光刻工艺

光刻工艺过程

一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。

1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking）

方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮气保护）

目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。

2、涂底（Priming）

方法：a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸气淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS用量大。

目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。

3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating）

光阻涂布

晶圆上微米厚度等级的光阻，是采用旋转离心（spin-coating）的方式涂布上去。其典型程序包括：

(1)晶圆表面前处理(pre-baking)：即在150°C下烘烤一段时间。若表面无氧化层，要另外先上助粘剂(primer)，如HMDS，再降回室温。换言之，芯片表面在涂敷光阻前要确保是亲水性（hydrophilic）。

(2)送晶圆上真空吸附的转台，注入（dispensing）光阻，开始由低转速甩出多余的光阻并均布之，接着以转速数千rpm，减薄光阻至所需厚度。

(3)将晶圆表层光阻稍事烤干定型，防止沾粘。但不可过干过硬，而妨碍后续的曝光显影。

一般光阻涂布机的涂布结果是厚度不均。尤其在晶圆边缘部份，可能厚达其它较均匀部份的光阻3倍以上。另外，为了确保光阻全然涂布到整片晶圆，通常注入光阻的剂量，是真正涂布粘着在晶圆上之数十甚至数百倍，极其可惜；因为甩到晶圆外的光阻中有机溶剂迅速挥发逸散，成份大变，不能回收再使用。

厚光阻

德国Karl-Suss公司开发了一种新型的光阻涂布机，称为GYRSET?，如图2-9所示，其卖点在于强调可减少一半的光阻用量，且得出更均厚的光阻分布。其原理极为单纯：只是在真空转台上加装了跟着同步旋转的盖子。如此一来，等于强迫晶圆与盖子之间的空气跟着旋转，那么光阻上便无高转速差的粘性旋转

拖曳作用。故光阻在被涂布时，其与周遭流体之相对运动并不明显，只是离心的彻体力效果，使光阻稳定地、且是呈同心圆状地向外涂布。

根据实际使用显示，GYRSET?只需一般涂布机的55%光阻用量。另外，其也可应用于厚光阻之涂布(厚度自数微米至数百微米不等)。受涂基板也可由晶圆改为任意的工作外型，而不会造成边缘一大部份面积厚度不均的花花外貌。

[注]厚光阻是新近发展出来，供微机电研究使用的材料，如IBM的SU-8系列光阻，厚度由数微米至100微米不等，以GYRSET?涂布后，经过严格的烘干程序，再以紫外线或准分子雷射(excimer laser)进行曝光显影后，所得到较深遂的凹状图案，可供进一步精密电铸(electro-forming)的金属微结构成长填塞。这种加工程序又称为「仿LIGA」制程(poor mans LIGA)，即「异步X光之深刻模造术」。

方法：a、静态涂胶（Static）。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）；

b、动态（Dynamic）。低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。

决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄；

影响光刻胶厚度均运性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时间点有关。

一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关（因为不同级别的曝光波长对应不同的光刻胶种类和分辨率）：I-line最厚，约0.7～3μm；KrF的厚度约0.4～

0.9μm；ArF的厚度约0.2～0.5μm。

1、)请问湿度大对光刻有什么影响?怎么克服湿度大的影响?

湿度太大,硅片表面易吸附水气,造成光刻胶粘附不牢,显影时出现移胶、浮胶现象，湿法腐蚀时钻蚀、浮胶现象

克服的话，就是要加快流程了，不要让硅表面暴露在湿度大的环境中太久，或者匀胶前低温烘培

2、)匀胶机的排风问题

光刻胶的均匀性一看转速,还要看转的时间,但有关资料还说与排风有关,细细一想,也不足为怪,但不知道排风的影响大吗?请高人指教!!!!

排风分为抽和吸

抽为Exhaust,吸为Wind velocity.

Exhaust对Resist平均厚度几乎没有影响，对Range影响很大，主要影响的晶边部分，Exhaust越大，Resist 在晶边越容易干，会堆起来，就会边缘过厚

Wind velocity则对RESIST厚度影响很小，主要是环境量压的考虑，和Particle的考虑我觉得，这问题要综合考量

抽为Exhaust,Exhaust对Resist平均厚度几乎没有影响，对Range影响很大，主要影响的晶边部，现在的新机台coater的Exhaust都在底部，这样是风的走向是从晶圆圆心指向边上的，对于未经softbake的液态光阻，有很大的推动力，使边缘的膜厚变大，如果不是特别离谱，recipe可以cover.现在大部分都有EBR 和WEE,如果制程不太紧，process window够大，应该还好。

吸为Wind velocity.我不知道是不是就指的Down flow.

现在的12寸一般采用in-line的scanner&track,所以，track的down flow会影响scanner的chamber

pressure,可能会影响到overlay的控制。

小鸟的想法，请大家指教，

请教一下，正常情况下scanner的chamber pressure单独一般是多少？track的又是多少？二者连接后，各自又是多少，我现在遇到了这样的问题，请大侠指教

4、软烘（Soft Baking）

方法：真空热板，85～1200C,30～60秒；

目的：除去溶剂（4～7%）；增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶玷污设备；

边缘光刻胶的去除（EBR，Edge Bead Removal）。光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离（Peeling）而影响其它部分的图形。所以需要去除。

方法：a、化学的方法（Chemical EBR）。软烘后，用PGMEA或EGMEA去边溶剂，喷出少量在正反面边缘出，并小心控制不要到达光刻胶有效区域；

b、光学方法（Optical EBR）。即硅片边缘曝光（WEE，Wafer Edge Exposure）。在完成图形的曝光后，用激光曝光硅片边缘，然后在显影或特殊溶剂中溶解；

5、对准并曝光（Alignment and Exposure）

1、)正负光阻

微影光蚀刻术起源于照相制版的技术。自1970年起，才大量使用于半导体制程之图形转写复制。原理即利用对紫外线敏感之聚合物，或所谓光阻（photo-resist）之受曝照与否，来定义该光阻在显影液（developer）中是否被蚀除，而最终留下与遮掩罩幕，即光罩（mask）相同或明暗互补之图形；相同者称之「正光阻」(positive resist)，明暗互补者称之「负光阻」(negative resist)，如图2-6所示。一般而言，正光阻，如AZ-1350、AZ-5214、FD-6400L等，其分辨率及边缘垂直度均佳，但易变质，储存期限也较短(约半年到一年之间)，常用于学术或研发单位；而负光阻之边缘垂直度较差，但可储存较久，常为半导体业界所使用。

2、)光罩

前段述及的光罩制作，是微影之关键技术。其制作方式经几十年之演进，已由分辨率差的缩影机(由数百倍大的红胶纸【rubby-lith】图样缩影)技术，改良为直接以计算机辅助设计制造（CAD/CAM）软件控制的雷射束（laser-beam）或电子束（E-beam）书写机，在具光阻之石英玻璃板上进行书写(曝光)，分辨率(最小线宽)也改进到微米的等级。

由于激光打印机的分辨率越来越好，未来某些线宽较粗的光罩可望直接以打印机出图。举例而言，