《光刻清洗工艺简介》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光刻清洗工艺简介（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、大 纲 光刻工艺介绍 一、光刻概述 二、工艺流程 三、主要工艺设备介绍 四、其他 清洗工艺介绍 一、清洗概述 二、常用湿法清洗（腐蚀）方法 三、清洗机及超声清洗 四、等离子清洗机 五、常用化学品理化特性光刻工艺介绍一、光刻概述 二、工艺流程 三、主要工艺设备介绍 四、其他一、光刻概述1、什么是光刻通过曝光将掩模板（reticle）上的图形， 转移到晶片（wafer）上的过程叫光刻，图 形转移过程包含两个步骤： （1）通过曝光将掩模板图形转移到光刻胶上 （2）通过显影将曝光后溶于显影液的光刻胶 溶解掉，显露出我们需要的功能窗口。2、光刻的质量光刻的质量:用分辨率、光刻精度以及缺陷密度等来衡量。影
2、响光刻质量的主要因素是：光刻胶、光刻掩模板、曝光方式、曝光系统等。3、基本流程（一）、表面处理为什么要进行表面处理由于晶圆容易吸附潮气到它的表面。光刻胶黏附要求要严格的干燥表面， 所 以在涂胶之前要进行脱水烘焙和黏附剂的涂覆。脱水烘焙的温度通 常在140 度到200度之间。有时还要用到黏附剂，黏附剂通常使用HMDS （六甲基二硅 胺脘）。表面处理的主要作用是提高光刻胶与衬底之间的粘附力，使之在显 影过程中光刻胶不会被液态显影液渗透。（如下 图）是否要使用黏附剂要根据图形大小、衬底及光刻胶的种 类 来决定，HMDS 可以用浸泡、喷雾和气相方法来涂 覆。二、光刻工艺流程使用烘箱进行HMDS增粘处理
3、要注意那些问题？ 预处理完的硅片应在一定的时间内尽快涂胶，以免 表面吸附空气中的水分，降低增粘效果。但同时也要 充分冷却，因硅片的温度对胶厚有很大的影响。 反复预处理反而会降低增粘效果。 HMDS的瓶盖打开后，其寿命有限，一定要尽快用 完。（二）.涂胶 目的：就是在晶园表面建立一厚度均匀的、并且没 有缺陷的光刻胶膜。 方法：静态旋转涂覆动态喷洒涂覆静态涂胶：首先把光刻胶通过管道堆积在晶圆的中心，然 后低速旋转使光刻胶铺开，再高速旋转甩掉多 余的光刻胶，高速旋转时光刻胶中的溶剂会挥 发一部分。动态涂胶：随着wafer直径越来越大，静态涂胶已不能满 足要求，动态喷洒是以低速旋转，目的是帮助 光刻胶
4、最初的扩散，用这种方法可以用较少量 的光刻胶而达到更均匀的光刻胶膜，然后高速 旋转完成最终要求薄而均匀的光刻胶膜。滴胶时常出现问题：涂胶的典型过程为： 接片对中稳定转速滴胶慢速匀胶快速匀胶硅片 底部清洗硅片顶部去边快速甩干 为什么要去边去边分为两步，为底部去边和顶部去边。由于快速甩胶 时，整个涂胶腔体内弥漫着溶剂和光刻胶的微粒，一部分 光刻胶微粒会黏附在硅片的底部，在随后的工艺过程中会 对其它设备造成沾污，所以利用位于硅片底部的一个喷嘴 ，对硅片底部进行清洗。在快速甩胶结束后，整个硅片上 分布的是均匀厚度的光刻胶，但在硅片表面的最外缘一圈 ，由于气流的影响，胶层特别厚，因在随后的工艺（如腐 蚀
5、或注入等）处理中，为了传输或固定，一些设备中的某 些机构会接触到硅片表面的边缘，摩擦会使边缘的胶脱落 ，对设备造成颗粒沾污。涂胶的质量要求是： （1）膜厚符合设计的要求，同时膜厚要均匀，胶面上看 不到干涉花纹； （2）胶层内无点缺陷（如针孔等）； （3）涂层表面无尘埃和碎屑等颗粒。膜厚的大小可由下式决定：式中，T为膜厚；P为光刻胶中固体的百分比含量；S为涂 布机的转速；K为常数。影响胶厚的因素有： 硅片的温度 胶的温度 环境温度和湿度 排风量 涂胶程序（预匀的转速和时间，快速匀胶的速度， 加速度等） 胶本身的黏度 胶量 前烘的温度、时间及方式（三）前烘 :目的蒸发掉胶中的有机溶剂成分，使晶圆表
6、面 的胶固化。增加光刻胶 与衬底间的粘附性、光吸收以及抗腐蚀能力；缓和涂胶过程中胶 膜内产生的应力等。这个过程中胶中的溶剂基本被蒸发掉，因而 通常 情况下胶的厚度会变薄（大约减少25%）方法可在热板或烘箱中进行。每一种胶都有其特定的前烘温度和时间, 更厚的胶可能需要更长的时间。（四）对准和曝光对准：是掩膜版与光刻机之间的对准，二者均刻有对准标记，使标记对准即可达到掩膜版与光刻机的对准。对准就是确定wafer上图形的位置、方向和变形的过程，然后利用这些数据与掩膜版建立正确的关系。对准必须快速、重复以及精确。对准的结果用套准精度来衡量。套准容差说明了要形成的图形层与前图形层间的最大相对位移。 对准
7、标记是wafer和掩膜版上用来确定它们的位置和方向的可见图形，它可能是掩膜版上的一根或多根线，也可能是某种形状。曝光：是要是通过汞弧灯或其他辐射源将掩模板上图形转移到光刻胶图层上曝光工具:接触式光刻机接近式光刻机步进重复式曝光系统扫描式曝光系统用尽可能短的时间使光刻胶充分感光，在显影后获得尽可能高的留膜率，近似垂直的光刻胶侧壁和可控的线宽。曝光质量是影响光刻胶与wafer表面粘附性的重要因素之一。曝光量过度的正胶，由于，感光剂反应不充分，显影时聚合物会发生膨胀，从而引起图形畸变，严重时部分图形会被溶解；曝光量不足的正胶不能彻底显影，会产生底膜，使待刻蚀的膜层刻蚀不净。而负胶正好相反。生产中影响
8、曝光量的因素有：光刻胶对光的吸收、光反射、临近效应。 （五）后烘（PEB）在曝光时由于驻波效应的存在，光刻胶侧壁会有不平整的现象，曝光后进行 烘烤，可使感光与未感光边界处的高分子化合物重新分布，最后达到平衡， 基本可以消除驻波效应。它主要有如下作用： 消除曝光中驻波效应的影响，提高工艺容宽。 进一步去除胶中的残留溶剂，提高胶对衬底的黏附性。（六）显影显影就是用显影液溶解掉不需要的光刻胶，将掩膜版上的图形转移到光刻胶上。 不同的显影方式有不同的显影过程，通常显影过程为： 显影液喷洒，使显影液覆盖整个硅片表面 静置显影 冲水清洗 常见的显影问题有显影不足、不完全显影以及过显影三种。（七）坚膜（硬烘
9、烤）坚膜就是通过加温烘烤使胶膜更牢固地黏附在晶圆表面，并可 以增加胶层 的抗刻蚀能力，坚膜并不是一道必需的工艺。好处：能够改善光刻胶的抗刻蚀、注入能力。改善光刻胶与晶圆表面的附性，有 利于后续湿法腐蚀工艺。改善光刻胶中存在的针孔。弊端： 可能导致光刻胶流动，使图形精度减低 通常会增加将来去胶的难度。（八）检验显影检查是为了查找光刻胶中成形图形的缺 陷。继续进行刻蚀工艺或离子注入工艺前必须 进行检查以鉴别并除去有缺陷的晶圆。 三、主要工艺设备介绍1、匀胶机 （1）工作原理：利用高转速的电机带动载有晶圆片的真空卡盘（Chuck ）旋转。光刻胶(光阻)或树脂等液体被以一定量滴到晶圆片中央，马达 加速
10、迅速上升至程式之设定速度，在马达加速期间，光刻胶液被迅速 甩向(离心力+表面张力）晶圆片边缘。马达继续旋转，以让刚刚涂布 的光刻胶均匀和干燥，之后马达停止。涂布工作完成。 厚度视不同胶液和基片间的粘滞系数而不同, 也和旋转速度及时间有 关。 （2）主要性能参数速度 加速度、转速、时间、滴胶量、排风口径等 （3）配套仪器：转速检测仪等2、热烘板（Hot plate） （1）工作原理：电流通过热板，电热板将电流转化 成热量，由热板的阻值的大小来控制功率的高低， 由温控器控制开关来实现温度控制，这就是电热板 的基本原理 （2）主要技术指标温控精度、温控范围、温度均匀性 、时间、排风 （3）配套仪器：
11、温度检测仪等3、光刻机光刻技术的主体是光刻机（曝光机、对准机），它是将掩膜版上的图 形与前次工序中已刻在硅片上的图形对准后，再对硅片表面的光刻胶 进行曝光实现图形复制的过程。 光刻机的三个主要性能指标: 分辨率：是可以曝光出来的最小特征尺寸。通常指能分辩的并能保持一定 尺寸容差的最小特征尺寸。 对准和套刻精度:是描述光刻机加工图形重复性能的一个指标，是层间套 刻精度的度量，主要取决于掩模版和硅片的支撑平台图形对准和移动 控制精度性能。 产率:指每小时可加工的硅片数，是判断光刻系统性能的一个重要的指标 ，直接决定了集成电路芯片的制造成本。 （1）工作原理：在计算机的控制下，利用紫外光束对光刻胶进
12、行曝光， 受紫外光束辐照后的光刻胶，其物理化学性质发生变化（可在一定的 溶剂中形成良溶或非良溶区域，从而在抗蚀剂上形成精细图形）的过 程。 （2）主要技术参数 光束均匀性、曝光时间、对准精度、分辨率、光束输出强度 （3）配套仪器：光强检测仪等4、显影机（1）工作原理：不同的显影方式（喷淋式、浸没式、水柱式）有 不同的显影过程，以喷涂式为例，它的显影过程为：显影液喷洒 ，使显影液覆盖整个硅片表面 静置显影 冲水清洗 （2）主要技术参数 （喷涂显影）显影温度、显影时间、显影液剂量、清洗、排风、Wafer吸盘稳定性。5、HMDS预处理系统 （1）原理： 通过对烘箱HMDS预处理过程的工作 温度、处理
13、时间、处理时保持时间等参数可以在 硅片、基片表面均匀涂布一层HMDS，降低了 HMDS处理后的硅片接触角，降低了光刻胶的用 量，提高光刻胶与硅片的黏附性。 （2）主要技术参数 真空度、加热方式、温度、时间、流量等 （3）检测仪器：温硅6、烘烤箱（电热恒温鼓风干燥箱） （1）原理：工作时空气由箱底进气孔流进，经 发热丝加热再经鼓风装置流入工作室，再由箱 顶排气孔排出。 （2）主要性能指标 温度范围、温度波动度、温度均匀度 （3）检测仪器：温硅7、甩干机 （1）原理:一般包含以下三个环节 低速旋转热水喷淋冲洗-高速度离心甩干 -氮气加热烘干 （2）主要技术参数 旋转速度 旋转时间 氮气流量 水流量
14、 加热温度等8、原子力显微镜（台阶仪） （1）原理：将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有 一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触，由于针尖尖端原子 与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过在扫描时控制这 种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子 间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用 光学检测法或隧道电流检测法，可测得微悬臂对应于扫描各点 的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。 （2）功用： 原子力显微镜是一种可用来研究包括绝缘体在内的 固体材料表面结构的分析结构信息。仪器，研究物质的表面结 构及性质，以纳米级分辨率获得表面（测胶厚、台阶高度等） （
15、3）主要技术参数Discoverer扫描范围：1m，7m达原子分辨率样品尺寸：151515mm Explore扫描范围：2um，130，亚微米分辨率 四、其他1、光刻胶光刻胶（PR）也叫光致抗蚀剂，受到光照后其特性会发生改变。可用来将掩膜版上的图形转移到基片上，也可作为后序工艺时的保护膜。光刻胶有正胶和负胶之分，正胶经过曝光后，受到光照的部分会变得容易溶解，经过显影处理之后被溶解，只留下光未照射的部分形成图形；而负胶和正胶恰恰相反。光刻胶组成（1）感光剂，感光剂是光刻胶的核心部分，曝光时间、光 源所发射光线的强度都根据感光剂的特性选择决定的；（2）增感剂，感光剂的感光速度都较慢，生产上效率太低
16、 ，因此向光刻胶中添加了提高感光速度的增感剂；（3）聚合树脂，聚合树脂用来将其它材料聚合在一起的粘 合剂，光刻胶的粘附性、胶膜厚度等都是树脂给的；（4）溶剂，感光剂和增感剂都是固态物质，为了方便均匀 的涂覆，要将它们加入溶剂进行溶解，形成液态物质光刻胶的物理特性（1）分辨率，是指光刻胶可再现图形的最小尺寸；（2）对比度，是指光刻胶对光照区与非光照区间的过渡；（3）灵敏度，是光刻胶要形成良好的图形所需入射光的最 低能量；（4）粘滞性，与时间有关，光刻胶中的溶剂挥发会使粘滞 性增加；（5）粘附性，粘附性是指光刻胶与基片之间的粘着强度；（6）抗蚀性，化学稳定性一定要很高，能抵抗各种腐蚀。2、光刻掩模板掩膜版质量的优劣直接影响光刻图形的质量。在IC制造中需要经过多次光刻，每次光刻都需要一块掩膜版，每块掩膜版都会影响光刻质量，光刻次数越多，成品率就越低。所以，要有高的成品率，就必须制作出品质优良的掩膜版，而且一套掩膜版中的各快掩膜版之间要能够相互精确的套准。掩膜版的质量要求（1）图形尺寸要
