光刻工艺详解在线视频

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