光刻胶及光刻工艺流程

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光刻工艺流程
涂胶的质量要求是：（1）膜厚符合设计的要求，同时膜厚 要均匀，胶面上看不到干涉花纹；（2）胶层内无点缺陷 （如针孔等）；（3）涂层表面无尘埃和碎屑等颗粒。
膜厚的大小可由下式决定： TKP2/S1/2 式中，T为膜厚；P为光刻胶中固体的百分
比含量；S为涂布机的转速；K为常数。
3.软烘烤 主要目的有：使胶膜内的溶剂挥发，增加光刻胶与衬底间
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光刻胶的成分
树脂：光刻胶树脂是一种惰性的聚合物基质，是用来将其它 材料聚合在一起的粘合剂。光刻胶的粘附性、胶膜厚度等都 是树脂给的。
感光剂：感光剂是光刻胶的核心部分，它对光形式的辐射能， 特别在紫外区会发生反应。曝光时间、光源所发射光线的强 度都根据感光剂的特性选择决定的。
溶剂：光刻胶中容量最大的成分，感光剂和添加剂都是固态 物质，为了方便均匀的涂覆，要将它们加入溶剂进行溶解， 形成液态物质，且使之具有良好的流动性，可以通过旋转方 式涂布在wafer表面。
Solar PV 微流道和生物芯片
Microfluidics & Biochips 光电子器件/光子器件 Optoelectronics/Photonics 封装
Packaging
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光刻工艺流程
前处理
检验
涂胶
硬烘烤
软烘烤
显影
对准曝光
PEB
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光刻工艺流程
1.前处理
（1）微粒清除 wafer表面的杂质微粒会影响光刻胶的粘附，且会损坏光刻 的图形，造成成品率的下降，所以必须要清洁掉表面的杂 质颗粒、表面沾污以及自然氧化层等。 微粒清除方法：高压氮气吹除，化学湿法清洗，旋转刷刷洗， 高压水喷溅等。
适用于深紫外光（DUV），KrF 准分子激光248nm和 ArF准分子激
光193nm。
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光刻胶的主要应用领域
模拟半导体
Analog Semiconductors 发光二极管
LED = Light-Emitting Diode 微电子机械系统
MEMS=Micro Electro Mechanical System 太阳能光伏
灵敏度 保留曝光区域光刻胶原始厚度的50%所需的能量
2. 根据光刻胶能形成图形的最小光刻尺寸来分：
➢ 传统光刻胶（正胶和负胶）
适用于紫外光（UV），I线365nm、H线405nm和G线436nm，关 键尺寸在0.35um及其以上。
➢ 化学放大光刻胶（CAR，Chemical Amplified Resist）
的粘附性、光吸收以及抗腐蚀能力；缓和涂胶过程中胶膜内 产生的应力等。
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光刻工艺流程
4.对准和曝光
对准是把所需图形在晶圆表面上定位或对准，而曝 光的目的是要是通过汞弧灯或其他辐射源将图形转移到 光刻胶图层上。用尽可能短的时间使光刻胶充分感光， 在显影后获得尽可能高的留膜率，近似垂直的光刻胶侧 壁和可控的线宽。
5.PEB
在曝光时由于驻波效应的存在，光刻胶侧壁会有不 平整的现象，曝光后进行烘烤，可使感光与未感光边界 处的高分子化合物重新分布，最后达到平衡，基本可以 消除驻波效应。
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光刻工艺流程
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光刻工艺流程
6.显影
显影就是用显影液溶解掉不需要的光刻胶，将掩膜版上 的图形转移到光刻胶上。
7.硬烘烤
抗蚀性（Anti-etching）：光刻胶黏膜必须保持它的粘附性，并在后 续的湿刻和干刻中保护衬体表面，这种性质被称为抗蚀性。
表面张力（Surface Tension）：液体中将表面分子拉向液体主体内 的分子间的吸引力。
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光刻胶的分类
1. 根据光刻胶按照如何响应紫外光的特性可以分为两类
➢ 正胶（Positive Photo Resist）：曝光前对显影液不可溶，而曝光 后变成了可溶的，能得到与掩模板遮光区相同的图形。
目的是通过溶液的蒸发来固化光刻胶，此处理提高了光 刻胶对衬底的粘附性，为下一步工艺做好准备，如提高 光刻胶的抗刻蚀能力。
8.检验
显影检查是为了查找光刻胶中成形图形的缺陷。继续进 行刻蚀工艺或离子注入工艺前必须进行检查以鉴别并除 去有缺陷的晶圆。
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（3）增粘处理 增粘的作用是增强wafer与光刻胶之间的粘着力。
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光刻工艺流程
原因是绝大多数光刻胶所含的高分子聚合物是疏水的，而氧 化物表面的羟基是亲水的，两者表面粘附性不好。 通常用的增粘剂：HMDS(六甲基二硅胺烷) 亲水的带羟基的硅烷醇→疏水的硅氧烷结构，既易与晶圆表 面结合，又易与光刻胶粘合。 方法有：沉浸式，旋涂法和蒸汽法
➢ 负胶（Negative Photo Resist）：反之。
掩模板
PR
氧化膜
wafe r
曝光
显影
正胶
负胶
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光刻胶的分类
优点 分辨率高、对比度好
正胶 缺点 粘附性差、抗刻蚀能力差、高成本
灵敏度 曝光区域光刻胶完全溶解时所需的能量
优点 良好的粘附能力和抗刻蚀能力、感光速度快
负胶 缺点 显影时发生变形和膨胀，导致其分辨率
目录
光刻胶的定义及其作用 光刻胶的成分 光刻胶的主要技术参数 光刻胶的分类 光刻胶的主要应用领域 光刻工艺流程
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光刻胶的定义及其作用
定义: 光刻胶(Photoresist简称PR)又称光致抗蚀剂，它是一种对光敏感
的有机化合物，它受紫外光曝光后，在显影液中的溶解度会发生 变化。
作用： a、将掩膜板上的图形转移到晶圆表面顶层的光刻胶中； b、在后续工序中，保护下面的材料（刻蚀或离子注入）。
添加剂：用以改变光刻胶的某些特性，如改善光刻胶发生反 射而添加染色剂。
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光刻胶的主要技术参数
分辨率（resolution）：是指光刻胶可再现图形的最小尺寸。一般用 关键尺寸来（CD，Critical Dimension）衡量分辨率。
对比度（Contrast）：指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。
（2）烘干 经过清洁处理后的晶圆表面会含有一定的水分（亲水性表 面），所以必须将其表面烘烤干燥（干燥的表面为憎水性 表面），以便增加光刻胶和晶圆表面的粘附能力。
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光刻工艺流程
保持憎水性表面的方法：一种是把室内湿度保持在50%以 下，并且在晶园完成前一步工艺之后尽可能快地对晶园进 行涂胶。另一种是把晶园储存在用干燥且干净的氮气净化 过的干燥器中。 此外，一个加热的操作也可以使晶圆表面恢复到憎水性表 面。有三种温度范围：150℃-200℃(低温)，此时晶圆表面 会被蒸发；到了400℃(中温)时，与晶圆表面结合较松的水 分子会离开；当超过750℃(高温)时，晶圆表面从化学性质 上将恢复到了憎水性条件。通常采用低温烘烤，原因是操 作简单。
敏感度（Sensitivity）：光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长 光的最小能量值（或最小曝光量）。单位：毫焦/平方厘米mJ/cm2。
粘滞性/黏度 （Viscosity）：衡量光刻胶流动特性的参数。光刻胶中 的溶剂挥发会使粘滞性增加。
粘附性（Adherence）：是指光刻胶与晶圆之间的粘着强度。
旋转使光刻胶铺开，再高速旋转甩掉多余的光刻胶，高速旋转时 光刻胶中的溶剂会挥发一部分。
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光刻工艺流程
静态涂胶时的堆积量非常关键，量少了会导致负胶不均匀，量大 了会导致晶圆边缘光刻胶的堆积甚至流到背面。
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光刻工艺流程
➢ 动态喷洒：随着wafer直径越来越大，静态涂胶已不能满 足要求，动态喷洒是以低速旋转，目的是帮助光刻胶最初 的扩散，用这种方法可以用较少量的光刻胶而达到更均匀 的光刻胶膜，然后高速旋转完成最终要求薄而均匀的光刻 胶膜。
2.涂胶 涂胶工艺的目的就是在晶园表面建立薄的、均匀的、并且没 有缺陷的光刻胶膜。一般来说，光刻胶膜厚从0.5um到 1.5um不等，而且它的均匀性必须达到只有正负0.01um的 误差。
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光刻工艺流程
光刻胶的涂覆常用方法是旋转涂胶法：静态旋转和动态喷洒 ➢ 静态涂胶：首先把光刻胶通过管道堆积在晶圆的中心，然后低速