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首先我们谈谈芯片制造的光刻:
  光刻是加工集成电路微图形结构的关键工艺技术，通常，光刻次数越多，就意味着工艺越复杂。另—方面，光刻所能加工的线条越细，意味着工艺线水平越高。光刻工艺是完成在整个硅片上进行开窗的工作。
            光刻技术类似于照片的印相技术，所不同的是，相纸上有感光材料，而硅片上的感光材料--光刻胶是通过旋涂技术在工艺中后加工的。光刻掩模相当于照相底片，一定的波长的光线通过这个“底片”，在光刻胶上形成与掩模版（光罩）图形相反的感光区，然后进行显影、定影、坚膜等步骤，在光刻胶膜上有的区域被溶解掉，有的区域保留下来，形成了版图图形。

           光刻是集成电路制造过程中最复杂和最关键的工艺之一。光刻工艺利用光敏的抗蚀涂层(光刻胶)发生光化学反应，结合刻蚀的方法把掩膜版图形复制到圆硅片上，为后序的掺杂、薄膜等工艺做好准备。在芯片的制造过程中，会多次反复使用光刻工艺。现在，为了制造电子器件要采用多达24次光刻和多于250次的单独工艺步骤，使得芯片生产时间长达一个月之久。目前光刻已占到总的制造成本的1/3以上，并且还在继续提高。

光罩是高精密度的石英平板，是用来制作晶圆上电子电路图像，以利集成电路的制作。光罩必须是完美无缺，才能呈现完整的电路图像，否则不完整的图像会被复制到晶圆上。光罩检测机台则是结合影像扫描技术与先进的影像处理技术，捕捉图像上的缺失。 当晶圆从一个制程往下个制程进行时，图案晶圆检测系统可用来检测出晶圆上是否有瑕疵包括有微尘粒子、断线、短路、以及其它各式各样的问题。此外，对已印有电路图案的图案晶圆成品而言，则需要进行深亚微米范围之瑕疵检测。 一般来说，图案晶圆检测系统系以白光或雷射光来照射晶圆表面。再由一或多组侦测器接收自晶圆表面绕射出来的光线，并将该影像交由高功能软件进行底层图案消除，以辨识并发现瑕疵。

一般清洗技术
            干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。它是硅片表面物理和化学两种过程平衡的结果。在半导体刻蚀工艺中，存在着两个极端：离子铣是一种纯物理刻蚀，可以做到各向异性刻蚀，但不能进行选择性刻蚀；而湿法刻蚀如前面所述则恰恰相反。人们对这两种极端过程进行折中，得到目前广泛应用的一些干法刻蚀技术。例如；反应离子刻蚀(RIE --Reactive Ion Etching)和高密度等离子体刻蚀(HDP)。这些工艺都具有各向异性刻蚀和选择性刻蚀的特点。反应离子刻蚀通过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀。具有溅射刻蚀和等离子刻蚀两者的优点，同时兼有各向异性和选择性好的优点。目前，RIE已成为VLSI工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术。
      干法刻蚀借助等离子体中，产生的粒子轰击刻蚀区，是各向异性的刻蚀技术，即在被刻蚀的区域内，各个方向上的刻蚀速度不相同。湿法刻蚀是各向同性的刻蚀方法，利用化学反应过程去除待刻蚀区域的薄膜材料。通常，氮化硅、多晶硅、金属以及合金材料采用干法刻蚀技术，二氧化硅采用湿法刻蚀技术，有时金属铝也采用湿法刻蚀技术。通过刻蚀，或者是形成了图形线条，如多晶硅条、铝条等，或者是裸露了硅本体，为将来的选择掺杂确定了掺杂的窗口。

几种常见的光刻方法
接触式光刻、接近式曝光、投影式曝光

光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机
光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体
光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变
正胶：分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶
负胶：分辨率差，适于加工线宽≥3m的线条

光刻是加工集成电路微图形结构的关键工艺技术，通常，光刻次数越多，就意味着工艺越复杂。另—方面，光刻所能加工的线条越细，意味着工艺线水平越高。光刻工艺是完成在整个硅片上进行开窗的工作。
            光刻技术类似于照片的印相技术，所不同的是，相纸上有感光材料，而硅片上的感光材料--光刻胶是通过旋涂技术在工艺中后加工的。光刻掩模相当于照相底片，一定的波长的光线通过这个“底片”，在光刻胶上形成与掩模版（光罩）图形相反的感光区，然后进行显影、定影、坚膜等步骤，在光刻胶膜上有的区域被溶解掉，有的区域保留下来，形成了版图图形。

           光刻是集成电路制造过程中最复杂和最关键的工艺之一。光刻工艺利用光敏的抗蚀涂层(光刻胶)发生光化学反应，结合刻蚀的方法把掩膜版图形复制到圆硅片上，为后序的掺杂、薄膜等工艺做好准备。在芯片的制造过程中，会多次反复使用光刻工艺。现在，为了制造电子器件要采用多达24次光刻和多于250次的单独工艺步骤，使得芯片生产时间长达一个月之久。目前光刻已占到总的制造成本的1/3以上，并且还在继续提高。

目前，随着光技术、尤其是光通信和光信息处理的迅猛发展，光电子器件在电路板上的组装技术已不适合于光电子发展的要求，高数据传输速率、高密度、高性能、低成本组件技术和系统微型化已成为时代的迫切需求。解决小型化、低成本和高性能封装需要的关键是光表面安装技术(SMT)。

SMT又称为表面组装技术或表面贴装技术，是一种高度自动化、系统化的综合性技术。SMT是以微电子电路表面安装为基础发展起来的封装技术，1977年开始发展的SMT是电子元器件组装的革命，它不仅可缩小体积、减轻重量、提高组装密度、可靠性和电路速度、减小电磁干扰和射频干扰的程度，而且易于实现制造工艺自动化、降低生产成本。因此电子产品越来越多地应用SMT。1990年，全球采用SMT组装的电路组件约占电路组件的25％，2000年已达60％，预测到2010年将达80％。目前，SMT已迅速推广到光电子领域，成为光电子器件实现高速、高组装密度、高可靠性的重要技术之一。

2 光SMT的基本结构与特点

实际的表面安装模式是二次装配与杓底的焊接片互连。光SMT以电路板级安装应用为目标，是将光电子表面安装器件(OE-SMD)和通常的电子表面安装器件(E-SMD)安装在含有光学布线(光波导)和电学布线的印刷电路板(PCB)表面，克服了同轴封装难点，减少了生产现场调整和组装工序，是可望适应各种系统的产品设计和们，j部件预先检M0的先进组装技术。

光SMT可分为两种类型。一种是光聚焦型，如含激光二极管(LD)、光电二极管(PD)和电子电路在内的光发射或光接收机；另一种是平行光束型，如光隔离器、外调制器等微型光电子器件。图1示出光SMT的基本概念。在组装了各种OEIC、微型光电子器件与电子电路等OE-SMD的底面上，具有标明位置用的导向插针。组装时，将导向插针插入光电子PCB的导向孔中，从而将OE-SMD固定在PCB表面上，使之与光波导的光轴自动对准，并进行光与电连接，即OE-SMD的光输入输出端子与电输入输出端子分别与光电子PCB的光波导和电路印刷布线实现互连。OE-SMD与电路板间的电互连是通过封装的引出脚来执行。光STM只需在PCB上插入和固定OE-SMD，不需进行调整和光电耦合。

3光SMT的关键技术

光SMT的关键技术是适于表面封装的结构与器件、光耦合及对准技术。这是光SMT的基础，也是光SMT发展的重要标志。

3．1适于表面封装的结构与器件

光SMT主要的结构部件采用各种光电集成(OEIC)器件和微型光电子器件，并与电子电路一起组装为OE-SMD。适于表面封装的光电子器件与结构主要有：

微型OE-SMD：包括LD、PD、调制器、隔离器等，其发展方向是微型化、复合化、集成化。

侧面光耦合结构器件由于侧面光耦合PD是光水平进入吸收层，吸收区面积大，可获得高量子效率和大带宽，并有利于表面组装，所以多采用侧面光耦合结构的光电子器件。

集成波导结构和OEIC结梅集成平面光波导结构使光水平输入输出利于表面组装。

标准的表面安装型扁平封装结构形式：适合于光电子器件应用的有小外形封装(SOP)、四边引出脚扁平封装(QFP)、无引线陶瓷芯片载体(LCCC)、塑料有引线芯片载体(PLCC)、针栅阵列(PGA)、焊球阵列(BGA)及载带封装(TCP)等标准的表面安装型扁平封装形式。

基板：基板的主要材料是非结晶材料、复合材料基板。可望获得低成本基板和在合成玻璃或有机材料基板上制作光波路，并在有机材料基板上设置光波路和电路。

3．2光耦合技术

在光SMT中，电连接可应用现有的电子电路表面封装技术，关键是精确的光学耦合。光耦合效率对SMT很重要，其光耦合效率主要取决于模场(光斑尺寸)匹配技术和m以下的高精度光轴对准技术。模场匹配技术主要有：激光器集成锥形波导；PD集成锥形波导通过刻蚀将波导输出端形成锥肠采用热扩散法扩大光纤前端采用刻蚀、热处理等将光纤输出端加工成半球形透镜采用模场转换光纤<中间形成模场转换的锥形结构)，使之一端可与光波导匹配。

一般光纤与接收器PIN-PD的耦合比LD与光纤的耦合容易，并且PD的对接耦合效率大于85％。已为自动化批量生产开发了光耦合组装机构，其对准精度为0.8μm，以确保小于光耦合系统要求的1．5dB过剩损耗。

3．3光无源自动对准技术

光无源自动对准技术只需通过光刻、机加工等常规工艺形成物理对准结构，经简单的插入、嵌套(合)即可使光轴自动对准，不需要进行位置调整，具有省时省力、设备简单，自动化生产。对准技术主要有：导向插入对准；硅基板V沟对准；可视标记重合对准；凸凹嵌合对准；构件配合对准；焊球回流自对准等。

4低成本的光SMT技术


4．1 传统工艺与光SMT工艺比较

图2为传统的收发器组装工艺流程与表面安装型发射器和接收器的组装工艺流程比较。

传统的收发器组装流程：生产一个完整的收发器需要两个基本子组装工艺，一个是包括LD模块和PD模块的光器件子组装工艺；另一个是混合集成电路(HIC)子组装工艺。在每个组装工艺后期都要进行筛选测试，以确定其性能。在筛选测试之后，将子组装部分再组装进金属外壳。这种组装工艺复杂，不适合批量生产。

SMT发射器和接收器的组装流程：将LSI芯片键合进陶瓷外壳。采用分立组装生产线制备光耦合部分。光耦合部分由LD芯片、硅衬底和通过一个套筒端接的光纤构成。将光耦合部分安装到陶瓷管壳内之后，再安装电子芯片元件。组装工艺简单化，整个工艺是在自动组装生产线上进行，减少了组装时间，仅为HIC型收发器组装时间的一半。

4．2 低成本的SMT技术

采用硅基板、无源对准、对接耦合、树脂密封塑料管壳、插拔型结构等技术，可获得低成本光SMT型光组件。

4．2．1硅基板

硅有许多优点，采用光刻和各向异性腐蚀，硅可获得高精度、重复性好的{111)面V槽；在硅基板上容易形成金属布线图形、焊片和焊料，使基板具有PCB一样的作用；硅的高热导率适合于作为LD热沉；利用硅基板对红外光的透明性可进行光对准；硅价格低廉。

4．2．2无源对准

无源对准是简单、快速组装工艺。在硅基板上安装LD、带套管的单模光纤和PD。在三个轴定向(水平轴、光轴和水平角度轴)调节LD和PD以便焊接芯片。采用硅基板作为基准，精确地对准LD与光纤，而无需驱动器件。采用光对准方法将LD结面向下焊接在基板上。光纤放置在硅基板上的V形槽中，在垂直轴方向设置V形槽的宽度以便LD有源层与光纤芯位于同一高度。如点尺寸转换LD(SSLD)，由于点尺寸转换LD耦合效率高，可用于大功率LD组件，并且SSLD所具有的大公差对无源对准很有用。侧面照射)阳直接焊接在硅基板上，无须表面照射PD所需的子座，适合于无源对准，在接收组件中易与光纤对接耦合。

4．2．3对接耦合

对接耦合是减少元件数量的方法之一。无需透镜，LD发射光直接与光纤耦合，其耦合效率没有传统LD高，但足以满足低功率LD组件。

4．2．4树脂密封塑料管壳

采用热固化树脂材料密封光器件和光纤端面。在非气密封装的塑料管壳中焊接硅基板。用低价的非气密封装的塑料管壳替代昂贵的金属或陶瓷管壳。由于密封棚旨的折射率比空气高得多，所以树脂密封组件比气密封装组件有更高的耦合效率。此外，由于树脂的折射率与光纤的折射率接近，所以抑制了组件光纤端面的Fresnel反射，该Fresnel反射比气密封装组件低得多。

4．2．5插拔型结构

采用插拔型结构适合于光组件的批量生产。在组装工艺、自动安装和在PCB上组件的回流焊中，一般光尾纤可影响自动化。采用插拔型结构，尾纤可从组件中拆卸，这样组件可进行自动安装和回流焊接。

图3和图4分别为典型的光组件结构简图和横截面图。该组件体积为15．6×5．6×2．7mm3。采用光SMT在公共基板上安装了不同光器件。该基板上有一个窄槽，并在槽的末端切成一个(111)斜面的槽。表面安装的LD位于光纤端面，表面安装的侧面照射PD位于LD的尾端，用以监测LD的发射功率。在基板V槽中放置了带有陶瓷套圈的单模裸光纤，并用玻璃块夹紧该裸光纤。采用透明的棚旨覆盖LD、PD和光纤尾部。将该组件放人塑料管壳内，并有一个导孔与光纤尾部的插针连接对准。在基板的接点键合LD，并采用热导粘合方法，将基板与铅框架焊接在一起。该组件所测得的热阻为120°／W，传统的铜轴组件热组为100°/W。

光刻技术是开发新型 CMOS 制造工艺中的闸控功能 (gating function)。所有半导体制造商都采用相同的光刻工具，但使用工具的方法则根据制造商的专业技术及相关要求而有所差异。

在德州仪器 (TI)，我们在光刻技术方面长期开展创新工作。我们的专业技能帮助我们开发了领先的工艺，为客户实现了性能、成本和功耗的最佳平衡。

随着晶体管的临界尺寸越来越小，在芯片光阻材料 (photoresist) 暴露的区域上聚光也越来越难。目前的氩氟 (ArFl) 光刻工具可提供 193 nm 的波长，我们用它来刻蚀小至 37 nm 的临界尺寸——这比光波的长度小五倍。

显然，我们必须严格控制临界尺寸，这样形成的晶体管才能保持缩放一直。网线 (reticule) 中嵌入的相移使我们能够在次波长尺寸上聚光。根据我们的经验，采用我们的工艺构建的模型使我们可利用光学邻近效应修正 (OPC) 技术来确保暴露效果在整个晶圆上都能一致。此外，我们也正在进行网线增强技术的开发，如能够在投入量产时实现更严格制程范围的、低于分辩率的辅助特性。

这种改善提高了制造网线的成本。因此，为新产品开发适当网线的时候如果版本太多就不够经济了。相反，我们了解到应该从一开始就使网线能够适应深亚微米光刻技术的复杂性。该工艺最大程度地节约了时间和成本。

着眼于未来，我们预计新一代 193 nm 浸入式光刻工具即将向消费者提供。这种工具可在透镜与晶圆间放置一个液体薄层，提高光刻工具的折射率，这就使更小尺寸的晶体管成为可能。TI 认为 193nm 浸入技术可使业界实现 45nm 和 32nm 技术节点。对于超过 32 nm 而言，我们还在研究 157 nm 浸入技术或远紫外 (EUV) 技术。电子束投影印刷随着备选技术的成熟也可能变得相当重要。对 TI 的研发而言，这些工具的关键问题与其他基本工艺开发一样，也是客户如何实现产品的高性能、低成本、低功耗问题。