数改变时光强度的改变而得到。这些由主要刻蚀剂或副产物所引起的发射信号在刻蚀终点开始上升或下降。
终点控制干法刻蚀与湿法化学腐蚀的不同点在于干法刻蚀对下层材料无法呈现足够的选择比。因此，等离子体反应器必须配备一个用来探测刻蚀工艺结束点的监视器，也就是终点探测(end point detection)系统。
激光干涉度量法(1aserinterferometry)用来持续监控晶片表面的刻蚀速率与终止点。在刻蚀过程中，从晶片表面反射的激光会来回振荡，这个振荡的发生是因为刻蚀层界面的上界面与下界面的反射光的相位干涉。因此这一层材料必须透光或半透光才能观察到振荡现象。
等离子体刻蚀系统示意
溅射刻蚀溅射刻蚀过程中，衬底在真空反应室内被置于负电位的固定器上。导入的氩气在反应室内离化成带正电荷的高能（500eV）氩离子。
氩离子在电场中加速轰击位于阴极固定器上的衬底薄膜表面，如果轰击离子传递给被撞原子的能量比原子的结合能（几到几十eV）大，就会使被撞原子脱离原来位置飞溅出来，形成溅射刻蚀。优点：具有较好的各向异性。缺点：刻蚀选择性较差、刻蚀速率较小且会造成一定的刻蚀损伤。
溅射刻蚀系统示意
反应离子刻蚀反应离子刻蚀是一种介于溅射刻蚀和等离子体刻蚀之间的干法刻蚀技术。在这种刻蚀方法中，同时利用了物理溅射和化学反应的刻蚀机制。与溅射刻蚀的主要区别是，反应离子刻蚀使用的不是惰性气体，而是与等离子体刻蚀相同的活性气体。
由于在反应离子刻蚀中化学和物理作用都有助于实现刻蚀，因此可以灵活地选取工作条件以获得最佳刻蚀效果。优点：具有较高刻蚀速率、较好各向异性效果、较好刻蚀选择性和较低刻蚀损伤，是目前微电子工艺中应用最广泛的干法刻蚀技术。缺点：刻蚀终点难以检测。
随着微电子器件特征尺寸的不断减小，传统RIE系统刻蚀的极限正在逼近。
目前，高密度等离子体源（如ECR、ICP、TCP以及SWP等）发展迅速，它们可以提供较高的等离子体浓度（1011～1012cm-3）和较低的工作压强（< 20 mTorr），具有更高的刻蚀速率和更好的刻蚀选择性。
一、反应离子刻蚀反应离子刻蚀已被广泛应用于微电子工业。在平行板系统中，晶片被rf电容耦合的下电极托住，这样可使接地电极具有大出许多的面积，因为事实上腔体本身即为接地电极。
较大的接地区域结合较低的工作压强(<500mTorr)，使晶片表面具有大而且为负的偏压，导致晶片受到能量充沛的离子轰击。此刻蚀系统的选择比比传统的桶状(barrel)刻蚀系统选择比要低，这是由于强烈物理溅射的关系。然而，选择比可通过选择适当的化学刻蚀来改善。
例如，另外也可以用三极组态的RIE系统来代替，如图所示
8.3刻蚀工艺
4.电子回旋共振大部分的平行板等离子体刻蚀机，除了三极RIE例外，都无法提供独立控制等离子体参数(如电子能量、等离子体密度与反应物密度)的能力，因此离子轰击导致损伤成为一个严重的问题。ECR反应器结合微波电源与一静磁场来驱使电子沿磁场线作一定角频率的回旋。
当此频率等于外加微波的频率时，电子能量与外加电场产生共振耦合，造成大量的分解与电离(ECR为10-2，相对于RIE的10-6)。右图显示ECR反应腔组成，微波功率通过微波窗耦合进入ECR等离子体源区域。磁场由磁场线圈提供，ECR等离子体系统也可用于薄膜淀积。
ECR等离子体可高效率地将反应物激活，并使得薄膜淀积在室温下即可完成而不需要热激活。
其他高密度等离子体刻蚀机由于ULSI的线宽持续缩小，逼近传统的RIE系统极限。
除了ECR系统外，其他形式的高密度等离子体源(HDP)，如电感耦合等离子体源(inductively coupled plasma，ICP)、变压器耦合等离子体源(transformer coupled plasma，TCP)与表面波耦合等离子体源(surfacewavecoupled plasma，SWP)也已开始发展。
这些设备拥有高等离子体密度(1011cm-3～1012cm-3)与低工艺压强(<20mTorr)，另外它们允许晶片底部平板可独立接上电源，如此可以降低离子能量(晶片偏压)与离子通量(主电源供应的等离子体密度)的耦合。
下图显示了一使用集成设备对多层(Tiw/AlCu/TiW)金属互连导线的刻蚀工艺过程。集成设备它将AlCu刻蚀反应腔、TiW刻蚀反应腔与钝化层剥蚀(strip passivation)反应腔组合在一起。
集成设备有经济上的优势，因为晶片较少暴露于污染的环境中且只需较少的操作，从而有较高的成品率。
刻蚀剂被刻蚀材料HBr / NF3/：下表列出相关数据。
刻蚀剂被刻蚀材料HBr / NF3/ O2/ SF6硅深沟槽HBr / Cl2/ O2硅浅沟槽HBr / Cl2/ O2, HBr / O2, BCl3/ Cl2, SF6多晶硅BCl3/Cl2, SiCl4/ Cl2, HBr / Cl2AlBCl3/ Cl2/ N2AlSiCuSF6, NF3/ Cl2WSF6TiWCF4/ Cl2, CF2Cl2/ NF3, Cl2/ N2/ C2F6WSi, TiSi2, CoSi2CHF3/ O2, CH2F2, CH2CHFSi3N4CF4/ CHF3/ Ar, C2F6, CH2F2, C5F8SiO2BCl3/ArGaAs不同刻蚀工艺中的刻蚀剂
反应等离子体刻蚀的应用等离子体刻蚀系统已由应用于简单的、整批的光刻胶剥蚀快速发展到大的单片晶片加工。刻蚀系统为符合深亚微米器件的图案转移，从传统的反应离子刻蚀机持续改进到高密度等离子体刻蚀机。除了刻蚀设备外，刻蚀中的化学剂也是影响刻蚀工艺性能的关键角色。
发展一套刻蚀工艺通常要通过调整大量的工艺参数来将刻蚀速率、选择比、轮廓控制、临界尺寸、工艺导致损伤等最佳化。
刻蚀用的化学药品被刻蚀材料HBr/NF3：下表列出相关数据。
刻蚀用的化学药品被刻蚀材料HBr/NF3/O2/SF6深Si沟槽HBr/Cl2/O2浅Si沟槽HBr/Cl2/O2, HBr/O2, BCl3/Cl2, SF6多晶硅BCl3/Cl2, SiCl4/Cl2, HBr/Cl2AlBCl3/Cl2N2AlSiCu只有SF6, NF3/Cl2W只有SF6TiWCCl2F2/NF3, CF4/Cl2, Cl2/N2/C2F6WSi2，TiSi2，CoSi2CF4/CHF3/Ar, C2F6, C3F8/CO, C5F8,CH2F2SiO2CHF3/O2, CH2F2, CH2CHF2Si3N4
硅沟槽刻蚀当器件尺寸缩小时，晶片表面用作隔离DRAM存储单元的储存电容与电路器件间的区域也会相对减少。这些表面隔离区域可以利用硅晶片的深沟槽刻蚀，再填入适当的介质或导体物质来减少其所占的面积。深沟槽深度通常超过5μm，主要是用于形成储存电容。
浅的沟槽其深度通常不会超过1μm，一般用于器件间的隔离。氯基或溴基的化学剂对硅有高刻蚀速率，且对以二氧化硅为掩蔽层的硅刻蚀有高选择比。HBr+NF3+SF6+O2混合气体可用于形成深度约为7μm的沟槽电容，此混合气体也用于浅沟槽的刻蚀。
亚微米的深硅沟槽刻蚀时，常可观察到与高宽比有关的刻蚀(亦即刻蚀速率随高宽比改变)，这是因深窄沟槽中的离子与中性原子的输运会受到限制。
下图显示硅沟槽的平均刻蚀速率与高宽比有关，有大高宽比的沟槽比小高宽比的沟槽的刻蚀速率要慢。
多晶硅与多晶硅化物栅极刻蚀多晶硅与多晶硅化物(即多晶硅上覆盖有低电阻金属硅化物，称为polycide)常用作MOS器件的栅极材料。
各向异性刻蚀及对栅极氧化层的高选择比是栅极刻蚀时最重要的需求，例如，对1G DRAM而言，其选择比需超过150(即多晶硅化物与栅氧化层的刻蚀速率比为150：1)。
要同时得到高选择比与各向异性刻蚀，对大部分的离子增强刻蚀工艺是困难的，因此可使用多重步骤的工艺，其中各个不同的刻蚀步骤可分别针对各向异性和选择比来最佳化。
另一方面，为符合各向异性刻蚀与高选择比的要求，等离子体技术的趋势是利用一相对低的功率产生低压与高密度的等离子体。大多数氯基与溴基化合物可用于栅极刻蚀而得到所需要的各向异性与选择比。
介质刻蚀定义介电层(尤其是二氧化硅与氮化硅)的图案是先进半导体制造技术中的关键工艺。因为具有较高的键结合能量，介质的刻蚀必须利用氟基增强等离子体。
垂直的图案轮廓可通过侧壁钝化(sidewall passivation)来实现，通常将含碳的氟化物加入等离子体中(如CF4、CHF3、C4F8)。
必须使用轰击能量较高的离子才能将此聚合物形成的钝化层从氧化层上去除，以及将反应物质与氧化物表面混合形成SiF，的产物。
金属导线刻蚀IC制造中，金属层的刻蚀是一个相当重要的步骤。铝、铜与钨是金属导线常用的材料。这些材料通常需要各向异性刻蚀。氟与铝反应产生非挥发性的AlF3，AlF3在1 240℃时，其蒸气压只有1Torr。氯基(如Cl2/BCl3的混合物)化学剂常用于铝的刻蚀。
氯对铝有极高的化学刻蚀速率并且在刻蚀时会有横向钻蚀(undercut)现象。将含碳气体(如CHF3)或是氮气加入反应中，可在侧壁产生钝化层而得到各向异性刻蚀。暴露于大气环境中是铝刻蚀的另一问题。
Al侧壁上残留的氯与光刻胶容易与常压下的水气形成HCl，此HCl会腐蚀铝。在晶片暴露于大气环境之前，先临场(in-situ，或译同次)通入CF4等离子体，用F取代Cl；然后再通入氧等离子体来去除光刻胶；紧接着立刻将晶片浸入去离子水中，如此即可避免Al的腐蚀。
下图为晶片上0.35μm的TiN/Al/Ti线与间隔，置于外环境下72h。可见即使长期暴露于大气环境中，铝金属并没有产生腐蚀现象。
在ULSI电路中，铜金属材料是广受瞩目的后起之秀。铜有较小的电阻率(约1.7μΩ·cm)，而且铜比铝或铝合金有较佳的抗电迁移的能力。然而由于铜的卤化物挥发性较低，室温下的等离子体刻蚀并不容易。刻蚀铜膜的工艺温度需要高于200℃。
因此，铜的金属导线制作使用嵌入式(damascence)工艺而不用干法刻蚀。嵌入式工艺包含几个步骤：先在平坦的介电层上刻蚀出沟槽或渠道，然后将金属(如铜或铝)填入沟槽中来作为连接导线。
在两层嵌入式(dual damascence)工艺中，如右图所示，牵涉了另一层，即除了上述沟槽外，还需将一系列的洞(亦即接触孔或通孔)刻蚀出来并以金属填入。填完后。再以化学机械抛光(CMP)将金属与介质的表面平坦化。
嵌入式工艺的优点是免掉了金属刻蚀的步骤，而铜刻蚀正是IC工业从铝改成铜导线时最担心的技术问题。
LPCVD钨(W)已广泛用于接触孔填塞与第一层金属层，这是因为钨有完美的淀积均匀覆盖性。氟基与氯基化合物均可刻蚀钨，且生成挥发性产物。利用钨全面回蚀(blanket W etchback)得到钨插栓(W plug)是钨刻蚀的一项重要应用。
下图所示为以LPCVD全面性地将钨淀积在TiN的阻挡层上。此工艺常使用两段式步骤：首先90％的钨以高刻蚀速率来刻蚀，然后选用W对TiN有高选择比的刻蚀剂以较低的刻蚀速率将其余的钨去除。
自从80年代后期用多晶硅成功制作旋转式微马达于硅芯片上以来，微机电系统(microelectromechanicalsystems，MEMS)迅速引起人们的注意。硅材料的微机电系统，采用许多成熟的硅基集成电路技术。
这种方式使得微机电系统产品类似于集成电路，可整批制造，廉价推广。除了利用集成电路技术之外，微机电系统本身亦发展出一些特殊的新技术，我们将探讨三种特殊的刻蚀技术：本体微细加工、表面微细加工和LIGA工艺。
通常本体微细加工器件使用双面工艺形成自隔离的结构，其一面封闭在于净的封装下，而另一面则暴露于所欲测量的机械或化学等环境中接受信号。双面结构即使工作在对于微电子器件不利的环境中亦非常坚固。
一些简单的机械器件，如膈膜(diaphragm)式压力传感器、薄膜(membrane)和悬梁压阻式加速度传感器(cantilever-beam piezoresistive acceleration sensor)在商业上多以此技术制造。
右图描述一简单硅胶薄膜的制作过程
8.4微机电系统
LIGA工艺的例子如右图所示，一层300μm～500μm以上厚度的X射线光刻胶覆盖在表面导电的衬底上。图形曝光的图案是由高聚光的X射线，通过X射线掩模版长时间曝光而成，如图(a)所示；显影后，在厚光刻胶上形成花状深沟结构，如图(b)所示。
接着以金属电镀于暴露出底部的导电表面，填满深沟并覆盖光刻胶的顶部表面，如图(c)所示；除去光刻胶后，金属结构即已形成，如图(d)所示。
此结构可以被重复地作为嵌入模具使用，注入成模形成多个原电镀基座的塑胶复制品，如图(e)所示；接着这些电镀的基座复制品可用来电镀许多金属结构而成最后成品，如图(f)和(g)所示。
微型马达
微型泵／阀／驱动器
微发电机／能量采集器
设计目标是将环境中的高频声能转换为电能存储起来，向小型的无线传感器或主动标签（Auto-IDtags）供电。通过悬臂梁的振动，拾取悬臂梁上PZT膜的应力应变产生的电荷,可输出1μW电能，峰值电压达2.36V。通过整流处理后，将电能存储在电容中。
MIT,Rajendra K.sood&sang-Gook Kim
微透镜阵列RF开关
微陀螺8.4微机电系统
将一片直径200mm的晶片暴露在层流空气：下表列出相关数据。
1.如果将一片直径200mm的晶片暴露在层流空气中1min，空气流速为30m/min，若洁净室等级为10，求将有多少尘埃粒子降落在晶片上？
解：对10级的洁净室，每m3有350个直径大于500nm的粒子，1min内流经晶片表面的空气体积为：30×π×(0.2/2)2×1=0.942m3此空气中包含尘埃粒子为：350×0.942=330颗粒子因此，如果晶片上有400个IC芯片，则82%的芯片可能会有尘埃颗粒，幸好只有部分粒子会吸附在晶片表面上。
而这些吸附粒子只有少部分会不幸粘附在电路上而使电路失效。由此计算，可以知道洁净室的重要性。例题选讲
2.找出光刻胶的曝光反应曲线与图形的截面图中光刻胶的参数γ值。解：对正胶而言，ET=90mJ/cm2，El=45mJ/cm2。例题选讲对负胶而言，ET=7mJ/cm2，El=12mJ/cm2。
计算在200mm的晶片上铝的平均腐蚀速率：下表列出相关数据。
3.计算在200mm的晶片上铝的平均腐蚀速率与腐蚀速率均匀度，假设晶片在中间、左、右、上、下的腐蚀速率分别为：750、812、765、743和798nm/min。
解：铝的平均腐蚀速率为：(750+812+765+743+798)/5=773.6nm/min腐蚀速率均匀度为：(812-743)/(812+743)×100%=4.4%例题选讲
反应离子刻蚀系统(RIE)与高密度等离子：下表列出相关数据。
4.反应离子刻蚀系统(RIE)与高密度等离子体系统(HDP)，电子的密度范围各自为：109~1010cm-3与1011~1012cm-3。
假设RIE腔体的压强为200mTorr，而HDP的腔体压强为5mTorr，计算在室温下，RIE反应器与HDP反应器的电离效率。电离效率为电子密度与气体分子密度的比值。
解：对于气体分子：pV=nRT其中p的单位为atm(1atm=760000mTorr)，V的单位为L，n为物质的量(mol)，R为气体常数[0.082L atm/(mol K)]，T为绝对温度。
对于RIE反应器，n/V=p/(RT)=6.38×1015cm-3，电离效率=(109~1010)/6.38×1015=1.56×10-7~1.56×10-6。
对于HDP反应器，n/V=p/(RT)=1.6×1014cm-3，电离效率=(1011~1012)/1.6×1014=6.25×10-4~6.25×10-3。例题选讲
什么是图形转移技术？刻蚀的两个关键问题？选择性方向性光刻＋刻蚀干法刻蚀纯物理刻蚀纯化学刻蚀反应离子刻蚀RIE：增加方向性、选择性的方法CF4/O2湿法腐蚀：Si——HNA各向同性——KOH各向异性SiO2—HFMEMS本章小结
．一个光学光刻系统，其曝光功率为0.3mW/cm2．正胶要求的曝光能量为140mJ/cm2，负胶为9mJ/cm2。
假设忽略装载与卸载晶片的时间，试比较正胶与负胶的产率．13．(a)对波长为193nm的ArF-准分子激光光学光刻系统，其DNA=0.65，k1=0.60，k2=0.50．此光刻机理论分辨率与聚焦深度为多少? (b))实际上我们可以如何修正DNA、k1与k2参数来改善分辨率? (c)相移掩模版(PSM)技术改变哪一个参数可改善分辨率?14.根据光刻系统的反应曲线(response curves)：(a)使用较大γ值的光刻胶有何优缺点? (b)传统的光刻胶为何不能用于248nm或193nm光刻系统?15．(a)解释在电子束光刻中为何可变形状电子束比高斯电子束拥有较高的产率? (b)电子束光刻图案如何对准?为何X射线光刻的图案对准如此困难? (c)X射线光刻比电子束光刻的潜在优点有哪些?16.(a)为何光学光刻系统的工作模式由邻近影印法进化到投影
．如果掩蔽层与衬底不能被某一腐蚀剂腐蚀，试画出下列几种情形薄膜厚度为hf的各向异性腐蚀图案的侧边轮廓。(a)刚好完全腐蚀；(b)100％过度腐蚀；
(c)200％过度腐蚀．18．一个<100>晶向硅晶片，利用KOH溶液腐蚀一个利用二氧化硅当掩蔽层的1.5μm×l.5μm窗，垂直于<100>晶面的腐蚀速率为0.6μm/min．而<100>:<110>:<111>晶面的腐蚀速率比为100:16:1．画出20s、40s与60s的腐蚀轮廓．19．续上题，一个< 10>晶向硅晶片利用薄的SiO2当掩蔽层，在KOH溶液中藕蚀．画出< 10>硅的腐蚀轮廓．20．一个直径150mm<100>晶向硅晶片厚度为625μm．晶片上有1mm×1mm的IC．这些IC是利用各向异性腐蚀的方式来隔开．试用两种方法来完成此工艺，并计算使用这两种工艺方法损失的面积所占的比例．本章习题
．刻蚀400 nm多晶硅而不会移去1 nm厚的底部栅氧化层，试找出所需的刻蚀选择比?假设多晶硅的刻蚀工艺有10％的刻蚀速率均匀度．26．1 µm厚的A1薄膜淀积在平坦的场氧化层区域上．并且利用光刻胶来定义图案．接着金属层利用Helicon刻蚀机，混合BCI3/Cl2气体。
在温度为70 ºC来刻蚀．A1与光刻胶的刻蚀选择比维持在3．假设有30％的过度刻蚀，试问为确保顶部的金属不被侵蚀·所需光刻胶的最薄厚度为多少?27．在ECR等离子体中，一个静磁场B驱使电子沿着磁场随一个角频率ωe做圆周运动，ωe=qB/me，其中q为电荷、me为电子质量．如果微波的频率为2.45GHz，试问所需的磁场大小为多少?28．传统的反应离子刻蚀与高密度等离子体(ECR，ICP等)相比，最大的区别是什么?29．叙述如何消除Al金属线在氯化物等离子体刻蚀后所造成的腐蚀．本章习题
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