光刻膠及光刻工藝流程PPT課件

1、.,1,目錄,光刻膠的定義及其作用 光刻膠的成分 光刻膠的主要技術(shù)參數(shù) 光刻膠的分類 光刻膠的主要應(yīng)用領(lǐng)域 光刻工藝流程,.,2,定義: 光刻膠(Photoresist簡(jiǎn)稱PR)又稱光致抗蝕劑，它是一種對(duì)光敏感的有機(jī)化合物，它受紫外光曝光后，在顯影液中的溶解度會(huì)發(fā)生變化。作用： a、將掩膜板上的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓表面頂層的光刻膠中； b、在后續(xù)工序中，保護(hù)下面的材料（刻蝕或離子注入）。,光刻膠的定義及其作用,.,3,光刻膠的成分,樹脂：光刻膠樹脂是一種惰性的聚合物基質(zhì)，是用來(lái)將其它材料聚合在一起的粘合劑。光刻膠的粘附性、膠膜厚度等都是樹脂給的。 感光劑：感光劑是光刻膠的核心部分，它對(duì)光形式的輻射能

2、，特別在紫外區(qū)會(huì)發(fā)生反應(yīng)。曝光時(shí)間、光源所發(fā)射光線的強(qiáng)度都根據(jù)感光劑的特性選擇決定的。 溶劑：光刻膠中容量最大的成分，感光劑和添加劑都是固態(tài)物質(zhì)，為了方便均勻的涂覆，要將它們加入溶劑進(jìn)行溶解，形成液態(tài)物質(zhì)，且使之具有良好的流動(dòng)性，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)方式涂布在wafer表面。 添加劑：用以改變光刻膠的某些特性，如改善光刻膠發(fā)生反射而添加染色劑。,.,4,光刻膠的主要技術(shù)參數(shù),分辨率（resolution）：是指光刻膠可再現(xiàn)圖形的最小尺寸。一般用關(guān)鍵尺寸來(lái)（CD，Critical Dimension）衡量分辨率。 對(duì)比度（Contrast）：指光刻膠從曝光區(qū)到非曝光區(qū)過(guò)渡的陡度。 敏感度（Sensiti

3、vity）：光刻膠上產(chǎn)生一個(gè)良好的圖形所需一定波長(zhǎng)光的最小能量值（或最小曝光量）。單位：毫焦/平方厘米mJ/cm2。 粘滯性/黏度 （Viscosity）：衡量光刻膠流動(dòng)特性的參數(shù)。光刻膠中的溶劑揮發(fā)會(huì)使粘滯性增加。 粘附性（Adherence）：是指光刻膠與晶圓之間的粘著強(qiáng)度。 抗蝕性（Anti-etching）：光刻膠黏膜必須保持它的粘附性，并在后續(xù)的濕刻和干刻中保護(hù)襯體表面，這種性質(zhì)被稱為抗蝕性。 表面張力（Surface Tension）：液體中將表面分子拉向液體主體內(nèi)的分子間的吸引力。,.,5,根據(jù)光刻膠按照如何響應(yīng)紫外光的特性可以分為兩類 正膠（Positive Photo Res

4、ist）：曝光前對(duì)顯影液不可溶，而曝光后變成了可溶的，能得到與掩模板遮光區(qū)相同的圖形。 負(fù)膠（Negative Photo Resist）：反之。,光刻膠的分類,正膠,負(fù)膠,曝光,顯影,.,6,光刻膠的分類,2. 根據(jù)光刻膠能形成圖形的最小光刻尺寸來(lái)分： 傳統(tǒng)光刻膠（正膠和負(fù)膠） 適用于紫外光（UV），I線365nm、H線405nm和G線436nm，關(guān)鍵尺寸在0.35um及其以上。 化學(xué)放大光刻膠（CAR，Chemical Amplified Resist） 適用于深紫外光（DUV），KrF 準(zhǔn)分子激光248nm和 ArF準(zhǔn)分子激光193nm。,.,7,光刻膠的主要應(yīng)用領(lǐng)域,模擬半導(dǎo)體 Ana

5、log Semiconductors發(fā)光二極管 LED = Light-Emitting Diode 微電子機(jī)械系統(tǒng) MEMS=Micro Electro Mechanical System 太陽(yáng)能光伏 Solar PV微流道和生物芯片 Microfluidics & Biochips光電子器件/光子器件 Optoelectronics/Photonics封裝 Packaging,.,8,光刻工藝流程,.,9,光刻工藝流程,1.前處理 （1）微粒清除 wafer表面的雜質(zhì)微粒會(huì)影響光刻膠的粘附，且會(huì)損壞光刻的圖形，造成成品率的下降，所以必須要清潔掉表面的雜質(zhì)顆粒、表面沾污以及自然氧化層等。 微

6、粒清除方法：高壓氮?dú)獯党?，化學(xué)濕法清洗，旋轉(zhuǎn)刷刷洗，高壓水噴濺等。 （2）烘干 經(jīng)過(guò)清潔處理后的晶圓表面會(huì)含有一定的水分（親水性表面），所以必須將其表面烘烤干燥（干燥的表面為憎水性表面），以便增加光刻膠和晶圓表面的粘附能力。,.,10,光刻工藝流程,保持憎水性表面的方法：一種是把室內(nèi)濕度保持在50%以下，并且在晶園完成前一步工藝之后盡可能快地對(duì)晶園進(jìn)行涂膠。另一種是把晶園儲(chǔ)存在用干燥且干凈的氮?dú)鈨艋^(guò)的干燥器中。 此外，一個(gè)加熱的操作也可以使晶圓表面恢復(fù)到憎水性表面。有三種溫度范圍：150-200(低溫)，此時(shí)晶圓表面會(huì)被蒸發(fā)；到了400(中溫)時(shí)，與晶圓表面結(jié)合較松的水分子會(huì)離開；當(dāng)超過(guò)75

7、0(高溫)時(shí)，晶圓表面從化學(xué)性質(zhì)上將恢復(fù)到了憎水性條件。通常采用低溫烘烤，原因是操作簡(jiǎn)單。 （3）增粘處理 增粘的作用是增強(qiáng)wafer與光刻膠之間的粘著力。,.,11,光刻工藝流程,原因是絕大多數(shù)光刻膠所含的高分子聚合物是疏水的，而氧化物表面的羥基是親水的，兩者表面粘附性不好。 通常用的增粘劑：HMDS(六甲基二硅胺烷) 親水的帶羥基的硅烷醇疏水的硅氧烷結(jié)構(gòu)，既易與晶圓表面結(jié)合，又易與光刻膠粘合。 方法有：沉浸式，旋涂法和蒸汽法 2.涂膠 涂膠工藝的目的就是在晶園表面建立薄的、均勻的、并且沒(méi)有缺陷的光刻膠膜。一般來(lái)說(shuō)，光刻膠膜厚從0.5um到1.5um不等，而且它的均勻性必須達(dá)到只有正負(fù)0.0

8、1um的誤差。,.,12,光刻膠的涂覆常用方法是旋轉(zhuǎn)涂膠法：靜態(tài)旋轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)噴灑 靜態(tài)涂膠：首先把光刻膠通過(guò)管道堆積在晶圓的中心，然后低速旋轉(zhuǎn)使光刻膠鋪開，再高速旋轉(zhuǎn)甩掉多余的光刻膠，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)光刻膠中的溶劑會(huì)揮發(fā)一部分。,光刻工藝流程,.,13,光刻工藝流程,靜態(tài)涂膠時(shí)的堆積量非常關(guān)鍵，量少了會(huì)導(dǎo)致負(fù)膠不均勻，量大了會(huì)導(dǎo)致晶圓邊緣光刻膠的堆積甚至流到背面。,.,14,光刻工藝流程,動(dòng)態(tài)噴灑：隨著wafer直徑越來(lái)越大，靜態(tài)涂膠已不能滿足要求，動(dòng)態(tài)噴灑是以低速旋轉(zhuǎn)，目的是幫助光刻膠最初的擴(kuò)散，用這種方法可以用較少量的光刻膠而達(dá)到更均勻的光刻膠膜，然后高速旋轉(zhuǎn)完成最終要求薄而均勻的光刻膠膜。,.,

9、15,涂膠的質(zhì)量要求是：（1）膜厚符合設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)膜厚要均勻，膠面上看不到干涉花紋；（2）膠層內(nèi)無(wú)點(diǎn)缺陷（如針孔等）；（3）涂層表面無(wú)塵埃和碎屑等顆粒。 膜厚的大小可由下式?jīng)Q定： 式中，T為膜厚；P為光刻膠中固體的百分比含量；S為涂布機(jī)的轉(zhuǎn)速；K為常數(shù)。 3.軟烘烤 主要目的有：使膠膜內(nèi)的溶劑揮發(fā)，增加光刻膠與襯底間的粘附性、光吸收以及抗腐蝕能力；緩和涂膠過(guò)程中膠膜內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力等。,光刻工藝流程,.,16,光刻工藝流程,4.對(duì)準(zhǔn)和曝光 對(duì)準(zhǔn)是把所需圖形在晶圓表面上定位或?qū)?zhǔn)，而曝光的目的是要是通過(guò)汞弧燈或其他輻射源將圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠圖層上。用盡可能短的時(shí)間使光刻膠充分感光，在顯影后獲得盡可能高的留膜率，近似垂直的光刻膠側(cè)壁和可控的線寬。 5.PEB 在曝光時(shí)由于駐波效應(yīng)的存在，光刻膠側(cè)壁會(huì)有不平整的現(xiàn)象，曝光后進(jìn)行烘烤，可使感光與未感光邊界處的高分子化合物重新分布，最后達(dá)到平衡，基本可以消除駐波效應(yīng)。,.,17,光刻工藝流程,.,18,光刻工藝流程,6.顯影 顯影就是用顯影液溶解掉不需要的光刻膠