光刻與刻蝕工藝流程ppt課件

1、光刻、顯影工藝簡介光刻、顯影工藝簡介v光刻膠光刻膠( Photo-resist )概述概述v+PR 和和 PR的區(qū)別的區(qū)別v描述光刻工藝的步驟描述光刻工藝的步驟v四種對準(zhǔn)和曝光系統(tǒng)四種對準(zhǔn)和曝光系統(tǒng)光刻膠概述光刻膠概述v 高分辨率高分辨率 High Resolution；v 高光敏性高光敏性 High PR Sensitivityv 精確對準(zhǔn)精確對準(zhǔn) Precision Alignmentv 光刻膠是光刻膠是TFT制作的基本工藝材料之一：由樹脂、感光化制作的基本工藝材料之一：由樹脂、感光化合物、溶劑合物、溶劑 3 個(gè)基本部分組成；個(gè)基本部分組成；v 具有光化學(xué)敏感性：被紫外光、電子束、具有光化

2、學(xué)敏感性：被紫外光、電子束、X射線、電子束射線、電子束等曝光光源照射后，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，溶解度發(fā)生變化；等曝光光源照射后，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，溶解度發(fā)生變化；+PR & -PRNegative Photo-resist負(fù)性光刻膠負(fù)膠負(fù)性光刻膠負(fù)膠Positive Photo-resist正性光刻膠正膠正性光刻膠正膠曝光后不可溶解曝光后不可溶解曝光后可溶解曝光后可溶解顯影時(shí)未曝光的被溶解顯影時(shí)未曝光的被溶解顯影時(shí)曝光的被溶解顯影時(shí)曝光的被溶解便宜便宜高分辨率高分辨率+PR & -PR基本原理基本原理正膠工藝正膠工藝負(fù)膠工藝負(fù)膠工藝基板處理基板處理涂膠涂膠 + 烘烤烘烤曝光曝光顯影、光

3、刻顯影、光刻+PR & -PR 樹脂分子結(jié)構(gòu)樹脂分子結(jié)構(gòu)u正膠：曝光時(shí)切斷樹脂聚合體主鏈和從鏈之正膠：曝光時(shí)切斷樹脂聚合體主鏈和從鏈之間的聯(lián)系，達(dá)到削弱聚合體的目的，所以曝光間的聯(lián)系，達(dá)到削弱聚合體的目的，所以曝光后光刻膠在隨后的顯影處理中溶解度升高，曝后光刻膠在隨后的顯影處理中溶解度升高，曝光后溶解度幾乎是未曝光時(shí)的光后溶解度幾乎是未曝光時(shí)的10倍；更高分辨倍；更高分辨率無膨脹現(xiàn)象在率無膨脹現(xiàn)象在IC制造應(yīng)用更為普遍；制造應(yīng)用更為普遍；u負(fù)膠：曝光時(shí)樹脂聚合體主鏈的隨機(jī)十字鏈負(fù)膠：曝光時(shí)樹脂聚合體主鏈的隨機(jī)十字鏈接更為緊密，并且從鏈下墜物增長，所以聚合接更為緊密，并且從鏈下墜物增長，

4、所以聚合體溶解度降低；由于光刻膠膨脹而使分辨率降體溶解度降低；由于光刻膠膨脹而使分辨率降低；其主溶劑，如二甲苯等會(huì)引起環(huán)境和安全低；其主溶劑，如二甲苯等會(huì)引起環(huán)境和安全問題；問題；光刻基本步驟光刻基本步驟v 涂膠 Photo-resist coatingv 對準(zhǔn)和曝光 Alignment and exposurev 顯影 Development詳細(xì)光刻工序詳細(xì)光刻工序v基板清洗、烘干v 目的：去除污染物、顆粒； 減少針孔和其它缺陷；提高光刻膠黏附性；vPR涂布v 小尺寸：旋涂； 中大尺寸：絲網(wǎng)印刷&滾輪v v vMask制作、曝光v auto CAD / Corel-draw； 小型曝

5、光機(jī)：中型曝光機(jī)v v v預(yù)烘v 110 C ；v v堅(jiān)膜 C ；v v退膠 NaOH ；v 光刻膠涂布光刻膠涂布-輥涂法輥涂法 輥涂法主要是利用圓筒滾動(dòng)的方法來轉(zhuǎn)移光刻膠，如下圖，利用輥筒輥涂法主要是利用圓筒滾動(dòng)的方法來轉(zhuǎn)移光刻膠，如下圖，利用輥筒1和輥筒和輥筒2的的轉(zhuǎn)動(dòng)將光刻膠轉(zhuǎn)移在刻有精細(xì)凹槽的輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)將光刻膠轉(zhuǎn)移在刻有精細(xì)凹槽的輥筒2上，再通過輥筒上，再通過輥筒2和輥筒和輥筒3之間的擠壓之間的擠壓將輥筒將輥筒2上凹槽里的光刻膠轉(zhuǎn)移至基片上。這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)流水上凹槽里的光刻膠轉(zhuǎn)移至基片上。這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)流水線式運(yùn)作，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率也比較高。但是轉(zhuǎn)移光刻

6、膠均勻性不好，輥線式運(yùn)作，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率也比較高。但是轉(zhuǎn)移光刻膠均勻性不好，輥涂后的基片上也容易留下輥筒凹槽的痕跡，而且儀器清洗困難，輥筒也容易損壞涂后的基片上也容易留下輥筒凹槽的痕跡，而且儀器清洗困難，輥筒也容易損壞，設(shè)備的購買成本和維護(hù)成本比較高，設(shè)備的購買成本和維護(hù)成本比較高 ；光刻膠涂布光刻膠涂布-絲網(wǎng)印刷法絲網(wǎng)印刷法 絲網(wǎng)印刷的基本原理是：利用絲網(wǎng)印版圖文部分的網(wǎng)孔滲透油墨，非圖文部分的絲網(wǎng)印刷的基本原理是：利用絲網(wǎng)印版圖文部分的網(wǎng)孔滲透油墨，非圖文部分的網(wǎng)孔不滲透油墨的基本原理進(jìn)行印刷。印刷時(shí)在絲網(wǎng)印版一端上倒入油墨，用刮網(wǎng)孔不滲透油墨的基本原理進(jìn)行印刷。印刷時(shí)在絲網(wǎng)印版一

7、端上倒入油墨，用刮印刮板在絲網(wǎng)印版上的油墨部位施加一定壓力，同時(shí)朝絲網(wǎng)印版另一端移動(dòng)，油印刮板在絲網(wǎng)印版上的油墨部位施加一定壓力，同時(shí)朝絲網(wǎng)印版另一端移動(dòng)，油墨在移動(dòng)中被刮板從圖文部分的網(wǎng)孔中擠壓到承印物上，如下圖。印刷過程中刮墨在移動(dòng)中被刮板從圖文部分的網(wǎng)孔中擠壓到承印物上，如下圖。印刷過程中刮板始終與絲網(wǎng)印版和基片呈線接觸，一般接觸角為板始終與絲網(wǎng)印版和基片呈線接觸，一般接觸角為30-60度。這種制作方法操作度。這種制作方法操作簡單、成本低、易實(shí)現(xiàn)大面積制作等優(yōu)點(diǎn)。簡單、成本低、易實(shí)現(xiàn)大面積制作等優(yōu)點(diǎn)。 光刻膠涂布光刻膠涂布-旋轉(zhuǎn)涂布法旋轉(zhuǎn)涂布法 旋轉(zhuǎn)涂布也稱為甩膠，用轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)時(shí)間可自由

8、設(shè)定的甩膠機(jī)來進(jìn)行，是利用高旋轉(zhuǎn)涂布也稱為甩膠，用轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)時(shí)間可自由設(shè)定的甩膠機(jī)來進(jìn)行，是利用高速旋轉(zhuǎn)的離心力作用，將光刻膠在基片表面均勻地展開，多余的光刻膠被甩掉，速旋轉(zhuǎn)的離心力作用，將光刻膠在基片表面均勻地展開，多余的光刻膠被甩掉，最終獲得一定厚度的光刻膠膜，光刻膠的膜厚是由光刻膠的粘度和甩膠的轉(zhuǎn)速來最終獲得一定厚度的光刻膠膜，光刻膠的膜厚是由光刻膠的粘度和甩膠的轉(zhuǎn)速來控制，通常這種方法可以獲得優(yōu)于控制，通常這種方法可以獲得優(yōu)于2%的涂布均勻性邊緣除外）。光刻膠涂的涂布均勻性邊緣除外）。光刻膠涂布的厚度與轉(zhuǎn)速、時(shí)間、膠的特性有關(guān)系，此外旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的氣流也會(huì)有一定的布的厚度與轉(zhuǎn)速、時(shí)間、膠

9、的特性有關(guān)系，此外旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的氣流也會(huì)有一定的影響。同時(shí)也存在一定的缺陷：氣泡、彗星影響。同時(shí)也存在一定的缺陷：氣泡、彗星(膠層上存在的一些顆粒膠層上存在的一些顆粒)、條紋、邊、條紋、邊緣效應(yīng)等，其中邊緣效應(yīng)對于小片和不規(guī)則片尤為明顯。緣效應(yīng)等，其中邊緣效應(yīng)對于小片和不規(guī)則片尤為明顯。 滴膠旋轉(zhuǎn)基片旋涂結(jié)果預(yù)預(yù) 烘前烘）烘前烘）l目的：促使膠膜內(nèi)溶劑充分地目的：促使膠膜內(nèi)溶劑充分地?fù)]發(fā)，使膠膜干燥，以提高光揮發(fā)，使膠膜干燥，以提高光刻膠在基片上的粘附性和均勻刻膠在基片上的粘附性和均勻性，以及提高膠膜的耐磨性而性，以及提高膠膜的耐磨性而不玷污不玷污mask；l前烘溫度過高或時(shí)間太長：會(huì)前烘溫度過

10、高或時(shí)間太長：會(huì)導(dǎo)致光刻膠中的樹脂分子發(fā)生導(dǎo)致光刻膠中的樹脂分子發(fā)生光聚合或交聯(lián)，造成顯影困難光聚合或交聯(lián)，造成顯影困難，圖形邊緣鋸齒嚴(yán)重。，圖形邊緣鋸齒嚴(yán)重。l反之：預(yù)烘烤不充分，光刻膠反之：預(yù)烘烤不充分，光刻膠中的溶劑仍會(huì)有部分殘留在膠中的溶劑仍會(huì)有部分殘留在膠膜中，曝光時(shí)會(huì)導(dǎo)致膠膜與掩膜中，曝光時(shí)會(huì)導(dǎo)致膠膜與掩膜版粘連，損害掩膜版；同時(shí)膜版粘連，損害掩膜版；同時(shí)也影響到顯影的質(zhì)量，光刻膠也影響到顯影的質(zhì)量，光刻膠在顯影時(shí)容易脫落，光刻圖形在顯影時(shí)容易脫落，光刻圖形不完整。不完整。 Mask制作制作 ！ 留意：正圖留意：正圖 / 反圖反圖 ！ 曝光劑量曝光劑量 l曝光劑量是指光刻膠所吸收紫

11、外光的總和，曝光劑量可用下曝光劑量是指光刻膠所吸收紫外光的總和，曝光劑量可用下式來表示：式來表示：( )( )E xI xtl式中式中Ex為光刻膠的曝光劑量為光刻膠的曝光劑量mJ/cm2），），Ix為曝光燈發(fā)出的為曝光燈發(fā)出的光強(qiáng)光強(qiáng)mW/cm2），），t為曝光時(shí)間為曝光時(shí)間(s)。l在光刻工藝中，在光刻工藝中，l 當(dāng)曝光劑量當(dāng)曝光劑量Ex E0時(shí)：光刻膠顯影后能完全去除；時(shí)：光刻膠顯影后能完全去除；l 當(dāng)曝光劑量當(dāng)曝光劑量Ex E0時(shí)時(shí): 光刻膠顯影時(shí)會(huì)殘留余膠；光刻膠顯影時(shí)會(huì)殘留余膠；曝光時(shí)間差異曝光時(shí)間差異a) 、9sb) 、10s (9.36m ) c) 、11s (10.44m )d) 、12s (16.6m )v碳酸氫鈉碳酸氫鈉1%）-負(fù)膠負(fù)膠vHCL( 5% )-正膠正膠顯顯 影影 v噴淋噴淋v水浴水浴堅(jiān)堅(jiān) 膜膜在顯影過程中，顯影液溶解掉了需要去除的那部分光刻膠膜，同時(shí)也使在顯影過程中，顯影液溶解掉了需要去除的那部分光刻膠膜，同時(shí)也使不需要去除的光刻膠膜軟化，含有過多的水分，并且與基片的附著性變差不需要去除的光刻膠膜軟化，含有過多的水分，并且與基片的附著性變差，降低了后續(xù)刻蝕工藝的耐蝕性，必須經(jīng)過一定溫度和時(shí)間的烘烤，以揮，降低了后續(xù)刻蝕工藝的耐蝕性，必須經(jīng)過一定溫度和時(shí)間的烘烤，以揮發(fā)掉