track光刻胶显影工艺

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（左右厚度/4000转速）其粘度在24CP左右，而较厚的胶（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。

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前

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厚

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般小于80，σ小于20，SVG因其设备设计的原因，其极差和标准偏差（约