1、光刻工艺流程,宋世巍 2011.09.06,目的与原理,目的：主要是将掩膜板上的图形复制到基片上，为下一步进行刻蚀或者电极蒸镀等工序做好准备。 原理：光刻是一种复印图像与化学腐蚀相结合的综合行技术，它采用照相复印的方法，将光刻掩模板上的图形精确的复制在有涂有光刻胶的SiO2层或金属蒸发层上，在适当波长光的照射下，光刻胶发生变化，从而提高了强度，不溶于某些有机溶剂或碱溶液中，未受光照射的部分光刻胶不发生变化，很容易被某些有机溶剂溶解。然后利用光刻胶的饱和作用，对SiO2层或金属蒸发层进行选择性化学腐蚀，从而在SiO2层或金属层上得到与光刻掩模板相对应的图形。,光刻胶,光刻胶的成分： 聚合物 溶剂
2、 感光剂 添加剂,聚合物聚合物是由一组大而且重的分子组成，包括碳、氢和痒。对负性胶，聚合物曝光后会由非聚合状态变为聚合状态。在大多数负性胶里面，聚合物是聚异戊二烯类型。是一种相互粘结的物质抗刻蚀的物质，如图所示。受光照部分产生交链反应而成为不溶物,正性胶的基本聚合物是苯酚甲醛聚合物，也称为苯酚甲醛树脂。如图所示。在光刻胶中聚合物是相对不可溶的，用适当能量的光照后变成可溶状态。这种反应称为光溶解反应。受光照部分发生降解反应而能为显影液所溶解,溶剂光刻胶中容量最大的成分是溶剂。添加溶剂的目的是光刻胶处于液态，以便是光刻胶能够通过旋转的方法涂在晶园表面。 感光剂光刻胶中的感光剂是用来产生或者控制聚合
3、物的特定反应。如果聚合物中不添加感光剂，那么它对光的敏感性差，而且光谱范围较宽，添加特定的感光剂后，可以增加感光灵敏度，而且限制反应光的光谱范围，或者把反应光限制在某一波长的光。 添加剂光刻胶中的添加剂主要在光刻胶薄膜中用来吸收和控制光线，可以阻止光刻胶没有被曝光的部分在显影过程中被溶解。,光刻掩膜板的基材一般为熔融石英，这种材料对深紫外光具有很高的光学透射。掩膜板的掩膜层一般为铬 （Cr） 如果掩膜版的图形是由不透光的区域决定的，称其为亮场掩膜版；而在一个暗场掩膜版中，掩膜版上的图形是用相反的方式编码的，如果按照同样的步骤，就会在基片表面留下凸起的图形。,光刻掩膜板,光刻的设备及工具,曝光机
4、 甩胶机 烘箱 铝盒 烧杯及镊子,光刻步骤及操作原理,涂胶 前烘 曝光 显影 后烘 腐蚀 去胶,涂胶,目的是在基片表面建立薄而均匀并且没有缺陷的光刻胶膜。要做到这一点必须用精良的设备和严格的工艺控制才能达到。厚度：0.51.5m，均匀性：0.01m常用方法：旋转涂胶法,静态涂胶工艺,首先把光刻胶通过管道堆积在基片的中心，堆积量由基片大小和光刻胶的类型决定，堆积量非常关键，量少了会导致涂胶不均匀，量大了会导致基片边缘光刻胶的堆积甚至流到背面，如图所示,动态喷洒随着基片直径越来越大，静态涂胶已不能满足要求，动态喷洒是基片以500rpm的速度低速旋转，其目的是帮助光刻胶最初的扩散，用这种方法可以用较
5、少量的光刻胶而达到更均匀的光刻胶膜。待扩散后旋转器加速完成最终要求薄而均匀的光刻胶膜。,涂胶,光刻匀胶机的型号为KW-4A型台式匀胶机，光刻胶型号为BP212正胶。 将基片真空固定在旋转台上，用胶头滴管滴1-2滴正性光刻胶在晶片上，旋转进行甩胶，甩胶时先用900（转/秒）的转速甩胶9秒，再用3000（转/秒）的转速甩胶30秒以完成匀胶过程,光刻胶覆盖,光刻,胶浇注,不充分,覆盖,完整光刻胶,覆盖,过多,光刻胶,旋转后,前烘,前烘所用的仪器型号为ST-DHG-9023A电热鼓风干燥箱 。 将匀胶好的片放在铝盒中，然后翻入烘箱中进行烘烤。烘烤时间为15分钟，温度为80摄氏度 目的是促使胶膜内溶剂充
6、分的挥发掉，使胶膜干燥，增加胶膜与SiO2或金属膜之间的粘附性和提高胶膜的耐磨性，不沾污掩模板，只有干燥的光刻胶才能充分的进行光化学反应 负胶必须在氮气中进行烘焙，而正胶可以在空气中烘焙。,曝光,曝光系统最初曝光设备是接触式光刻机和接近式光刻机，而今，光刻机已发展成两大类型，即光学光刻机和非光学光刻机，如图所示。光学光刻机采用紫外线作为光源，而非光学光刻机的光源则来自电磁光谱的其他成分,曝光方法,接触式曝光（Contact Printing）。掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩膜板上的图形分辨率相当，设备简单。缺点：光刻胶污染掩膜板；掩膜板的磨损，寿命很低（只能使用525次）；分辨率
7、0.5m。 接近式曝光（Proximity Printing）。掩膜板与光刻胶层的略微分开，大约为1050m。可以避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤。但是同时引入了衍射效应，降低了分辨率。其最大分辨率仅为24m。 投影式曝光（Projection Printing）。在掩膜板与光刻胶之间使用透镜聚集光实现曝光。一般掩膜板的尺寸会以需要转移图形的4倍制作。优点：提高了分辨率；掩膜板的制作更加容易；掩膜板上的缺陷影响减小,曝光,曝光方式为接触式曝光先预热汞灯把涂有光刻胶的基片放在可微调的工作台上胶面朝上将光刻掩模板安装在支架上，使有图形的一面朝下在显微镜下仔细调节微动装置，使掩模板上的图形与基
8、片相对应的位置准确套合顶紧基片和掩模板-复查是否对准曝光取下片子。曝光时间一般为40s。,显影,基片经过曝光后,器件或电路的图形被以曝光和未曝光区域的形式记录在光刻胶上。通过对未聚合光刻胶的化学分解来使图形显影。通过显影完成掩膜版图形到光刻胶上的转移 显影方式分为：湿法显影 干法（等离子）显影。其中湿法显影又分为：沉浸 喷射 混凝,沉浸显影,就是将待显影的基片放入盛有显影液的容器中，经过一定的时间再放入加有化学冲洗液的池中进行冲洗。比较简单，但存在的问题较多，比如：液体表面张力会阻止显影液进入微小开孔区；溶解的光刻胶粘在晶园表面影响显影质量；随着显影次数增加显影液的稀释和污染；显影温度对显影率
9、的影响等。,喷射显影,显影系统如图所示。由此可见，显影剂和冲洗液都是在一个系统内完成，每次用的显影液和冲洗液都是新的，所 以较沉浸系统清洁，由于采用喷射系统也可大大节约化学品的使用。所以此工艺很受欢迎，特别是对负性光刻胶工艺 。 对正性光刻胶工艺来说，因为温度的敏感性，当液体在压力下从喷嘴喷出后很快冷却，要保证温度必须加热基片吸盘。从而增加了设备的复查性和工艺难度,混凝显影,虽然喷射显影有很多有点，但对正性光刻胶显影还存在一些问题，混凝显影就是针对所存在地问题而改进的一种针对正性胶的光刻工艺，差别在于显影化学品的不同。 如图所示，首先在静止的基片表面上覆盖一层显影液，停留一段时间（吸盘加热过程
10、），在此过程中，大部分显影会发生，然后旋转并有更多的显影液喷到晶园表面并冲洗、干燥。,干法显影,液体工艺的自动化程度不高，并且化学品的采购、存储、控制和处理费用昂贵，取代液体化学显影的途径是使用等离子体刻蚀工艺，该工艺现已非常成熟。在此工艺中，离子从等离子体场得到能量，以化学形式分解暴露的基片表面层。干法光刻显影要求光刻胶化学物的曝光或未曝光的之一易于被氧等离子体去除。,显影,显影液为KMP PD238-正性显影液显影 将曝光后的基片放入装有显影液的烧杯中，显影30s左右，取出在放入盛有去离子水的烧杯中进行漂洗,显影后检查,后烘坚膜,将显影好的片放到风干燥箱中，在温度为120下烘焙20分钟 显影时胶膜发生软化、膨胀，显影后必进行坚固胶膜的工作，坚固后可以使胶膜与SiO2层或者金属层之间粘贴的更牢，以增强胶膜本身的抗蚀能力,腐蚀和去胶,腐蚀：将后烘之后的晶片用10% HF腐蚀10s左右，以将光刻显影后晶片表面的SiO2掩膜腐蚀掉，随后用去离子水清洗干净。去胶：腐蚀后的晶片在丙酮中浸泡，以去除晶片表面的光刻胶而显出晶片表面被光刻胶覆盖的SiO2掩膜，随后用随后用去离子水冲洗干净。,Thank you!,
