track光刻胶显影工艺.docx

track光刻胶显影工艺.docx

《track光刻胶显影工艺.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《track光刻胶显影工艺.docx（9页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

track光刻胶显影工艺

track光刻胶显影工艺（总12页）

TRACK工艺简介

潘川2002/1/28

摘要

本文简要介绍关于涂胶、显影工艺的一些相关内容。

引言

超大规模IC对光刻有五个基本要求，即：

高分辨率、高灵敏度、精密的套刻对准、低缺陷和大尺寸上的加工问题（如温度变化引起晶圆的胀缩等）。

这五个基本要求中，高分辨率、高灵敏度和低缺陷与涂胶、显影工艺有很密切的关系。

第一节涂胶工艺

1光刻胶

光刻胶主要由树脂（Resin）、感光剂（Sensitizer）及溶剂（Solvent）等不同材料混合而成的，其中树脂是粘合剂（Binder）,感光剂是一种光活性（Photoactivity）极强的化合物，它在光刻胶内的含量和树脂相当，两者同时溶解在溶剂中，以液态形式保存。

除了以上三种主要成分以外，光刻胶还包含一些其它的添加剂（如稳定剂，染色剂，表面活性剂）。

光刻胶分为正胶和负胶。

负胶在曝光后会产生交联（CrossLinking）反应，使其结构加强而不溶解于显影液。

正胶曝光后会产生分解反应，被分解的分子在显影液中很容易被溶解，从而与未曝光部分形成很强的反差。

因负胶经曝光后，显影液会浸入已交联的负性光刻胶分子内，使胶体积增加，导致显影后光刻胶图形和掩膜版上图形误差增加，故负胶一般不用于特征尺寸小于的制造。

典型的正胶材料是邻位醌叠氮基化合物，常用的负胶材料是聚乙稀醇肉桂酸酯。

CSMC-HJ用的是正性光刻胶。

在相同的光刻胶膜厚和曝光能量相同时，不同光刻胶的感光效果不同。

在一定的曝光波长范围内，能量低而感光好的胶称为灵敏度，反之则认为不灵敏。

我们希望在能满足光刻工艺要求的情况下，灵敏度越大越好，这样可减少曝光时间，从而提高产量。

2涂胶

涂胶是在结净干燥的圆片表面均匀的涂一层光刻胶。

常用的方法是把胶滴在圆片上，然后使圆片高速旋转，液态胶在旋转中因离心力的作用由轴心沿径向飞溅出去，受附着力的作用，一部分光刻胶会留在圆片表面。

在旋转过程中胶中所含溶剂不断挥发，故可得到一层分布均匀的胶膜。

涂胶过程有以下几个步骤：

1.1涂胶前处理（Priming）：

要使光刻胶精确地转移淹膜版上的图形，光刻胶与圆片之间必须要有良好的粘附。

在涂胶之前，常采用烘烤并用HMDS（六甲基二硅胺）处理的方法来提高附着能力。

因圆片表面通常含有来自空气中的水分子，在涂胶之前，通常将圆片进行去水烘烤以蒸除水分子。

我们一般采用100℃/5s.经过烘烤的片子，涂一层增粘剂HMDS。

涂HMDS的方法通常有两种，一种是旋转涂布法，这种方法的原理同光刻胶的涂布方法。

另一种是汽相涂底法（VaporPriming）,是将气态的HMDS在圆片表面形成一层薄膜。

汽相涂底法效率高，受颗粒影响小，目前生产中大多采用此法，并与去水烘烤在同一容器中完成。

CSMC-HJ的HMDS处理工艺为100℃/55s。

确认HMDS的效果用接触角计测量，一般要求大于65度.

前处理须注意来片衬底必须是干净和干燥的，HMDS处理后应及时涂胶，HMDS处理不能过度，安全使用HMDS

1.2涂胶（COATING）：

涂胶主要控制胶厚及胶厚的均匀性。

胶厚主要与光刻胶的粘度和涂胶时的转速有关。

一般较薄的胶（左右厚度/4000转速）其粘度在24CP左右，而较厚的胶（左右厚度/4000转速）其粘度在48CP左右。

对于同一种光刻胶，其膜厚主要受涂胶时的转速影响，转速越大，胶厚越薄，一般工艺上常用MOTOR转速在3000到5500之间，这时膜厚的稳定性较好。

影响膜厚均匀性的因素主要有：

环境温度、环境湿度、排风净压力、光刻胶温度、旋转马达的精度和重复性、预旋转速度、预旋转时间、最终旋转速度、最终旋转时间和最终旋转加速度、喷胶状况和回吸量等因素。

环境温度的变化大大影响了圆片表面的涂胶均匀性，如图

（一）所示。

将环境温度设定于摄氏23度，当环境温度变化而其它条件基本不变时，溶剂的挥发随温度的升高而加快。

环境温度一旦超过23度就会引起圆片边缘的膜厚的增长，从而影响圆片表面涂胶的均匀性，另外，当环境温度低于23度时，由于溶剂的挥发相对比较慢，胶的流动性稍好。

因此膜厚在圆片半径中间减少，在旋转的过程中，溶剂也在不停地挥发，造成中间比边缘的粘性要小，因此，无论在何种温度下，边缘的胶厚都会有所增长。

环境湿度的变化也影响了圆片表面的涂覆均匀性，如图

（二）所示。

在其它条件基本恒定的情况下，溶剂的挥发随着环境湿度的降低而加快，平均膜厚对湿度的变化是：

每1%的湿度降低会引起9%的膜厚增长；旋转腔周围空气的干燥引起圆片边缘的溶剂挥发加快，从而影响了圆片表面的膜厚均匀性。

另一方面当环境湿度小于40%时，溶剂的挥发被抑制，会出现圆片中心比边缘厚的不均匀现象。

一般情况下，环境湿度对圆片表面涂胶均匀性影响远不如环境温度那么强烈。

排风静压力的变化大大影响了圆片表面的涂胶均匀性，如图（三）所示。

随着排风风速（静压力）的增长，腔内不均匀的蒸气浓度造成圆片中心和边缘之间失去平衡，从而影响圆片表面的涂胶均匀性，根据估算的结果告诉我们，对于被测试的旋转涂胶机，5mmAq的排风静压力是最合适的。

光刻胶温度自环境温度的升高影响了圆片表面的涂胶均匀性，如图（四）所示。

随着光刻胶温度的升高，使溶剂挥发加快，引起光刻胶流动性降低，膜厚增加，特别在圆片中心较热的胶滴使其表面温度升高，那么圆片中心的膜厚远大于边缘的膜厚，使圆片表面胶厚不均匀。

当然，这一个光刻胶温度升高依赖于其它参数（环境温度、环境湿度、旋转速度等），在一些情况下，圆片表面涂胶均匀性可能在光刻胶温度稍高于环境温度下得以改善。

旋转时间、旋转速度、旋转滴胶量等如图（五）、（六）、（七）所示。

这些因素也会影响表面涂胶的均匀性，而这些因素与旋转涂胶机的设置有关，其影响的程度在旋转涂胶机的设置中应加以考虑。

旋转时间、旋转速度、滴胶量这些参数在达到某一数值之后，对胶厚均匀性的影响基本不变。

目前，我们DNSC的膜厚极差一般小于80，σ小于20，SVG因其设备设计的原因，其极差和标准偏差（约35）都较DNSC大。

1.3膜厚的选择

当曝光量一定时，条宽大小和光刻胶膜厚呈周期性的波动状态，即我们常说的SWINGCURVE，如下图所示：

在确定光刻胶的膜厚时，我们一般选择SWINGCURVE中波谷所对应的膜厚，以使条宽随膜厚的变化值为最小（不选波峰的原因是为了避免因膜厚的变化而出现欠曝光的现象）。

在考虑膜厚时，还必须考虑该膜厚的抗腐蚀效果，右图是MIR701用于HOTM1（AL+350ATIN结构）时，胶厚（18000A）较少而使腐蚀后台阶上AL上胶呈三角形，此时抗腐蚀处于临界状态，易出现AL过腐蚀,引起高台阶处断AL。

为避免此问题，我们将膜厚顺延了一个周期采用19000A膜厚。

1.4前烘（SOFTBAKE）

曝光前烘也称为软烘（SB:

SOFT

BAKE），是使光刻胶中的溶剂挥发，从而使胶层成为固态的薄膜，并使光刻胶与圆片表面粘附力增强的工序。

光刻胶中溶剂的含量会影响曝光的精度和显影的选择比。

SB的关键是控制温度和时间。

温度太低，胶中溶剂挥发时间加长，影响产出；温度过高，胶表层溶剂挥发比内部快，会使胶表面粗糙。

进行SB的方式主要有三种：

1）利用热空气对流；2）利用红外线辐射；及3）利用热板的传导。

热传导方式是将圆片放在热板上（一般采用接近式，圆片离热板约2cm），光刻胶被来自热板的能量加温，因此，胶内部获得的能量比表面高，促使内部溶剂往表面移动而离开光刻胶。

这种方法可避免前述表面溶剂挥发太快所导致的问题，且设计简单，所以在生产中应用广泛。

SB常用工艺温度为90℃-120℃之间，时间约60s。

SB之后，内部溶剂含量约5%-20%,胶厚约减少10%-20%.

第二节显影工艺

简单地讲，显影就是去处已曝光光刻胶的工艺过程。

为了避免光刻胶因其他可能的副反应而改变其化学结构，曝光后应尽快进行显影。

显影的主要步骤如下：

1、曝光后烘（PEB：

POSTEXPOSUREBAKE）

PEB即曝光后烘，可以有效降低驻波效应的影响。

曝光时，会产生一种驻波现象（STANDINGWAVE）。

由于入射光与反射光产生干涉，使沿胶厚方向的光强形成波峰和波谷，从而产生驻波。

驻波效应会影响对光刻的分辩率和CD控制。

降低或消除驻波效应常采用的几种方法为：

⑴PEB，如上两图所示。

⑵用带染色剂（dye）的光刻胶。

⑶采用多层光刻胶技术。

⑷加抗反射层：

用有机（TARC和BARC）或无机材料（SION）

PEB温度一般在110到120度，时间在1到2分钟。

PEB温度一般比软烘高15-20度。

2、冷却

PEB之后,WAFER须冷却,使WAFER的温度同显影液温度一致（23℃）。

常用工艺条件为23℃/45s。

3、显影

WAFER进冷却后，进入显影腔体，经过温度为23℃的显影液处理约60S左右，将已曝过光的那部分光刻胶显现出来。

严格地说，曝过光和未曝过光的光刻胶在显影液中都不同程度地被溶解。

为了得到好的显影图象，希望溶解速率差越大越好，即所谓的反差越大越好。

显影的方法主要有三种：

浸润显影（IMMESESEION）、喷雾显影（SPRAY）和静态显影（PUDDLE）。

我们目前用PUDDLE的方式。

影响显影的因素主要有：

显影液的成分、温度；环境温度和湿度；显影液量；显影方式和显影程序。

4、坚膜

坚膜又称硬烘（HBHARDBAKE）。

光刻胶显影后留下的图形，是作为后步工序对WAFER进行加工的保护膜。

因此，要求光刻胶和WAFER粘附牢固，并且保持没有形变。

光刻胶在显影后，必须再经过一次烘烤，进一步将胶内残余的溶剂蒸发，使其硬化，即坚膜。

通常坚膜温度比SB温度要高，所以也将此工序称做硬烘。

HB温度过高，光刻胶内溶剂含量越少。

但另一方面，最后去胶时会比较困难。

所以必须控制HB的温度，一般HB的温度控制在100-130℃之间。

我们目前采用112℃/60S。

HB的方式同SB一样有三种，目前我们采用接近式。