半导体行业-光刻工艺(五)

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来自FindRF
 
因此在晶圆轨道系统中,预处理反应室与光刻胶涂敷机放在同一条生产线上。涂敷光刻胶时,底漆层也可用临场自旋涂敷的工艺进行,但是自旋涂敷在先进集成电路生产中没有蒸气底漆层涂敷普及。因为蒸气底漆层涂敷能减少液态化学品所携带的微粒污染表面,所以蒸气底漆层涂敷比自旋底漆层涂敷用得普遍。下图说明了临场预烘烤与底漆层涂敷工艺过程。
 
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如果光刻胶在自旋涂敷时仍然很热,光刻胶内的溶剂将会很快蒸发并同时将晶圆冷却。这将造成非常不理想的状态,因为溶剂的减少和温度的改变将影响光刻胶的黏滞性,也会影响光刻胶自旋涂敷时的厚度及厚度均匀性。因此在预处理过程之后,晶圆在涂敷光刻胶之前就必须先冷却到室温。通常将晶圆放在同一个晶圆轨道系统的冷却平板上降温,这个冷却平板是一个水冷式的热交换器。
 
光刻胶涂敷
 
光刻胶涂敷是一个沉积过程,沉积过程中薄的光刻胶层将被涂在晶圆表面。晶圆放置在具有真空吸盘的转轴上,吸盘在高速旋转时可以吸住晶圆。液态光刻胶铺在晶圆表面,品圆旋转时形成的离心力将液体散布到整个晶圆表面。当光刻胶内的溶剂蒸发后,晶圆就被一层光刻胶薄膜覆盖。光刻胶的厚度和黏滞性与晶圆的自旋转速度有关,下图说明了这一点。自旋转速越高,光刻胶就越薄,且厚度的均匀性也就越好。光刻胶厚度与自旋转速的平方根成反比。因为光刻胶有高的黏滞性和极大的表面张力,所以为了获得均匀的光刻胶自旋涂敷,需要高的自旋转速。当自旋速度固定时,黏滞性越高则光刻胶薄膜也就越厚。光刻胶的黏滞性可以用光刻胶溶液的固体含量控制。光刻技术中的典型光刻胶厚度为3000-30000Å。
 
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光刻胶可用静态方法或动态方法输送。对于静态输送,光刻胶被输配到静止晶圆并散布到晶圆的部分表面。当光刻胶涂敷到某一直径范围时,晶圆就以自旋转速高达7000转/分钟(r/min)的速度快速旋转,最后将光刻胶均匀散布到整个晶圆表面。光刻胶的厚度与光刻胶的黏滞性、表面张力、干燥性、自旋转速、加速度及自旋时间有关。光刻胶的厚度与厚度均匀性对加速度比较敏感。
 
对于动态输配,当晶圆以500转/分钟的速度低速自旋转动时,光刻胶施加于晶圆的中心位置。当光刻胶输送完后,晶圆就被加速到7000转/分钟的旋转速度,将光刻胶均匀散布到整个晶圆表面。动态方法使用的光刻胶较少,而静态输配法可以获得较好的光刻胶涂敷均匀性。下图显示了一个动态输配自旋涂敷过程中自旋转速的改变情况。
 
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自旋涂敷过程中,光刻胶内的溶剂将快速蒸发并改变光刻胶的黏滞性。因此在光刻胶施加于晶圆表面之后,就要尽可能快速地将自旋转速提高,以减少因为溶剂蒸发造成光刻胶黏滞性的改变。光刻胶涂敷之前会首先在晶圆表面自旋涂敷一层溶剂薄层,以改善光刻胶的附着力与均匀性。
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半导体行业-光刻工艺(十)

对于每一种工艺的第一次光刻,对准过程利用晶圆上的刻痕或平边部分完成,它们设计用来指示晶圆的晶体方向并作为对位标记。步进机通常使用自动激光干涉仪定位系统进行光学式调整和对准。

半导体行业-光刻工艺(九)

最常使用的投影式系统是扫描投影式曝光系统(见下图),该系统利用狭缝阻挡光线,减少光的散射,并且可以改进曝光的分辨率。光线通过透镜聚焦在光刻版上,并将投影式的透镜作为狭缝,让光线重新聚焦在晶圆表面上。光刻版与晶圆同步移动使紫外线扫描整个光刻版,从而使整个晶圆的光刻胶曝光。

半导体行业-光刻工艺(八)

曝光过程和照相机照相过程类似:光刻版或倍缩光刻版上的图形化影像曝光过程在晶圆的光刻胶上进行,与影像曝光在相机内的底片上进行一样。集成电路的光学曝光系统分辨率比照相机高得多,这就是为什么集成电路的光学曝光工具(光刻版对准机或步进机)比最精密的照相机还贵得多的原因。除了要求分辨率外,精确的对准也非常重要。先进的集成电路芯片超过脚道光刻工艺,而每道光刻版或倍缩光刻版需要精确对准预先设计的对位标记,否则将无法成功地将设计图形转移到晶圆表面上,其他的必要条件还包括高的可重复性、高的生产率及低成本。

半导体行业-光刻工艺(七)

光刻胶涂敷后,晶圆再次被加热驱除光刻胶内部的大量溶剂,并将光刻胶从液态转变成固态。软烘烤也可以增强光刻胶在晶圆表面的附着力,某些工厂将这种工艺称为预曝光烘烤。软烘烤后,光刻胶厚度大约收缩10%-20%,而光刻胶也将含有5%-20%的残余溶剂。

半导体行业-光刻工艺(六)

光刻胶涂敷前也可以使用自旋涂敷进行底漆层HMDS沉积。首先在低速自旋转时将液态HMDS施加到晶圆表面涂敷晶圆,然后把自旋转速快速升高到3000~6000转/分钟,用20~30s时间干燥HMDSO对于光刻胶涂敷,底漆层自旋涂敷的优点是一种临场过程,所以在光刻胶涂敷前可以有效避免晶圆表面的再次水合。然而,现在一般都使用蒸气的底漆层涂敷,因为这种方法的底漆层使用HMDS量较少(HMDS是非常昂贵的材料)、有较好的涂敷均匀性并具有较少的微粒状污,而且光刻胶能被湿的HMDS溶解(这与液体的使用有关)。