紫外光刻工藝流程

紫外光刻是指紫外光源對(duì)光刻膠進(jìn)行空間選擇性曝光，進(jìn)而將所設(shè)計(jì)好的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上的技術(shù)。     

光刻是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，具有大面積、易操作、可量產(chǎn)和低成本等特點(diǎn)，是半導(dǎo)體器件與大規(guī)模集成電路制造的核心步驟。

01 襯底預(yù)處理（Substrate Pre-treatment）：

當(dāng)使用新的潔凈襯底時(shí)，需要預(yù)先在熱板上加熱（150~200℃，2~3分鐘），以去除襯底表面的水汽，并且應(yīng)該盡快進(jìn)行下一步工藝，或者將已經(jīng)處理好的襯底存放在干燥容器中避免再次吸收水分。對(duì)于被污染的襯底或是使用過(guò)的晶圓，需要進(jìn)行清洗。常規(guī)清潔步驟是先用丙酮處理，然后使用異丙醇或者乙醇清洗，最后進(jìn)行干燥處理，從而提高襯底對(duì)光刻膠的粘附力。

02 涂膠（Coat）：

光刻膠主要通過(guò)旋涂的方式進(jìn)行涂布，對(duì)于薄膠，旋涂轉(zhuǎn)速為2000~4000rpm，對(duì)于相對(duì)較厚的膠，旋涂轉(zhuǎn)速為250~2000rpm，勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)速通常可以達(dá)到9000rpm，在某些情況下，還可以使用100~200rpm這類較慢的轉(zhuǎn)速來(lái)獲得特定較厚的膠層。但是這種情況下，膠膜的質(zhì)量會(huì)下降，并且可能會(huì)在硅片的邊緣形成大量的邊緣膠珠，可以通過(guò)旋涂獲得30~200μm的膠厚（取決于光刻膠的類型），也可以使用自流平的方法獲得高達(dá)1mm的厚膠膜。

S1800系列的光刻膠是常用的薄膠，穩(wěn)定可靠。如下圖所示：以S1811光刻膠為例，在5000rpm下膠厚約為 1.0μm，在2000rpm下的膠厚約為1.5μm，使用高轉(zhuǎn)速（6000rpm）可將膠厚控制在0.8μm左右。

托托科技對(duì)S1805光刻膠已有成熟的工藝參數(shù)，在前轉(zhuǎn)500rmp/s；后轉(zhuǎn)5000rpm/s 50s參數(shù)下能獲得最合適的曝光效果；可應(yīng)用于濕法腐蝕和干法刻蝕，也可與底層膠 LOR搭配，做lift-off 工藝。

03 前烘（prebake）：

前烘的目的是將光刻膠的有機(jī)溶劑揮發(fā)掉，使膠的表面固化。每種光刻膠都有特定的前烘溫度與時(shí)間，前烘結(jié)束后要等待硅片冷卻才能進(jìn)行下一步工藝。

04 曝光（Exposure）：

曝光時(shí)，硅片表面的光刻膠與紫外光會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在托托科技的無(wú)掩膜光刻設(shè)備中，由所選圖形產(chǎn)生二進(jìn)制信號(hào)控制微反射鏡的偏轉(zhuǎn)角度，使得紫外光的空間分布與待光刻區(qū)域一致，以此達(dá)到所見即所得的光刻效果。

曝光時(shí)間和光強(qiáng)共同決定光刻效果，若曝光時(shí)間過(guò)短或者光強(qiáng)過(guò)小，則會(huì)曝光不足，在結(jié)果上表現(xiàn)為顯影后的圖樣為彩色或顯示不完整，如圖1所示；

若曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或者光強(qiáng)過(guò)大，則會(huì)產(chǎn)生過(guò)曝現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致圖形線寬增加或邊緣出現(xiàn)鋸齒，如圖3所示。

不同的光刻膠有不同的曝光時(shí)間與光強(qiáng)，可以通過(guò)軟件中的陣列光刻模式來(lái)尋找曝光參數(shù)。

圖1 曝光時(shí)間過(guò)短或光強(qiáng)過(guò)小

圖2 曝光正常

圖3 曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或光強(qiáng)太大

05 顯影（development）：

光刻分為正性光刻和負(fù)性光刻兩種基本工藝，區(qū)別在于兩者使用的光刻膠類型不同。正膠的曝光區(qū)域被破壞，可溶于顯影液，其它區(qū)域不溶于顯影液。負(fù)膠曝光區(qū)域由于交聯(lián)反應(yīng)不溶于顯影液，其它區(qū)域可溶。不同的光刻膠對(duì)應(yīng)不同的顯影液與顯影時(shí)間，當(dāng)顯影液使用次數(shù)過(guò)多、長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中或者同一硅片多次顯影都會(huì)對(duì)顯影結(jié)果產(chǎn)生影響。

06 堅(jiān)膜（hard film）：

堅(jiān)膜就是通過(guò)加溫烘烤使膜更加牢固地粘附在硅片表面，并增加膠層的抗刻蝕能力。堅(jiān)膜并不是一道必須工藝，如后續(xù)有刻蝕工藝，建議進(jìn)行堅(jiān)膜，以此來(lái)提高光刻膠的穩(wěn)定性。

07 去膠（degumming）：

去膠的方法通常有濕法和干法兩種。濕法就是利用有機(jī)溶劑或者對(duì)光刻膠有腐蝕作用的溶液將光刻膠溶解或者腐蝕掉，從而達(dá)到去膠的目的。干法去膠是利用氧等離子體將光刻膠灰化掉，從而達(dá)到去膠的目的。

托托科技是一家快速成長(zhǎng)的技術(shù)驅(qū)動(dòng)型企業(yè)，專注于光學(xué)顯微加工及光學(xué)顯微檢測(cè)的光學(xué)儀器設(shè)備制造。其無(wú)掩膜版紫外光刻機(jī)，通過(guò)數(shù)字化方式，將圖案加載于DMD（數(shù)字微鏡器件）上，光刻圖案設(shè)計(jì)靈活，具有高穩(wěn)定性、高分辨率和高套刻精度等眾多優(yōu)點(diǎn)，為微納器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供更多的可能性。