光刻胶及光刻工艺流程 PPT课件

1 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 2 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 光刻胶的定义及其作用 3 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 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 4 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 CriticalDimension 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 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 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 SurfaceTension 液体中将表面分子拉向液体主体内的分子间的吸引力 5 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 PositivePhotoResist 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 负胶 NegativePhotoResist 反之 光刻胶的分类 正胶 负胶 曝光 显影 6 光刻胶的分类 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 ChemicalAmplifiedResist 适用于深紫外光 DUV KrF准分子激光248nm和ArF准分子激光193nm 7 光刻胶的主要应用领域 模拟半导体AnalogSemiconductors发光二极管LED Light EmittingDiode微电子机械系统MEMS MicroElectroMechanicalSystem太阳能光伏SolarPV微流道和生物芯片Microfluidics Biochips光电子器件 光子器件Optoelectronics Photonics封装Packaging 8 光刻工艺流程 9 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 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 10 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 3 增粘处理增粘的作用是增强wafer与光刻胶之间的粘着力 11 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 12 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 光刻工艺流程 13 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 14 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 15 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 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 光刻工艺流程 16 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 17 光刻工艺流程 18 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