光刻工艺过程详解

本文介绍光刻工艺过程，供相关专业人士参考。

一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。

1.硅片清洗烘干（cleaning and pre-baking）

方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500c,1～2分钟，氮气保护）

目的：a.除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b.除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是hmds-〉六甲 基二硅胺烷）。

2.涂底（priming）

方法：a.气相成底膜的热板涂底。hmds蒸气淀积，200～2500c,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b.旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、hmds用量大。

目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。

3.旋转涂胶（spin-on pr coating）

方法：a.静态涂胶（static）。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）；b.动态（dynamic）。低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。

决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度（viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄；

影响光刻胶均匀性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时间点有关。

一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关（因为不同级别的曝光波长对应不同的光刻胶种类和分辨率）：i-line最厚，约0.7～3μm；krf的厚度约0.4～0.9μm；arf的厚度约0.2～0.5μm。

4.软烘（soft baking）

方法：真空热板，85～1200c,30～60秒；

目的：除去溶剂（4～7%）；增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶玷污设备；

5.边缘光刻胶的去除（ebr，edge bead removal）。

光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离（peeling）而影响其它部分的图形。所以需要去除。

方法：a.化学的方法（chemical ebr）。软烘后，用pgmea或egmea去边溶剂，喷出少量在正反面边缘出，并小心控制不要到达光刻胶有效区域；b.光学方法（optical ebr）。即硅片边缘曝光（wee，wafer edge exposure）。在完成图形的曝光后，用激光曝光硅片边缘，然后在显影或特殊溶剂中溶解；

6.对准（alignment）

对准方法：a.预对准，通过硅片上的notch或者flat进行激光自动对准；b.通过对准标志（align mark），位于切割槽（scribe line）上。另外层间对准，即套刻精度（overlay），保证图形与硅片上已经存在的图形之间的对准。

7.曝光（exposure）

曝光中最重要的两个参数是：曝光能量（energy）和焦距（focus）。如果能量和焦距调整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的图形。表现为图形的关键尺寸超出要求的范围。

曝光方法：

a.接触式曝光（contact printing）。掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩膜板上的图形分辨率相当，设备简单。缺点：光刻胶污染掩膜板；掩膜板的磨损，寿命很低（只能使用5～25次）；1970前使用，分辨率〉0.5μm。

b.接近式曝光（proximity printing）。掩膜板与光刻胶层的略微分开，大约为10～50μm。可以避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤。但是同时引入了衍射效应，降低了分辨率。1970后适用，但是其最大分辨率仅为2～4μm。