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1、光刻、显影工艺简介光刻、显影工艺简介v光刻胶光刻胶( Photo-resist )概述概述v+PR 和和 PR的区的区别v描画光刻工描画光刻工艺的步的步骤v四种四种对准和曝光系准和曝光系统光刻胶概述光刻胶概述v高分辨率高分辨率 High Resolution；v高光敏性高光敏性 High PR Sensitivityv准确准确对准准 Precision Alignmentv光刻胶是光刻胶是TFT制造的根本工制造的根本工艺资料之一：由料之一：由树脂、感光化脂、感光化合物、溶合物、溶剂 3 个根本部分个根本部分组成；成；v具有光化学敏感性：被紫外光、具有光化学敏感性：被紫外光、电子束、子束、X射射
2、线、电子束子束等曝光光源照射后，等曝光光源照射后，发生光化学反响，溶解度生光化学反响，溶解度发生生变化；化；+PR & -PRNegative Photo-resist负性光刻胶负胶负性光刻胶负胶Positive Photo-resist正性光刻胶正胶正性光刻胶正胶曝光后不可溶解曝光后不可溶解曝光后可溶解曝光后可溶解显影时未曝光的被溶解显影时未曝光的被溶解显影时曝光的被溶解显影时曝光的被溶解廉价廉价高分辨率高分辨率+PR & -PR根本原理根本原理正胶工艺正胶工艺负胶工艺负胶工艺基板基板处置置涂胶涂胶 + 烘烤烘烤曝光曝光显影、光刻影、光刻+PR & -PR 树脂分子构造树脂分子构造u正胶：曝
3、光时切断树脂聚合体主链和从链之正胶：曝光时切断树脂聚合体主链和从链之间的联络，到达减弱聚合体的目的，所以曝光间的联络，到达减弱聚合体的目的，所以曝光后光刻胶在随后的显影处置中溶解度升高，曝后光刻胶在随后的显影处置中溶解度升高，曝光后溶解度几乎是未曝光时的光后溶解度几乎是未曝光时的10倍；更高分辨倍；更高分辨率无膨胀景象在率无膨胀景象在IC制造运用更为普遍；制造运用更为普遍；u负胶：曝光时树脂聚合体主链的随机十字链负胶：曝光时树脂聚合体主链的随机十字链接更为严密，并且从链下坠物增长，所以聚合接更为严密，并且从链下坠物增长，所以聚合体溶解度降低；由于光刻胶膨胀而使分辨率降体溶解度降低；由于光刻胶膨
4、胀而使分辨率降低；其主溶剂，如二甲苯等会引起环境和平安低；其主溶剂，如二甲苯等会引起环境和平安问题；问题；光刻根本步骤光刻根本步骤v 涂胶 Photo-resist coatingv 对准和曝光 Alignment and exposurev 显影 Development详细光刻工序详细光刻工序v基板清洗、烘干v 目的：去除污染物、颗粒； 减少针孔和其它缺陷；提高光刻胶黏附性；vPR涂布v 小尺寸：旋涂； 中大尺寸：丝网印刷&滚轮v v vMask制造、曝光v auto CAD / Corel-draw； 小型曝光机：中型曝光机v v v预烘v 110 C ；v v坚膜 C ；v v退胶 Na
5、OH ；v 光刻胶涂布光刻胶涂布-辊涂法辊涂法 辊涂法主要是利用涂法主要是利用圆筒筒滚动的方法来的方法来转移光刻胶，如下移光刻胶，如下图，利用，利用辊筒筒1和和辊筒筒2的的转动将光刻胶将光刻胶转移在刻有精移在刻有精细凹槽的凹槽的辊筒筒2上，再上，再经过辊筒筒2和和辊筒筒3之之间的的挤压将将辊筒筒2上凹槽里的光刻胶上凹槽里的光刻胶转移至基片上。移至基片上。这种方法的最大种方法的最大优点是可以点是可以实现流水流水线式运作，自式运作，自动化程度高，消化程度高，消费效率也比效率也比较高。但是高。但是转移光刻胶均匀性不好，移光刻胶均匀性不好，辊涂后的基片上也容易留下涂后的基片上也容易留下辊筒凹槽的痕迹，
6、而且筒凹槽的痕迹，而且仪器清洗困器清洗困难，辊筒也容易筒也容易损坏，坏，设备的的购买本本钱和和维护本本钱比比较高高 ；光刻胶涂布光刻胶涂布-丝网印刷法丝网印刷法 丝网印刷的根本原理是：利用网印刷的根本原理是：利用丝网印幅网印幅员文部分的网孔浸透油墨，非文部分的网孔浸透油墨，非图文部分的文部分的网孔不浸透油墨的根本原理网孔不浸透油墨的根本原理进展印刷。印刷展印刷。印刷时在在丝网印版一端上倒入油墨，用刮网印版一端上倒入油墨，用刮印刮板在印刮板在丝网印版上的油墨部位施加一定网印版上的油墨部位施加一定压力，同力，同时朝朝丝网印版另一端挪网印版另一端挪动，油，油墨在挪墨在挪动中被刮板从中被刮板从图文部分
7、的网孔中文部分的网孔中挤压到承印物上，如下到承印物上，如下图。印刷。印刷过程中刮程中刮板一直与板一直与丝网印版和基片呈网印版和基片呈线接触，普通接触角接触，普通接触角为30-60度。度。这种制造方法操作种制造方法操作简单、本、本钱低、易低、易实现大面大面积制造等制造等优点。点。 光刻胶涂布光刻胶涂布-旋转涂布法旋转涂布法 旋旋转涂布也称涂布也称为甩胶，用甩胶，用转速和旋速和旋转时间可自在可自在设定的甩胶机来定的甩胶机来进展，是利用高展，是利用高速旋速旋转的离心力作用，将光刻胶在基片外表均匀地展开，多余的光刻胶被甩掉，的离心力作用，将光刻胶在基片外表均匀地展开，多余的光刻胶被甩掉，最最终获得一定
8、厚度的光刻胶膜，光刻胶的膜厚是由光刻胶的粘度和甩胶的得一定厚度的光刻胶膜，光刻胶的膜厚是由光刻胶的粘度和甩胶的转速来速来控制，通常控制，通常这种方法可以种方法可以获得得优于于2%的涂布均匀性的涂布均匀性边缘除外。光刻胶涂布除外。光刻胶涂布的厚度与的厚度与转速、速、时间、胶的特性有关系，此外旋、胶的特性有关系，此外旋转时产生的气流也会有一定的影生的气流也会有一定的影响。同响。同时也存在一定的缺陷：气泡、彗星也存在一定的缺陷：气泡、彗星(胶胶层上存在的一些上存在的一些颗粒粒)、条、条纹、边缘效效应等，其中等，其中边缘效效应对于小片和不于小片和不规那么片尤那么片尤为明明显。 预预 烘前烘烘前烘l目的
9、：促使胶膜内溶目的：促使胶膜内溶剂充分地充分地挥发，使胶膜枯燥，以提高光刻，使胶膜枯燥，以提高光刻胶在基片上的粘附性和均匀性，胶在基片上的粘附性和均匀性，以及提高胶膜的耐磨性而不玷以及提高胶膜的耐磨性而不玷污mask；l前烘温度前烘温度过高或高或时间太太长：会：会导致光刻胶中的致光刻胶中的树脂分子脂分子发生光生光聚合或交聚合或交联，呵斥，呵斥显影困影困难，图形形边缘锯齿严重。重。l反之：反之：预烘烤不充分，光刻胶烘烤不充分，光刻胶中的溶中的溶剂仍会有部分残留在胶膜仍会有部分残留在胶膜中，曝光中，曝光时会会导致胶膜与掩膜版致胶膜与掩膜版粘粘连，损害掩膜版；同害掩膜版；同时也影响也影响到到显影的影
10、的质量，光刻胶在量，光刻胶在显影影时容易零落，光刻容易零落，光刻图形不完好。形不完好。 Mask制造制造 ！ 留意：正留意：正图 / 反反图 ！ 曝光剂量曝光剂量 l曝光曝光剂量是指光刻胶所吸收紫外光的量是指光刻胶所吸收紫外光的总和，曝光和，曝光剂量可用下量可用下式来表示：式来表示：l式中式中Ex为光刻胶的曝光光刻胶的曝光剂量量mJ/cm2，Ix为曝光灯曝光灯发出的出的光光强mW/cm2，t为曝光曝光时间(s)。l在光刻工在光刻工艺中，中，l 当曝光当曝光剂量量Ex E0时：光刻胶：光刻胶显影后能完全去除；影后能完全去除；l 当曝光当曝光剂量量Ex E0时: 光刻胶光刻胶显影影时会残留余胶；会
11、残留余胶；曝光时间差别曝光时间差别a) 、9sb) 、10s (9.36m ) c) 、11s (10.44m )d) 、12s (16.6m )v碳酸氢钠碳酸氢钠1%-负胶负胶vHCL( 5% )-正胶正胶显显 影影 v喷淋淋v水浴水浴坚坚 膜膜在显影过程中，显影液溶解掉了需求去除的那部分光刻胶膜，同时也使在显影过程中，显影液溶解掉了需求去除的那部分光刻胶膜，同时也使不需求去除的光刻胶膜软化，含有过多的水分，并且与基片的附着性变差，不需求去除的光刻胶膜软化，含有过多的水分，并且与基片的附着性变差，降低了后续刻蚀工艺的耐蚀性，必需经过一定温度和时间的烘烤，以挥发降低了后续刻蚀工艺的耐蚀性，必需经过一定温度和时间的烘烤，以挥发掉残留的显影液和水分，使胶膜致密巩固，进一步提高胶膜与基体外表的掉残留的显影液和水分，使胶膜致密巩固，进一步提高胶膜与基体外表的附着力和抗化学腐蚀性，减少刻蚀时所出现的钻蚀和针孔景象。附着力和抗化学腐蚀性，减少刻蚀时所出现的钻蚀和针孔景象。v氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液退退 胶胶正胶工艺正胶工艺负胶工艺负胶工艺基板处置基板处置涂胶涂胶 + 烘烤烘烤曝光曝光显影、光刻显影、光刻
