track 工艺简介

ＴＲＡＣＫ工艺简介　

潘川　２００２／１／２８　

摘要　

本文简要介绍关于涂胶、显影工艺的一些相关内容。　

引言　

超大规模ＩＣ对光刻有五个基本要求，即：高分辨率、高灵敏度、精密的套刻对准、低缺陷和大尺寸上的加工问题（如温度变化引起晶圆的胀缩等）。这五个基本要求中，高分辨率、高灵敏度和低缺陷与涂胶、显影工艺有很密切的关系。　

第一节 涂胶工艺　

１　光刻胶　

光刻胶主要由树脂（Ｒｅｓｉｎ）、感光剂（Ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｒ）及溶剂（Ｓｏｌｖｅｎｔ）等不同材料混合而成的，其中树脂是粘合剂（Ｂｉｎｄｅｒ），　感光剂是一种光活性（Ｐｈｏｔｏａｃｔｉｖｉｔｙ）极强的化合物，它在光刻胶内的含量和树脂相当，两者同时溶解在溶剂中，以液态形式保存。除了以上三种主要成分以外，光刻胶还包含一些其它的添加剂（如稳定剂，染色剂，表面活性剂）。　

光刻胶分为正胶和负胶。负胶在曝光后会产生交联（Ｃｒｏｓｓ　Ｌｉｎｋｉｎｇ）反应，使其结构加强而不溶解于显影液。正胶曝光后会产生分解反应，被分解的分子在显影液中很容易被溶解，从而与未曝光部分形成很强的反差。因负胶经曝光后，显影液会浸入已交联的负性光刻胶分子内，使胶体积增加，导致显影后光刻胶图形和掩膜版上图形误差增加，故负胶一般不用于特征尺寸小于０．３ｕｍ的制造。典型的正胶材料是邻位醌叠氮基化合物，常用的负胶材料是聚乙稀醇肉桂酸酯。ＣＳＭＣ－ＨＪ用的是正性光刻胶。　

在相同的光刻胶膜厚和曝光能量相同时，不同光刻胶的感光效果不同。在一定的曝光波长范围内，能量低而感光好的胶称为灵敏度，反之则认为不灵敏。我们希望在能满足光刻工艺要求的情况下，灵敏度越大越好，这样可减少曝光时间，从而提高产量。　

２　涂胶　

涂胶是在结净干燥的圆片表面均匀的涂一层光刻胶。常用的方法是把胶滴在圆片上，然后使圆片高速旋转，液态胶在旋转中因离心力的作用由轴心沿径向飞溅出去，受附着力的作用，一部分光刻胶会留在圆片表面。在旋转过程中胶中所含溶剂不断挥发，故可得到一层分布均匀的胶膜。　

涂胶过程有以下几个步骤：　

１．１　涂胶前处理（Ｐｒｉｍｉｎｇ）：　

要使光刻胶精确地转移淹膜版上的图形，光刻胶与圆片之间必须要有良好的粘附。在涂胶之前，常采用烘烤并用ＨＭＤＳ（六甲基二硅胺）处理

的方法来提高附着能力。　

因圆片表面通常含有来自空气中的水分子，在涂胶之前，通常将圆片进行去水烘烤以蒸除水分子。我们一般采用１００℃／５ｓ．经过烘烤的片子，

涂一层增粘剂ＨＭＤＳ。　

涂ＨＭＤＳ的方法通常有两种，一种是旋转涂布法，这种方法的原理同光刻胶的涂布方法。另一种是汽相涂底法（Ｖａｐｏｒ　Ｐｒｉｍｉｎｇ），是将气态的ＨＭＤＳ在圆片表面形成一层薄膜。汽相涂底法效率高，受颗粒影响小，目前生产中大多采用此法，并与去水烘烤在同一容器中完成。ＣＳＭＣ－ＨＪ的ＨＭＤＳ处理工艺为１００℃／５５ｓ。确认ＨＭＤＳ的效果用接触角计测量，一般要求大于６５度．　

前处理须注意来片衬底必须是干净和干燥的，ＨＭＤＳ处理后应及时涂胶，ＨＭＤＳ处理不能过度，安全使用ＨＭＤＳ　

１．２　涂胶（ＣＯＡＴＩＮＧ）：　

涂胶主要控制胶厚及胶厚的均匀性。　

胶厚主要与光刻胶的粘度和涂胶时的转速有关。一般较薄的胶（１．０ｕｍ左右厚度／４０００转速）其粘度在２４ＣＰ左右，而较厚的胶（２．０ｕｍ左右厚度／４０００转速）其粘度在４８ＣＰ左右。对于同一种光刻胶，其膜厚主要受涂胶时的转速影响，转速越大，胶厚越薄，一般工艺上常用ＭＯＴＯＲ转速在３０００到５５００之间，这时膜厚的稳定性较好。　

影响膜厚均匀性的因素主要有：环境温度、环境湿度、排风净压力、光刻胶温度、旋转马达的精度和重复性、预旋转速度、预旋转时间、最终旋转速度、最终旋转时间和最终旋转加速度、喷胶状况和回吸量等因素。　

环境温度的变化大大影响了圆片表面的涂胶均匀性，如图（一）所示。　

将环境温度设定于摄氏

２３度，当环境温度变化而其

它条件基本不变时，溶剂的

挥发随温度的升高而加快。

环境温度一旦超过２３度就

会引起圆片边缘的膜厚的增

长，从而影响圆片表面涂胶

的均匀性，另外，当环境温

度低于２３度时，由于溶剂的挥发相对比较慢，胶的流动性稍好。因此膜厚在圆片半径中间减少，在旋转的过程中，溶剂也在不停地挥发，造成中间比边缘的粘性要小，因此，无论在何种温度下，边缘的胶厚都会有所增长。　

环境湿度的变化也影响了圆片表面的涂覆均匀性，如图（二）所示。　

在其它条件基本恒定的情况下，溶剂的挥发随着环境湿度的降低而加快，平均膜厚对湿度的变化是：每１％的湿度降低会引起９％的膜厚增长；

旋转腔周围空气的干燥引起

圆片边缘的溶剂挥发加快，

从而影响了圆片表面的膜厚

均匀性。另一方面当环境湿

度小于４０％时，溶剂的挥发

被抑制，会出现圆片中心比

边缘厚的不均匀现象。　

一般情况下，环境湿度对

圆片表面涂胶均匀性影响远不如环境温度那么强烈。　

排风静压力的变化大大影响了圆片表面的涂胶均匀性，如图（三）所示。　

随着排风风速（静压力）的增长，腔内不均匀的蒸气浓度造成圆片中心和边缘之间失去平衡，从而影响圆片表面的涂胶均匀性，根据估算的结果告诉我们，对于被测试的旋

转涂胶机，５ｍｍＡｑ的排风静压

力是最合适的。　

光刻胶温度自环境温度

的升高影响了圆片表面的涂

胶均匀性，如图（四）所示。　

随着光刻胶温度的升高，

使溶剂挥发加快，引起光刻胶

流动性降低，膜厚增加，特别

在圆片中心较热的胶滴使其表面温度升高，那么圆片中心的膜厚远大于边缘的膜厚，使圆片表面胶厚不均匀。当然，这一个光刻胶温度升高依赖于其它参数（环境温度、环境湿度、旋转速度等），在一些情况下，圆片表面涂胶均匀性可能在光刻胶

温度稍高于环境温度下得以

改善。　

旋转时间、旋转速度、旋

转滴胶量等如图（五）、

（六）、（七）所示。这些

因素也会影响表面涂胶的均

匀性，而这些因素与旋转涂

胶机的设置有关，其影响的

程度在旋转涂胶机的设置中

应加以考虑。　

旋转时间、旋转速度、滴胶量这些参数在达到某一数值之后，对胶厚均匀性的影响基本不变。　

目

前

，

我

们

Ｄ

Ｎ

Ｓ

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的

膜

厚

极