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1、微影技術I曝光與顯影 微影技術： Lithography 微影技術即為印刷製版技術，利用光罩將電路 圖案轉移至光阻顯影，最後蝕刻完成。 步進機是負責圖案曝光，是半導體製造裝置中 最昂貴的裝置，且為高度精密光學儀器。元件 製造中，包括利用步進機反覆進行二十到三十 次曝光的微影工程，可說是半導體製程的中樞 。微影技術流程光阻製程 光阻的材料，通常是將感光性的樹脂成分溶解 於有機溶劑中，利用旋轉塗佈將基板塗上一層 光阻。 光阻可分為負光阻和正光阻兩種，但由於解析 度的關係，目前以正光阻為主流。 負光阻是曝光的部位經聚合硬化後，將未曝光 的部位溶解，得到曝光部位的顯像。 正光阻利用不同的顯像液，改變可
2、溶性的構造 ，選擇將曝光的部分溶解或聚合，顯像留下未 曝光的部分。 如圖為正光阻和負光阻的定義。負光阻和正光阻的比較負光阻和正光阻的比較 欲形成相同的底膜圖案時，負光阻和正光阻使用黑白相 反圖案的光罩。 負光阻留下的光阻圖案 (曝光部分)，受到顯像液的影響 而膨脹，導致解析度降低。 正光阻有穩定性、黏著性、使用不便等問題。但因具有高 解析度，而選擇使用正光阻。因為光阻顯像時，對曝光和 未曝光部分的溶解度差 (對比)，必須非常敏銳。 負光阻是含有具感光特性的化合物和環化橡膠類樹脂的 有機溶劑，經光線照射後產生架橋反應，經重合、硬化， 利用顯影劑形成不溶性鹼。也就是說，可利用曝光部分和 未曝光部分
3、產生溶解度的差異，進行圖案的顯像。 正光阻則是含有感光性材料和酚類樹脂的有機溶劑，為 不溶性鹼。但經過光的照射，則成為可溶性鹼，因此可使 用鹼溶劑進行圖案的顯像。負光阻和正光阻的比較參 數負光阻正光阻化學穩定性穩定稍不穩定靈敏度較高較低解析度稍低高顯像容許度大小 氧的影響大小塗佈膜的厚度因解析度無法加厚可加厚塗佈階梯式覆蓋率不佳良好 去除光阻 ( 圖案形成後 ) 稍困難容易耐濕式蝕刻性良好不佳 耐乾式蝕刻性稍差良好與SiO2的黏著性良好不佳機械強度強弱微影製程詳細流程圖案曝光製程 步進機為了進行縮小投影，具有光學透鏡系統和照明 系統(光源) 。為了進行step and repeat，需要有精
4、密驅動的X-Y晶圓移動台。 步進機的性能，主要受到縮小投影透鏡的性能，調準 夾 對準位置的精確度，以及X-Y移動台的精確度等影 響。隨著年年技術的提升，解析度也持續改良。 由於縮小投影透鏡與光源的進步，提升解析度的手法 有兩種：提升透鏡口徑(NA：numerical aperture) ， 及光源的短波長化。 0.15m的圖案，可使用KrF光源(249 nm)；小於0.10 m的話，則使用更短波長的(157 nm)等。 隨著NA增大、光源的短波長化，將產生聚焦深度(DOF ； Depth of Focus) 的問題。聚焦深度探討 如果超過聚焦深度，對凹凸不平的表面進行曝光時，將 無法得到預期的
5、解析度。 由於提高解析度，DOF會變淺，故必須避免表面的凹凸， 如果能保持表面平坦進行曝光，就可以得到預期的高解析 度。為此提出一個有效的解決方法：多層光阻技術。 不管底膜是否凹凸不平，只要使光阻表面平坦，在上面 的薄膜(或是其他種類的光阻膜)完成高解析度的圖案後， 利用RIE(反應性離子蝕刻) 對下層光阻厚膜進行異向性蝕 刻。如此一來，就可以形成與底膜無關的高解析度光阻圖 案。這就是多層光阻製程的概念。步進機解析度、NA、波長、聚焦深度關係提高解析度的多層光阻製程曝光裝置 曝光裝置分為接觸曝光方式和近接曝 光方式。 不需進行縮小投影，直接利用掃瞄形 成縮小投影圖案，稱為掃瞄的方式。 不但可減少變形，並可形成場面積大 的圖案。 為了提高圖案的解析度，利用相位差 光罩 (PSM: Phase Shift Mask) 圖案 的方式。 圖案曝光裝置分類 今後的展望 以光進行曝光的技術還是有極限，今後將朝X光或電子束 的曝光技術前進。 在微影技術I的範圍內，今後隨著尺寸的細微化，光源的 選擇與光阻的開發，將成為重要的關鍵。 為了解決提升解析度，造成聚焦深度(DOF)變淺的問題， 利用CMP(化學機器研磨)將全面平坦化技術導入製程中， 可獲得很好的改善。 從1970年代開始，一直在討論光阻製程乾式化的可能性 。 光阻的塗佈和顯像雖然還是濕式製程，但目前相關的技 術革新都朝乾式製程進行。
