光刻工艺流程与曝光步骤有哪些？

光刻工艺的基本流程包含旋涂光刻胶->预烘烤（前烘）->曝光->显影。首先在晶圆（或衬底）表面涂覆一层光刻胶并烘干。烘干后的晶圆被传送到光刻机里面。光 线透过一个掩模把掩模上的图形投影在晶圆表面的光刻胶上，实现曝光（激发化学反应）。曝光后会选择性的通过后烘（post-exposure bake, PEB)使得光化学反应 更充分。最后将显影液喷洒到晶圆表面的光刻胶上，使得曝光图形显影。涂胶、烘烤、显影都是在匀胶显影机完成的，曝光是在光刻机完成的。匀胶显影机和光刻机 通过机械手将晶圆在各单元和机器之间传送，整个曝光显影系统是封闭的，以免晶圆表面的光刻胶会被污染。 • 但是，器件光刻工艺的前提是完成掩模版的设计及制造。光刻技术基于掩模可划分为有掩模光刻和无掩模光刻。无掩模版光刻（直写光刻技术）受限于生产效率与光 刻精度等方面因素，目前还无法满足半导体产业大规模制造的需求。

光刻的曝光步骤：晶圆经过涂胶和烘烤后被传送到光刻 机里，放置到晶圆工作台上；同时，掩模版被放置在光 刻机的掩模工作台上。光刻机的晶圆对准系统首先需要 基于对准图案进行晶圆位置调整，使其能够与晶圆工作 台初步对准；掩模对准系统会调整掩模的位置，使其初 步能够与掩模工作台对准。

光刻机的对准系统（alignment system)做掩模与对晶 圆的对准，一般分为粗对准（coarse alignment）以 及精细对准（fine alignment）。对准系统计算出曝光 时的准确位置以实现极小的套刻误差（overlay）。

对准完成后，曝光系统移动到指定曝光区域先进性聚焦。 聚焦系统测量晶圆表面高度，确定聚焦位置。曝光系统 按事先设定好的曝光能量开始曝光。整个晶圆的曝光完 成后，通过机械手把晶圆取走，再次送回匀胶显影机进 行后烘和显影。

DUV投影物镜主要采用折射式透镜，其可用材料极为有限。常用的是熔融石英（石英玻璃）和氟化钙（CaF₂）晶体。熔融石英（掺氟 石英）在193nm具有>99%/cm的高透过率，热膨胀系数低且工艺成熟，是DUV物镜首选材料。但单一石英无法校正色差，因此在物 镜特定元件上引入CaF₂晶体，以利用其色散性质校正色差。CaF₂在真空紫外至中红外(130nm–9µm)都有高透过率，并具备高激光抗 损伤阈值，非常适合193nm高功率准分子激光。然而，CaF₂晶体硬度低且各向异性，加工难度远高于光学玻璃：其晶向不同硬度差异 会导致研抛不均（出现“萝卜纹”变形），加工中不均匀应力还会引发双折射甚至开裂。因此，对CaF₂透镜加工需避免剧烈温度变化 和机械应力，引入专门工艺（如磁流变抛光MRF）克服各向异性，才能获得纳米级面形和极低应力双折射。

EUV投影物镜材料：极紫外（EUV，13.5nm）光刻因所有介质在该波段高度吸收，物镜完全采用反射式多镜系统。镜片基底通常选用 超低热膨胀系数(ULE)的微晶玻璃（如德国肖特Zerodur或康宁ULE），以确保工作时尺寸形状随温度波动极小（温升0.01℃内引起的 镜面变形可忽略。EUV物镜由多块非球面反射镜组成，这些反射镜表面镀有高反射多层膜。多层膜材料经典组合是钼/硅（Mo/Si）， 其在13.5nm处形成布拉格反射：Mo和Si交替堆积50对左右，每层厚度仅几纳米（典型约Mo层2.7nm、Si层4.1nm）。如此构成 ~100层纳米薄膜堆栈，可在13.5nm产生约70%的峰值反射率。