当前课程知识点:微纳加工技术 > 第五章节 图形化工艺 > 第二小节 光刻工艺详解 > 光刻工艺详解
同学们好
上一堂课我们学习了
光刻工艺的综述
今天我们将详细的讲述一下
光刻工艺的具体流程
那么通过今天的学习
你可以掌握光刻工艺的每个步骤
我希望下一次
你进入超净间的光刻间
你对光刻工艺就不会陌生了
这里举一个很简单的例子
就是MOS制备工艺中
栅极的光刻步骤
我们将这一步光刻工艺
分成8个步骤
那么我们看一下这个图
那这八个步骤是硅片清洗
预烘及涂底剂 涂光刻胶 软烤
对准 曝光 后烤
以及 显影 硬烘和检测
这八个部分
那么下面让我们逐个的
讲一下每一个步骤的要点
好 第一步
第一步是硅片清洗
那硅片清洗的过程包括化学清洗
去离子水漂净和甩干三个步骤
这一步的目的呢
是将表面的颗粒 污染物去除
同时通过清洗的过程呢
能够加强光刻胶
和硅表面的附着力
好 这是第一步 硅片清洗
第二步呢 是预烘和涂底胶
预烘呢 一般是100摄氏度左右
目的呢 去除硅片表面的水汽
是一步去水的烘干步骤
可以起到呢
提高光刻胶和表面粘贴度的效果
那涂底胶步骤呢
一般就是涂一层
非常非常薄的HMDS
这一层能够很好的促进
光刻胶和硅片表面的结合
这个结合
这个光刻胶和硅片表面的结合
对于图形化的精度非常关键的
所以大家看到这个预烘也好
涂底胶也好
它的目的都是获得
好的光刻的效果
那么也就是让光刻胶
和这个硅片表面能够很好的结合
让我们的光刻
能够得到非常好的精度
那第三步呢 是涂光刻胶
那么这张图呢
显示了一个涂胶设备
可以看到硅片
放到一个真空夹盘上
这个夹盘以很高的速度旋转
那液态的光刻胶加到硅片的上面
那么在离心力的作用下
光刻胶均匀的扩展到整个硅片
在光刻胶 涂光刻胶的过程中
光刻胶的厚度
是一个非常重要的参数
不仅影响后续的刻蚀 注入工艺
也会影响到所形成的图案
那光刻胶的厚度呢
同光刻胶本身的种类
光刻胶的粘度
和真空吸盘旋转的速度
是有密切的关系的
那么我们看这张图可以看到
当粘度越高
在同一个旋转速度下
最后的光刻胶越厚
那对于同一个光刻胶呢
如果你旋转速度越快 厚度越薄
所以涂光刻胶的时候
我们一般的旋转速度
在3000到7000转每分钟
所以说同学们要根据你后续工艺的要求
比如说你希望在刻蚀过程中
你希望光刻胶厚一点
那么你就要选合适的光刻胶
同时选择合适的旋转速度
来获取你的目标
这个光刻胶的厚度
这几张图呢
将涂胶的过程呢 进一步细化
这里有几点值得注意
大家看第二张图
第二张图的光刻胶喷嘴
在喷完光刻胶之后
有一个suck back这个动作
就是回吸的一个动作
那这个动作的目的呢
是避免悬在喷嘴口上的光刻胶
会掉下来
导致不均匀涂胶
那另一个点就是在涂胶过程中
大家注意到
光刻胶不仅覆盖
我整个硅片正面的表面
还会覆盖硅片的边缘
还有背面的一部分
那这个边缘的部分
和背部的光刻胶是必须要去除的
不然在后续的工艺步骤中
这些光刻胶凝固之后
然后有的会剥落下来
形成一些污染的颗粒
那如何去除这些光刻胶呢
英文我们把这部分光刻胶
叫做Edge bead
去除的过程呢
就称为Edge bead removal
那么办法就是
一种办法就是通过在边缘
喷上一层化学溶剂
来去除光刻胶
那另一种办法就是曝光
那这些光刻胶曝光之后
在后续的显影步骤就会被去除
避免后续称为颗粒的污染物
好 讲完第三步涂光刻胶
我们来讲第四步
那第四步呢 是软烤
也叫Soft Bake
那这一步的温度呢
在90到110度
时间呢 从15分钟到30分钟
Soft Bake的目的
是将光刻胶里面
80%的溶剂给它蒸发掉
软烤的温度和时间呢
需要通过工艺来 摸索 来确定
如果你过烤
会导致光刻胶剥离化 聚合化
降低了对光的敏感度
那软烤如果不够呢
又会导致光刻胶和硅片表面的结合不好
进而影响曝光的效果
好 那我们在讲完Soft Bake之后
我们来讲第五步和第六步
就是Alignment and exposure
那么翻译过来就是叫对准和曝光
那对准和曝光
是光刻过程中极为关键的步骤
那光刻设备
也是我们在微纳加工过程中
所使用到的最昂贵的设备
现在一台设备
甚至可以超过上亿美金
那这一步工艺决定了
整个微纳加工的最小线宽
我们的光刻设备
后面我们会详细说
那么大概可以分成几类
一类叫接触式
叫Contact Aligner
还有叫接近式
叫Proximity Aligner
还有投影式
叫Projection Aligner
这几种曝光系统我们刚才说了
在下一讲
我们会详细的进行对比说明
好 我们讲完这个Alignment and exposure之后呢
我们来讲一讲第七步
那第七步呢 就后烤
也叫Post Exposure Bake
后烤就是曝光之后的一个烘烤
这一步的目的
是通过后烤呢
让光刻胶的侧面
光刻胶的侧面很光滑 提高精度
同时呢 均匀这个驻波
对光刻胶侧面带来了形貌的影响
一般而言
后烤的弯度会高于软烤的温度
那八步 第八步其实分成三块
一块叫显影 develop
一块叫硬烤hard bake
还有就是检测Inspection
那显影的过程
就是去除剩余的光刻胶
包括显影、漂净和甩干三个步骤
显影工艺也非常重要
这张图显示了几个不同的情况下
显影的效果
第一张图是正常的显影
可以看到这个图形非常的好
也是我们目标图形
第二张图呢 是未完成的显影
就是说你看它中间的光刻胶
本来应该去除的
结果它整个显影过程没有完成
导致底部还有光刻胶
所以对后续工艺就会有重大的影响
比如说你做刻蚀
那你不是去刻下面的这个
你的wafer
是刻的 继续刻的光刻胶了
那你就很难控制了
那第三张图呢
是显影不够
导致底部的尺寸超过了上面
就底部尺寸变小了
这样也导致了图形失真
那第四种呢 是过度显影
导致过度的光刻胶
被显影过程中去掉
导致我们的这个尺寸变大了
也是图形失真的一种
好 所以说显影的工艺也非常重要
那再讲硬烤 硬烤就hard bake
那硬烤的过程
就是将光刻胶中所有的溶剂
都蒸发掉
光刻胶完成聚合化和剥离化
可以提高光刻胶抵抗刻蚀
和注入这个工艺的能力
同时在硬烤的过程中
光刻胶内部的流动
也可以将内部的针孔给填满了
硬烤的温度
一般也高于软烤的温度
同样的
硬烤的温度和时间
需要通过不断的工艺摸索
来进行优化
那么这张图我们显示了
如果硬烤不够
会导致聚合化不够
那这样导致光刻胶的刻蚀速率高
影响后续的刻蚀步骤
对应的
如果过烤
会导致光刻胶流动而影响精度
那最后我们讲一下检测过程
那检测过程中我们需要检测一方面
对准情况下怎么样
我们叫Overlay
那就Overlay的情况怎么样呢 对吧
另外呢 我们要看
我们最后光刻的关键尺寸
叫Critical Dimension
CD是否达标了
包括我们硅片的这个表面
有没有异物等等
如果发现我们的对准Overlay
我们的关键尺寸CD不达标
或者硅片表面有异物
我们都需要进行返工
返工就是将表面光刻胶全部去除
重新从硅片清洗的第一步开始
重来一遍
在实验过程中 或者生产过程中
返工都是会发生的事情
不是说不发生
是经常发生的事情
那么我们再看这一页
这一页呢 就是在检测过程中
我们有三张图
对比呢 在检测步骤下
CD检测的结果
左图是一个正常的情况
那么CD是达标的
中间的图表示光刻胶变小了
导致最后的CD也变小了
这就叫CD loss
右边的图显示
由于光刻胶侧面的斜度较大
导致器件层面出现了双眼皮了
所以这里我们列出来了
我们刚刚介绍的
光刻工艺的具体步骤
我们左边叫
比如从wafer clean
到这个soft Bake等等
那么这也是我们同学啊
在实验室操作过程中
需要经历的光刻的步骤
在现代化的工业中呢
这中间的步骤
从预烘Pre-bake
到最后的硬烤hard bake
全部集成为一个叫
Track-Stepper Integration System
这个集成的系统
那这个集成系统由于是自动化的
就大大提高了光刻的成功率
那么这张相片显示了
现代的光刻机和光刻系统
大家可以看到
硅片一进去到出来
就是基本上就完成了
这个光刻系统
它包含了这种track系统
那么总结一下
这一节呢
我们详细的讲了
光刻工艺的八个步骤
从硅片清洗 预烘及涂底胶
涂光刻胶 软烤 soft bake
对准 曝光 后烤
还有显影 硬烤和检测这八个步骤
希望大家能记住
这每一个步骤呢
都有很多具体的工艺细节
同学们在未来的实验室和工作中
由于设备 环境 项目目标不同
每一步的工艺的细节条件
都是不一样的
所以说你们需要了解
每个步骤的目的是什么
那么不是说
要具体记这些工艺参数
好 谢谢
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