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光學光刻技術(Optical lithography)

更新時間:2024-11-26  |  點擊率:3890

1. 簡介

光學光刻(Optical lithography),也稱為光學平版印刷術或紫外光刻,是在其他處理步驟(例如沉積,蝕刻,摻雜)之前用光刻膠對掩模和樣品進行構圖的方法。

2. 設備(接近式光刻機)

2.1 HMDS及涂膠

1) 標準旋轉工藝中包括HMDS蒸汽預處理

2) 烤箱-批量處理多個晶圓

3) HMDS也可以在手動旋轉器上旋轉涂布

4)涂膠機上進行光刻膠的涂布

2.2 對準接觸光刻

1) 光刻前的對準

2) 對準器——處理具有對準圖形的晶圓

3) EVG610等掩模對準機——尺寸從碎片到12”晶圓

4) 曝光機——光刻膠曝光

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2.3 直寫設備

主要用于掩模版制造,但也可用于其他樣品

3. 曝光工具選擇

3.1 對準接觸式曝光機

接觸光刻使掩模與光致抗蝕劑層直接接觸,并立即曝光整個樣品。最小特征尺寸將比投影光刻法大,并且受波長以及掩模和光刻膠之間的間隙限制。我們僅建議對1μm及更大特征以及1μm或更大對準公差的樣品使用接觸光刻。接觸間隙越小,由于更多的顆粒和光致抗蝕劑會轉移到掩膜版上,因此越需要頻繁清洗掩模。

3.2 步進機(Stepper

使用投影光刻時,光線會通過掩模發光,穿過縮小透鏡并投射到基板上。由于掩膜版從不接觸樣品,因此可以保持清潔。500nm光柵將可靠地光刻,但是分辨率將取決于特征類型和光刻膠厚度。隨著特征尺寸的減小,焦點深度也減小,因此必須使用更薄的抗蝕劑。步進機具有14.7毫米X14.7毫米一個最大管芯尺寸和200nm的用于晶片的最小對準公差。這也很大程度上取決于掩模上對位標記的準確性。

3.3 直寫設備

對于原型制作和一次性工作,使用相關設備進行直接曝光樣品是更有效的。

4. 操作方法

4.1 脫水和HMDS

為了獲得良好的附著力,樣品應清潔且無水分,并且通常使用附著力促進劑(例如HMDS)。通常,這是通過進行HMDS蒸汽底漆來完成的,盡管某些材料(如Ti)在沒有HMDS的情況下仍具有良好的附著力。

4.2 光刻膠應用

通常,光致抗蝕劑在樣品上旋轉,其厚度由抗蝕劑的旋轉速度和粘度確定。在該旋轉期間,大量溶劑蒸發。也可以使用噴涂工具來施加光致抗蝕劑。光致抗蝕劑需要足夠厚才能達到其預定的作用,但抗蝕劑越厚,最小特征尺寸將越大。EVG150是用于光刻膠旋涂和噴涂的設備。

4.3 軟烤

接下來,烘烤抗蝕劑以減少溶劑含量。烘烤時間越長,吸出的溶劑越多,這會減少未曝光的抗蝕劑受到顯影劑侵蝕的速度,但是烘烤時間太長和過熱,則會開始分解殘渣中的光敏化合物,從而降低其光敏性。

4.4 接觸

軟烘烤后,將抗蝕劑暴露在紫外線下。在正性光致抗蝕劑中,PAC(光敏化合物)使光致抗蝕劑呈酸性,因此它將溶解在堿性顯影液中。使用負性光致抗蝕劑時,曝光的聚合物會發生交聯,從而使顯影劑無法滲透,從而僅除去未曝光的區域。

4.5 曝光后烘烤

當抗蝕劑在反射性基材(例如Si)上暴露于單色光時,您將在高光強度和低光強度的抗蝕劑中形成駐波。這些駐波將出現在光刻膠的側壁中。烘烤抗蝕劑將有助于從曝光中擴散酸,使這些駐波變平。烘烤使用的是EVG105晶圓烘烤箱。

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4.6 顯影

將光致抗蝕劑置于顯影劑溶液中,該溶液溶解晶片上的部分光致抗蝕劑。對于正性光刻膠,已曝光的區域溶解,而對于負性光刻膠,未曝光的區域溶解。對于大多數標準抗蝕劑,這是通過將樣品浸泡在堿性溶液(通常為2.38TMAH)中來完成的。我們通常使用AZ 300進行噴霧顯影,也會進行水坑顯影。也有用于特殊抗蝕劑的溶劑型顯影劑,例如SU-8PMMA。

4.7 硬烤

一些光刻膠建議在顯影后將抗蝕劑硬烘烤。這可以改善粘附性并減少濕法化學蝕刻期間的殘余水份。

4.8 等離子

建議在濕法蝕刻之前進行氧等離子體處理。光刻膠是天然疏水性的,可以排斥水性溶液,從而影響濕法刻蝕的效果。暴露在氧等離子體中使表面親水,將使蝕刻更容易發生。

5. 主要參數

5.1 分辨率

最小特征分辨率通常是抗蝕劑類型、厚度、曝光時間和顯影時間的直接結果。

5.2 對準精度

也稱為對齊精度,對于確保2個圖案彼此正確對準至關重要。EVG的設備對準精度可高至±0.5μm。

5.3 厚度

當光致抗蝕劑用作蝕刻掩模時,它也將被蝕刻(通常以明顯慢的速率)。因此,重要的是要有足夠的厚度以維持蝕刻時對基板的保護。通常,要有一個合理的安全裕度,通常約25-50%就可以。另一方面,在較薄的抗蝕劑中對較小的特征進行構圖比較容易。可以使用岱美儀器提供的膜厚測量儀進行測量

5.4 側壁角度

光致抗蝕劑的側壁角度對于許多工藝至關重要。垂直側壁是刻蝕所必需的,因為向外傾斜的側壁使剝離更容易。

5.5 缺陷等級

光學光刻中的大多數缺陷是用戶造成的錯誤。有必要密切注意工藝過程的每個步驟。直到晶圓被蝕刻后,手套的指紋才可能最初沒有出現在晶圓上。從丙酮噴射瓶產生的霧中滴下的丙酮會破壞部分圖案。通常,可以通過使用自動化工具來減少顆粒和缺陷,從而盡可能地減少所需的人工技能。EVG40等設備,可以用于晶圓檢測。

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