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芯片制作工藝流程 三 涂敷光刻膠 光刻制造過程中，往往需采用20-30道光刻工序，現(xiàn)在技術主要采有紫外線(包括遠紫外線)為光源的光刻技術。光刻工序包括翻版圖形掩膜制造，硅基片表面光刻膠的涂敷、預烘、曝光、顯影、后烘、腐蝕、以及光刻膠去除等工序。 (1)光刻膠的涂敷 在涂敷光刻膠之前，將洗凈的基片表面涂上附著性增強劑或將基片放在惰性氣體中進行熱處理。這樣處理是為了增加光刻膠與基片間的粘附能力，防止顯影時光刻膠圖形的脫落以及防止?jié)穹ǜg時產(chǎn)生側面腐蝕(side etching)。光刻膠的涂敷是用轉速和旋轉時間可自由設定的甩膠機來進行的。首先、用真空吸引法將基片吸在甩膠機的吸盤上，將具有一定粘度的光刻膠滴在基片的表面，然后以設定的轉速和時間甩膠。由于離心力的作用，光刻膠在基片表面均勻地展開，多余的光刻膠被甩掉，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速來控制。所謂光刻膠，是對光、電子束或X線等敏感，具有在顯影液中溶解性的性質，同時具有耐腐蝕性的材料。一般說來，正型膠的分辯率高，而負型膠具有高感光度以及和下層的粘接性能好等 特點。光刻工藝精細圖形(分辯率，清晰度)，以及與其他層的圖形有多高的位置吻合精度(套刻精度)來決定，因此有良好的光刻膠，還要有好的曝光系統(tǒng)。 (2)預烘 (pre bake) 因為涂敷好的光刻膠中含有溶劑，所以要在80C左右的烘箱中在惰性氣體環(huán)境下預烘15-30分鐘，去除光刻膠中的溶劑。 (3)曝光 將高壓水銀燈的g線(l=436 nm), i線(l=365nm)通過掩模照射在光刻膠上，使光刻膠獲得與掩模圖形同樣的感光圖形。根據(jù)曝光時掩模的光刻膠的位置關系，可分為接觸式曝光、接近式曝光和投影曝光三種。而投影曝光又可分為等倍曝光和縮小曝光�？s小曝光的分辯率最高，適宜用作加工，而且對掩模無損傷，是較常用的技術�？s小曝光將掩模圖形縮小為原圖形的1/5-1/10，這種場合的掩模被稱為掩模原版(reticle)。使用透鏡的曝光裝置，其投影光學系統(tǒng)的清晰度R和焦深D 分別用下式表示： R=k1 λ/NA D=k2 λ/(NA) 2 λ 曝光波長 NA 透鏡的數(shù)值孔徑 k1、k2 為與工藝相關的參數(shù)，k1(0.6-0.8), k2(0.5) 由此可知：要提高清晰度(R變小)，必須縮短波長，加大透鏡數(shù)值孔徑。隨著曝光波長的縮短，清晰度得到改善，但是焦深卻變短，對光刻膠表面平坦度提出了更嚴格的要求，這是一個很大的缺點。通常采用的高壓水銀燈，還有比高壓水銀燈I-line波長短的遠紫外線準分子激光器(excimer laser, KrF:248nm,ArF:193nm)為曝光光源。為了 解決上述所提到的缺點，用比光的波長更短的X線(l=1-10nm)作為曝光光源，技術上有很大的進展，利用X線和電子束進行光刻時，其焦深較深，對表面平坦度沒有苛刻的要求。 接近式曝光技術為光罩掩模與基板相互靠近保持較近的間隙(gap)，以UV光由MASK側面照射，將圖案投射在基板上對光阻進行曝光。一般而言，光罩尺寸較基板大，所以圖案將以1:1的大小轉印到光阻上，此方法精度較所常用的步進機(stepper,能輸出一定頻率和波長的光線)或鏡像投影(Mirror Projection)來得差，但其優(yōu)點為產(chǎn)量(throughput)大，設備便宜。在光學系統(tǒng)中，大型的準直鏡(collimate mirror)(球面或非球面)對轉刻精度影響最大，以日前制作水準而言，傾斜角(declination angle)約可以做到 + -0.3以內(nèi)。若傾斜角過大，則基片邊緣的圖案將與光罩設計的位置有所差別，將影響到total pitch(圖案實際長度與設計長度的誤差容忍值)的誤差。而一般接近式曝光技術解析度與光罩及基板的間隙和光的波長有關。隨著基片的增大，光罩也隨之增大，由于光罩本身的重量會使得光罩中間部分向下彎曲。如果彎曲程度得到控制，利用光線反射原理的檢測(類似光的薄膜干涉)來推算光罩與基板的距離。光罩精密對位技術，此對位技術可分為兩部分，一部分利用CCD (charge coupled device)將光罩上及基板上的記號重疊后做圖像分析處理，即可知目前的對位情形，再配合另一部分可精確移動的對準臺(alignment stage)，控制其X,Y方向及角度的位移。溫度的管理，因光罩與基板兩者膨脹系數(shù)不同，同一特定溫度下，光照的影響將會造成誤差。光罩的溫度控制方法是利用經(jīng)過溫控后的潔凈空氣吹向光罩表面使光罩全面的溫度分布均勻，而對基板是利用溫控后的水流承載基板的基臺來控制。 就曝光系統(tǒng)而言，所使用的UV光源為10kw的超高水銀燈，經(jīng)過橢圓鏡，多層鍍膜反射鏡等光學系統(tǒng)后投射在光罩及光刻膠上，為了使投射光有良好的均一性及平行度以增加曝光精度，在光學系統(tǒng)中通常會使用Fly eye lens及大型的球面鏡。以超高水銀燈所發(fā)出的UV而言主，強度有三個峰值分別為g-line(436nm),h-line(406nm),i-line(365nm)，其中正型光阻對g-line及h-line較敏感，i-line通常對負膠有較好的曝光效率。由于為了不使UV光的強度下降，光學系統(tǒng)中所使用的鏡光學為合成的石英所制，多層鍍膜的鏡片也被設計成增加UV區(qū)的反射率。 |
