光刻清洗工藝介紹

1、 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 光刻清洗工藝介紹光刻清洗工藝介紹外延工藝部外延工藝部 liuhuaming 2007.3.1 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 光刻車間的環(huán)境光刻車間的環(huán)境照明照明：使用黃光，波長使用黃光，波長較長，能量較低，不會影較長，能量較低，不會影響光阻，白光含有多種波響光阻，白光含有多種波長，其短波長的成分足以長，其短波長的成分足以使光阻感光。使光阻感光。潔凈度潔凈度：千級室，千級室，0.5um0.5um塵埃粒子顆粒數(shù)不大于塵埃粒子顆粒數(shù)不大于 10001000個(gè)個(gè)/ft3/ft3，5.0um5.0um塵埃粒塵埃粒子顆粒數(shù)不大于子顆粒數(shù)不大于

2、7.007.00個(gè)個(gè)/ft3/ft3，濕度濕度：3045RH3045RH10 10 溫度溫度：19.42519.4252.82.8 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 光刻工藝的概念光刻工藝的概念將光刻板上設(shè)計(jì)的圖形轉(zhuǎn)移到基板表面的光刻膠上形成產(chǎn)品所需要圖形的工藝技術(shù)。將光刻板上設(shè)計(jì)的圖形轉(zhuǎn)移到基板表面的光刻膠上形成產(chǎn)品所需要圖形的工藝技術(shù)。光刻版光刻版產(chǎn)品產(chǎn)品 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 光刻工藝流程光刻工藝流程 (Photolithography Process)注：根據(jù)光阻不同及實(shí)際情況調(diào)整流程中的操作。注：根據(jù)光阻不同及實(shí)際情況調(diào)整流程中的操作。 表面處理表

3、面處理 光阻涂布光阻涂布 軟烤軟烤 曝光曝光測量檢查測量檢查 硬烤硬烤 顯影顯影 曝后烤曝后烤 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 光刻膠光刻膠(Photoresist)光刻膠：光刻膠又叫光阻，英文光刻膠：光刻膠又叫光阻，英文PhotoresistPhotoresist（PRPR）。）。光阻主要是由樹脂光阻主要是由樹脂(Resin)(Resin)、感光劑、感光劑(Sensitizer)(Sensitizer)及溶劑等不同的成份所混合而成。其中樹及溶劑等不同的成份所混合而成。其中樹脂的功能是做為黏合劑，感光劑則是一種光活性極強(qiáng)的化合物脂的功能是做為黏合劑，感光劑則是一種光活性極強(qiáng)的化合

4、物(PAC Photo Active (PAC Photo Active Compound)Compound)，其與樹脂在光阻內(nèi)的含量通常相當(dāng)，兩者一起溶在溶劑裡，使混合好的光，其與樹脂在光阻內(nèi)的含量通常相當(dāng)，兩者一起溶在溶劑裡，使混合好的光阻能以液態(tài)的形式存在，以方便使用。阻能以液態(tài)的形式存在，以方便使用。OHOHOHH3CH3CH3C基本的樹脂形態(tài)基本的樹脂形態(tài)ON2ROOS感光劑（感光劑（PAC） 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 光刻膠的分類光刻膠的分類正型光阻：正型光阻：光阻本身原來難溶於顯影液，但照光之後會解離成一種易溶於顯影液光阻本身原來難溶於顯影液，但照光之後會解離

5、成一種易溶於顯影液的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。負(fù)型光阻：負(fù)型光阻：光阻照光之後會產(chǎn)生聚合鍵結(jié)光阻照光之後會產(chǎn)生聚合鍵結(jié)(Cross linking)(Cross linking)，使照光光阻結(jié)構(gòu)加強(qiáng)而不溶，使照光光阻結(jié)構(gòu)加強(qiáng)而不溶於顯影液於顯影液。 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 正型光刻膠曝光過程化學(xué)反應(yīng)正型光刻膠曝光過程化學(xué)反應(yīng) hRCOON2R+ N2ORRCOHOH2O WolffRearrangementABC(Ketene)D經(jīng)過適當(dāng)能量的光源經(jīng)過適當(dāng)能量的光源曝照後，在酮基旁的曝照後，在酮基旁的N2N2會產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象而脫離，會產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象而脫離，形成中間體形成中間體B B，

6、其結(jié)構(gòu)將，其結(jié)構(gòu)將會迅速重排，而成為會迅速重排，而成為Ketene (Ketene (乙烯酮乙烯酮) )，因?yàn)?，因?yàn)镵eteneKetene（乙烯酮）（乙烯酮）並不穩(wěn)並不穩(wěn)定，會進(jìn)一步的水解成羧定，會進(jìn)一步的水解成羧酸酸(D)(D)，因?yàn)轸人岬幕瘜W(xué)，因?yàn)轸人岬幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)具備有結(jié)構(gòu)具備有OHOH基，可和基，可和鹼性溶液發(fā)生酸鹼中和反鹼性溶液發(fā)生酸鹼中和反應(yīng)應(yīng) 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 表面處理表面處理(Priming)作用：作用：為了增加光刻膠與基片間的粘附能力，防止顯影時(shí)光刻膠圖形的脫落以及防為了增加光刻膠與基片間的粘附能力，防止顯影時(shí)光刻膠圖形的脫落以及防止?jié)穹ǜg時(shí)產(chǎn)生側(cè)

7、面腐蝕止?jié)穹ǜg時(shí)產(chǎn)生側(cè)面腐蝕(side etching)(side etching)。 操作一：操作一：在涂敷光刻膠之前，將基片放在惰性氣體中進(jìn)行熱處理。在涂敷光刻膠之前，將基片放在惰性氣體中進(jìn)行熱處理。OHHSiSiSiOOOHHH 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 表面處理表面處理(Priming)操作二：操作二：在涂敷光刻膠之前，將洗凈的基片表面涂上附著性增強(qiáng)劑。在涂敷光刻膠之前，將洗凈的基片表面涂上附著性增強(qiáng)劑。增強(qiáng)劑增強(qiáng)劑(HMDS):(HMDS):六甲基乙硅氮烷六甲基乙硅氮烷(Hexa-Mathyl-DiSilazane,(Hexa-Mathyl-DiSilazane

8、,簡稱簡稱HMDS)HMDS)HMDSHMDS原理：原理：含含Si Si一端（無機(jī)端）與晶圓表面的硅醇基進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成一端（無機(jī)端）與晶圓表面的硅醇基進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成-Si-O-Si-Si-O-Si-鍵結(jié)，并使晶圓表面由親水性（鍵結(jié)，并使晶圓表面由親水性（Si-OH)Si-OH)變成疏水性（變成疏水性（Si-CH3)Si-CH3)，含，含CH3CH3的一的一端（有機(jī)端）與光阻劑中端（有機(jī)端）與光阻劑中C C、H H、O O等分子團(tuán)產(chǎn)生較強(qiáng)的作用力，進(jìn)而促進(jìn)光阻劑與等分子團(tuán)產(chǎn)生較強(qiáng)的作用力，進(jìn)而促進(jìn)光阻劑與晶晶圓表面的附著力。圓表面的附著力。 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新

9、勻膠勻膠(PR Coating)作用：作用：為了在為了在WaferWafer表面得到厚度均勻的光阻薄膜。光阻通過滴管被滴在高速旋轉(zhuǎn)的表面得到厚度均勻的光阻薄膜。光阻通過滴管被滴在高速旋轉(zhuǎn)的WaferWafer表面，并在離心力的作用下被均勻的涂布在表面，并在離心力的作用下被均勻的涂布在WaferWafer的表面。的表面。 勻膠主要工藝條件勻膠主要工藝條件：轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速(rpm)(rpm)010000200003000040000500006000070000100015002000250030003500400045005000spin speed (rpm)Thickness (A) 12cp 2

10、1cp 50cp 106cpSpin Type 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 勻膠缺陷勻膠缺陷(PR Coating Defect)Air bubblesComets, streaks or flaresPinholesUncoated AreasSwirl pattern 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 軟烤軟烤(Soft Bake)上完光阻之后，要進(jìn)行上完光阻之后，要進(jìn)行Soft BakeSoft Bake，其主要目的是通過，其主要目的是通過Soft BakeSoft Bake將光阻中的溶劑蒸發(fā)，增將光阻中的溶劑蒸發(fā)，增加附著性，并控制光阻的敏感度和將來的線寬

11、，同時(shí)也將光阻中的殘余內(nèi)應(yīng)力釋放。加附著性，并控制光阻的敏感度和將來的線寬，同時(shí)也將光阻中的殘余內(nèi)應(yīng)力釋放。 軟烤主要工藝條件：、溫度軟烤主要工藝條件：、溫度()()；、時(shí)間；、時(shí)間(sec)(sec) 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 曝光曝光(Exposure)通過光照射光阻，使涂布在通過光照射光阻，使涂布在WaferWafer表面的光阻感光，同時(shí)將光罩上的圖形傳遞到表面的光阻感光，同時(shí)將光罩上的圖形傳遞到WaferWafer上上的過程。的過程。曝光機(jī)曝光機(jī)曝光系統(tǒng)曝光系統(tǒng) 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 曝光光源曝光光源(Explosure Source)曝光主

12、要工藝條件：曝光主要工藝條件：曝光量曝光量(mj/cm2) 、曝光強(qiáng)度、曝光強(qiáng)度(mW/cm2) 、曝光時(shí)間、曝光時(shí)間(sec)曝光量曝光量(mj/cm2)曝光強(qiáng)度曝光強(qiáng)度(mW/cm2)曝光時(shí)間曝光時(shí)間(sec)ExposeMaskResistSubstrateh 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 曝后烤曝后烤( (P Post ost E Exposure xposure B Bake)ake)PEB:Post Exposure BakePEB:Post Exposure BakePEBPEB是在曝光結(jié)束后對光阻進(jìn)行烘烤的過是在曝光結(jié)束后對光阻進(jìn)行烘烤的過程。程。PEBPEB主

13、要工藝條件：溫度主要工藝條件：溫度()()、時(shí)間、時(shí)間(sec)(sec)PEBPEB作用：作用：1 1、消除駐波效應(yīng)；、消除駐波效應(yīng)；2 2、進(jìn)行光酸放大反應(yīng)及擴(kuò)散反應(yīng)、進(jìn)行光酸放大反應(yīng)及擴(kuò)散反應(yīng) PEB PEB提供光酸催化及擴(kuò)散反應(yīng)所活提供光酸催化及擴(kuò)散反應(yīng)所活化能，化能，PEBPEB的溫度及時(shí)間對光阻的溫度及時(shí)間對光阻感感光度及解析度有重大的影響。光度及解析度有重大的影響。 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 顯影顯影(Developing)光阻經(jīng)曝光后改變了原有的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使照射區(qū)及非照射區(qū)在顯影劑中的溶解速率光阻經(jīng)曝光后改變了原有的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使照射區(qū)及非照射區(qū)在顯影劑中的溶

14、解速率產(chǎn)生極大的差別；產(chǎn)生極大的差別；在正型光阻中，照射區(qū)發(fā)生極性變化、斷鏈等作用，易溶于顯影液中，非照射區(qū)則在正型光阻中，照射區(qū)發(fā)生極性變化、斷鏈等作用，易溶于顯影液中，非照射區(qū)則不易溶；不易溶；在負(fù)型光阻中，照射區(qū)發(fā)生交聯(lián)等作用而不易溶于顯影液中，非照射區(qū)則易溶。在負(fù)型光阻中，照射區(qū)發(fā)生交聯(lián)等作用而不易溶于顯影液中，非照射區(qū)則易溶。CH3NCH3CH3CH3OH+-TMAH (TetraMethylAmmoniumHydroxide 2.38w.t.%) 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 硬烤硬烤(Hard Bake)硬烤的目的主要為將殘余的顯影液及清洗液蒸干，并使光阻中的聚合

15、物結(jié)構(gòu)更緊密以硬烤的目的主要為將殘余的顯影液及清洗液蒸干，并使光阻中的聚合物結(jié)構(gòu)更緊密以減少光阻缺陷，增加與晶圓表面的附著力，提高抗蝕刻性以及增加平坦度等功能。減少光阻缺陷，增加與晶圓表面的附著力，提高抗蝕刻性以及增加平坦度等功能。 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 清洗溶液清洗溶液(Cleaning Solutions)SC-1 (Standard Clean 1)SC-1 (Standard Clean 1) NH4OH (28%), H2O2 (30%) and dionized waterNH4OH (28%), H2O2 (30%) and dionized water

16、Classic formulation is 1:1:5Classic formulation is 1:1:5 Typically used at 70 CTypically used at 70 C Dilute formulations are becoming more popularDilute formulations are becoming more popularSC-2SC-2 1:1:5 HCl (30%):H2O2 (30%):H2O at 70 C for 10 min1:1:5 HCl (30%):H2O2 (30%):H2O at 70 C for 10 min

17、dissolves alkali ions and hydroxides of Al3+, Fe3+, Mg3+dissolves alkali ions and hydroxides of Al3+, Fe3+, Mg3+ desorbs by complexing residual metalsdesorbs by complexing residual metalsSC-3SC-3 H2SO4 (98%) and H2O2 (30%) in different ratiosH2SO4 (98%) and H2O2 (30%) in different ratios Used for re

18、moving organic contaminants and stripping photoresistsUsed for removing organic contaminants and stripping photoresists 責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新責(zé)任、誠信、努力、創(chuàng)新 濕式蝕刻濕式蝕刻(Wet Etching)將晶片浸沒於化學(xué)溶液中，將進(jìn)行將晶片浸沒於化學(xué)溶液中，將進(jìn)行光刻光刻製程前所沈積的薄膜，把沒有被光阻覆蓋及保製程前所沈積的薄膜，把沒有被光阻覆蓋及保護(hù)的部分，利化學(xué)溶液與晶片表面產(chǎn)生氧化還原作用的化學(xué)反應(yīng)的方式加以去除，以護(hù)的部分，利化學(xué)溶液與晶片表面產(chǎn)生氧化還原作用的化學(xué)反應(yīng)的方式加以去除，以完成轉(zhuǎn)移光罩圖案到薄膜上面的