光刻工艺流程

衬底清洁

当使用新的清洁衬底(晶圆)时,在~ 200 °C 下加热几分钟(2-3 分钟,热板)使得晶圆表面干燥。然后应快速处理衬底。否则应置于干燥器中临时储存以防止再次吸水。

有机污染的或预先使用过的晶圆需要先进行清洁步骤,在简单清洗步骤为先在丙酮中进行,然后进行异丙醇或乙醇处理然后干燥,该程序可提高光刻胶的粘附性。不能只使用丙酮清洗,因为丙酮在蒸发过程中产生的冷却效果会导致晶片上的空气水汽再次沉积在样品表面。如果特定技术需要在不同环境条件下重复处理晶圆,建议进行彻底清洁。清洁程序强烈依赖于基材(包括已应用的结构)和工艺。在随后的冲洗和干燥步骤(见第一部分)中使用去胶剂或酸(例如食人鱼)可能是必要的步骤。必要的时候需要配合使用超声清洗。

增附剂有助于改善光刻胶和衬底的粘附性。增粘剂AR 300-80通过旋涂成膜、其厚度约为15nm。HMDS 作为增附剂通常是使用气相沉积的方法沉积在衬底上。在这种情况下,晶片表面上的单分子层对光刻胶的亲且具备疏水特性而达到增附效果。不建议通过旋涂来应用 HMDS,因为只有少量材料会留在晶圆表面,而且旋涂机还会受到污染。

粘附强度

衬底和光刻胶之间的粘附强度是一个高度敏感的问题。清洁程序或该技术某个步骤的很小的一个变化就可能对粘附强度产生致命影响。一般来说,硅、氮化硅和贱金属(如铝、铜)具有良好的粘合特性,而抗蚀剂对SiO2、玻璃、金或银等贵金属以及对砷化镓的粘附性则不是很好。在这些情况下,需要采取特殊措施来提高粘附性。

如果空气湿度过高(> 60 %),衬底与光刻胶之间的粘附性也会显着降低。

涂胶条件

在涂胶之前,光刻胶应恢复致室温下进行涂胶。如果光刻胶过冷,空气中的水汽会沉积在光刻胶上形成水汽泡污染。涂胶前稍微打开光刻胶瓶盖静置几小时以补偿压力差,可以避免形成气泡,并且应该有足够的时间静置(另见“气泡”)。较厚的光刻胶则需要更多的时间静置。使用移液管或分配器时需要小心且不太快地插入或者从光刻胶中抽出这将有助于避免气泡形成,从而防止旋涂时出现不均匀现象。

通常的涂胶条件是温度为 20 – 25 °C,温度稳定性为 + 1°C(最佳 21 °C),相对空气湿度为 30 – 50 %(推荐为 43 %)。较高的相对空气湿度会显著降低光刻胶和衬底的粘附性。超过 70 % 的相对空气湿度,则不再适合涂胶。相对空气湿度也会影响薄膜厚度(见图)。

涂胶

光刻胶主要通过旋涂来进行涂覆。对于薄胶,最佳旋转速度范围为 2000 至 4000 rpm,对于较厚胶,最佳旋转速度范围为 250 至 2000 rpm。让然我们也可以使用高达 9000 rpm 的旋转速度。在某些情况下,还使用 ​​1000 到 2000 rpm 的较慢旋转速度来生成更厚的光刻胶胶膜。然而,在这些情况下,薄膜质量会受到影响,并且可能会形成大量的边胶(参见“边胶”)。根据各种光刻胶类型,可以获得30nm到200μm的膜厚值。使用滴涂技术甚至可获得高达 1 毫米的厚膜。

根据一般经验法则,在 1000 rpm 下获得的光刻胶厚度是在 4000 rpm 获得的光刻胶厚度的两倍。该规则通常用于粗略估计光刻胶厚度值。对于 AR-P 3510,在 4000 rpm 时可获得 2.0 µm 的厚度,在 1000 rpm 时获得 4.0 µm 的胶厚。如果我们可以接受光刻胶的较差的均匀和比较严重的边胶,也可在 250 rpm 的旋转速度下获得8.0 µm 厚的胶膜,但我们不建议这样做。使用更高的旋转速度,可以获得 1.6 µm(在 6000 rpm 时)的胶膜。

其他的涂胶方式有:

– 浸涂(用于大型和/或形状不规则的衬底)
– 喷涂(结合旋涂以节省光刻胶,用于复杂结构表面或高度复杂的衬底形状)
– 辊涂(大幅面,例如印刷板)

在旋涂过程中消除或减少边胶

如果使用较厚的光刻胶,特别是需要慢速涂胶时,可能会形成边严重的边胶。由于边胶会对后续工艺产生不良影响,因此可以通过以下几种方式进行优化:

– 大约 10 分钟低转速(例如 500 – 1000 rpm)旋涂后,短时间(2 秒,例如 2000 – 3000 rpm)加速。10 – 15 秒即可减小边胶
– 在更高转速下更短的旋转时间
– 在自动涂胶设备中通过喷涂 AR 300-12(距边缘 2 毫米距离)使用细喷嘴来清洗边缘
——在矩形衬底的情况下,通过擦拭边缘进行机械去除

稀释

通过旋转速度的改变,每款光刻胶的厚度都有一定覆盖范围(参见“涂层”)。如果需要膜厚值比最大旋转速下获得的胶厚更薄的光刻胶膜,则可以稀释来获得。然而,在这种情况下,只能使用推荐的稀释剂。基本上所有的光刻胶都含有 PGMEA (PMA) 作为溶剂,因此也可以用作稀释剂 – 或 AR 300-12 作为替代品。下图显示了薄膜厚度值与固含量之间的大致比率。此图仅供参考,根据光刻胶类型可能略有不同。例如,为了使固含量33%的光刻胶的膜厚从2.0μm变为0.5μm,必须将固含量调整为17%。在这种情况下,必须用 1 份稀释剂稀释 和1 份光刻胶。

如果光刻胶被稀释,请确保始终小心地在搅拌下将稀释剂添加到光刻胶中。如果将光刻胶倒入稀释剂中,则第一滴光刻胶的极度稀释可能会导致形成沉淀物(溶剂冲击)。稀释后,建议进行精细过滤以去除干扰涂胶过程的颗粒。

在光刻胶稀释过程中,必须考虑到添加剂如表面活性剂(适用于所有光刻胶)、染料(例如 AR-P 3840)或增粘剂(例如 AR-P 3110)同样被稀释。对染料和增粘剂的影响很小,因为这些添加剂相对于固体物质含量的比例或多或少保持不变。然而,对于表面活性剂,强烈稀释可能会导致表面平滑性降低并导致径向条纹。

基本工艺过程概述:

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