光刻过程与问题分析

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1、§2光刻工艺过程在平血管和集成电路牛产中，都要经过多次光刻。虽然各次光刻的目的要求和工艺条件有所差别，但其工艺过程是基本相同的。光刻工艺一般都要经过涂胶，前烘，暴光，显影，坚膜,腐蚀和去胶等七个步骤1.涂胶涂胶就是在ST02或其他薄膜表而，涂布一层粘附良好，厚度适当，厚薄均匀的光刻胶膜。涂胶前的硅片表血必须清洁干燥，如果硅片搁置较久或光刻返工，则应重新进行清洗并烘干后再涂胶。生产中，最好在氧化或蒸发后立即涂胶，此时硅片表而清洁干燥,光刻胶的粘附性较好。涂胶一般采川旋转法，其原理是利川转动时产生的离心力，将滴在硅片的多余胶液甩去,在光刻胶表面张力和旋转离心力共同作

2、用下，扩展成厚度均匀的胶膜。胶膜厚度可通过转速和胶的浓度来调节。涂胶的厚度要适当，膜厚均匀，粘附良好。胶膜太薄，则针孔多，抗蚀能力差；胶膜太厚,则分辨率低。在一般情况下，可分辨线宽约为膜厚的5〜8倍。1.前烘前烘就是在一定的温度下，使胶膜里的溶剂缓慢地挥发出来，使胶膜T燥，并增加其粘附性和耐磨性。前烘的温度和时间随胶的种类及膜厚的不同而有所差别，一般通过实验來加以确定。前烘的温度和时间必须适当。温度过高会引起抗蚀剂的热交联，在显影时留卜底膜，或者增感剂升华挥发使感光灵敏度下降；前烘温度过低或时间过短，则抗蚀剂屮的有机溶剂不能充分挥发，残留的溶剂分子会妨碍光交链反

3、应，从而造成针孔密度増加，浮胶或图形变形等。同时,前烘时还不能骤热,以免引起表面鼓泡,产牛针孔其至浮胶。一般前烘是在80°C恒温干燥箱中烘烤1015分钟；也可以川红外灯在硅片背面烘烤，使胶膜的干燥从里到外，以获得良好的前烘效果。2.暴光暴光就是对涂有光刻胶的基片进行选择性光化学反应，使暴光部分的光刻胶改变在显影液中的溶解性，经显影后亦光刻胶膜上得到和掩膜版相对应的图形。生产上,通常都采用紫外光接触暴光法,其基本步骤是定位对准和暴光。定位对准是使掩膜版的图形和硅片上的图形精确套合，因此要求光刻机有良好的对准装置，即具有精密的微调和压紧机构，特别是在压紧时保证精确套

4、合不发生位移。此外，光刻机还应具有合适的光学观察系统，要求有一个景深较人，同时乂有足够高分辨率的显微镜。暴光量的选择决定于光刻胶的吸收光谱，配比，膜厚和光源的光谱分布。故佳暴光量的确定，还要考虑衬底的光反射特性。在实际生产中，往往以眾光时间來控制暴光量，并通过实验来确定最佳暴光时间。暴光时影响分辨率的因素有：%1掩膜版于光刻胶膜的接触情况若硅片弯曲，硅片表面有灰尘或突起，胶脱厚度不均匀，光刻机压紧机构不良等都会影响掩膜版与光刻胶膜的接触情况，从而使分辨率降低。%1暴光光线的平行度暴光光线应与掩膜版和胶膜表而垂直，否则将使光刻图形发生畸变。%1光的衍射和反射光波在

5、掩膜版图形边缘的衍射和反射将使分辨率降低。%1光刻胶膜的质量和厚度胶膜越厚，光刻胶中固态微粒含量越髙，则光线在胶膜中因散射而产牛的侧向光化学反应越严重，光刻图形的分辨率也越低。%1暴光时间暴光时间越长，由于光的衍射，反射和散射作川，使分辨率降低。但暴光不足，则光反应不充分，显影时部分胶被溶解，从而使胶膜的抗蚀能力降低，针孔密度增加。%1掩膜版的分辨率和质量掩膜版的分辨率和质量将彩响光刻分辨率。此外,显影，腐蚀以及光刻胶的性能也是影响光刻分辨率的因素。1.W显影是把暴光后的棊片放在适当的溶剂里，将应去除的光刻胶膜溶除干净，以获得腐蚀时所需要的抗蚀剂膜的保护图形，K

6、PR胶通常用丁酮5坚膜坚膜是在一•定温度下对显影后的硅片进行烘焙，除去显影时胶膜所吸收的显影液和残留的水份，改善胶膜与硅片的粘附性，增强角膜的抗蚀能力。坚膜的温度和时间要适当。坚膜不足，则抗蚀剂胶膜没有烘透，膜与基片粘附性差，腐蚀时易浮胶；坚膜温度过高，则抗蚀剂胶膜会因热膨胀而翘曲或剥落，腐蚀时同样会产牛钻蚀或浮胶。温度更高时，聚合物将分解，影响粘附性和抗蚀能力。此外，坚膜时最好釆用缓慢升温和自然冷却的烘焙过程。对于腐蚀时间较长的厚膜刻蚀，可在腐蚀一半后再进行一次坚膜,以提高胶膜的抗蚀能力。6腐蚀腐蚀就是用适当的腐蚀剂，对未被胶膜覆盖的SiO2或其他薄膜进行腐蚀

7、，以获得完整、清晰、准确的光刻图形，达到选择性扩散或金属布线的目的。光刻工艺对腐蚀剂的要求是：只对需要除去的物质进行腐蚀，而对抗蚀剂胶膜不腐蚀或腐蚀量很小。同时，还要求腐蚀因子要足够大。腐蚀因子的定义是腐蚀深度与一边的横向腐蚀量很小。同吋，还要求腐蚀因子要足够大。腐蚀因子的定义是腐蚀深度与一边的横向腐蚀量之比。腐蚀因子越大，表示横向腐蚀量越小。此外，还要求腐蚀图形边缘整齐、清晰；腐蚀液毒性小，使用方便。腐蚀方法有两种类型，即湿式化学腐蚀和干式等离子体腐蚀。(1)湿式化学腐蚀二氧化硅腐蚀是以氢氟酸为基础的水溶液。在腐蚀液中存在如下的电离平衡：HF二H+F腐蚀时，腐

8、蚀液中的氟离子与二氧化硅