一、光刻流程

光刻机是半导体工业中的重要设备，主要用于制造芯片中的微小结构。它通过将掩模上的图形投影到硅片上，并使用紫外线照射硅片表面，使其形成微小的结构^[1]。

光刻机主要由光学系统、机械系统以及控制系统三大模块组成。光学系统配备曝光光源、透镜、反射镜等光学元件，能够将掩模版上的微小结构图形投影至硅片表面；机械系统包含工件平台、运动控制系统、自动对位系统等装置，用以精确调控硅片的位置与运动轨迹；控制系统由计算机与配套控制软件组成，实现整机运行状态与曝光流程的统一调度。在三大组成模块中，光学系统属于光刻机的核心组成部分，与此同时，曝光与显影是光刻机整套光刻工艺流程内最为关键的两道工序。

曝光过程是指将掩膜上的图形通过光学系统投影到硅片的过程。光刻胶分为正性和负性两种（左侧为负性光刻胶示意图，右侧为正性光刻胶示意图^[1]），正性光刻胶受紫外光照射后发生光化学反应，曝光区域可被显影液溶解，最终留存的图形对应掩模版遮光区域；负性光刻胶受紫外照射后发生交联反应，曝光区域难以被显影液溶解，保留图形对应掩模版透光区域。

显影过程是利用显影液选择性溶解光刻胶，在光刻胶薄膜上形成目标图形的工序。将显影液作用于曝光后的光刻胶表面，依据光刻胶感光特性选择性溶解对应区域光刻胶；清洗干燥后，光刻胶层形成与掩模版对应的图形。后续刻蚀工序再以光刻胶作为阻挡层，对无光刻胶保护的基底薄膜进行刻蚀，最终将图案转移至晶圆表面。

二．光刻胶涂覆方法以及产生的问题

无论是正性光刻胶还是负性光刻胶都在光刻过程中起到了至关重要的作用，因此对于光刻胶的涂覆就有这极高的要求。

光刻胶的涂覆方法有四种:手动涂覆、旋涂、喷涂和滚涂。其中，旋涂法是目前应用最为广泛的光刻胶涂覆方法，主要是因为它具有以下优点:

(1)涂层均匀度高，液体能够自动渗入实验器具毛细孔隙中。

(2)涂覆时间短，可以快速制备大量样品。

(3)对于薄片材料来说，旋涂法可以获得单层的涂层。

光刻胶旋涂是光刻图形曝光前的关键处理工序，旋涂成膜的均匀度直接决定后续曝光工艺的实施效果，是影响最终光刻图形成型质量的核心因素。常规光刻胶旋涂成型流程可分为三个阶段：首先，设备涂胶喷嘴将光刻胶定量喷涂至晶圆中心位置；随后晶圆高速旋转，依靠离心力使中心光刻胶逐步向晶圆四周铺展，但是会产生一种现象：在晶圆边缘形成胶层堆积隆起，工艺上可通过提升旋涂转速的方式减薄光刻胶薄膜厚度；最后，晶圆持续高速转动，胶层内的溶剂不断挥发，最终在晶圆表面形成均匀稳定的光刻胶薄膜。

常规旋涂工艺下，晶圆光刻胶膜厚沿半径方向呈现典型 “碗型” 分布即晶圆中心胶层偏厚，晶圆中部区域膜厚相对均匀；受离心力与表面张力影响，晶圆最外圈形成明显光刻胶堆积隆起（边缘珠Edge Bead），边缘膜厚远高于膜层标准厚度。这种径向膜厚的差异性起伏，会直接干扰后续光刻曝光环节的对焦精度，影响光刻工艺稳定性。其中，晶圆中心区域的胶层增厚幅度较小，基本不会对曝光成像效果产生负面影响；但晶圆边缘的光刻胶堆积问题较为突出，其膜厚可达正常工艺膜厚的数倍，过量的边缘残胶还极易蔓延至晶圆背面，造成晶圆本体污染，影响晶圆整体工艺，如下图。

晶圆边缘和晶圆背面的多余的光刻胶除了会影响涂胶显影设备，还会影响到曝光设备，甚至于影响到光刻区域之外的设备。基于这些严重的影响，在光刻过程中需要特殊的光刻胶边缘去除工艺进行去除，以便完成光刻过程和保护光刻设备。这种工艺在行业上被称为光刻胶边缘去除（edge bead removal，EBR），当晶圆上的光刻胶固化形成稳定的膜后，可进行EBR操作。

三、光刻胶边缘修复

针对光刻胶边缘修复（EBR）行业上有两种常用的办法，这两种办法有着不同的优点，同时也会存在相应的弊端。

首先，化学EBR（Chemical EBR）在涂胶和软烘完成后，采用PGMEA或EGMEA边缘去除溶剂，将少量溶剂喷涂至晶圆正反两面边缘区域，作业过程中需要严格管控溶剂作用范围，避免侵入光刻胶有效图形区域^[2]。该方法依靠溶剂溶解边缘薄膜，除剥离边缘光刻胶外，还可同步清除多余抗反射涂层残留，能够同时处理晶圆正面、倒角以及背面积聚的光刻胶，适用光刻胶类型更广，不受感光特性限制。但流体作用会造成边缘去除轮廓均匀性不足，存在溶剂向内渗透、损伤有效图形的隐患；溶解脱落的胶屑易引发颗粒污染，且持续消耗高纯有机溶剂，耗材与废液处理成本相对较高。

其次，光学EBR（Optical EBR）也称作晶圆边缘曝光（WEE），这套流程安排在涂胶软烘后主曝光之前，或主图形曝光完成之后，利用激光照射晶圆边缘区域，使被照射光刻胶发生感光反应，在后续显影工序中和曝光图形同步溶解^[3]。光学EBR无需引入化学溶剂，能够维持较高的晶圆表面洁净度，曝光形成的边界轮廓规整，不存在液相侵蚀正常光刻胶的风险，单片加工耗材成本更低。该工艺局限在于仅可处理感光型光刻胶，但是无法去除非感光类抗反射涂层^[4]。

四、光学法光刻胶边缘曝光

光学EBR的工艺稳定性对激光系统提出较高要求，光源波长选择十分关键：主流i-line（365nm）光刻工艺配套WEE方案普遍选用355nm紫外激光，该波段与商用i线光刻胶感光吸收特性匹配度良好，可以稳定激发目标光化学反应；同时355nm激光器产业化程度高，功率输出稳定性强，光学元件光老化程度低，能够减少薄膜光降解、杂散光诱发的各类缺陷。266nm深紫外激光仅适配KrF（248nm）光刻胶体系，一般不用于常规g/i线工艺；若直接搭配i-line光刻胶使用，容易出现表层过曝、底层感光不充分而产生残胶，并且该波段激光器倍频转化效率较低，光学组件使用寿命受限，整体工艺窗口偏窄。

面向光学EBR光源需求，北京杏林睿光推出自主研发的MCC系列微片激光器，MCC系列RealSubns®微片激光器产品具有非常理想的窄脉冲宽度，同时还可实现较高的单脉冲能量，产品是基于半导体泵浦的被动调Q固体激光器，激光脉冲纯净无尾，单脉冲能量稳定，光束质量好。如下图所示为原理图和实物图。

激光器采用被动调Q方案，Nd：YAG与Cr：YAG晶体键合，技术路线与杏林睿光特色微片激光器保持一致，相关工艺我们具备深厚的技术积累，可实现长寿命、高稳定性、宽温工作等特点。激光器内置了半导体制冷器，可使激光器内部工作在恒定的温度下，无惧户外的高低温环境。

MCC系列产品包含1064nm、532nm、355nm、266nm、213nm五种波长。杏林睿光的微片激光器支持内、外触发。基于外触发模式，外部触发同步控制，便于与晶圆旋转定位系统联动，355nm和266nm波长的激光器重频可以制作1kHz、5kHz、10kHz、20kHz，能量最大可以做到20μJ，脉宽650ps，下图为微片激光器参数表。同时我们为光刻胶修复领域提供定制的355nm、266nm激光器。

随着半导体工艺节点持续演进，晶圆光刻胶边缘修复（EBR）市场需求稳步增长。长期以来，晶圆边缘曝光（WEE）所用紫外脉冲激光光源主要由海外厂商供应。如今杏林睿光依托自主研发并量产的紫外脉冲激光器，推进该类光源国产化替代进程。产品兼具高可靠性、小型化、低成本优势，将持续赋能晶圆边缘曝光（WEE）技术迭代。光学EBR工艺有望缓解化学溶剂带来的污染与耗材压力，优化晶圆边缘工艺缺陷，推动光刻工序提质降本，让我们共同期待。

北京杏林睿光科技有限公司是专注于半导体激光器、微片激光器、铒玻璃激光器、高功率固体激光器及配套光学器件的研发、生产与销售的高新技术企业。公司立足自主创新，面向雷达测距、分析仪器、生物医疗、科学研究及激光加工领域，提供高性能、高可靠性、可定制化的激光光源与系统解决方案，并支持OEM/ODM一站式代工与定制开发服务。

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[1] icguide. 一步一图，了解光刻机的工作原理 [EB/OL]. 2024-04-12.

[2]Laura Peters. 边缘处理对硬掩膜很重要[J]. 集成电路应用, 2007(10)，29-29.

[3]半导体“光刻(Photo)”工艺技术的详解;．电子发烧友．2025-11-10

[4]韦亚一．超大规模集成电路先进光刻理论与应用．北京．科学出版社．2016．35-36，39-40