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個個/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個個/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)光阻不同及實際情況調(diào)整流程中的操作。注：根據(jù)光阻不同及實際情況調(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)加強而不溶，使照光光阻結(jié)構(gòu)加強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) )，因為，因為KeteneKetene（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)，因為羧酸的化學(xué)，因為羧酸的化學(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，防止顯影時光刻膠圖形的脫落以及防止?jié)穹ǜg時產(chǎn)生側(cè)

7、面腐蝕止?jié)穹ǜg時產(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劑。在涂敷光刻膠之前，將洗凈的基片表面涂上附著性增強劑。增強劑增強劑(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（有機端）與光阻劑中端（有機端）與光阻劑中C C、H H、O O等分子團產(chǎn)生較強的作用力，進(jìn)而促進(jìn)光阻劑與等分子團產(chǎn)生較強的作用力，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()()；、時間；、時間(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，同時將光罩上的圖形傳遞到表面的光阻感光，同時將光罩上的圖形傳遞到WaferWafer上上的過程。的過程。曝光機曝光機曝光系統(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) 、曝光強度、曝光強度(mW/cm2) 、曝光時間、曝光時間(sec)曝光量曝光量(mj/cm2)曝光強度曝光強度(mW/cm2)曝光時間曝光時間(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()()、時間、時間(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)及擴散反應(yīng)、進(jìn)行光酸放大反應(yīng)及擴散反應(yīng) PEB PEB提供光酸催化及擴散反應(yīng)所活提供光酸催化及擴散反應(yīng)所活化能，化能，PEBPEB的溫度及時間對光阻的溫度及時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