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光学光刻技术(Optical lithography)

更新时间:2024-01-19  |  点击率:1774

1. 简介

光学光刻(Optical lithography),也称为光学平版印刷术或紫外光刻,是在其他处理步骤(例如沉积,蚀刻,掺杂)之前用光刻胶对掩模和样品进行构图的方法。

2. 设备(接近式光刻机)

2.1 HMDS及涂胶

1) 标准旋转工艺中包括HMDS蒸汽预处理

2) 烤箱-批量处理多个晶圆

3) HMDS也可以在手动旋转器上旋转涂布

4)涂胶机上进行光刻胶的涂布

2.2 对准接触光刻

1) 光刻前的对准

2) 对准器——处理具有对准图形的晶圆

3) EVG610等掩模对准机——尺寸从碎片到12”晶圆

4) 曝光机——光刻胶曝光

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2.3 直写设备

主要用于掩模版制造,但也可用于其他样品

3. 曝光工具选择

3.1 对准接触式曝光机

接触光刻使掩模与光致抗蚀剂层直接接触,并立即曝光整个样品。最小特征尺寸将比投影光刻法大,并且受波长以及掩模和光刻胶之间的间隙限制。我们仅建议对1μm及更大特征以及1μm或更大对准公差的样品使用接触光刻。接触间隙越小,由于更多的颗粒和光致抗蚀剂会转移到掩膜版上,因此越需要频繁清洗掩模。

3.2 步进机(Stepper

使用投影光刻时,光线会通过掩模发光,穿过缩小透镜并投射到基板上。由于掩膜版从不接触样品,因此可以保持清洁。500nm光栅将可靠地光刻,但是分辨率将取决于特征类型和光刻胶厚度。随着特征尺寸的减小,焦点深度也减小,因此必须使用更薄的抗蚀剂。步进机具有14.7毫米X14.7毫米一个最大管芯尺寸和200nm的用于晶片的最小对准公差。这也很大程度上取决于掩模上对位标记的准确性。

3.3 直写设备

对于原型制作和一次性工作,使用相关设备进行直接曝光样品是更有效的。

4. 操作方法

4.1 脱水和HMDS

为了获得良好的附着力,样品应清洁且无水分,并且通常使用附着力促进剂(例如HMDS)。通常,这是通过进行HMDS蒸汽底漆来完成的,尽管某些材料(如Ti)在没有HMDS的情况下仍具有良好的附着力。

4.2 光刻胶应用

通常,光致抗蚀剂在样品上旋转,其厚度由抗蚀剂的旋转速度和粘度确定。在该旋转期间,大量溶剂蒸发。也可以使用喷涂工具来施加光致抗蚀剂。光致抗蚀剂需要足够厚才能达到其预定的作用,但抗蚀剂越厚,最小特征尺寸将越大。EVG150是用于光刻胶旋涂和喷涂的设备。

4.3 软烤

接下来,烘烤抗蚀剂以减少溶剂含量。烘烤时间越长,吸出的溶剂越多,这会减少未曝光的抗蚀剂受到显影剂侵蚀的速度,但是烘烤时间太长和过热,则会开始分解残渣中的光敏化合物,从而降低其光敏性。

4.4 接触

软烘烤后,将抗蚀剂暴露在紫外线下。在正性光致抗蚀剂中,PAC(光敏化合物)使光致抗蚀剂呈酸性,因此它将溶解在碱性显影液中。使用负性光致抗蚀剂时,曝光的聚合物会发生交联,从而使显影剂无法渗透,从而仅除去未曝光的区域。

4.5 曝光后烘烤

当抗蚀剂在反射性基材(例如Si)上暴露于单色光时,您将在高光强度和低光强度的抗蚀剂中形成驻波。这些驻波将出现在光刻胶的侧壁中。烘烤抗蚀剂将有助于从曝光中扩散酸,使这些驻波变平。烘烤使用的是EVG105晶圆烘烤箱。

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4.6 显影

将光致抗蚀剂置于显影剂溶液中,该溶液溶解晶片上的部分光致抗蚀剂。对于正性光刻胶,已曝光的区域溶解,而对于负性光刻胶,未曝光的区域溶解。对于大多数标准抗蚀剂,这是通过将样品浸泡在碱性溶液(通常为2.38TMAH)中来完成的。我们通常使用AZ 300进行喷雾显影,也会进行水坑显影。也有用于特殊抗蚀剂的溶剂型显影剂,例如SU-8PMMA

4.7 硬烤

一些光刻胶建议在显影后将抗蚀剂硬烘烤。这可以改善粘附性并减少湿法化学蚀刻期间的残余水份。

4.8 等离子

建议在湿法蚀刻之前进行氧等离子体处理。光刻胶是天然疏水性的,可以排斥水性溶液,从而影响湿法刻蚀的效果。暴露在氧等离子体中使表面亲水,将使蚀刻更容易发生。

5. 主要参数

5.1 分辨率

最小特征分辨率通常是抗蚀剂类型、厚度、曝光时间和显影时间的直接结果。

5.2 对准精度

也称为对齐精度,对于确保2个图案彼此正确对准至关重要。EVG的设备对准精度可高至±0.5μm

5.3 厚度

当光致抗蚀剂用作蚀刻掩模时,它也将被蚀刻(通常以明显慢的速率)。因此,重要的是要有足够的厚度以维持蚀刻时对基板的保护。通常,要有一个合理的安全裕度,通常约25-50%就可以。另一方面,在较薄的抗蚀剂中对较小的特征进行构图比较容易。可以使用岱美仪器提供的膜厚测量仪进行测量

5.4 侧壁角度

光致抗蚀剂的侧壁角度对于许多工艺至关重要。垂直侧壁是刻蚀所必需的,因为向外倾斜的侧壁使剥离更容易。

5.5 缺陷等级

光学光刻中的大多数缺陷是用户造成的错误。有必要密切注意工艺过程的每个步骤。直到晶圆被蚀刻后,手套的指纹才可能最初没有出现在晶圆上。从丙酮喷射瓶产生的雾中滴下的丙酮会破坏部分图案。通常,可以通过使用自动化工具来减少颗粒和缺陷,从而尽可能地减少所需的人工技能。EVG40等设备,可以用于晶圆检测。

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