芯片制作工艺流程 三涂敷光刻胶 光刻制造过程中,往往需采用20-30道光刻工序,现在技术主要采有紫外线(包括远紫外线)为光源的光刻技术。光刻工序包括翻版图形掩膜制造,硅基片表面光刻胶的涂敷、预烘、曝光、显影、后烘、腐蚀、以及光刻胶去除等工序。 (1)光刻胶的涂敷 在涂敷光刻胶之前,将洗净的基片表面涂上附着性增强剂或将基片放在惰性气体中进行热处理。这样处理是为了增加光刻胶与基片间的粘附能力,防止显影时光刻胶图形的脱落以及防止湿法腐蚀时产生侧面腐蚀(side etching)。光刻胶的涂敷是用转速和旋转时间可自由设定的甩胶机来进行的。首先、用真空吸引法将基片吸在甩胶机的吸盘上,将具有一定粘度的光刻胶滴在基片的表面,然后以设定的转速和时间甩胶。由于离心力的作用,光刻胶在基片表面均匀地展开,多余的光刻胶被甩掉,获得一定厚度的光刻胶膜,光刻胶的膜厚是由光刻胶的粘度和甩胶的转速来控制。所谓光刻胶,是对光、电子束或X线等敏感,具有在显影液中溶解性的性质,同时具有耐腐蚀性的材料。一般说来,正型胶的分辩率高,而负型胶具有高感光度以及和下层的粘接性能好等 特点。光刻工艺精细图形(分辩率,清晰度),以及与其他层的图形有多高的位置吻合精度(套刻精度)来决定,因此有良好的光刻胶,还要有好的曝光系统。 (2)预烘 (pre bake) 因为涂敷好的光刻胶中含有溶剂,所以要在80C左右的烘箱中在惰性气体环境下预烘15-30分钟,去除光刻胶中的溶剂。 (3)曝光 将高压水银灯的g线(l=436 nm), i线(l=365nm)通过掩模照射在光刻胶上,使光刻胶获得与掩模图形同样的感光图形。根据曝光时掩模的光刻胶的位置关系,可分为接触式曝光、接近式曝光和投影曝光三种。而投影曝光又可分为等倍曝光和缩小曝光。缩小曝光的分辩率最高,适宜用作加工,而且对掩模无损伤,是较常用的技术。缩小曝光将掩模图形缩小为原图形的1/5-1/10,这种场合的掩模被称为掩模原版(reticle)。使用透镜的曝光装置,其投影光学系统的清晰度R和焦深D 分别用下式表示: R=k1 λ/NA D=k2 λ/(NA) 2 λ 曝光波长 NA 透镜的数值孔径 k1、k2 为与工艺相关的参数,k1(0.6-0.8), k2(0.5) 由此可知:要提高清晰度(R变小),必须缩短波长,加大透镜数值孔径。随着曝光波长的缩短,清晰度得到改善,但是焦深却变短,对光刻胶表面平坦度提出了更严格的要求,这是一个很大的缺点。通常采用的高压水银灯,还有比高压水银灯I-line波长短的远紫外线准分子激光器(excimer laser, KrF:248nm,ArF:193nm)为曝光光源。为了 解决上述所提到的缺点,用比光的波长更短的X线(l=1-10nm)作为曝光光源,技术上有很大的进展,利用X线和电子束进行光刻时,其焦深较深,对表面平坦度没有苛刻的要求。 接近式曝光技术为光罩掩模与基板相互靠近保持较近的间隙(gap),以UV光由MASK侧面照射,将图案投射在基板上对光阻进行曝光。一般而言,光罩尺寸较基板大,所以图案将以1:1的大小转印到光阻上,此方法精度较所常用的步进机(stepper,能输出一定频率和波长的光线)或镜像投影(Mirror Projection)来得差,但其优点为产量(throughput)大,设备便宜。在光学系统中,大型的准直镜(collimate mirror)(球面或非球面)对转刻精度影响最大,以日前制作水准而言,倾斜角(declination angle)约可以做到 + -0.3以内。若倾斜角过大,则基片边缘的图案将与光罩设计的位置有所差别,将影响到total pitch(图案实际长度与设计长度的误差容忍值)的误差。而一般接近式曝光技术解析度与光罩及基板的间隙和光的波长有关。随着基片的增大,光罩也随之增大,由于光罩本身的重量会使得光罩中间部分向下弯曲。如果弯曲程度得到控制,利用光线反射原理的检测(类似光的薄膜干涉)来推算光罩与基板的距离。光罩精密对位技术,此对位技术可分为两部分,一部分利用CCD (charge coupled device)将光罩上及基板上的记号重叠后做图像分析处理,即可知目前的对位情形,再配合另一部分可精确移动的对准台(alignment stage),控制其X,Y方向及角度的位移。温度的管理,因光罩与基板两者膨胀系数不同,同一特定温度下,光照的影响将会造成误差。光罩的温度控制方法是利用经过温控后的洁净空气吹向光罩表面使光罩全面的温度分布均匀,而对基板是利用温控后的水流承载基板的基台来控制。 |